（计算机应用技术专业论文）基于soa的分布式教育资源共享系统的研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着我国教育信息化进程的不断推进，多数学校都建立了校园网，同时积累了大量的 网络教育资源，包括各学科的教学案例、实验案例，优秀教师资源等等。但是，目前这些 资源形成了一个个的信息孤岛，不同的学校很难共享，造成资源的极大浪费。教育资源共 享系统如果采用集中式的资源共享模式，随着系统用户的增多，会存在单点失效、网络拥 塞等不可避免的缺点。因此，需要研究实现资源分布式共享的方法、机制和技术。 s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务架构) 作为实现分布式系统的应用程序 体系结构，为教育资源共享系统的构建提供了一个美好的愿景。在教育资源管理系统中采 用s o a 技术将各类教育资源以服务的形式共享出来，通过发送消息来调用服务，可以灵 活的实现分布式教育资源共享，减少资源建设的成本和提高网络化教育的服务质量，达到 资源重用的目的。本文致力于基于s o a 的分布式教育资源共享系统的设计与实现，探讨 实现分布式教育资源共享系统的相关理论方法和技术。在前人工作的基础上，本文的主要 研究工作及创新如下： 1 、分析了教育资源管理系统的研究现状，总结了各类教育资源管理系统存在的不足， 为分布式教育资源管理系统的设计实现奠定基础。 2 、介绍了s o a 技术的相关方法和理论，并且比较了s o a 架构与传统分布式架构的 优缺点，证实了基于s o a 架构实现分布式教育资源共享系统的合理性。 3 、设计了基于s o a 的教育资源共享系统的体系结构，提出了层次式的教育资源共享 模型，将教育资源共享网络模型分为三层：最上层为中心节点；中间层为管理节点，处于 逻辑中心位置将系统划分为若干个域；最底层是资源节点包括所有的用户和资源服务提供 者。同时，对系统各类节点的功能进行了详细定义。 4 、结合国家教育资源建设规范研究教育资源的组织形式，对各类教学资源的标 注属性进行了定义，基于x m l 技术设计了教育资源元数据标注规范，并探讨了元数据的 优化预处理方法。 5 、基于w e bs e r v i c e s 技术，对系统的资源管理模块和资源检索模块进行了详细设计， 基于本文设计的系统体系结构，利用j a v a 程序设计语言，实现了资源的上传、修改、删 除以及分布式检索等主要功能，完成了分布式教育资源共享原型系统的构建，证实了本文 系统设计的合理性和可行性。 6 、针对分布式资源检索采用洪泛( f l o o d i n g ) 机制容易产生大量垃圾通信，造成网络 拥塞、引起单点失效的问题，本文提出了一种基于路由标注的资源检索策略，减少信息检 索过程中产生的冗余消息数目避免网络拥塞。通过理论分析和实验模拟验证了路由标注策 略的有效性。 关键词：s o a ；分布式；资源共享；资源检索；路由标注 中图分类号：t p 3 9 3 i i i 山东帅范大学硕。l j 学位论文 _ 。一一一 r e s e a r c ho nd i s t r i b u t e de d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mb a s e do ns o a a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe d u c a t i o n a li n f o r m a t i o n ，al a r g en u m b e ro fs c h o o l sh a v es e tu p t h ec a m p u sn e t w o r k ，a n da c c u m u l a t e dl o t so fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e ，s u c ha sv a r i o u ss u b j e c t s t e a c h i n gc a s e s ，e x p e r i m e n t a lc a s e s ，v a r i o u st y p e so ft e a c h i n gm a n a g e m e n ts o f t w a r e ，e x c e l l e n t t e a c h e r s ，r e s o u r c e h o w e v e r , t h e s er e s o u r c ef o r ma ni s o l a t e di s l a n do fi n f o r m a t i o n ，i ti sd i f f i c u l t t os h a r et h e s er e s o u r c ea m o n gd i f f e r e n ts c h o o l s ，w h i c hr e s u l t i n gi nt r e m e n d o u sw a s t eo f r e s o u r c e i fu s i n gt h ec e n t r a l i z e dr e s o u r c e - s h a r i n gm o d e lc o n s t r u c t st h er e s o u r c es h a r i n gs y s t e m ， w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h es y s t e mu s e r , i tw i l l c a u s et h es i n g l ep o i n tf a i l u r e ，t h en e t w o r k c o n g e s t i o na n do t h e ri n e v i t a b l ed i s a d v a n t a g e s s ow e n e e dt os t u d yt h em e t h o d s ，m e c h a n i s m s a n dt e c h n o l o g i e st or e a l i z et h ed i s t r i b u t e dr e s o u r c es h a r i n g a sa l li m p l e m e n t a t i o no ft h ed i s t r i b u t e ds y s t e ma p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r e ，s o ap r o v i d e sa b e t t e rv i s i o nf o r t h ec o n s t r u c t i o no fe d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n gs y s t e m u s i n gt h es o a t e c h n o l o g yi nt h ee d u c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mc o u l ds h a r ev a r i o u sr e s o u r c e si nt h ef o r mo f s e r v i c e ，a n dt h e ns e n d i n gam e s s a g et oc a l ls e r v i c e ，t h ed i s t r i b u t e dr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mc a n b ei m p l e m e n t e df l e x i b l e m u c ha t t e n t i o nh a sb e e np a i dt od e s i g na n di m p l e m e n tt h ed i s t r i b u t e d e d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mb a s e do ns o a ，a n ds t u d yt h et h e o r e t i c a lm e t h o d sa n d t e c h n i q u e sf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fd i s t r i b u t e dr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mi nt h i sp a p e r t h e m a i n l yr e s e a r c h e sa n di n n o v a t i o nb a s e do nt h ep r e c e d i n gw o r k s a sf o l l o w s ： ( 1 ) i ta n a l y s e st h er e s e a r c hs t a t u so ft h ee d u c a t i o n a lr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e ma n d s u m m a r i z e st h ed e f i c i e n c i e so fv a r i o u sr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hl a yt h ef o u n d a t i o n f o rt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ed i s t r i b u t e de d u c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m ( 2 ) i ti n t r o d u c e s t h er e l a t e dt e c h n o l o g ya n dt h e o r yo fs o a ，a n dc o m p a r e st h es o a a r c h i t e c t u r et ot h et r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o n f i r m st h ei m p l e m e n t a t i o no f d i s t r i b u t e de d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mb a s e do ns o a i sr e a s o n a b l e ( 3 ) i td e s i g n st h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h ee d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n gs y s t e mb a s e do ns o a ， a n dp r o p o s e st h eh i e r a r c h i c a lm o d e lo fe d u c a t i o nr e s o u r c es h a r i n g ，t h ee n t i r em o d e li n c l u d i n g t h r e et i e r s ，c e n t e rn o d e s ，m a n a g e m e n tn o d e sa n dt h er e s o u r c en o d e a tt h es a m et i m e ，t h e f u n c t i o n so ft h e s es y s t e mn o d e sa r ed e f i n e d ( 4 ) i td e f i n e st h ep r o p e r t yo f a l lk i n d so fe d u c a t i o nr e s o u r c eb a s e do nt h e n a t i o n a ln o r m s o ft h ee d u c a t i o nr e s o u r c ec o n s t r u c t i o n ”，a n dd e s i g n st h em a r kn o r m so fe d u c a t i o nr e s o u r c e m e t a d a t as p e c i f i c a t i o nb a s e do nx m l ，e x p l o r e st h eo p t i m i z a t i o nm e t h o d so ft h em e t a d a t a p r e - p r o c e s s i n g ( 5 ) i td e s i g n st h er e s o u r c em a n a g e m e n ta n ds e a r c hm o d u l eb a s e do nt h ew e bs e r v i c e s t e c h n o l o g y , r e a l i z e st h er e s o u r c eu p l o a d ，m o d i f i e s ，d e l e t e ，a n dd i s t r i b u t e ds e a r c hf u n c t i o n a t l a s t ，t h ep r o t o t y p es y s t e mi sc o n s t r u c t e d ，t h er a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yi sc o n f i r m e d i l l 些奎堕垫查堂婴= ! ：堂竺堡奎 ( 6 ) i td i s c u s s e dt h e o r e t i c a l l yt h er e s o u r c er e t r i e v a ls t r a t e g yo fd i s t r i b u t e ds y s t e m ，p r o p o s i n g ar e t r i e v a ls t r a t e g yt oi m p r o v et h ef l o o d i n ga l g o r i t h ma n dd e m o n s t r a t i o nt h ev a l i d i t yo ft h e s t r a t e g yt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t s i v k e y w o r d s ：s o a ；w e bs e r v i c e s ；d i s t r i b u t e ds y s t e m ：r e s o u r c es h a r i n g ；r o u t i n gl a b e l c l a s s i f i c a t i o n ：t p 3 9 3 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明的， 本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：杨翻_ 、 聊擗1 铵帆乡 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解兰邀有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权遨可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：物朴 导师签字： ， 签字日期：2 0 07 年易月2 - 日 弓以m n 毫 签字日期：2 0 07 年6 月钞日 山东师范大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 本文的研究对象、目的和意义 随着我国教育信息化进程的不断推进，越来越多的学校都建立了自己的校园网，而且 各个学校也都积累了大量的各种各样的网络教育资源，包括各学科的教学案例、实验案例、 各类教学管理软件，优秀教师资源等。但是，目前这些资源形成了一个个的信息孤岛，不 同的学校很难共享，造成资源的极大浪费。同时伴随着需求的不断变化，各学校内部以及 学校之间的遗留信息系统越来越多，各遗留系统所构建的平台不一并且往往出现模块重 复。各应用系统集成不足，信息复用不够，缺乏交互，这些问题都严重阻碍了教育的信息 化进程。 因特网为不同机构的资源共享提供了一种途径。到目前为此，现存的技术仅仅为集中 管理的资源提供了一种有效的资源管理途径。在很多场合下，资源都分布存放在不同的地 点，需要实施资源分布管理的方法和技术。特别是，集中式的资源管理方法不能很好的满 足目前教育资源的共享需求，因此，探索资源分布式管理的方法和技术，避免资源的重复 开发是目前迫切需要研究的问题。 s o a ( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，面向服务架构) 作为一种构造分布式应用系统的 方法，将业务应用功能以服务的形式提供出来，以便更好的复用、组装和与外部系统集成， 从而降低开发成本，提高开发效纠1 1 。作为一种构建分布式系统的指导方法，s o a 能指 导建立一个资源共享、关系松散耦合的既节约成本又扩大效益的资源共享平台；作为一种 新型的体系架构，s o a 来源于早期的基于构件的分布式计算方式，它的优势在于高可复 用性，灵活性，以及更好的扩展性和可用性。通过采用s o a 架构的设计思路，可以最大 程度地减少系统间的耦合，提高信息可复用性【2 】。当需要实现多个基于不同平台、不同技 术的应用程序之间的互操作时，这种体系结构尤其适用。w e bs e r v i c e s 技术是其实现的最 好技术方式之一，基于s o a p 、w s d l 和u d d i 规范的w 曲s e r v i c e s 应用是目前研究的热 点。 s o a 本身是应该如何将软件组织在一起的抽象概念，并没有确切地定义服务具体如 何交互，而w e bs e r v i c e s 则是一种具体的指导原则，它指定了如何在需要交互的服务间传 递消息【3 1 。因此，可以采用w e bs e r v i c e s 及其技术系统来实现s o a ，使得s o a 的实现形 式更加具体，从而有效地工作。利用s o a 技术的目的是避免复杂性，真正有价值的是对 w 曲s e r v i c e s 的再利用而不是w e bs e r v i c e s 本身，跨组织的共享资源是s o a 的价值所在【4 】。 因此，本文基于s o a 的架构，利用w e bs e r v i c e s 技术探索实现教育资源分布式共享系统 的相关技术和实现方法。 山东师范大学硕上学位论文 1 2 分布式教育资源共享系统概述 1 2 1 教育资源共享系统研究现状 要研究和建立教育资源共享系统的优化策略，必须掌握国内外教育资源建设和使用的 最新动态，以此作为我们研究的参考和借鉴。目前国内外企业界、学术界都致力于收集教 师的教材、教案和学习资源，分布式数字资源库( d i s t r i b u t e dd i g i t a lr e s o u r c er e p o s i t o r y ) 是目前各国流行的开发项目，主要目的是希望整合教师开发的各类教学素材，促进交流、 共享和再应用。其中比较典型项目有【5 】【6 】： ( 1 ) 美国的g e m ( g a t e w a y t oe d u c a t i o n a lm a t e r i a l s ) 美国是世界上网络教育资源最为丰富的国家之一，政府组织建设的网络资源多为国家 级的大型资源信息中心，其中有代表性的有e r i c 即美国教育资源信息中心，由美国教育 部、教育科学院和教育国家图书馆提供支持，其资源建设计划周密，功能齐全，文献资料 异常丰富，配有易用的搜索引擎、e m a i l 问答系统和专家咨询等，可帮助用户方便快捷地 查找所需要的资料；美国g e m 教育资源库( t h eg a t e w a yt oe d u c a t i o n a lm a t e r i a l s ) 【7 1 ，这 是一个由美国教育部支持的非盈利组织g e m 的资源库开发项目，主要为教师提供网上课 程计划、课程单元和其它教育资源，建立资源共享与互操作框架和教育资源元数据标准。 这个项目在某种意义上是美国教育资源库开发的标志性工程。 1 9 9 6 年春天，美国国家教育图书馆的研究人员发现，在互联网上已存在着大量的、 丰富的，然而却又未经分类和组织的教育资源。如何加强对网络教育资源的组织和管理， 帮助教师便捷而有效地利用这些资源，成为一个值得关注的重要问题。当年秋天，美国教 育部和美国国家教育图书馆联合发起了一个针对解决上述问题的专门项目一一 c u r r i c u l u mg a t e w a yu n i o nc a t a l o g ( c g u c ) 。这个项目委托著名的锡拉丘兹大学( s y r a c u s e u n i v e r s i t y ) 美国教育资源信息中心信息技术交换所e d u c a t i o n a lr e s o u r c e si n f o r m a t i o n c e n t e r c l e a r i n g h o u s eo ni n f o r m a t i o i la n dt e c h n o l o g y ，e r i c i t ) 具体实施。1 9 8 8 年，这个 项目的名称改为教育资源门户( t h eg a t e w a yt oe d u c a t i o n a lm a t e r i a l g e m ) ，成为美国国 家教育部支持下的非盈利组织，它主要为教师提供丰富的网上课程计划、课程单元和其它 教育资源，并遵循资源共享与互操作的原则，建立了适用于教育和培训的信息资源元数据 标准。g e m 并不收集真正的资源，而为资源贡献者提供了一种规范的资源描述方式，并 指导用户利用它的元数据生成工具g e m c a t ，把自己拥有的资源按照g e m 标准进行整理 和描述。 在g e m 规范的框架下，美国建立了面向广大教师的著名的教育门户网站t h eg a t e w a y ，用来收集资源信息。所有的教育资源贡献者要向g e m 提出申请，以进入门户网站 t h eg a t ew a y 成为g e m 集团会员，并提交通过标准化描述后的资源元数据。门户网站的 访问者在t h eg a t ew a y 上利用元数据信息检索到所需资源后，会通过索引链接到该资源实 际存储的网站。在有效维护资源原创版权的前提下，用户所面向的是一个虚拟的大资源库， 2 一 坐丕塑垫叁堂堡! ：兰竺笙茎 资源分散存储在各个原始网站，通过门户网站提供的检索功能，获取到更为丰富的资源。 而实际存储资源的各个网站通过将元数据信息提交后，能增加该站点的访问量，因而必然 有成为g e m 会员的积极性。 ( 2 ) 澳大利亚的e d n a 澳大利亚教育网络e d n a ( e d u c a t i o nn e t w o r ka u s t r a l i a ) 是澳大利亚所有教育和培训 部之间合作的计划，它为政府和非政府的学校组织、职业教育和培训、成人教育和高等教 育提供丰富的资源服务，即教育和培训的信息目录和基于网络的教育资源数据库，并创建 了覆盖全澳大利亚教育的门户网站e d n a o n l i n e 。 e d n a 是澳大利亚所有教育和培训部门之间合作的计划，主要提供两方面的服务，分 别是教育和培训的信息目录和基于网络的教育资源数据库。它针对教育资源建设制定了适 用于澳大利亚教育的信息资源元数据标准，建立e d n a 元数据标准的目的是支持全澳大 利亚所有教育和培训部门在网上资源发现和资源管理的互操作，应用标准将协助全澳大利 亚跨部门的人群从事资源开发和应用准确描述的电子资源内容。为了确保所收集资源的质 量，e d n a 也明确提出了关于资源内容质量的标准，包括：与课程的相关性、精确和实效 性、权威性、支持社会公正并保护人权与版权，符合e d n a 的编码标准。 e d n a 创建了覆盖全澳大利亚教育的门户网站e d n a o n l i n e 。它由一个非盈利机构一 一e d n a 教育有限公司负责开发和管理，它从属于澳大利亚教育和培训部，并在其监督下 以确保资源服务的质量。e d n a o n l i n e 建立了一个完整的学科课程资源索引两级目录，第 一级是各级各类教育和培训目录，第二级是学科课程目录。目前e d n a 正准备和美国g e m 门户网站实现资源共享。 ( 3 ) 加拿大的e d u s o u r c e e d u s o u r c e 是从2 0 0 2 年7 月启动，到2 0 0 4 年3 月结束，项目的核心是要在标准化的 基础上，围绕学习资源内容可重用，创建跨越整个加拿大的国家互联共享的学习资源库网 络，开发的教育资源对所有的加拿大人开放，同时引领正在进行的与这种基础架构发展密 切相关的工具、系统、协议以及其它实践的发展方向。e d u s o u r c e 基于加拿大国家的或国 际的学习技术标准，同时采用英语和法语进行学习对象库的构建，为每一个加拿大人提供 数字学习服务，并在整个加拿大分享传播项目研究的成果。e d u s o u r c e 项目组由来自政府、 企业和学术三方的专家代表组成，不同的参与角色分别从教学研究、测试运行、评估研究、 内容重用、数据仓库、元数据等方面对分布式学习物件库进行构建研究。 从上面可以看到，国外的网络教育资源建设则充分体现了合作精神，其基本特色是采 用元数据( m e t a d a t a ) 描述学习内容，通过建立资源元数据库，整合和共享分散在各学校 具体的资料内容。教育资源建设往往是多个单位和个人共同参与，这种多方合作方式可以 大大拓宽资源收集途径，把以自然、零散形态分布在互联网上的教育资源规范、有序的整 合起来，提高教育资源的质量与利用效率，避免重复开发和浪费。 转眼国内，我国目前关于教育资源的研究现状如下： ( 1 ) 国家支持建设的大型教育数据资源库和网络资源建设工程项目，如中国知识基 础设施工程( c n k i ) 和中国数字图书馆工程。前者包括中国期刊全文数据库、中国优秀 山东师范人学硕卜学位论文 博硕士学位论文全文数据库等在内的多个源数据库及中国基础教育知识仓库、中国期刊 “世纪光盘”工程项目等多个知识仓库；后者于年由国家立项，联合全国家加盟图书馆的 力量开展多种类型资源数字化的工作，旨在建设大型优质中文信息资源库群，并通过高速 网络提供服务。 ( 2 ) 国家建设的远程教育系统中国广播电视大学系统，其系统内部资源的共享 应是一个典范。中国广播电视大学系统“统筹规划、分级办学、分级管理的体制，决定 了广播电视大学系统特有的资源共享机制。 ( 3 ) 同类型或同地区院校在项目或政府的推动下实现资源共建共享。西安交大、上 海交大、浙江大学在共同参加教育部“远程教育关键技术与支撑服务系统和天地网结合项 目 的推动下，联合研究、开发远程教育的若干关键技术，形成具有自主知识产权的天地 网结合的远程教育支持系统【引。 1 2 2 当前存在的问题 虽然我国教育信息化发展迅速，已经取得了较大的成绩，但是与发达国家教育资源库 建设相比，还存在不小的差距，随着国家对教育事业的重视和我国经济的快速发展以及信 息化程度的提高，大力促进教育资源建设势在必行，就目前而言，存在的基本问题如下： ( 1 ) 从体系结构上来看，现有的分布式管理系统，多数都只实现了资源实体的分布 式存储，但是系统中的目录管理，资源的描述信息以及对资源的检索都集中在主服务器上。 这样，主服务器任务过重，它承担了过多的信息存储以及巨大的检索负载，并且需要频繁 地与各子站点进行目录信息的同步。同时，各个资源子站点只是进行简单的资源存储，而 不具有独立的资源管理和供应策略，造成了子站点功能上的浪费。这种情况只是实现了资 源存储的分布，并没有真正的实现资源的分布式检索与分布式管理，这就是所谓的“假分 布 【们。 ( 2 ) 不利于共享异构资源：当前的分布式资源共享系统几乎不能支持异构资源的共 享，需要将原有许多独立的资源站点进行格式转换后才能共享，不利于分布式教育资源共 享的实现。 ( 3 ) 检索效率不高：由于所有对资源的检索交易都是在主站点服务器上进行的，造 成整个分布式资源系统负载不均，主站点负担重，网络流量大，成为整个资源库的瓶颈。 ( 4 ) 检索效果不佳：由于异构性，资源描述信息难以达到同步，查准率和查全率都 比较低下，进而无法准确有效的进行资源检索，资源的检索效率较低。 ( 5 ) 缺少资源质量的管理和控制功能：目前教学资源都支持动态添加资源，但大多 数系统在入库资源的质量管理方面都只提供极其简单的功能而缺少对质量管理控制的设 计。 以上这些不足都在一定程度上的限制了分布式资源共享系统的应用。 4 山东师范大学硕上学位论文 1 3 本文主要研究内容 教育资源是教育信息化的关键因素，也是教育信息化重点建设的内容。目前，分布式 资源共享模式逐渐成为资源管理模式的一个主要趋势。在分布式资源管理系统中，资源分 布存储在不同节点上，s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务架构) 正是一种用来 集成分布式系统的应用程序体系结构，在教育资源的管理中采用s o a 技术能将现有的网 络教育资源以服务的形式共享出来，达到资源重用的目的；并且利用w e bs e r v i c e s 技术的 服务接口和服务实现间的松散耦合关系来改善网络教育资源的集成和管理；服务接口和实 现的动态绑定能更快地反映网络教育资源的更新变化；资源的共享就可以减少资源建设的 成本和提高网络教育的质量。本文基于s o a 技术以及w e bs e r v i c e s 技术，提出基于s o a 的分布式教育资源共享系统的设计思想，研究优化的资源检索策略，用以更好的满足我国 教育建设的需要。其主要研究工作如下： 1 、设计了基于s o a 的教育资源共享系统的体系结构，提出了层次式的教育资源共享 模型，将教育资源共享网络模型分为三层：最上层为中心节点；中间层为管理节点，处于 逻辑中心位置将系统划分为若干个域；最底层是资源节点包括所有的用户和资源服务提供 者。同时，对系统各类节点的功能进行了定义。以该成果为核心的论文“基于w e bs e r v i c e s 的教育资源共享系统的研究与设计发表于福建电脑。 2 、结合国家教育资源建设规范研究教育资源的组织形式，对各类教学资源的标注属 性进行了定义，基于x m l 技术设计了教育资源元数据标注规范，并探讨了元数据的优化 预处理方法。 3 、基于w e bs e r v i c e s 技术，对系统的资源管理模块和资源检索模块进行了详细设计， 基于本文设计的系统体系结构，实现了资源的上传、修改、删除以及分布式检索等主要功 能，完成了分布式教育资源共享原型系统的构建，证实了本文系统设计的合理性和可行性。 4 、针对分布式资源检索采用洪泛( f l o o d i n g ) 机制容易产生大量垃圾通信，造成网络 拥塞并引起单点失效的问题，本文提出了一种基于路由标注的资源检索策略，减少信息检 索过程中产生的冗余消息数目避免网络拥塞。通过理论分析和实验模拟验证了路由标注策 略的有效性。以该成果为核心的论文“基于教育资源网格的信息检索策略”发表于计算 机应用研究。 1 4 本文的组织结构 本文将按照如下章节进行展开： 第1 章绪论 第2 章相关技术及理论：s o a 技术介绍 第3 章系统总体架构的设计 第4 章系统关键模块的设计与实现 第5 章分布式信息检索策略研究 第6 章总结和展望 5 山东师范人学硕上学位论文 第2 章相关技术及理论：s o a 技术介绍 s o a ( s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务的架构) 作为w e b 服务的基础构架， 目前已经成为计算机信息领域的一个主要发展方向。为了便于探讨基于s o a 构架的分布 式教育资源共享系统的实现方法，本章对s o a 技术的相关方法和理论进行介绍，比较s o a 架构与传统分布式架构的优缺点，证实基于s o a 架构实现分布式教育资源共享系统的合 理性。 2 1s o a 概述 s o a 的概念是在1 9 9 6 年g a r t n e r 公司描述实施企业“v 英文”的时候，第一次提出 来的【1 0 1 。当时提出s o a 的主要目的就是让每个i t 系统都实现自治，灵活的发展空间， 同时又能够随需共享，但由于当时的市场环境和技术水平尚不具备真正实施s o a 的条件， 因此当时并未引起人们的广泛关注，只是停留在概念阶段，没有形成具体的观念和技术。 直到x m l t l l 】语言的出现及发展，以及w e bs e r v i c e 等技术的发展，s o a 才慢慢走入人们 的视野，从概念逐渐转向于应用。 s o a 是一个基于特定标准的组织和设计方法，s o a 在传统的业务层和技术层之间增 加了一个服务层，通过连接能完成特定服务的独立功能实体来实现软件系统架构。它将业 务层和技术层之间的信息有效地进行沟通，让企业应用层可以彻底摆脱技术的束缚。s o a 提供了一种机制，通过这种机制，可以集成现有的各种应用程序，不论它们采用哪种平台 或语言。s o a 的实质就是核心业务提供端到端的服务。 2 1 1s o a 的基本概念 s o a t l 2 】是一种架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进 行分布式部署、组合和使用。服务层是s o a 的基础，可以直接被应用调用，从而有效控 制系统中与软件代理交互的人为依赖性。 s o a 的关键是“服务 的概念，w 3 c ( w o r l d 、i d ew e bc o n s o r t i u m ，万维网联盟) 将服务定义为：“服务提供者完成一组工作，为服务使用者交付所需的最终结果。最终结 果通常会使使用者的状态发生变化，但也可能使提供者的状态改变，或者双方都产生变 化。 g a r t n e r 则将s o a 描述为：“客户端h a 务器的软件设计方法，一项应用由软件服务和 软件服务使用者组成s o a 与大多数通用的客户端服务器模型的不同之处，在于它着 重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口。 虽然不同厂商或个人对s o a 有着不同的理解，但是我们仍然可以从上述的定义中看 到s o a 的几个关键特性：一种粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义 接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。 6 山东师范大学硕上学位论文 2 1 2s o a 的特征 s o a 是一种粗粒度、松耦合的软件架构，其服务之间通过简单、精确定义接口进行 通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型，其技术特征如图2 1 所示。 图2 1s o a 的技术特征 该模型具有下面几个特征【l 列： ， ( 1 ) 松散耦合 服务请求者到服务提供者的绑定与服务之间是松耦合的。松散耦合旨在将服务使用者 和服务提供者在服务实现和客户如何使用服务方面隔离开来。服务接口作为与服务实现分 离的实体而存在，服务请求者不知道提供者实现的技术细节，比如程序设计语言、部署平 台，等等。服务请求者往往通过消息调用操作，请求消息和响应，而不是通过使用a p i 和文件格式。服务实现的修改完全不会影响到服务的使用者。 ( 2 ) 粗粒度服务 服务粒度( s e r v i c eg r a n u l a r i t y ) 指的是服务所公开功能的范围，一般分为细粒度 ( f i n e g r a i n e ds e r v i c e ) 和粗粒度( c o a r s e g r a i n e ds e r v i c e ) 。其中，细粒度服务是那些能够提供 少量商业流程可用性的服务。粗粒度服务是那些能够提供高层商业逻辑的可用性服务。粗 粒度服务可以灵活组合稳定性强、重用性高的细粒度服务，而快速形成新的业务逻辑。虽 然细粒度的接口为请求者应用程序提供了更多的灵活性，它同样也意味着交互的模式可能 随着不同的服务请求者而不同。这可能使对于服务提供者的支持更加困难。粗粒度接口保 证服务请求者将以一致的方式使用服务。面向服务的体系结构( s o a ) 不要求使用粗粒度接 口，但是推荐使用它们作为外部集成的最佳实践。服务编排可以用来创建运行由细粒度操 作组成的业务流程的粗粒度接口。 ( 3 ) 标准化的接口 服务描述的重点在于与几部分交互所用的操作t 服务、调用操作的消息、构造这种消 息的细节和关于向何处发送用于构造这种消息的处理细节的消息的信息。s o a 通过服务 接口的标准化描述，从而使得该服务可以提供给在任何异构平台和任何用户接口使用。该 接口隐藏了实现服务的细节，允许独立于实现服务的基于硬件或软件平台和编写服务所用 7 山东帅范大学硕十学位论文 的编程语言使用服务。 ( 4 ) 无状态服务 服务应该是独立的、自包含的请求，在实现时它不需要从一个请求到另一个请求的信 息或状态。服务不应该依赖于其他服务的上下文和状态。当需要依赖时，它们最好定义成 通用业务流程、函数和数据模型，而不是实现构件( 比如会话密钥) 。当然，请求者应用 程序需要服务调用之问的持久状态，但是这不应该与服务提供者分开。 除了上述优势以外，s o a 的优势还在于：s o a 没有任何新的组成成分，它是由一系 列现有的s o a 概念和实践范例的组合。s o a 很突出的进步在于集成w e b 服务提供了协 调工作的新标准，更重要的是可以实现集成异构系统。异构系统的集成改变了设计大系统 的方式。 s o a 面临着的难题有三个【1 4 1 ，一是s o a 需要发现合适的耦合程度，需要生产很多重 要的设计和架构，还需要设置合适的过程和组织结构；二是新建服务和重用服务之间的折 中点的选择；三是对s o a 的过程进行测试时需要提供的测试数据和对构造进行测试。 2 1 3s o a 架构 面向服务的架构是一种面向服务的企业应用体系结构，是一种分布式的软件架构模 型。在这种体系结构中所有的功能都用相互独立的服务来实现，它们可能集成在一个应用 中，也可能是分布在互联网上或者建立在异构的平台上。s o a 的核心理念是将应用程序 的不同功能组件从复杂的环境中独立出来并组件化封装为服务【i5 1 。 s o a 体系结构由服务提供者、服务请求者和服务注册中心组成，基本操作包括服务 注册发布、服务查找和服务绑定【i6 1 ，如图2 2 所示。服务提供者将服务的信息发布到服务 注册中心。服务请求者使用查找服务来定位服务，一旦服务请求者发现合适的服务，它将 根据服务注册中心描述中的信息在运行时直接激活服务。 图2 - 2s o a 系统结构 s o a 是一种设计方式，它指导着业务服务( b u s i n e s ss e r v i c e ) 在其生命周期中包括创建 和使用的方方面面。s o a 也是一种定义和提供i t 基础设施( i ti n f r a s t r u c t u r e ) 的方式，它允 许不同应用相互交换数据、参与业务流程，无论它们各自背后使用的是何种操作系统或采 用了何种编程语言。 s o a 架构是一种新的集成应用体系架构，它的目标是解决应用集成领域的两个难题： 异构与不断变化的数据。s o a 提供的是一个松耦合且语言和平台无关的架构，它与之前 8 山东帅范大学砍t 学位论义 的面向对象( o o ，o b j e c to r i e n t e d ) 和组件编程( c o m p o n e n tm o d e l ) 并不矛盾，但通过规范和 统一提供了更为强大的平台问互操作能力。 s o a 表达的是一种创建分布式系统的方法，该分布式系统可以松耦合的方式将业务 功能发布为服务提供给其他服务或最终用户。s o a 架构包含“功能性 和“服务质量控 制 两方面的内容，其结构如图2 3 示。 图2 3s o a 的基本架构 在功能性协议中，每一层的协议向上层协议提供服务。“传输层 负责将请求传递给 服务提供者并将回应消息传递给请求者；“服务通信协议层 定义了请求端与服务端进行 通信的协议细则；服务描述层定义与服务交互采用的x m ls c h e m a ，定义如何调用服务提 供的方法，如何传递所需参数和返回值等；“服务层”则表示实际存在和实现的服务实例； “业务处理层 定义了为满足特定的商业需求而定义的按顺序执行的一系列服务集合；“服 务注册 是一个服务和数据描述的库，提供者利用它发布服务，而请求者利用它查找需要 的服务。“策略控制 定义一组情况和控制策略，在满足条件时将特定的服务向合法用户 开放；“安全性 协议定义一组可用于用户身份认证、权限控制的规则，“事务层定义了 一组可作用于一组服务，用于保证结果一致性的属性。“管理层 定义了可直接用于服务 控制和管理的属性和方法集合。整个s o a 结构以松耦合的方式协同工作，整个框架即可 以用w e bs e r v i c e s 来构建，也可以用其他分布式技术