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网络教育结算系统的设计与实现 网络教育结算系统的设计与实现 捅要 国家“十五”重大科技攻关项目“网络教育关键技术及示范工程”是具有我 国自主知识产权的网络教育软件系统。为解决该系统中财务活动的自动化，开发 网络教育结算系统是亟需解决的重要问题。在该课题的前期工作中，已对网络教 育的计费支付模式、s s l ( t l s ) 协议和s e t 支付协议进行了详细探讨，并实现 了一个实时的计费支付系统。但该系统存在着缺乏系统管理，人工手动结算和难 以满足网络教育系统集成的问题。本文在认真分析该领域的研究现状后，运用网 络结算知识，提出了解决自动结算、自管理结算系统的设计方案并予以实现。 具体的工作主要包括： 在线实时支付系统的移植与拓展。根据网络教育系统集成的规范，修改支付 流程，并将支付系统移植到新的数据平台上。 实现自动结算、对帐功能。减少人为因素对结算系统的干预，实现完全的自 动化。 多功能的管理模块。自动生成详细的日志以备审计，具有稳定及时的故障判 断与处理模块，可将严重的异常及时向管理员报告。 采用跨平台、跨语言的数据交换技术，实现结算系统与其他各异构网络教育 业务子系统的有机集成。在分析了基于s o a p 传输协议的数据交换处理过程 后，提出了改善系统性能的方法。 实现了基于j u n i t 的自动化单元损l 试，实践证明它在提高软件开发速度和减 轻测试工作薰方面功能强大。相关的功能测试和性能测试也证明了结算系统 的实用性和可靠性。 关键词：网络教育；在线支付；系统集成；自动测试 东南大学硕士学位论文 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fan e t w o r ks e t t l e m e n ts y s t e mi n e - l e a r n i n g a b s t r a c t a sap a r to ft h en a t i o n a lk e yt e c h n o l o g i e sr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m d u r i n g t h e1o t hf i v e - y e a rp l a n p e r i o d e l e a r n i n gk e yt c c h n o l o g i e s a n d d e m o n s t r a t i o np r o j e c t sa r es o f t w a r es y s t e mo fe - l e a r n i n gw i t hi n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h to f0 1 3 2 c o u n t r y i t si m p o r t a n tt od e v e l o pan e t w o r k s e t t l e m e n ts y s t e mw h i c hc a ns o l v ef i n a n c i a la u t o m a t i z a t i o ni ne l e a r n i n g ar e a l t i m e b i l l i n ga n dp a y m e n ts y s t e mi sr e a l i z e di nt h ee x i s t i n gw o r kt h a th a sd i s c u s s e db i l l i n g m e t h o d ，p a y m e n tm o d ea n dp a y m e n tp r o t o c 0 1 b u tt h ee x i s t i n gs y s t e mh a ss o m e l i m i t a t i o n s u c ha sl a c k i n gs y s t e mm a n a g e m e n t , m a n u a ls e t t l e m e n ta n dt h ed i 衔c u l tt o i n t e g r a t i o ni ne - l e a r n i n g r e f e r r i n gt oc u r r e n tr e s e a r c hr e s u l t s ，t h ea u t h o rp r e s e n t sa n a u t o s e t t l e m e n ta n ds e l f - m a n a g e m e n td e s i g np l a n ，a n dt h e nr e a l i z e si ti ne - l e a r n i n g 耽es p e c i f i cw o r k sm a i n l yi n c l u d e ： t r a n s p l a n t a t i o na n de x p a n s i o no f t h eo n l i n er e a l t i m ep a y m e n ts y s t e m a c c o r d i n g t ot h es t a n d a r do fe - l e a r n i n gi n t e g r a t i o n ，p a y m e n tp r o c e s si sm o d i f i e da n dt h e s y s t e mi st r a n s p l a n t e dt oan e w d a t ap l a t f o r m t h er e a l i z a t i o no ft h ea u t o m a t i cs e t t l e m e n ta n d c a s ha tb a n k r e c o n n a i s s a n c e r e d u c i n gt h eh u m a ni n t e r v e n t i o nf o rp a y m e n ts y s t e ma n di m p l e m e n t i n gt h e c o m p l e t ea u t o m a t i o n m u l t i f u n c t i o n a lm a n a g e m e n tm o d u l e , i n c l u d i n ga u t o m a t i ca u d i tb yl o g g i n gi n d e t a i la n das t a b l ee x c e p t i o nd i a g n o s i sa n dh a n d l e sm o d u l ew h i c hc a nr e p o r t e m e r g e n c ye x c e p t i o nt ot h ea d m i n l s t r a t o r si nt i m e a d o p t i n gd a t ai n t e r c h a n g et e c h n o l o g yt h a ti si r r e l e v a n tt ot h ep l a t f o r ma n d l a n g u a g e t o i m p l e m e n ti n t e g r a t i o n w i t ho t h e r a p p l i c a t i o ns u b s y s t e m so f e - l e a r n i n g a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o c e s s i n gf l o wo fd a t ai n t e r c h a n g eb a s e do n s o a p ，am e t h o do f i m p r o v i n gs y s t e mp e r f o r m a n c ei sr e f e r r e d t h ei m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i cu n i tt e s tb a s e do nj u n i t j u i l i ti su s e f u li n s o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n dh e l p st or e d u c ew o r k l o a d 1 1 1 es e t t l e m e n ts y s t e mi s p r o v e dp r a c t i c a b l ea n dr e l i a b l eb yt h ef o l l o w i n gf u n c t i o na n dp e r f o r m a n c et e s t k e y w o r d s ：e - l e a r n i n g ；p a y m e n to n l i n e ；s y s t e mi n t e g r a t i o n ；a u t o m a t i ct e s t j i 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权说明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。 签名：盛 日期 二、关于学位论文使用授权说明 加心i f 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： 圣蹩 导师签名；日期： 垫坚：生： 第一章绪论 第一章绪论 本章首先简单介绍了网络教育结算系统的应用和研究背景；然后重点针对系统集成这一 网络教育中的关键问题，讨论了当前的研究现状和存在的问题；接着阐述了本文要研究和解 决的问题以及采用的研究策略；并且在本章最后部分勾画了文章的组织结构。 1 1 研究背景 本文以“十五”国家重大科技攻关项目“网络教育关键技术及示范工程”中 的第四个子课题网上教育结算系统和第十二个子课题网络教育系统总 体设计与集成为项目背景而展开研究的。其中网络教育结算系统的任务是建立一 个支持各种网上教育服务的网络结算系统，实现学校与银行之间的财务结算。系 统应具有准确性，开放性，通用性，安全性和扩展性等特点，关键技术包括：结 算管理系统的研究与实现；结算系统与银行间的接口研究；身份认证技术研究； 数据安全传输的研究等。网络教育系统总体设计与集成的目标是提供新一代高速 互联网络环境下开展网络教育所需的成套关键技术和可缩放、能互操作的系统集 成支撑平台，将包括网络教育结算系统在内的七个业务子系统集成到网络教育系 统总体框架之中。为完成这一目标，需要考虑结算系统与支撑平台接口的设计与 实现问题。 网络教育结算系统这个课题从调研、可行性分析、制定规范，到正式立项历 经多个阶段，在已有工作【1 l 中，作者探讨了网上支付的模式、业务流程、s s l 2 ( t l s ) 协议和s e t 支付协议，已实现的模块图及数据流程图1 1 所示。 与 用 户 接 口 与银行接口 数据库接口 与 用 户 接 口 图1 1 现有支付系统结构图 支付信息通过与用户接口被传入到请求处理模块，以判定其有效性。如果请 求有效则通过数据库接口在计费数据库中记录用户提交的支付信息，利用u r l 接口与银行交互；否则将具体的差错信息返回给请求支付的应用系统。通过与银 行的接口，银行返回的支付结果被送到结果处理模块。该模块负责调用数据库接 口将支付结果记录在计费数据库中，并提取返回u r l ，然后将支付结果附在该 u r l 上，通知请求支付的应用系统。 该系统可与招商银行交互，完成在线实时支付，但作为一个完整的结算系统， 东南大学硕士学位论文 现有的工作还不能满足业务的需要，具体存在以下问题： 人工手动方式完成结算。目前的商户均是非立即结算帐户，消费者完成支 付后相应款项在其帐户中被冻结，只有当商户通过手工方式或者直联方式和银行 结帐后，相应款项才能从消费者的帐户划拨到商户的结算帐户中，否则银行5 天 后自动把这笔款项退还消费者。现有系统没有实现直联结算，需人工定期登录银 行系统发出结算指令以完成付费。为减少人为因素对结算系统的干预，实现完全 的自动交易，必须开发直联结算模块。 缺乏系统管理。对于无人值守的实时性系统，一旦出现异常，要求迅速诊断、 报警、恢复，避免或减少损失。这样的系统如果不进行强有力的管理和监控，准 确的业务处理根本无从谈起。因此，网络、数据库、应用等方面的集成化管理是 势在必行的。已完成的支付只是结算系统的一部分，没有考虑对整个系统的监控 管理。现拟开发一个管理模块实现结算系统业务、安全、性能等方面的监控，如 进行性能跟踪、查询、统计、日志维护、状态监控等，以保证系统的健壮性。 无法满足集成的新需求。作为结算功能的部分实现，现有系统同样无法满 足项目系统集成的要求。为体现结算系统的开放性和通用性，必须对本系统的外 部接口技术进行研究，开发结算系统与支撑平台中各模块间的接口。实现与网络 教育支撑平台的集成，为整个网络教育系统提供有效的支付和结算服务，以形成 一个完整的、分布式的、可扩展的两络教育运行体系。在与其他系统的集成中必 须考虑的一点就是安全性。由于被传输的数据中包含敏感信息，这意味着，信息 的发送者和接收者都必须经过验证，以确保消息的真实性和完整性( 检验消息是 否已经更改) ，并且保持消息的机密性( 进行加密以防其内容为预定的接收者以 外的人所获悉) 。 1 2 研究现状 1 2 1 网络教育结算系统的研究现状 目前国际上综合性的网络教育系统有：加拿大b r i t i s hc o l u m b i a 大学( 英属 哥伦比亚大学) 计算机科学系开发的w o b c t ，i b m 的l e a r n i n gs p a c e 和p a t h w a r e ， 加拿大s i m o nf r a s e r 大学开发的v i r t u a l u ，美国b l a c k b o a r d 公司资助c o m e l l 大 学开发的c o u r s d n f o ，瑞典l u n d 大学( 龙德大学) 开发的l u v i t 等。但这些 系统中均没有考虑费用结算问题，因此与本项目相类似具有参考价值的无过于电 子商务。在网络教育结算系统的前期工作中已经确定了结算系统的计费模式和支 付模式，在此仅讨论其实现方法的研究现状。 作为服务器端应用系统，结算系统的实现可以采用以下几种分布式中间件： c o r b a 分布计算技术 由绝大多数分布计算平台厂商所支持和遵循的系统规范技术，具有模型完 整、先进，独立于系统平台和开发语言，被支持程度广泛的特点，已逐渐成为分 2 第一章绪论 布计算技术的标准。c o b r a 标准主要分为3 个层次：对象请求代理、公共对象 服务和公共设施。目前，c o r b a 兼容的分布计算产品层出不穷，其中有中间件 厂商的o r b 产品，如b e am 3 ，i b mc o m p o n e n tb r o k e r ；有分布对象厂商推出 的产品，如i o n a o b i x 和o o c o b a c u s 等。c o r b a 规范的近期发展，增加了面 向i n t e r n e t 的特性，服务质量控制和c o r b a 构件模型f c o r b ac o m p o n e n t m o d e l ) 。 d c o m c o m c o m + d c o m c o m c o m + 的构件仍然采用c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 模型。 c o m 最初作为m i c r o s o f t 桌面系统的构件技术，主要为本地的o l e 应用服务，随 着m i c r o s o f t 服务器操作系统n t 和d c o m 的发布，c o m 通过底层的远程支持使得 构件技术延伸到了分布应用领域。d c o m c o m c o m + 更将其扩充为面向服务器 端分布应用的业务逻辑中间件。通过c o m + 的相关服务设施，如负载均衡、内存 数据库、对象池、构件管理与配置等，d c o m c o m c o m + 将c o m 、d c o m 、 m t s 的功能有机地统一在一起，形成了一个功能强大的构件应用体系结构。但 d c o m 有两个重大缺点：( 1 ) 它由单一开发者定义并控制，这大大限制了d c o m 使用者的选择范围( 比如：开发工具和风格) 。( 2 ) d c o m 缺乏众多的平台支持， 这极大程度地制约了代码的可重用性和d c o m 应用的可扩展性。 e j b 3 , 4 i ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) e b 是s u n 推出的基于j a v a 的服务器端构件规范j 2 e e 的一部分，自从j 2 e e 推出之后，得到了广泛的发展，已经成为应用服务器端的标准技术。e j b 技术是 发展的面向服务器端分布应用构件技术，它基于j a v a 语言，提供了基于j a v a 二 进制字节代码的重用方式。e j b 给出了系统的服务器端分布构件规范，包括了构 件、构件容器的接口规范以及构件打包、构件配置等的标准规范内容。从企业应 用多层结构的角度来说，e j b 是业务逻辑层的中间件技术，它提供了事务处理的 能力。从分布式计算的角度，f a b 像c o r b a 一样，提供了分布式技术的基础， 提供了对象之间的通讯手段。从i n t e m e t 技术应用的角度，e j b 成为新一代应用 服务器的技术标准。它具有移植性好，便于开发的优点，而且与c o r b a 技术有 融合的趋势。 上述几种分布式中间件各有优缺点，但考虑到d c o m 的可扩展性以及 c o r b a 体系结构的复杂性和软件开发商的支持度有限的问题，选择f a b 作为组 件体系结构。 1 2 2 网络教育系统集成的研究现状 结算系统集成的开发重点在于与支撑平台进行数据交换的整合。由于结算 模块的开发是基于w i r t 3 2 平台的c + + 银行直联包，而结算系统必须与l i n u x 下 基于f a b 的数据交换模块进行数据传输。考虑到这种跨平台、跨语言的需求， 需要使用具有良好互操作性的数据传输协议来封装通信。 东南大学硕士学位论文 开放标准的数据载体x m l 能将i n t e m e t 上的各种海量数据充分表达和应用， 其特点是将数据的表现和数据本身分离，数据的值和数据的语义可以结合在一 起，并且它本身是自描述的、可扩展的，因此成为i n t e m e t 上的数据发布、数据 集成与交换的首选技术。简单对象访问协议s o a p 5 ，6 ，7 ，8 1 是第二代x m l 协议。第 一代x m l 协议的简单性和对x m l l 0 的依赖性导致了扩展性不强和数据表达能 力有限的问题。第二代协议使用x m l 命名空间和x m l 模式机制，增强了协议 可扩展性并将描述语法和数据类型信息结合起来解决了第一代协议的问题。 s o a p 协议包含3 个部分：定义描述消息内含和处理方法架构的信息包、定义描 述数据类型编码规则的集合和解决描述远程调用和应答的转换机制。本质上， s o a p 是一种由s e n d e r 到r e c e i v e r 的单向传输方式，它提了供众多机制以实现简 单灵活的x m l 传输，如定义通信单元的机制，错误处理机制，可扩展机制，灵 活的数据表达机制等。所以，结算系统选用s o a p 作为它与其他异构系统间的数 据交换传输协议。 安全性是w e b 应用得以实施的必要条件，是i n t e r n e t 上信息传输的机密性、 真实性、完整性和不可否认性的保证。目前已实现的系统使用s s l 来保障安全， 但s s l 在用于w e b 应用时存在一些局限性，如：s s l 提供点到点的安全，故不 能完全满足端到端的安全需求；s s l 在传输层面上保护通信，而不是在消息层面 上；s s l 无法提供基于元素的加密。 针对x m l 数据传输存储的安全需求，i e t f 和w 3 c 联合发布了x m l 加 密 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2 规范，现在这一规范已成为w 3 c 的推荐标准。x m l 加密并不是要取 代s s l ，而是提供一种机制来解决s s l 未能覆盖的安全需求，从而为需要交换 结构化数据的应用程序提供端到端的安全保证。x m l 加密技术可对任何数据对 象进行加密，包括：任意的八位字节、x m l 文档、x m l 元素、x m l 元素的内 容等，特别是能够对同一x m l 文档的不同部分，用不同的算法和密钥进行加密。 x m l 加密指定了加解密操作的规则和过程并采用x m l 格式表示结果，从而使 得合作伙伴能够统一进行加密和解密，增强了互操作性。因此，x m l 加密技术 具有灵活性好，互操作性强和兼容性好等特点。其加密处理流程如下： 4 第一章绪论 图1 2 x m l 加密处理流程 x m l 解密工作流程如下图： 图1 3 x m l 解密处理流程 s o a p 本身就是x m l 形式的，所以可以使用x m l 加密以任何合适的方 式随意处理加密问题。例如，可以对整个s o a p 主体加密，也可以对部分主体 加密。x m l 加密的目的之一就在于实现基于s o a p 的w e b 服务的安全性方法 标准化。 东南大学硕士学位论文 1 3 研究目标 从项目应用实施角度考虑，需要设计开发出一套适用于网络教育系统，支持 各种网上教育服务，实现学校与个人、校际之间财务结算的网络教育结算系统， 该系统需要满足以下功能：帕对x m l 标准的s c h e m a 提供全面的支持，与数据 交换一起定义出跨平台的数据交换格式和规范接口，使系统具有较好的通用性； o 由于研究项目的持续性，网络教育结算系统必须具有可扩展性和可重用性。在 设计时，根据系统需求采用u m l ”】建模，应用多种设计模式的思想。在测试阶 段，利用多种测试理论评价系统性能；够功能的系统管理。安全管理，尽量保 证运行安全和信息安全：业务管理，维护长事务的原子性、一致性、隔离性和持 久性，并试图减缓网络或银行故障对结算系统的冲击。 从理论角度讲，论文主要侧重于探讨在结算系统开发中遇到的故障判断和处 理方法，以及在使用s o a p 协议时，如何改进传输性能。 1 4 研究内容 论文主要包含结算系统的设计与实现及其与网络教育系统集成两部分。 1 4 1 结算系统的设计与实现 目前的结算系统实现了费用的支付，但由于集成需求，系统需从m y s q l 数 据库移植到o r a c l e 1 4 】上，另外还要完成结算、管理等模块的开发。 结算模块，通过调用银行提供的接口，把款项真正从用户的帐户划拨到商户 的结算帐户中。模块程序自动地结帐而不必派专人进行定期查询或结帐操作。 管理模块，结算系统的管理模块是一个运行在服务端的独立模块，提供安全 管理和业务管理。它不仅能够维持、优化支付和结算模块的正常运行，而且能对 计费数据库中的数据进行维护与监控。安全管理，负责录入各种监管对象，制定 监管策略；根据监管策略，对网络中的各类监管对象进行监视，并将结果记录到 数据库中；能够产生监管报告，显示各个监管对象的情况；维护运行安全，通过 面向系统的风险分析，设置备份与恢复策略，确定应急技术；信息安全方面主要 关注数据库的安全问题，如完整性问题，授权问题等。业务管理，负责维护长事 务的原子性、一致性、隔离性和持久性，提供结算明细帐单的查询、统计、日志 维护等；判断故障的类型、制定处理方案，以缓冲阿络或数据库故障对结算系统 的影响。 计费子系统，根据测度对服务的使用进行计量，并聚合具体用户( 或者账户) 的服务使用量，利用计费规则计算出具体的费用。 数据库与集成接口，实现结算系统与o r a c l e 数据库，与支撑平台的交互功 能。 银行接口，由银行提供，实现与银行系统的交互。 6 第一罩绪论 1 4 2 网络教育结算系统的集成 结算系统集成研究集中在以下三个方面： 安全性研究，实现x m l 加密，其关键在于x m l 的加密流程和解密流程的 实现。研究包括：加密方如何把密钥、加密后的信息封装成x m l 文档，x m l 文档的数据编码解析，x m l 文档的序列化与反序列化问题，解密方如何获知 足够的信息进行解密等。 与支撑平台的集成，网络教育结算系统的集成体现在其与网络教学管理系统 通过数据交换模块实现数据连通上，主要的工作为：确定与数据交换的接口规范， 主要是定义交互的x m l 文档模式；实现与数据交换模块的数据传输，开发出绑 定在h t t p 上的s o a p 消息请求客户端和应答请求的s o a p 消息服务器端。 s o a p 传输性能改进。s o a p 的价值在于它实现了互操作性、灵活性和软件 的重用，减少了开发和运行成本，改善了与业务合作伙伴和顾客的关系，但其性 能一直受到争议。其实s o a p 性能通常是通过响应u r l 请求的速度来度量的， 但更广泛的性能评估同样包括对同时发生的请求的影响、响应请求的等待时间、 处理按需增长的解决方案的可伸缩性、以及由于事务负载的增加而造成操作性能 退化程度的度量。针对上述评估点，研究工作集中在s o a p 传输性能的改进上。 1 5 研究思路 论文的理论研究和实践研究并重，需要仔细阅读有关理论方面的文章与书 籍，并通过有关网站了解该研究方向上的国际国内最新动态和各个关键技术的最 新研究成果。具体来讲； 采用面向对象的分析与设计方法开发结算系统。基于用况，以体系结构为核 心，采用迭代增量模式，来实旋开发。主要流程包括：分析阶段的用况分析、建 立概念模型、描述系统顺序图、建立契约；设计阶段的协作图和设计类图的设计； 编码阶段的代码映射，单元测试和模块联调。 遵照x m l 加密的r e c 标准，采用s c h e m a 规范描述加密传递的资源实体。 2 0 0 2 年1 2 月w 3 c 发布x m l 加密r e c 标准，它详细描述了x m l 加密、解密 的语法及其处理流程，这为实现x m l 加解密提供了依据。i b m 的x m ls e c u r i t y s u i t e 是开放源码的开发工具，可以利用它来实现x m l 加解密模块。 利用招商银行提供的w i n 3 2 平台上c + + 直联接口【1 5 】，结算模块根据每天自 动结算一次的策略完成工作。查询计费数据库，提取满足结算要求的交易，然后 调用银行接口进行结算；如果成功完成任务，将信息记录到计费数据库中：否则 进行差错处理。在规定的结算期限以前，网络教育系统可以随时撤销已有支付， 方便实现退款功能。 s o a p 传输性能改进。这一部分偏重于理论研究，因此需要仔细的阅读大量 东南大学硕士学位论文 书籍、文献与文章。另方面需要在实践中不断总结经验，利用测试工具验证改 进后的性能结果。 建立故障判断和处理模块，并利用o r a c l e 数据库管理系统工具开发业务管 理子模块。在返回网络异常或银行异常时，启动故障判断模块统计此类信息。当 故障数达到一定槛值，调用故障处理模块屏蔽对银行接口和数据库接口的访问。 结算系统的管理功能大多可通过对数据库的管理来实现。如，基于角色授权，采 用问讯一应答方式加强鉴定；制定备份与恢复策略，确定应急技术；记录支付、 结算信息，产生帐单明细表；分析数据库日志等。o r a c l e 为客户提供了所需的设 计、编程、运行和维护系统的解决方案，支持广泛的事务模式，便于开发支持长 事务的应用系统。 1 6 文章结构 本文的总体结构大体分为三个部分：第一部分理论研究，主要包括第一章、 第三章的3 3 2 节和第四章的4 3 3 节；第二部分系统实现，主要为第二至第五章； 最后第六章，总结全文。具体的内容安排如下： 第一章首先简单介绍了网络教育系统的应用和研究背景；然后重点针对网络 结算系统集成这一网络教育中的关键问题，讨论了当前的研究现状和存在的问 题；接着阐述了本文要研究和解决的问题以及采用的研究策略；并且在本章最后 部分勾画了本文的组织结构。 第二章介绍了网络结算系统开发过程的开发流程，然后针对具体需求，讨论 结算系统的体系结构；接着阐述了本文在设计阶段采用的u m l 面向对象的分析 与设计方法，重点介绍了该阶段使用的经典模式，并给出设计阶段的部分成品。 第三章以j 2 e e 技术及m v c 【1 6 埙式构筑了结算系统的平台，依次阐述了表 示层、业务逻辑层和数据库层的实现技术和部分实现成果。针对表示层介绍了首 页的设计原则和最终的界面，在业务逻辑层重点讨论了结算系统的日志管理、异 常报告和故障判断处理的实现技术，接着阐述了数据库层实现方案中的事务管理 和配置问题。 第四章在简单介绍了网络教育结算系统的集成环境后，重点针对它与网络教 育支撑平台集成的实施问题，讨论了当前存在的困难和实现技术；接着阐述了本 文要研究和解决的问题以及采用的实现方案：并且在本章最后部分着重讨论了集 成以后的性能问题。 第五章主要关于测试，在简单介绍了系统开发过程中的测试原理后，重点针 对单元测试，讨论结算系统的自动化单元测试；接着介绍了j u n i t e l 7 ，1 8 1 测试工具； 并且在本章最后部分给出测试阶段的范例和部分成品。 第六章对整篇论文进行总结，并对未来工作进行展望。 第二章网络教育结算系统的设计 第二章网络教育结算系统的设计 本章首先简单介绍了网络结算系统开发过程中的开发流程，然后针对具体需求，讨论结 算系统的体系结构；接着阐述7 本文在设计阶段采用的u m l 面向对象的分析与设计方法， 重点介绍了设计阶段使用的经典模式，并且给出设计阶段的部分成品。 2 1 网络教育结算系统的开发流程 为项目选择适当的开发生命周期流程很重要，因为其他的所有活动都是从这 个流程派生出来的。现代的软件开发项目有几种方法可供选择，包括瀑布式开发 流程【1 9 】、r a t i o n a l 统一流程( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ，r u p ) 【1 9 】以及极限编程 ( e x t r e m ep r 0 簪a i 姗i n g ，x p ) 1 8 , 1 9 。以上列举的常用方法都包含关于如何执行 流程的指南和构件模板。有个流程当然比根本没有要好，但在多数情况下流程的 执行情况要比使用的是什么流程更重要。 结算系统的开发采用r u p 与x p 相结合的开发流程，在项目设计与分析阶 段采用o o a d ( o b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i sa n dd e s i g n ) ，在代码构建和测试阶段采用 x p 流程。持续重构代码并创建最小的非代码工件集合，对短期发布和持续单元 测试建立反馈机制。开发流程以体系结构为核心，采用迭代、增量模式开发，着 重强调软件的重用性，可扩展性和开放性。 一个典型迭代过程的工作流如图2 1 所示。 图2 1 典型迭代流 2 2 网络教育结算系统的需求分析 网络教育中的结算系统主要是研究在远程教育环境下对学生、教师等相关人 员的网络教育费用进行有效结算，实现与银行处理系统的连接、学校财务与银行 间的资金对流以及资金信息的安全传输与处理。 网络教育结算系统涉及网校学生、教师、学校财务部系统、学校教务系统、 银行等交互实体：而其中涉及到的业务关系有：学生或教师与其所在学校财务部 门和教务部门之间的交互、学生或教师与其存款银行之间的交互、银行之间的金 9 东南大学硕士学位论文 融交互( 这一交互具体实现细节是不在本系统的考虑范围之内的) 、学校财务与 其开户银行之间的资金交互。学生可以通过其所在学校的教务系统选修本校或外 校的网上课程并为此通过其存款银行实现相应费用的电子支付；教师可以通过本 校的教务系统向学生授课并通过其存款银行和学校财务系统获得相应报酬的电 子支付；对于学生跨校选课可以实现结合两者开户银行的校际之间结算。 强2 2 髓络教育结算系统业务流程 图2 2 为网络教育结算系统总体业务流程，各流程说明如下； ( 1 ) 学生将一定的费用存入银行，并且开通个人银行网上支付业务； ( 2 ) 学生访问教务管理系统，获得相关的入学资格； ( 3 ) 如果学生需要教务系统提供相关的教学服务，由教务系统将支付请求 传入结算系统； ( 4 ) 结算系统接受用户的支付请求，做出相应处理后向银行发送支付请求： ( 5 ) 银行通知结算系统学生支付结果信息，将控制权交给结算系统； ( 6 ) 由结算系统通知教务系统是否可以为用户提供相应的服务； ( 7 ) 结算系统与银行系统定期结算、对账： ( 8 ) 学生访问银行查询资金使用情况； ( 9 ) 学生访问结算系统查询费用使用的明细账： ( 1 0 ) 结算系统与校财务之间进行数据交互，以便校财务对账务的管理。 2 3 网络教育结算系统框架 结算系统按照经典的三层体系结构划分为表示层一应用逻辑层一存储层，这 种结构的主要特征是将应用逻辑从软件系统中分离出来形成一个单独的逻辑中 间层。通过这种方法易于开发出一个具有伸缩性、便于扩展、便于整个流程维护 的平台。网络教育结算系统的总体结构如图2 3 所示。 l o 第二章网络教育结算系统的设计 图2 3 结算系统结构图 数据采集接口，主要负责从教学管理系统采集交易数据。结算系统支持实时 交易。实时交易采用被动采集，由教学管理系统发出支付消息，结算系统通过数 据采集接口获取支付信息。 计费子系统，根据数据采集接口获取的信息请求列表，在收费资源库中查找 对应费用，再根据计费规则、优惠策略，计算出最终的费用总额，生成用户的计 费帐单并传递给结算子系统。 支付结算子系统，获取并在结算库中记录用户帐单。通过资金交易接口调用 银行支付、结算接口，完成费用的结算。完成结算后将结果反馈给教学管理系统。 资金交易接口，负责与银行，校财务的资金划拨，核算资金的流入流出，审 核并产生交易日志。结算管理模块，主要完成帐户的监控、管理，明细帐和系统 配置等。 2 3 1 设计模式 在具体的详细设计部分，结算系统的开发遵循面向对象的软件开发原则，突 出设计模式h 1 3 ，1 6 1 的应用。设计模式( d e s i g np a t t e r n ) 的提出，是面向对象程序 设计演化过程中的一个重要里程碑。正如g a m m a ，h e l m ，j o h n s o n 和v l i s s i d e s 在他们的经典著作设计模式一书中所说的：设计模式使得人们可以更加简单 和方便地去复用成功的软件设计和体系结构，从而能够帮助设计者更快更好地完 成系统设计。 在网络教育结算系统的设计过程中运用了多种设计模式，它们被直接用来指 东南大学硕士学位论文 导面向对象系统设计中至关重要的对象建模问题，一旦遇到具有相同背景的场 合，只需要简单地套用这些模式就可以了，从而省去了很多摸索工作。下面讨论 每个部分具体的设计及相应的模式设计成果。 2 3 2 数据采集接口 数据采集接口可能是文件接口、数据库接口、第三方软件( 如j m s 中间件) 的a p i 等。数据采集接口的设计主要考虑其可扩展性、数据吞吐量及稳定性问题。 早国 入 教务系统 l li li i d c o l l e c t ( t y p e )i - i ll ：d r r a n s p o 州，： 图2 4 数据采集用况系统顺序图 图2 4 描述了数据采集用况的顺序图，教务系统向结算系统的数据采集接口 发出发送请求，其中包含接口数据的类型和格式：结算系统的数据接收接口向教 务的数据发送接口发出数据请求，然后进行数据传输。 在结算系统中最常用的模式即工厂模式6 】。在工厂方法模式中，核心的工 厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核 心类则摇身一变，成为了一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现 的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。这种进一步抽象化的结 果，使这种工厂方法模式可以用来允许系统在不修改具体工厂角色的情况下引进 新的产品，充分体现系统的多态性。在数据采集接口和支付结算子系统的设计中 多次用到工厂方法( f a c t o r ym e t h o d ) 模式来增强系统的性能。这里以工厂方法 模式说明数据采集接口的设计。 第二章网络教育结算系统的设计 i i i i i i i i 图2 5 数据采集接口设计图 图2 5 展示了数据采集接口设计图，每一种数据采集接口都有专门的接口控 制，形成专门的管理。这种多态性设计将工厂类选择创建哪一个产品对象、如何 创建这个对象的细节完全封装在具体工厂类内部。如果系统需要加入一个新的采 集接口，那么所需要的就是向系统中加入一个这个产品类以及它所对应的工厂 类。没有必要修改客户端，也没有必要修改抽象工厂角色或者其他已有的具体工 厂角色。对于增加新的接口类而言，这个系统完全支持“开一闭”( o p e n - c l o s e d p r i n c i p l e ，o c p ) 原则1 。 2 3 3 计费子系统 在远程教育的过程中，不同的用户将充分利用网络的特点，制定适合自己的 学习方案，选择不同的服务，这就要求针对不同的服务项目制定详细的计费规则， 对用户每次所请求的服务分别计费。用户所花费的总费用将不再是一笔开学时一 次付清的费用，而是根据每个人的学习能力和状态雨异的。所以，如何制定合理 的计费规则，建立相应的计费规则库，是一个设计重点。 计费的个性化，还体现在计费方式上：计费方式从传统的一次性交纳一大笔 费用变为在请求有价服务时交费，这就要求“计费子系统”实现实时计费。用户 向“教学管理系统”提出服务请求( 如学生注册、下载课件等) ，“教学管理系统” 提出计费请求，“计费子系统”在收费资源库中查找对应费用，从计费规则库中 1 其核心原则是一个好的设计应该能够容纳新的功能需求的增加但是增加的方式不是通过修改又有 的模块( 娄) ，而是通过增加新的模块( 类) 来完成的。如果一个设计能够遵循o c p ，那么就能够有 效的避免上述的问题。 1 3 东南大学硕士学位论文 取得计费规则，算出总费用，然后向“结算子系统”提出结算请求：“结算子系 统”完成支付动作后将支付结果返回给“教学管理系统”。 在已有工作【2 0 1 中，作者探讨了多种网上计费的模式2 1 2 2 和业务流程，已实现 的基于代理服务器s q u i d 的计费系统如图2 6 所示。 i n t e r n e ts e r r o r i n t r a n e t j f o p 图2 6 基于代理服务器计费系统实现模型 结算系统沿用改计费系统及相应的计费模式，在具体的计费规则实现方面做 出改进。由于对不同的用户有不同的计费规则，比如：初次选修的课程与重修的 课程的费忍不同，全日截学生与弼上大学的稻圆课程费局不葡等，这样需要系统 的解决复杂的收费算法。 s t r a t e g y 【4 ，1 6 堤属于设计模式中对象行为型模式，它是对算法的包装，把算 法的责任和算法本身分割开，委派给不同的对象管理。策略模式将行为和环境分 割开来，环境类负责维护和查询行为类，各费用计算算法则在具体策略类 ( c o n c r e t es t r a t e g y ) 中提供。由于算法和环境独立开来，计费策略的增减、修 改都不会影响环境和客户端。 i a c a o u n t s t r & t e g y i l + c a l c u l a t eo ：d o u b l e 千令千 i c a a e o u n t ii n a c c o u n tje c c o u n t 卜p r i c e ：d o u b l el 卜p r i c e ：d o u b l e i p r i c e ：d o u b l e + c a l c u l a t e 0 ：d o u b l e 卜c a l c u l a t e ( ) ：d o u b el + c a l c u l a t e ( ) ：d o u b 图2 7 折扣模块设计图 a c c o u n t s t r a t e g y 是一个抽象类，它定义出一个类型等级结构。c a c c o u n t 是 计算正规全日制学生费用的具体类；n a c o u n t 计算网络大学学生的费用；e a c o u n t 则负责计算工程或定向学生的学习费用。一般而言，策略模式只适用于客户端在 几种算法中选择一种的情形，并不适合同时需要几种算法的情形。重复使用多种 算法的情形不是单纯的策略模式可以处理的，需要迸一步使用装饰模式。 t 4 第二章网络教育结算系统的设计 2 3 4 支付结算子系统 支付结算子系统的建立将推动网络教育的发展，它实现了作为网络教育系统 中的各个实体( 例如：学生，老师，学校财务系统，银行等) 之间有效的资金流 动过程，具有很强的适应性。此支付结算子系统也完全可以在其它在线支付系统 中使用，很方便地移植到其它的电予商务领域。 费用交易可细分为支付、结算用况，它们的流程类似。下面给出支付用况的 交互图2 8 ，以说明支