（信息与通信工程专业论文）面向服务的电子政务系统研究.pdf

博上论文 面向服务的电子政务系统研究 摘要 基于i n t e m e t 的电子政务已经成为政府部门工作的新模式，由于不同业务系统之 间的异构性和自治性，导致系统间的互联互通及协同工作存在障碍，论文研究目标是 建立一个本体驱动面向服务的多层次电子政务体系结构，将分散的、松耦合的子系统 整合为统一的大规模应用系统。主要研究内容包括： ( 1 )面向服务的应用集成。采用基于行为的状态转换模型用于描述w e b 服务， 改进了原有的w e b 服务描述，从而显式支持组合服务的重用。说明了基于p d l 的自 动组合方式，在分析此方式优缺点的基础上，提出了基于“虚服务”的服务自动组合， 通过引入“虚服务很好地解决了命题动态逻辑( p d l ) 在自动服务组合时出现的服务 选择问题，从而能够更好地完成服务组合任务。 ( 2 ) 基于a g e n t 的组合应用编制。提出基于a g e n t 的组合服务编制，软件a g e n t 具有诸多优势，不仅能够有效支持流程的动态变换，而且对于降低网络的流量也有显 著的作用。该优势对支持普适环境下的服务组合显得尤为重要，因为在普适环境下， 网络的带宽相对较小，网络通信及服务也不够稳定，同时给出了a g e n t 的形式化定义 及流程的形式化描述，并提出了流程到a g e n t 任务的匹配规则和a g e n t 任务到a g e n t 物理行为的转换算法。 ( 3 )基于先验知识的异构消息处理。在电子政务实施过程中，虽然异构应用 被封装成为具有统一接口的w e b 服务，但只能解决语法层次的异构，语义异构是无 法消除的。本文设计一个异构消息的转换机制，在流程定义阶段无需制定具体的w e b 服务，在流程运行过程中，通过该转换机制系统能够自动地从上游w e b 服务中提取 有用信息，并将其组织成为当前w e b 服务的输入参数格式，从而解决在信息流通中 的语义异构问题。 ( 4 )基于身份认证及访问控制的安全模型。在分析电子政务网络安全建设现 状和不足的基础上，结合电子政务对应用安全的需求，设计了电子政务身份认证和访 问控制综合过滤平台w e b f i l t e r ，说明了该平台的设计模式、功能及组成，详述了平 台设计的关键技术和实现方法，在客户端与应用服务器之间构建了安全的数据访问通 道，为其它基于i n t e m e t 的应用安全建设提供了有效的解决方案。 关键词：电子政务，服务组合，移动a g e n t ，消息异构，本体，访问控制 摘要 博士论文 a b s t r a c t e l e c t r o n i cg o v e r n m e n tb a s e do ni n t e r a c ti sb e c o m i n gt h en e wg o v e r n m e n tm o d e f o r t h eh e t e r o g e n e o u sa n da u t o n o m yo fd i f f e r e n tb u s i n e s ss y s t e m ，l i n k i n ga n dc o o p e r a t i v e w o r k i n gi sd i f f i c u l t o n t o l o g y d r i v e ns e r v i c ew e b o r i e n t e dm u l t i l a y e r e da r c h i t e c t u r e ( o d s o m a ) a r c h i t e c t u r ei sp r o p o s e dw h i c hi n t e g r a t e sd i s p e r s i v ea n dl o o s e l yc o u p l e d s u b s y s t e m si n t oau n i f o r ma p p l i c a t i o ns y s t e m t h em a i nr e s u l t sa r e a sf o l l o w s ( 1 ) s e r v i c e o r i e n t e da p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ab e h a v i o rb a s e dt r a n s i t i o nm o d e li s e m p l o y e dt od e s c r i b ew e bs e r v i c e s ，e x t e n d i n gt h eo r i g i n a ld e s c r i p t i o n ，s ot h a tr e u s i n gi s s u p p o r t e d t h r o u g had e e ps t u d yo f t h ea u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e do np d l ，t h e s h o r t c o m i n go f t h ea p p r o a c hi sp r e s e n t e da n dan o v e la u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o nb a s e d o n “v i r t u a ls e r v i c e ”i sp r o p o s e d i m p o r t i n g v i r t u a ls e r v i c e c a nr e s o l v et h es e l e c t i n g p r o b l e mi nt h ep d l b a s e da u t o m a t i cs e r v i c ec o m p o s i t i o ns y s t e m s ，s ot h a ti tc a na c h i e v e t h ec o m p o s i t i o nt a s k sm u c hb e t t e r ( 2 ) m o b i l ea g e n tb a s e do r c h e s t r a t i o no ft h es e r v i c ec o m p o s i t i o ns y s t e m t h e r ea r e a l o to fa d v a n t a g e so fm o b i l ea g e n tt oa c h i e v et h ec o m p o s i t es e r v i c e i tn o to n l ys u p p o r t st h e i n n o v a t i o no ft h ec o m p o s i t i o np r o c e s s ，b u ta l s od e c r e a s e st h eb a n d w i d t hd i s t i n c t i v e l y t h e l a t t e ri sv e r yi m p o r t a n tt os u p p o r tt h es e r v i c ec o m p o s i t i o ni nap e r v a s i v ee n v i r o n m e n t , b e c a u s et h eb a n d w i d t hi sr e l a t i v e l ys m a l la n dt h ec o l l n e c t i o ni sn o ts t a b l e t h ef o r m a l d e f i n i t i o n so fa g e n ta n dt h ec o m p o s i t i o np r o c e s sa r ep r o p o s e d a n ds e c t i o n4a l s og i v e s t h em a t c h i n gr u l e sf r o mt h ep r o c e s st ot h et a s ko fa g e n ta n dt h ea l g o r i t h m sf r o mt h e a g e n t st a s kt oi t sp h y s i c a lb e h a v i o r s ( 3 ) h e t e r o g e n e o u sm e s s a g et r a n s f o r m a t i o nb a s e do np r e v i o u sk n o w l e d g e a l t h o u g h t h e h e t e r o g e n e o u sa p p l i c a t i o n s a r ew r a p p e da sw e bs e r v i c e s ，o n l yt h es y n t a x h e t e r o g e n e i t i e sa r er e s o l v e dw h i l et h es e m a n t i cc o n f l i c t ss t i l le x i s t at r a n s f o r m a t i o n m e c h a n i s mf o rr e s o l v i n gt h eh e t e r o g e n e o u sm e s s a g e si sp r o p o s e di nt h i sp a p e r d u r i n gt h e e x e c u t i o no ft h ep r o c e s so fw e bs e r v i c e s ，t h ec o n v e r t i n ge n g i n ec a na u t o m a t i c a l l yp i c ku p u s e f u lm e s s a g e sf r o mt h ei n t e r m e d i a t er e s u l t so fp r e v i o u ss e r v i c e sa n dc o n v e r tt h e mi n t o t h ed e s i r e df o r m a t ，s ot h a tt h e yc a nb ec o m p o s e di n t ot h er e q u e s tm e s s a g et oi n v o k et h e f o l l o w i n gw e b s e r v i c e s ( 4 ) s e c u r i t ym o d e lb a s e do ni d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o na n da c c e s sc o n t r 0 1 t h i st h e s i s a l s op r e s e n t sad e t a i l e ds t u d yo ft h en e t w o r ks e c u r i t yo ft h ee g o v e r n m e n t a n dt h e n ， c o m b i n e dw i t ht h es e c u r i t yr e q u i r e m e n t so fe - g o v e r n m e n tw e b f i l t e r , a ni n t e g r a t i v e p l a t f o r mf o ri d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o na n da c c e s sc o n t r o lo fe - g o v e r n m e n ti sp r o p o s e d t h e i i 博士论文 面向服务的电了政务系统研究 d e s i g np a t t e m ，f u n c t i o na n dc o m p o n e n t so ft h ep l a t f o r ma r eg i v e ni nd e t a i l ，t h ek e y t e c h n o l o g yo ft h ep l a t f o r ma n dt h em e t h o d o l o g yo fh o wt oa c h i e v ea r ed e s c r i b e dt o o a c t u a l l y , t h i sp l a t f o r mb u i l d sas a f ew a yf o rt r a n s f o r m i n gd a t ab e t w e e nc l i e n ta n ds e r v e r , a n di ta l s og i v ea ne f f e c t i v em e c h a n i s mf o rt h es a f e t yo ft h eo t h e ri n t e r n e tb a s e d a p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：e g o v e r n m e n t ，s e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，m o b i l ea g e n t ，h e t e r o g e n e o u sm e s s a g e ， o n t o l o g y , a c c e s sc o n t r o l i i i 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：2 0 0 7 年l o 月1 6 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：2 0 0 7 年1 0 月1 6 日 博士论文面向服务的电子政务系统研究 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 - 1 电子政务的重要性 信息技术的进步和互联网的迅猛发展，促使一个全球性的信息社会正在逐渐形 成。国民经济和社会信息化水平的高低，已经成为衡量一个国家综合实力的重要标志， 作为信息流的“中心节点”，政府信息化已成为带动国家信息化发展的重要力量。随 着中国加入w t o 和2 0 0 8 年奥运会的临近，我国政府的职能需要由管理型向服务型 转变，电子政务成为中国政务改革最核心的内容之一。目前，政府对电子政务的建设 给予了高度重视。 政府信息化主要包含两个方面的内容【l 】：“政务公开”和“电子政务”。前者又有 两层含义：一是政府机构成员从网上获取信息，包括机构内部的工作信息和机构外部 的业务信息；二是政府机构的信息放在网上，供社会了解和使用。“政务公开”能够 为民众提供信息服务，从而方便人们处理相关事宜。同时，它也体现了政府信息的透 明性，接受人民的监督。“电子政务”是指政府和公众之间的事务，通过网络进行互 动处理的过程。“政务公开”的实质是政府部门信息按照一定权限的共享，“电子政务 则是在这些共享信息的基础上，不同实体对信息的协同处理。因此，“电子政务”是 “政务公开”的目标之一；而“政务公开”则是实现“电子政务”的基础。也只有实 现了“电子政务”，才是真正意义上的实现政府信息化。 由于“电子政务”在政府信息化建设中的重要作用，各国政府都在加紧开展电子 政务的建设。就国内而言，2 0 世纪8 0 年代末期，中央和地方党政机关开展了办公自 动化( o a ) 工程；1 9 9 3 年底启动了“三金工程【2 j ；1 9 9 9 年启动了政府上网工程， 从而使中国电子政务建设的基础架构初步形成。然而由于政府机构的复杂性，如何在 国家范围内建立一个统一的电子政务平台成为信息化研究的热点问题。 2 0 0 5 年1 月1 9 日，中国互联网络信息中心( q 州i c ) 在京发布第十五次中国 互联网络发展状况统计报告。报告显示，我国上网用户总数为9 4 0 0 万，比半年前增 长8 ，其中使用宽带上网的人数达到4 2 8 0 万；上网计算机达到4 1 6 0 万台，比半年 前增长了1 4 6 ；c n 下注册的域名数、网站数分别达到4 3 万和6 6 9 万，分别比半 年前增长了5 万和4 2 万；网络国际出口带宽总数达到7 4 4 2 9 m ，i p v 4 地址总数 5 9 9 4 5 7 2 8 个，分别比半年前增长3 8 和2 1 。从图1 1 的网民数量的统计情况来看， 上网用户逐年增加，并且仍有继续上涨的趋势。随着网络在国内的普及，人们的生活 越来越多地依赖于网络，这也促使政府加快电子政务的建设。一方面，要把原来各个 部门孤立的应用系统联系起来，满足复杂应用的需求，简化原有的复杂处理方式，消 1 第一章绪论博士论文 除政府内部的“信息孤岛”；另一方面，也要为互联网用户提供一个便捷的入口，支 持一站式的访问模式和诸如联合审批那样的复杂组合应用，从而提高政府办事效率， 更好地为大众服务。 图1 1 我国上网用户增长图 1 1 2 选题背景 随着电子政务工程的全面开展实旖，很多深层次的问题逐渐展现出来。其中最明 显的的问题就是：不同业务系统如何互联互通，从而协同工作。一方面，政府垂直管 理体系的信息化水平正在不断提升；另一方面，不同垂直业务系统的横向业务集成， 难度越来越大。 不同信息系统的互联互通问题，已经成为政府信息化建设的瓶颈。从政府信息化 建设的整体发展过程来看，发展速度很快，不同的业务系统，建设目标要求往往在建 设过程中就会发生变化。统一技术标准不失为一个很好的解决方案，但是这种方式仅 仅适合于企业内部构建简单的信息系统，对于开放环境下的电子政务来说是不适用 的。 首先，i t 技术的发展与传统工业的最大不同，其发展日新月异。技术、标准都 在不断的更新，不同时期开发的系统不可能要求采用同样的技术；其次，不同的应用 系统其需求特点也不同，因此，要求使用同样的技术，采用同样的标准也是不合理的； 最后，最重要的是不可能完全抛弃现有的应用系统，转而按照统一的标准重新开发一 套功能相似的系统，从而支持系统间的互联互通。 同时，随着信息化的不断深入，电子政务出现了一些新的特点，这也是在构筑电 子政务需要仔细考虑的。 ( 1 ) 电子政务的可持续性发展 经济的发展，开放的需要，政府职能改革的需求，决定了电子政务的建设是长期 的过程，而且随着经济的进一步发展不断扩大规模，辐射国民经济各个角落。因此， 博士论文面向服务的电子政务系统研究 建立一个灵活的、可扩展的电子政务平台，使得在开放的网络环境下，不同时期、不 同组织开发的异构信息系统能够互联互通，会大大加快政府信息化建设的进程。 ( 2 ) 政府不同的职能机构需要互联互通 行政审批制度的改革，是政府职能改革的重点。多年形成的条块分割的部门应用， 很难在短期内得以整合。如果能够使得各个部门之间在原有系统的基础上，只做很小 的改动就能沟通不同的应用，灵活组合成为所需应用，那么也将有利于信息化的推进。 同时，实现网上行政审批不仅是提高行政审批效率的举措，更多的目的也在于通过信 息化建设，全面梳理政府行政审批业务职能，并加以整改，通过对敏感行政审批业务， 转变政府职能，全面体现政府为企业和市民服务的思想，提升政府的公众形象。 ( 3 ) 政府和公众的沟通 一方面政府内部通过互联互通能够使得政府工作的信息化；另一方面门户网站也 要为公众提供一个和政府沟通的平台。正如上一节中所述，我国每年上网的人数都在 增加，人们希望通过电子政务交流平台方便地与政府部门沟通，同时也希望提供一站 式的服务简化办事，提高效率。 ( 4 ) 在开放环境下的安全保障 在i n t e m e t 这样一个开放的环境下，网络信息安全一直是一个重要问题，尤其对 于政府部门而言，安全是至关重要的。有别于电子商务等其他网络应用，电子政务涉 及国家机密，一旦泄漏会危害国家的安全，造成社会的动荡。因此，电子政务平台需 要严格控制各种不同的权限，确保信息不被越权使用。 ( 5 ) 新的计算方式的加入 近年来，移动计算、p 2 p 、a dh o e 网络等的发展，“普适计算”开始成为现代信 息发展的趋势【3 】。手提电脑、p d a 、手机等越来越多的移动设备已经进入现代生活， 成为人们工作、学习的有力助手，这对于电子政务来说，既是机遇又是挑战。一方面， 网络技术的发展，特别是移动网络的发展，使得信息的流通更加便捷，获得信息的手 段也更加丰富；另一方面，由于移动设备和移动网络较之传统网络有很大的差异，因 此，原有的一些技术将不再适用于新的环境，需要有新的技术手段建立普适环境下的 电子政务应用。 综上所述，为了能够在尽量减少原有系统变动的基础上构建现代电子政务，需要 一个操作简便、扩展性强、安全性高的电子政务平台，在此基础上，各个应用能够便 捷的互联互通，协同工作，同时也能容易的增加或者删除某个应用。 本文研究获得了江苏省“协同办公自动化项目”课题和国家8 6 3 课题“基于c m m 的软件质量保障平台研究及应用”的资助。 第一章绪论博士论文 1 2 主要研究内容 1 2 1 电子政务主要研究内容 关于电子政务，其概念的提出者克林顿认为至少有两层的含义【4 j ：其一重构政府 系统，使之更富有效率，运作成本更低；其二是是加速政府对国民需要的回应，让公 众能更快捷、方便的了解政府，并能够“一站式”的满足公民向政府申请贷款、竞标 合同、网上纳税等。这两方面的内容包含了运用网络技术改变政府部门内部、政府部 门之间工作模式的内涵，也包括提高政府与民众之间工作效率的问题。在此基础之上， 国内外出现了诸多相关的提法，从不同的层面揭示了电子政务的概念与特征，它们的 共性在于：电子政务是信息技术运用与政府管理改革相结合的产物。 电子政务的目的是以计算机和网络技术为基本手段，面向政府机构的业务形式、 管理模式和服务方式的优化和拓展，将信息技术在政府机构的应用从简单的取代手工 劳动提高到工作方式优化的新层次。因此，电子政务是“政府机关采用现代信息技术， 开发应用信息资源，调动人力资源信息潜能，建立与之相适应的组织模式、管理方式 和工作流程，推进政务管理现代化建设，并为公众提供贴切式优质服务的过程”，即 政务管理改革与信息技术运用相互结合和相互促进的过程。 为实现电子政务的目标，推进政府信息化，并最终建立电子政府，需要建立一个 有效、开放的基础平台用以支持各类应用。为了建立这样一个平台，需要考虑如下问 题： ( 1 ) 开放的应用集成架构 电子政务的建设和实施是分阶段的，循序渐进的一个过程。不同阶段、不同单位 针对不同需求所开发的应用系统是无法直接连通的。解决这些“应用孤岛”和“信息 孤岛”的基本方式就是建立一个基础平台，将它们连结成为一个整体。建立这样的平 台之后，不同部门的各类应用成为个一个服务组件，“插 在平台上，并且可以根 据需要增加或者去除组建，对系统不会产生任何影响。这样构筑的电子政务框架，具 有应用之间耦合度低、扩展性强等特点。同时也有很强的容错性，一旦一个应用或者 数据源出错，不会影响整个系统的工作，将损失降到最低，一个基础平台的构建是电 子政务能够健康、持续发展的关键。 ( 2 ) 不同应用异构消息的处理 通过为不同的应用配置适配器可以在语法的角度上屏蔽应用的异构性，但是不同 人员设计开发的应用是千差万别的，系统如何在语义的层次上自动的识别异构性，则 是目前应用集成的一个挑战性问题。如果能够很好地解决这个问题，“一站式”服务、 联合审批等应用将得到大规模的发展。 ( 3 ) 严格的安全机制 博士论文面向服务的电子政务系统研究 安全是电子政务建设中一个极其敏感的问题，这也是区别于其它分布式应用的一 个重要方面。安全是一个范围很大的问题，一方面是系统自身的安全性，要保证本系 统不能被轻易入侵；另一方面必须严格控制信息的访问权限，敏感信息的泄漏会带来 灾难性的后果，甚至会影响到整个社会的稳定，只有很好地解决了安全问题，电子政 务才具有真正的可用性，否则只能是“空中楼阁 。 电子政务的研究范围是很广泛的，它包含了应用集成模型、应用封装、语义匹配、 系统安全等诸多的领域，需要综合应用这些知识，才能有效构建电子政务平台。 1 2 2 论文主要内容和贡献 近年来，虽然电子政务得到了国内外政府的重视，各项技术都有了很大的发展， 但是仍然与实际应用要求有较大的差距，许多关键性技术亟待提高。这些技术中，应 用系统之间如何协同工作成为一个核心问题，围绕这个核心又衍生出了一系列子问 题，如系统通信的方式、异构消息的处理、通信中的安全等等。如今，面向服务的软 件体系架构( s e r v i co r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 作为一个全新的设计理念成为了业 界研究的热尉5 1 ，它有着松耦合和有效支持软件复用等优势，为解决电子政务中的系 统协同问题提供巨大的推动作用。 针对异构系统的连通性和应用协同的安全性问题，对电子政务进行深入分析的基 础上，提出一个面向服务的电子政务模型。该模型强调了面向服务思想的核心理念一 协同思想，在深入剖析面向服务协同工作的基础上，提出了针对电子政务中的互联 方式、异构消息处理等关键问题的解决方式。 论文的主要工作如下： ( 1 ) 面向服务的电子政务多层体系结构模型 针对电子政务的特点，提出了一个4 层体系结构模型，分别是：用户层、业务流 程层、w e b 服务层、应用和数据层。用户层是向用户提供的接口，其是一个图形化的 界面。业务流程层是按照不同用户需求定制的一系列服务组合，其是本体系结构中核 心层，以面向服务的理念作为指导，完成服务的动态组合和异构消息的匹配和转换。 w e b 服务层是对应用和数据的封装，使用w e b 服务的标准封装应用和数据，为上层 提供各类服务。数据和应用层是各个组件功能真正执行的层次，最终执行某项功能。 值得注意的是将安全融入在各个层次之中并贯穿于整个系统的流程运行之中。 ( 2 ) 面向服务的应用集成 采用s o a 后，各个异构的应用统一封装为w e b 服务，并作为功能单元发布。为 了能够实现复杂的功能需求，单一的w e b 服务需要组合成为新的更为复杂的服务。 本文采用了基于行为的状态转换模型用于描述w e b 服务，改进了原有的描述，显式 地支持组合服务的重用。在分析文献中基于p d l 的自动组合方式基础上，说明了该 组合方式存在的问题【2 9 , 5 2 】，并提出了基于“虚服务”的服务自动组合。通过引入“虚 第一章绪论博士论文 服务”很好解决了p d l 在自动服务组合时出现的服务选择问题，从而能够更好的完 成服务组合任务。组合w e b 服务作为一个完整的软件系统，能够作为一个组件继续 为更为复杂的系统服务，从而形成一个层次关系的集成应用系统，能够满足电子政务 中应用需求多变化、资源信息分散等的特点。 ( 3 ) 基于a g e n t 的组合应用编制 在完成了应用集成之后，系统可以向用户提供一个松耦合的组合服务。为了能够 实现服务的动态组合，支持服务的动态替换，本文提出基于a g e n t 的组合服务编制。 软件a g e n t 具有诸多的优势 6 1 ，不仅能够有效支持流程的动态变换，而且对于降低网 络流量也有显著的作用。这个优势对支持普适环境下的服务组合显得尤为重要，因为 在普适环境下，网络的带宽相对较小，网络也是不够稳定的。同时给出了a g e n t 的形 式化定义和业务流程的形式化定义，并提供了业务流程到a g e n t 任务的匹配规则和 a g e n t 任务到a g e n t 物理行为的转换算法。 ( 4 ) 基于先验知识的异构消息处理 在实施电子政务的过程中，虽然异构应用被封装成为了具有统一接口的w e b 服 务，但是这样的封装只能解决语法层次的异构，语义的异构是无法消除的【7 j ，而语义 的异构导致服务的选择和流程的定义具有耦合性，即必须事先选定所采用的w e b 服 务，确定流程的定义，然后服务组合设计人员定义异构消息的转换规则，从而保证信 息在流程中的传递。因此，这样定义的流程是不灵活的，而且需要人为参与，服务的 动态组合无法很好的实施。通过设计一个异构消息的转换机制，在流程定义阶段无需 制定具体的w e b 服务。在流程的执行过程中，通过这个转换机制，系统能够自动地 从上游w e b 服务中提取有用信息，并将其组织成为当前w e b 服务的输入参数格式， 从而解决在信息流通中的异构问题。这个转换机制是基于先验知识的语义匹配，利用 领域专家的知识库指导语义匹配，同时知识库具有学习能力，随着匹配不断地进行， 其匹配的精度将会越来越高。 ( 5 ) 基于身份认证及访问控制安全模型 在分析电子政务网络安全建设的现状和不足的基础上，结合电子政务对应用安全 的需求，设计了电子政务身份认证和访问控制综合过滤平台w e b f i l t e r ，说明了该平 台的设计模式、功能及组成，详述了平台设计的关键技术和实现方法，在客户端与应 用服务器之间构建了安全的数据访问通道，为其它基于i n t e m e t 的应用安全建设提供 了有效的解决方案。 博十论文面向服务的电子政务系统研究 第二章电子政务面临问题及相关技术研究 本章阐述了当前电子政务技术的现状，对电子政务的研究内容、研究热点、关键 技术进行具体的研究和分析。 2 1 电子政务需要解决的问题 2 1 1 电子政务定义 关于电子政务，在其创始人克林顿意下至少有两层含义 8 】：其一是为了减少“橡 皮图章”，加速政府对国民需要的回应，让美国人能够更快捷、更方便的了解政府， 并能“一站式”满足公民向政府申请贷款、竞标合同、网上纳税等服务；其二为重塑 美国的政府系统，使之更富有效率，运作成本更低。 随后国内外出现了多种多样的提法，如电子政务、网络政府、计算机化政府、政 府信息化等。这些定义从不同角度揭示了电子政务的概念与特征，它们的共性在于： 电子政务是信息技术运用与政府管理改革相结合的产物。作为信息技术与政务活动的 交集的电子政务，其内涵和外延很大程度上取决于对信息技术和政务活动所下的定 义。 电子政务的目的是以计算机及网络技术为基本手段，面向政府的业务形式、管理 模式和服务方式的优化和拓展，将信息技术在政府机构的应用从简单的取代手工劳动 提高到工作方式化的新层次。由此，可以认为电子政务是“政府机关采用现代信息技 术，开发应用信息资源，调动人力资源信息潜能，建立与之相适应的组织模式、管理 方式和工作流程，推进政务管理现代化建设，并为公众提供贴近式优质服务的过程”， 即政务管理改革与信息技术运用相互结合和相互促进的过程。 电子政务的核心是将大量频繁的行政管理和日常事务通过计算机来处理，政府重 新确立其职能，实施新的管理模式。 2 1 2 电子政务关键技术 对于政务内部而言，如何协调人员之间、部门之间、各级政府之间的工作，有效 的提高工作效率是电子政务需要解决的关键性问题。而对于民众来说，如何能够获得 诸如“一站式 那样的快捷、便利的服务，从而省去原来复杂的办理过程，则是大家 关心的问题。为了能够很好地解决这两个方面的问题，首先要建立一个统一的体系模 型，基于该模型的架构要保证满足以下几个要求：( 1 ) 政府内部网络的畅通；( 2 ) 政 府内部网络和外部网络之间有信息的通道，能够交换信息；( 3 ) 政府部门之间横向联 系的专用网络连接，信息能够在授权范围内共享，不能够成为各自独立的信息孤岛。 在统一框架的基础之下，电子政务的建设还需要考虑其它一些方面的技术。 7 第二章电子政务面临问题及相关技术研究博士论文 ( 1 ) 动态应用组合技术 由于传统的政府部门信息系统没有考虑与其它部门之间的互联互通，另外由于这 些系统的开发是相对独立的，导致信息系统异构性，而当前电子政务的建设，要求各 个部门之间信息联通，消除信息孤岛，因此，必须实现部门之间信息系统的连通。为 了实现这个目的，最好的方式是在一个统一的标准之下重构所有的应用，但难度很大， 一方面，重构这些系统的代价是巨大的，也是对原有系统的浪费；另一方面，由于不 同部门、不同应用的特殊性，很难采用一个统一的标准进行开发。如何在尽可能不改 动原有系统的前提下，实现部门之间信息的共享和流通，成为了电子政务建设中的一 个关键性问题。 ( 2 ) 不同系统之间的语义转换问题 信息的共享和传输有两个层次 9 1 ：语法层次及语义层次。上面提到的应用组合技 术是语法层次上的信息联通，也就是说，它能够保证信息在系统之间能够流通，但是 并不能保证系统能够识别这些信息。对于一个集成的系统而言，如何能够让计算机自 动识别和转换语义信息也是一个具有挑战性的问题。对于电子政务这样一个大规模信 息集成系统来说，信息的语义问题是至关重要的，直接影响到系统工作的效率和自动 化程度。 ( 3 ) 信息安全性 由于针对网络和计算机系统的入侵越来越多，安全性成为信息系统必须要关注的 一个方面。同时，由于电子政务系统设计政府内部敏感信息，因此如何保证在授权范 围内的信息共享和流通，成为电子政务需要考虑的又一个重要问题。 2 1 3 普适环境下电子政务的新发展 1 9 9 9 年，i b m 提出普适计算( 又叫普及计算) 的概念。所谓普适计算【lo 】指的是 无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式，依据需求可以通过某种设备接入网 络访问到所需信息。普适计算的含义十分广泛，所涉及的技术包括移动通信技术、小 型计算设备制造技术、小型计算设备上的操作系统技术及软件技术等。在普适计算时 代，计算机主要不是以单独的计算设备的形态出现，而是采用将嵌入式处理器、存储 器、通信模块和传感器集成在一起，以各种信息设备的形式出现。这些信息设备集计 算、通信、传感器等具体功能于一体，能方便地与各种传统设备结合在一起，不仅如 此，目前的各种日常设备届时也将演变成信息设备。信息设备可以轻易地通过无线网 络互连并与互联网连接，按照用户的个人需求进行个性化服务。 普适计算的出现，将对电子政务产生了巨大的推动作用，同时也提出了更高的要 求，可以说，机遇与挑战并存。 博十论文面向服务的电子政务系统研究 2 1 3 1 普适环境下电子政务的新发展 普适计算对计算技术产生了巨大的影响，新的计算模式对电子政务的推动也是巨 大的，主要体现在以下两个方面： ( 1 ) 服务的使用更加便捷。普适计算的核心思想是“计算无所不在”，因此，用 户不再必须通过计算机登录到指定服务器，而是用一些智能的终端设备，如智能手机、 掌上电脑、智能车载设备等就可以获得服务。这样电子政务的应用将得到更多的普及， 一方面使得民众更加便捷的享受政府提供的服务；另一方面通过强大的计算技术的支 持，提高了政府的工作效率。 ( 2 ) 政府内部管理更加高效。无论是政府领导还是工作人员，即使不在办公室 办公，仍然能够通过智能终端了解目前情况。对于领导而言，能够实现异地决策、任 务分配等；对于工作人员，可以了解当前任务、接受新的指示、实时的汇报工作进展 情况等。原来需要通过电话、传真等大量繁琐的手段，如今通过移动的智能终端就可 以全部实现。 就目前技术发展而言，分布式计算和移动计算都有了较为成熟的技术，它们是普 适计算的基础。尤其是近年来移动的发展，可以通过使用移动智能终端连接到 i n t e m e t ，并使用移动设备向外提供服务【】。所以普适计算实际上已经开始进入人们 的生活，已经对电子政务产生了深远影响。因此，在构建现代电子政务系统的时候， 必须考虑这方面的因素。 普适计算具有美好的前景，但是要真正实现普适计算，还需要有强有力的技术支 持。普适计算是建立在普适环境下的计算模式。所谓“普适环境”是相对于固定网络 环境而言的，它是通讯实体间识别和定位对方的媒介，并能够使不同实体间不需要用 户特定的行为就能够实现两者的通讯【1 2 1 。因此，普适环境是包含i n t e m e t 、a dh o c 网 络等各类通讯方式的一个广义的通讯环境。对电子政务这样一个依赖于网络通讯的系 统而言，在普适通讯环境中，将面临诸多新的问题。 ( 1 ) 智能设备的动态加入 由于移动智能终端的使用，各类设备的接入和退出将会变得更加灵活，这需要一 个可扩展性强、动态灵活的构架支持电子政务应用。 ( 2 ) 网络带宽问题 在普适环境下，网络通讯与固定网络相比，稳定性较差、带宽较小。因此，传统 电子所依赖的大数据量的网络传输，在普适环境下是不适用的，必须考虑使用更加合 理的方式减轻网络的负载，从而适应这种各类复杂的网络通讯环境。 ( 3 ) 轻量计算和间断连接 很多智能终端，如智能手机、车载智能装置及其传感器等，体积小、能量低，不 可能像p c 机一样进行大量的运算。为了适应这些设备的要求，需要考虑将计算转移 第二章电子政务面临问题及相关技术研究博士论文 到其它具有较强计算能力的设备上。另外，间断连接也是移动智能终端所具有的一个 特点。由于网络的不稳定性，或者是出于节约能量和节省网络费用的考虑，这些设备 并不是时刻保持和其它设备的连接。往往是有需要时才同其它设备相连接，发出服务 请求后，再过一定的时间间隔，重新连接取得结果。 2 1 3 2 普适环境下构建电子政务新问题 从上面的分析可以得出，在普适环境中构建电子政务的应用，不仅需要解决传统 电子政务的问题，还必须考虑普适环境下的新的需求。综合两个方面的因素，普适环 境下的电子政务需要考虑如下的关键性技术： ( 1 ) 新型应用动态集成方式。与传统基于i n t e m e t 的应用组合模型不同，这里强 调两个方面：一是应用组合的动态性；二是应用组合要基于普适环境，也就是要充分 考虑网络连接和网络带宽的问题。 ( 2 ) 异构应用之间的协同工作。如何屏蔽不同系统之间的异构性，一直是各类 集成信息系统需要解决的一个关键性问题。一方面需要解决不同数据源的数据异构问 题；另一方面不同应用之间消息的异构也是需要解决的关键问题。 ( 3 ) 强有力的安全设施。安全在各类系统中都占有极为重要的地位，在电子政 务应用中尤为重要。由于普适环境下网络的复杂性，导致了系统信息安全将更难以控 制。需要建立一个有效的措施，在信息充分共享和流通的前提下，严格控制敏感信息。 只有解决了上述的三个关键性技术问题，电子政务系统才能满足政府信息化的要 求，也才能够适应普适环境的新需求。下面讨论这些关键性技术研究现状和存在问题。 2 2 面向服务的应用动态集成 从电子政务所需要解决的问题和上面的分析可以得出：在普适环境下建立一个有 效的电子政务平台的核心问题就是如何将现有分散的数据资源和应用功能资源，组织 成为一个有机的整体，根据不同的需求进行不同粒度的应用整合，从而满足各方面的 需求。应用的动态集成在电子政务平台中占有重要的地位，构成了电子政务平台的基 本框架结构。 从e a i ( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，企业应用集成) 和e l i ( e n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ni m e g r a t i o n ，企业信息集成) 的研究和应用开始【1 3 ，1 4 l ，应用集成技术已经 有了较长的发展历史。如今，随着面向服务计算的兴起，应用集成也开始使用面向服 务这种方式来进行。对于电子政务这样一个大规模的应用和数据集成信息系统，使用 s o a 这种松散耦合的结构同e a i 相对耦合度较高的结构比较而言，使用s o a 的架构 更加合适。 博士论文面向服务的电子政务系统研究 2 2 1 面向服务的构架概述 面向服务的体系结构( s e r v i cw e bo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 是一个组件模型 1 s 】，它将应用程序的不同功能单元( 称为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口和 契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平 台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种系统中的服务可以以一种统一和通用的 方式进行交互。 这种具有中立的接口定义( 没有强制绑定到特定的实现上) 的特征称为服务之间 的松耦合【1 6 】。松耦合系统的好处有两点：一方面是其灵活性；另一方面是组成整个应 用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续存在。另外，紧 耦合意味着应用程序的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧密相连的，因而当需 要对部分或整个应用程序进行某种形式的更改时，它们就显得非常脆弱。 对松耦合的系统的需要来源于业务应用程序需要，使业务流程变得更加灵活，以 适应不断变化的环境，比如经常改变的政策、业务级别、业务重点、合作伙伴关系、 行业地位以及其它与业务有关的因素，这些因素甚至会影响业务的性质。通常称能够 灵活地适应环境变化的业务为按需( o nd e m a n d ) 业务，在按需业务中，一旦需要可 以对完成或执行任务的方式进行必要的更改。 虽然面向服务的体系结构不是一个新鲜事物，但它却是更传统的面向对象的模型 的替代模型，面向对象的模型是紧耦合的，已经存在二十多年了。虽然基于s o a 的 系统并不排除使用面向对象的设计来构建单个服务，但是其整体设计却是面向服务 的。由于它考虑到了系统内的对象，所以虽然s o a 是基于对象的，但是作为一个整 体，它却不是面向对象的。不同之处在于接口本身。s o a 系统原型的一个典型例子 是通用对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e