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网络教育系统数据交换设计与实现 摘要 2 0 0 1 年，科技部将“网络教育关键技术及示范工程”列入“十五”国家重大 科技攻关计划，攻关内容包括该项目的1 2 个课题。本文的研究背景正是基于该 “十五”项目的第1 2 个子课题一网络教育系统总体设计与集成。在网络教育系 统集成中面临的一个现实的问题是如何能够在网络教育的多种应用系统间进行 深层次的广泛协作。作为系统深层次协同工作的基础层次，数据层的协同工作表 现尤为重要，尤其是当新的应用被不断采用，如何能充分发掘既有的网络信息资 源并在多种应用系统之间进行共享和交换就成了迫切和亟需解决的重要问题。因 此，对数据交换的有关理论和技术进行研究是十分有必要的。 在2 0 0 0 年教育部的“网络教育的计费管理系统”项目中，已经有针对基于 x m l 和s o a p 的数据交换技术的研究，目前主流的j 2 e e 平台也包含了基于e j b 的数据交换技术。但是无论哪种技术都不能做到适用于所有的应用场合。比如前 者在性能方面有待提升，而后者则囿于平台的局限，不能在更广泛的层次上进行 使用。针对这一问题，在系统设计过程当中，本文提出了一种主要基于e j b 数据 交换技术同时也兼容x m l 技术的解决方案。 具体的研究和实现主要工作包括： 针对目前主流的数据访问控制和数据交换技术进行了深入的研究，在此基础 上，提出了基于j 2 e e 平台的网络教育数据交换系统应用框架，同时定义并实 现了数据交换支撑系统与网络教育系统中七个关键技术的接口形式； 在充分研究现有数据交换技术的基础上，针对网络教育系统总体集成中的现实 问题，从可扩展性和可维护性角度出发，设计并实现了网络教育数据交换系统 的档案信息服务和课件资源传输服务功能； 基于真实用况的评测模型，采用标准化测试工具l o a d r u n n e r 对数据交换的各 关键部分进行了压力测试和性能统计，达到了良好的预期效果。为从整体上提 高系统的服务性能以及组件化扩展系统服务奠定了良好的基础： 利用数据挖掘中关联规则发现的思想，提出了一种新型的基于关联规则挖掘机 制的e j b 实例调度算法，该算法有别于以往基于l r u 思想的e j b 实例调度算 法。充分考虑了应用服务器当中的对象关联性，在此基础之上构造了全新的 e j b 实例调度算法。 【关键词】网络教育系统、数据交换、e j b 、x m l 、设计模式，实例调度 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f d a t ae x c h a n g ei nn e t w o r k e d u c a t i o ns y s t e m a b s t r a c t i n2 0 0 1 t h em i n i s t r yo fs c i e i l c ea n dt e c h n o l o g yi n i t i a l i z et h en e t w o r ke d u c a t i o n s y s t e ma st h et e n t hf i v e - y e a rp l a l l t h es y s t e mp r o v i d e sc o n v c m i e n c ea n dl i i g he f f i c i e n c yf o ro p e n r e m o t ee d u c a t i o n t h u s ，as l 口- a l g h ta n dr e a l i t yp r o b l e mc o m ，h o wt op r o v i d ew i d e - r a n g e c o o r d i n a t ew o r ki nd e p t ha m o n gd i v e r s i t ya p p l i c a t i o ns y s t e m s a st h eb a s eo fd e p t hc o o r d i n a t e w o r k ，t h ec o o r d i n a t ei nt h ed a t al a y e rb e h a v i o rm o r ei m p o r t a n t ，e s p e c i a l l yw h e nn e wa p p l i c a t i o n b o m em o r ep o p m a g ) t h ep r o b l e mt h a th o wt od i gi n f o r m a t i o ni nt h el e g a c ys y s t e ma n da p p l i e di t i nt h e d i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e mb e c o m ee m e r g e n c yi m p o r t a n t h e r e b y ，f r o mi m p r o v i n gt h e s c a l a b i l i t ya n dq o so f n c 椰o r ke d u c a t i o ns y s t e m ，w et h i n ki ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h er e l a t e d t h e o r ya n dt e c h n o l o g yo f d a me x c h a n g e n ed a t ae x c h a n g et e c h n o l o g yo f h i g l lp e r f o r m a n c em a k e t h ee x c h a n g eb e t w o c l li s o m e n o u ss y s t e mb e c o m et r u e ，a n dt h e r e f o r e ，t of o r mad i s t r i b u t e da n d s e a l a b l en e t w o r k 蚀p a p e rf o c u so l it h er e s e a r c ha n dd e s i g no fd a t ae x c h a n g ea m o n gt h ea p p l i c 砒o n so f n e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m t a k ei n t oa c c o u n to f 也cc o m p l e x i t yo fc o u p l i n gr e l a t i o nb e t w e e nt h e a p p l i c a t i o n si nt h en e t w o r ke d l 黼d o ns y s t e m t h i sp a p e rc o m eu pw i mas o l u t i o nb a s e do ne j b a n dx m lt e c h n o l o g yt ot h i sp r o b l e m ，a n ds u c c e s s f u la p p l i e di ti ni n t e g r a t i o no ft h en e t w o r k e d u c a t i o ns y s t e m t h ed e t a i l e dw o r ki n c l u d i n g ： i v e nf u l l yc o n s i d e r a t i o nt ot h em a i n l yd a t aa c c e s sc o n t r o la n dd a t ae x c h a n g et e c h n o l o g y , a n d p r o p o g a t ean e t w o r ke d u c 妇d a t ae x c h a n g es y s t e ma p p l i c a t i o nf i a m e w o r kb a s e do nt h ej 2 e e p l a t f o r m a n da l s od e f i n et h ei n t e r f a c ea m o n gt h ek e yt e c h n o l o g i a n dd a t ae x c h a n g es y s t e m b a s e do nr e s e a r c ho f c u r t 衄td a t ae x c h a n g et e c h n o l o g y , a n df r o mt h es c a l a b i l i t y , m a i n m i n a b i l i t y p o i n to fv i e w d e s i g na n dr e a h z et h et w oc o m p o n e n t so fn e t w o r ke d u c a t i o nd a t ae x c h a n g e s y s t e m a r c h i v ei n f o r m a t i o nm a n g e m e n ts e r v i c ea n dc o u r s er e s o u r c et r a n s o f o r ms e r v i c e b a s e d0 1 1t h er e a la p p r a i s em o d e l a d o p ts t a n d a r d l i z et e s t i n gt o o l sl o a d r u n n e rt ot e s tt h ek e y c o m p o n e n to fd a t ae x c h a n g es y s t e m f r o mt h et e s t i n gr e s u l t , w eg o ta ne x p e c t i n ge f f e c t n e t e s t i n gr e s u l ta l s ob u i l dai d e a lf u n d a m e n t a lt oi m p r o v et h ep c t o f o i t f l a n t eo f s e r v i c e 钥v i a k e f u l l r i s eo f a s s o c i a t i o nr u l e m i n i n g i n d a t a m i n i n g , s c l l l p a e j b i n s t a n c e p o o l i n g a l g o r i t h m b a s e do nt h ea s s o c i a t i o nr u l em i n i n g t h i sa l g o r i t h mg i v ef u l lc o n s i d e r a t i o no fe j bi n s t a n c e a s s o c i a t i o na n db r i n gaf u l lf r e s hi d e at oi n s t a n c ep o o l i n g k e y w o r d s ：n e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m ，d a t ae x c h a n g e ，e l b ，x m l ，d e s i g np a t t e r n ，i n s t a n c e p o o l i n g u 东南大学学位论文 独创性声明及使用授权说明 一、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：鱼缝日期：塑! 坐f签名：煎翻皂日期：沙；生i f 二、关于学位论文使用授权说明 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：鱼缝导师签名： 日期：釜鳖! 生! ! c 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着教育改革的不断深入，尤其是近几年在国家宏观政策的推动下，现代远 程教育在国内呈现一派蓬勃发展的势头，远程教育潜在着巨大的经济效益和社会 效益已经成为社会各界的共识，全国各大高校已经建立起3 8 所院校的远程教育 学院，民间也有超过2 0 0 0 所网校。远程教育的不断发展，必然带来教育观念、 教育体制、教学模式等诸多方面的变化。而且，网络性能的提高、网络技术的更 新将对网络教育的质量产生巨大的影响。远程教育开始深入人心，越来越多的学 生、社会成员进入远程学院进行学历教育或接受培训。全国各大高校远程教育学 院培养的学员逐年递增。在2 0 0 1 年，科技部将“网络教育关键技术及示范工程” 列入“十五”国家重大科技攻关计划，攻关内容包括该项目的1 2 个课题，其中 包括7 个关键技术：实时教学系统、非实时教学系统、网络教学管理系统、网上 教育结算系统、课件制作与智能答疑工具、作业和考试管理工具和教育资源管理 系统；4 个示范工程：网络学院示范工程、中学教育示范工程、职业培训示范工 程和医学临床教学示范工程。网络教育的总体目标包括：攻克制约我国网络教育 发展的关键性技术难点；探索符合我国国情的网络教育模式、规范和标准；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；研究开发一批具有自主知识产权的网络教育软件系统； 组织实施一批不同层次的网络教育重点应用示范工程。 在网络教育的总体目标中包含了提供可缩放、能互操作的系统集成支撑平 台，那么一个直接而现实的问题是如何在网络教育的多种应用系统间进行深层次 的广泛协作。作为系统深层次协同工作的基础层次，数据层的协同工作表现尤为 重要，尤其是当新的应用被不断采用，如何能充分发掘既有的网络信息资源并在 多种应用系统之间进行共享和交换就成了迫切和亟需解决的重要问题。因此，本 文的重点研究将放在解决异构系统间有效的数据交换以及如何来保证数据交换 的高效性。 在目前主流的数据交换技术当中，如基于x m l 和s o a p 的数据交换技术，基 于e j b 的数据交换技术等，虽然具备各自的优势，但同时存在这样或者那样的不 足。前者在性能方面有待提升，而后者则囿于平台的局限，不能在更广泛的层次 上进行使用。在网络教育项目的具体实施过程当中，采用了基于e j b 和x m l 技术 的数据交换模式，综合考虑了这两种技术的优势，并将其有效的进行结合，成功 的应用于项目的设计与实现，以获得良好的性能评价。 东南大学硕士学位论文 1 2 数据交换技术的研究与发展现状 系统间深层次的广泛协作是i n t e r n e t 时代的重要发展方向，作为系统问深 层次协同工作的基础层次：数据层的协同工作正是各大软件生产商、数据交换标 准化组织及新兴软件公司的一个重要研究方向。 由此，数据交换的精髓体现在两个方面“：集中与标准。在数据交换领域 中，没有标准的部落式交换的代价是高昂的，相同的数据分析处理模块在很多应 用中被熏复地撰写，可能只是为了将某一数据源的数据转换到各个不同的目标数 据源中去。由于没有中间标准，各个系统的实现人员也几乎没有可能将代码重用， 昂贵的数据交换代价使得数据源只能散乱孤立地存在。前面描述的这一状况在 x m l 出现之前，在绝大多数的应用领域里都是如此，即使在某些局部领域，如传 统的电子商务领域，有e d i 这么一种商务信息的交换标准，可是在更广泛一点的 领域，仍然没有一个全域统一的交换体系。而x m l 作为一种数据格式描述的元语 言标准，从出现以后，就不断地被应用到各种不同的数据交换领域中去。使用 x m l 制订的应用领域的交换标准的出现，使得在各个应用领域中都形成了交换的 优化模式：星状交换。其中每个系统都将其内部的数据转换成行业标准的基于 x m l 的数据格式用于系统闻的交换。 交换的精髓就在于集中和标准，集中的星状交换模式带来了线性的交换代价，而 交换标准的确立又使得集中的星状交换真正成为可能。以微软的b i z t a l k 服务来 说明数据交换思想精髓的体现。如图所示： 图卜1 企业级的数据交换应用框架 在该框架中，包含了一个b i z t m ks e r v e r ，该服务器充当了在不同应用系统之 间进行数据标准格式转换的角色：应用系统包含了形形色色的数据类型和表现形 式，这些数据都有适用于他们所属行业的规范和格式，在b i z t a l ks e r v e r 将通过 标准的x m ls c h e r n a 来描述这些数据类型，这也体现了数据交换中对于标准的界 定。另外，图中虚线所示部分可视为数据对象通信技术，这里的数据对象可以是 分布式的，也可以是集中式的。数据对象通信技术是数据能够得以集中形式体现 的重要手段。随着技术的发展，对象通信技术也发生了重大的变革，由传统的集 第一章绪论 中式，c s 和b s 到目前的多层分布式体系而逐渐发展起来。在j 2 e e 平台上， e j b 凭借着其优越的性能获得了广泛的应用。”l 从具体的数据交换实现形式来看，目前主流的数据交换技术的实现形式包含 三种： 田基于x m l 的s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 数据交换技术； oj 2 e e ( j a v a2p l a t f o r m ，e n t e r p r i s ee d i t i o n ) 架构下基于e j b 的数据交 换技术； q s o a p + e j b 的数据交换技术；下面分别来介绍这三种技术的，并比较它们的 异同和优劣。 1 2 1 基于x m l 的s o a p 数据交换 x m l 8 ，18 】是1 9 8 6 年国际标准组织( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d so r g a n i z a t i o n , i s o ) 公布的一个名为标准通用标记语言( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e , s g m l ) 的精简版，子集合。w 3 c 在1 9 9 8 年制订了x m l 的标准，启动了整个i n t e r n e t 环境下的信息标准化的进程。两年间，适应于各行业需求的x m l a p p l i c a t i o n 纷 纷被制订。而这些x m la p p l i c a t i o n 也如同网状的i n t e r n e t 一样在整个应用体系 中呈网状分布。这些交换标准主要分这样几类：1 ) 为实现跨行业业务而建立的 体系式交换标准，如x c b l 、e x m l 、e b x m l 等；2 ) 应垂直行业内信息交换需要 而建立的交换标准，如s m l 、a d x m l 、m e d o c 等；3 ) 通用的、适用企业内部 某一领域的专业交换标准，如c i m l 、o c f 、f i x ；4 ) 软件应用领域的专有信息 描述标准，如w m 也、x e d i 、u i m l 等。 s o a p 是一个基于x m l 的对象通信协议，在该协议下，软件组件和应用程 序能够通过标准的h t r p 协议通信。s o a p 由u s e r l a n d a r i b a , c o m m e r c eo n e ， c o m p a q ，d e v e l o p m e n t o r , h p ，i b m ，i o n a ，l o t u s ，m i c r o s o f t 和s a p 共同起草，并 于1 9 9 9 年末，作为简化x m l 和h r r p 互操作性的桥梁被创建。s o a p 建立在 x m l 基础之上，它对跨系统交换的信息打包定义一种简单方式。s o a p 的部 分说明了使用x m l 来描述数据的一些格式，另外一部分s o a p 定义了一个可扩 展的消息格式，用于方便地使用s o a p 消息格式描述远端程序( r p c ) 。微软预测 s o a p 将会成为w e b 服务间交换的标准消息格式。 该技术框架可用图卜2 说明，在图中，客户端通过调用s o a p 运行时( r u n t i m e ) 构造s o a p 消息，该消息的载体是以x m l 形式体现。h t t p 协议封装该消息发送至 东南大学硕士学位论文 图l - 2s o a p 协议栈 服务端，由服务端通过过x m lp a r s e r 解析消息格式获取消息内容。由该技术的 框架，发现制约该技术的性能瓶颈至少来自于三个方面：o 传输协议。由于底层 的通信协议采用的是h t t p ，其固有的一些特性包括n a g l e 算法，延迟响应等导 致了性能的下降；懿m l 解析。由于现有的捌l 解析技术一般采用j d o m ( j a v a d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 或者j a x b ( j a v ah r c h it e c t u r ef o ry 3 i lb i n d i n g ) 技术， 都需要通过x m l 文件来构造对象树，这往往会对性能造成极大的影响；g e ；o a p 运行时。s o a p 运行时需要创建和构造s o a p 报文，报文的载体是以) ( m l 文件的形 式体现。换言之，也就是直接构造独立的x m l 文件，并且要从具体的编程语言向 ) ( m l 文件进行数据类型的映射。 该技术架构的主要优势在于x m l 是一个跨平台的标准，无论w i n d o w s 平台 还是u n i x 平台的s o l a r i s ，a i x ，甚至方兴正艾的l i n u x 都可以适用，并且作为和 x m l 进行数据交换的编程语言j a v a ，本身就是一种跨越平台的语言，这也在某种 程度上扩展了该架构的普适性。 1 2 2j 2 e e 架构下基于e j b 的数据交换 j a v a 2 平台企业版1 2 5 1 是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多 组件，主要可简化且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再 用价值。j 2 e e 核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构 及技术层次，均有共同的标准及规格，让各种依循j 2 e e 架构的不同平台之间， 存在良好的兼容性，解决过去企业后端使用的信息产品彼此之间无法兼容，导致 企业内部或外部难以互通的窘境。j 2 e e 的核心规范是e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ( e j b ) 。e j b 依照特性的不同，目前共分为三种，分别是s e s s i o nb e a n 、e n t i t y b e a n ，以及m e s s a g ed r i v e nb e a n 。其中s e s s i o nb e a n 与e n t i t yb e a n 算是 e j b 的始祖，这两种e j b 规格在e j b1 x 版本推出时就已经存在，而m e s s a g e d r i v e nb e a n 则是出现在e j b2 0 的规格之中。j 2 e e 的总体框架结构如图卜3 所示： 第一章绪论 图i - 3j 2 e e 框架图 j z e e 是一个基于组件一容器模型的系统平台，其核心概念是容器。容器是指 为特定组件提供服务的一个标准化的运行环境，j a v a 虚拟机就是个典型的容 器。组件是一个可以部署的程序单元，它以某种方式运行在容器中，容器封装了 j 2 e e 底层的a p i ，为组件提供事务处理、数据访问、安全性，持久性等服务。在j 2 e e 中组件和组件之间并不直接访问，而是通过容器提供的协议和方法来相互调用。 组件和容器间的关系通过协议来定义。容器的底层是j 2 e e 服务器，它为容器提供 中定义的各种服务和a p i 。一个j 2 e e 服务器( 也叫应用服务器) 可以支持一种或 多种容器。每个容器的服务包括两部分：j 2 s e ( j a v a2p l a t f o r m s t a n d a r d e d i t i o n ) 和一组扩展的服务。这是因为j 2 e e 是以j a v a 标准服务为基础的，各容器 在j 2 s e 之上再根据需要提供一些扩展的服务，如目录服务、事务管理、数据访问、 消息机制。 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 是一个服务器端的组件体系结构，它简化了用 j a v a 建造企业级的分布式的对象应用系统。使用e j b ，不用编写复杂的分布式的 对象框架，就能建造具有可伸缩性、可靠安全的应用系统。可以快速地进行服务 器端的应用系统的开发，通过e j b 可以快速方便地构建j a v a 服务器端的组件。 e j b 的上层分布式应用程序是基于对象组件模型的。e j b 技术定义了一组可 重用的组件：e n t e r p r i s eb e a n s 。利用这些组件，可以象搭积木一样建立分布 式应用程序。当完成代码的编写后，这些组件就被组合到特定的文件中去。每个 文件有一个或多个e n t e r p r i s eb e a n s 和一些配置参数。最后，这些e n t e r p r i s e b e a n s 被配置到一个装了e j b 容器的平台上。客户能够通过这些b e a n s 的h o m e 接口，定位到某个b e a n s ，并产生这个b e a n s 的一个实例。这样，客户就能够调 用b e a n s 的应用方法和远程接口，当客户通过接口调用b e a n s 的方法时，由容器 实际执行b e a n 类的具体方法，然后把方法结果返回给客户。e j b 是发布在分布 式多层环境中的服务器端的软件组件，主要有两种类型： s e s s i o nb e a n s 和 e n t i t yb e a n s 。区别如下： s e s s i o n b e a n s ：它是一种作为单个的执行的对象。它是一种作为单个的 c 1 l e n t 执行的对象，作为对远程任务请求的相应，容器产生一个实例。一个 东南大学硕士学位论文 s e s s i o nb e a n s 有一个c i i e n t 。从某种程度上来说，一个s e s s i o nb e a n 对于服 务器来说就代表了它的那个c i i e n t 。s e s s i o nb e a n s 的生命周期是相对较短的。 典型的是，只有当c 1 i e n t 保持会话的时候，s e s s i o nb e a n s 才是活着的。一旦 退出了，s e s s i o nb e a n s 就不再与e l i e n t 相联系了。s e s s i o nb e a n s 被看成是 瞬时的，因为如果容器崩溃了，c 1 l e n t 就必须重新建立一个新的s e s s i o n 对象 来继续会话。 e n t i t y b e a n s ：它对数据库中的数据提供了一种对象的视图。例如：一个 e n t i t y b e a n 能够模拟数据库表中一行相关的数据。多个c 1 l e n t 能够共享访问同 一个e n t i t y b e a n 。多个c 1 i e n t 也能够同时的访问同一个e n t i t y b e a n 。e n t i t y b e a n s 能存活相对教长的时间，并且状态是持续的。只要数据库中的数据存在， e n t i t y b e a n s 就一直存活即使e j b 容器崩溃了，e n t i t yb e a n s 也是存活的。 实际上，企业b e a n 组件不是一个单独的文件，它是由多个文件协同作用构 成的。包括：b e a n 主接口，b e a n 远程接口，b e a n 类的具体实现，发布描述 文件。其中： b e a n 主接口：定义创建、删除、发现b e a n 的方法，在主接口中必须存在 c r e a t e ( ) 方法，客户调用主接口中的c r e a t e ( ) 方法时，由容器调用b e a n 类中的e j b c r e a t e ( ) 方法实例化b e a n 类。 b e a n 远程接口：定义b e a n 可被调用的商业方法，客户通过该接口指定要 调用的b e a n 方法，由e j b 容器具体执行并返回结果给客户。 b e a n 类的具体实现：主接口和远程接口中所有定义方法的具体实现，以 及必须实现e j b 规范所指定的一些回调方法。 发布描述文件：一个x m l 格式的文件，为了告诉容器你的b e a n 需要哪些 服务，b e a n 的提供者必须在一个发布描述文件中描述所需要的服务。例如，你 可能在这个文件中告诉容器应当怎样去进行组件的生命周期管理、持久性、事务 控制以及安全性服务。容器检查发布描述器文件并为提供所要求的服务。 消息机制是软件组件或应用之间的一种通信方法。消息系统是一种对等 ( p e e r t o p e e r ) 的系统：消息客户可以向其他客户发送消息，也可以接收来自 其他客户的消息。每一个客户和一个消息代理相连，由消息代理提供创建、发送、 接收、读取消息的服务。 消息实现了松散耦合的分布式通信。组件发送消息到目的，消息接收者从该 目的提取消息。但是，消息的发送和接收却不是同时进行的。实际上，发送者不 必去了解接收者，同样接收者也不必了解发送者；它们只需要知道消息格式和消 息目的。因此，消息不同于像远程方法调用( r m i ) 这种紧密耦合的通信方法， r m i 要求知道远程应用的方法。 j m s ( j a v am e s s a a g es e r v i c e ) j a v a 消息服务是一组j a v a 应用程序接口( j a v a a p i ) ，它提供创建、发送、接收、读取消息的服务。由s u n 公司和它的合作伙伴 设计的j m sa p i 定义了一组公共的应用程序接口和相应语法，使得j a v a 程序能 够和其他消息组件进行通信。 第一章绪论 j l sa p i 最大限度的减少了程序员学习使用消息产品的概念，但是却提供了 足够功能支持复杂的消息应用。通过j m s 提供者内相同的消息域，它最大限度的 加大了消息应用的可移植性。j m sa p i 不仅使通信变得松散耦合，而且它还使通 信变得： 异步：j m s 提供者将到来的消息发送给客户，客户不用发送请求接收消息； 可靠：聃sa p i 确保消息传送一次而且只传送一次。可靠性差的应用程序可 能会丢失消息或者重复接收消息。 在j 2 e e l 2 ，基于j 2 e e 的服务供应商被要求支持j m sa p i ，但不要求完全实 现它。现在，在j 2 e e l 3 中，j m sa p i 是平台的一部分。应用程序开发者可以使 用j 2 e e 组件的消息功能。j 2 e e1 3 中的脒sa p i 具有以下特征： 应用客户端。e j b 组件、w e b 组件可以发送或同步接收j m s 消息。应用客户端 也可以异步接收3 m s 消息；( a p p l e t s 不要求支持删sa p i ) 新引入的e j b 消息驱动b e a n ，能够异步处理消息。j m s 提供者( 删sp r o v i d e r ) 可以使用消b e a n ，实现消息的并发处理； 接受组件消息是以异步的形式体现，可以在分布式事务中发送接收消息。 j 2 e e 平台的e j b 容器，支持分布式事务并且能够处理并发的消息，极大增强 了j m sa p i 的功能。j 2 e e l 3 另一种新引入的技术j 2 e e 连接器，将j 2 e e 应用 和现存的企业信息系统( e i s ，e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 高度集合起来。 而j m sa p i 则相反，它使得j 2 e e 应用和现存的企业信息系统变得松散、耦合。 1 2 3s o a p + e j b 的数据交换 目前，对于数据交换的技术解决方案还有一种做法是采用s o a p + e j b 的办 法。它的结构如图所示： c l i e m l 4 0 髓 a p p l i c a t i o i lh 。s t ， l 。jp f 。i 一 s o a p 1 n j 扫广1 ! ， v 自 竺到 _ _ _ | “m | i8 m 5 ”| 1 ；f 2 气f 2 爿 l 厂 l = 二工；f = = 气f = 二= 气 l 一一】o p i t t p r 。rl | 一 ， w e b s e r v e r i i 矗；i i 一 i f “。t l o o m l 在这里，用个代理对象替代s t u b 对象，使用r p c r o u t e r 替代s k e l e t o n 对象， 两者之间通过s o a p 协议进行数据交互。r p c r o u t e r 再把s o a p 请求以j a v a 调 用的方式提交给相应的服务模块，这里是主要指e j bs e s s i o n b e a n 对象。 这种数据交换技术本身性能和采用e j b 的数据交换技术相去甚远，但较之于 单纯的基于s o a p 的数据交换技术却有很大的改进。主要区别在于此种方式在发 送完一个s o a p 请求之后，一直保持着一个t c p i z n 连接，而第一种方案则对于每 一个后续请求都启动一个新的t c p 连接。 在j e n n yy 姐l i u 等人的文献中l l 删，对以上三种技术进行了性能统计和分析， 结果表明基于e j b 的数据交换技术在吞吐量、并发性和可扩展性方面都有显著 东南大学硕士学位论文 优势。不足之处在于e y b 技术本身是基于j 2 e e 平台来实现，不易在异构数据平 台之间进行有效的数据交换。在网络教育数据交换系统的实现当中，我们在基于 j 2 e e 平台实现的关键技术之间采用e j b 的数据交换技术，在异构数据平台采用 了基于y d v i l 的数据交换技术来解决跨越平台的数据交换问题。 1 2 4 国内外网络教育标准的制定工作 在教育领域，数据交换技术涵盖了多个网络教育标准及规范。在我国的“十 五”重大科技攻关项目中，与数据交换技术相关联的包括c e l t s - 3 学习者对象模 型和c e l t s 一9 课件资源封装规范。 就具体的标准而言，目前国内外的各教育组织都提如了各自的网络教育规范， 在国外，以i m s 组织和i e e e 提出的一系列学习规范为代表，在国内则以c e l t s 规范为代表。这两个系列规范都比较全面的描述了网络教育涉及的几类主要规 范。下面对这两个规范及相关组织逐一进行介绍： n m s 组织 i m s 全球学习联合公司提出的学习技术系统规范，已经成为一个比较有影响 的行业标准。1 9 9 6 年e d u c o m ( 美国大学校际交流委员会) 设立了一个称为i m s ( 教学管理系统) 的研究项目，后来发展成为非赢利性的i m s 全球学习联合公司， 专门从事教学系统技术标准制订和推广工作，现在已在英国、澳大利亚、新加坡 设有分公司。目前i m s 所定义的规范不在这里一一介绍，该组织是目前网络教育 规范的实际制定者，所制定的标准得到了业内超过9 4 的企业支持。 o i e e el 卫s c 国际电气和电子工程师协会( i e e e ) 成立了一个学习技术标准委员会 ( l e a r n i n gt e c h n o l o g ys t a n d a r dc o m m i t t e e ，i e e el t s o ) ，组织力量开展有关 网络教育标准的研究工作，现已形成了i e e ep 1 4 8 4 标准体系。 a d l 组织 a d l ( 美国国防部成立的a d v a n c e dd i s t r i b u t e dl e a r n i n g ) 组织定义了业内 当前比较流行的s c o r m 规范。s c o r m 是s h a r a b l ec o n t e n to b j e c tr e f e r e n c e m o d e l ( 可共享对象参照模型) 的简写，现己成为行业主流。其目的在于以网络为基础， 希望通过“教材再用与共享机制”的建立，来缩短教材开发周期、减少教材开发 成本、促成教材能在各学习平台间流通自如，达成大幅降低教育训练费用的目标。 只要教材符合s c o r m ，就可以很轻易地在不同s c o p 瑚相符平台间移转。 s c o 蹦采用i m s 所定的内容包装模式，将可再用的教学材料分为素材( a s s e t ) 与内容组件( s c 0 ) 两类。素材指的是最基本的文字、声音、图形、动画、影音 或网页等资料，而内容组件则由一个或一个以上的素材所构成，这两者若依照 s c o r m 规定加上了元资料描述信息，就可被搜索到并被再运用。由于s c o r m 规定 s c 0 间不能彼此呼叫，也不能传送资料，教材执行的顺序就要靠设计者放在教材 架构里的条件和学习者状况来决定。因此，若要设计与s c o r m 相符的教材，不但 第一章绪论 须打破传统教学设计习惯，同时要对s c o r m 里的内容集结模式、编序方法和执行 环境所规定的资料传送方式有所了解才行。 i c c ( t h ea v i a t i o ni n d u s t r yc b tc o m m i t t e e ) a i c c 即航空产业c b t ( c o m p u t e r b a s e dt r a i n i n g ) 委员会，它是一个国际性 的培训技术专业性组织。a i c c 为航空业建立基于计算机的培训系统相关的开发、 发布和评估指南。a i c c 最重要的贡献就是定出了许多共通性的技术规范 - a g r s ( a i c cg u i d e l i n e sa n dr e c o m m e n d a t i o n s ) 系列规范。 虻e l t s c 我国教育部科技司在2 0 0 1 年组织正式成立了中国教育信息化技术标准委员 会( c e l t s c ：c h i n e s ce - l e a r n i n gt e c h n o l o g ys t a n d a r d i z a t i o nc o m m i t t e e ，简称标委 会) ，并全面负责开展有关教育信息化技术的标准工作。目前已经形成具有中国 特色的中国网络教育技术标准体系( c h i n e s e e l e a r n i n g t e c h n o l o g ys t a n d a r d s ，简 称c e l t s ) 。目前已发布了涉及网络教育主要方面的1 1 个规范。该标准将成为 目前网络教育系统全面支持的标准。在我国网络教育的实旌当中，该标准也是我 们主要遵循的规范。 1 3 论文的项目来源及研究内容 本文研究的项目背景是“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”中的第十二个子课题：网络教育系统总体设计与集成。 本文的研究目标是分析j 2 e e 平台和异构平台下的数据交换模型，建立一套 高效的、可扩展的、安全的、功能全面的网络教育数据交换系统。该系统从逻辑 上划分为档案信息服务和课件资源传输服务，能够及时、有效的满足网络教育的 各个关键技术对于档案信息和课件资源信息的需求，并使得数据信息在各个关键 应用系统间平滑的进行交换。档案信息服务提供了应用系统间交互的五大类主要 信息。在每一大类信息中又分别包含若干子类信息。如在用户信息当中同时包含 管理员信息，教师信息，学生信息等；课件资源传输服务主要提供在网络教育应 用系统间进行标准课件资源豹传输服务。它包含资源传输工具以及一套异步消息 的应答机制。 实现网络教育系统的统一数据交换支撑平台是网络教育的必然发展趋势。可 以想象，随着新的应用的不断涌现，网络教育系统必将成为一个分布式、可扩展、 高度健壮的实用系统，这对数据交换系统就提出了非常严格的要求，其现实意义 在于：一个完善高效的数据交换系统将极大地提高处理网络教育各种信息交换负 载，减少了信息负荷的难度和差错，促进远程教育沿着规范、健康的方向发展。 1 4 论文的组织结构 论文总体上分为四个部分：第一部分主要研究了数据交换技术的起源、标准、 演进及其发展现状并对主流的几种数据交换设计模式做了横向比较；第二部分则 东南大学硕士学位论文 详细介绍了网络教育系统的总体架构和j 2 e e 架构下基于e j b 技术1 上1 数据交换的 设计与实现方案：第三部分详细描述了数据交换系统的设计与实现细节；第四部 分给出了数据交换系统在攘个网络教育中的应用情况，并根据由微