（教育技术学专业论文）高校信息互操作平台关键技术的研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 暑曼曼詈曼皇曼曼皇曼曼皇皇量皇量曼量暑量曼量詈曼皇量曼量曼皇量i i _ - - 鼍皇皇皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇量曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼皇皇量 摘要 教学、科研、管理和社区信息化是高校信息化建设的重点。支持教学过程的教学 信息化是教育技术学重点研究的对象。相比较管理信息化，教学信息化在各个高校的 建设相对较晚，孤立运行的情况比较严重。在许多高校，教学系统与学生系统、招生 系统、教务系统、校友系统等管理系统之间相互割据，交互手段比较落后。即使系统 之间建立了联系，大多数情况也是建立两两之间的互联。这种蜘蛛网式的接口联系方 式使得交互信息的管理难度急剧增加。因此，如何将教学、管理、科研等系统纳入到 校园信息化的总体发展中是当前教育信息化建设中非常迫切需要解决的问题。建立高 校信息互操作平台的目的就是将教学、管理、科研和社区信息化系统通过数据总线的 方式集成在一起，协调发展，形成一个整体校园信息化环境。 互操作平台采用分布式系统技术，最大化利用现有信息系统、数据库等信息资源， 保护已有投资。通过对分布式系统关键技术的研究，论文采用消息总线技术，设计了 使用消息总线方式解决分布的、彼此独立的信息系统间通信问题的解决方案。基于 j m s 标准规范的a p a c h ea c t i v e m q 技术，论文实现了消息总线并解决了异步通信等问 题。论文设计了数据共享和交换模型，解决了数据异构等问题。论文采用x m l 技术， 设计了报文和对象，解决了数据载体等问题。论文设计了应用程序的代理程序，解决 了报文解析与报文发送等问题。论文采用j 2 e e 技术架构，设计了信息集成服务器， 对平台进行统一管理。论文采用了服务器挂起灾避、身份验证、权限控制和选择性报 文死锁等设计，组成了互操作平台的安全体系结构，保障了平台的健壮性和共享数据 的安全性。 为了对所设计的信息互操作平台的核心功能进行有效性验证，论文设计了两个虚 拟的部门信息系统，模拟了发布与预约和请求与响应两个实验过程。 信息互操作平台是高校信息化建设的核心平台。论文所研究的内容对于解决当前 高校信息化孤岛现象具有一定的理论和实践意义。 关键诃：互操作；高校信息化；数据交互和共享；信息互操作平台 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i ti st h ef o c u so ft h ec o l l e g ei n f o r m a t i o n i z a t i o nc o n s t r u c t i o nt h a ti n c l u d e st e a c h i n g , s c i e n t i f i c r e s e a r e h ， m a n a g e m e n t a n d c o m m u n i t yi n f o r m a t i o n i z a t i o n t e a c h i n g i n f o r m a t i z a t i o no ns u p p o r t i n gt h e t e a c h i n gp r o c e s si s t h ei m p o r t a n tr e s e a r c ho b j c c to f e d u c a t i o nt e c h n o l o g y c o m p a r e dw i t hm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n i z a t i o n , t h ec o n s t r u c t i o no f t e a c h i n gi n f o r m a t i o n i z a t i o ni nv a r i o u sc o l l e g e si sr e l a t i v e l yl a t e ；t h es i t u a t i o no fo p e r a t i n g i s o l a t ei ss e r i o u s i nm a n yu n i v e r s i t i e s , m a n a g e m e n ts y s t e m si n c l u d i n gt e a c h i n gs y s t e m ， s t u d e n ts y s t e m ，e n r o l l m e n ts y s t e m ，e d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i o ns y s t e ma n da l u m n is y s t e m ， e t c ，a r ei n d e p e n d e n tr e g i m e s , a n dt h ei n t e r a c t i v em e t h o d sa r er e l a t i v e l yb a c k w a r d e v e ni f e s t a b l i s h e dar e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es y s t e m s ，i nm o s tc a s e s ，t h er e l a t i o n s h i p sa r ep a i r w i s e r e l a t i o n s h i p s t h i sc o b w e b si n t e r f a c em a k e st h ed i f f i c u l t yo fm a n e g e m e n to fi n t e r a c t i o n i n f o r m a t i o nh a si n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y t h e r e f o r e , h o wt ob r i n gt e a c h i n gs y s t e m ， m a n a g e m e n ts y s t e ma n ds c i e n t i f i cr e s e a r c hs y s t e m ，c t c i n t ot h eo v e r a l ld e v e l o p m e n to f c a m p u si n f o r m a t i o n i z a t i o ni sa nu r g e n tn e e dt os o l v et h ep r o b l e mi nc u r r e n tt e a c h i n g i n f o r m a t i o n i z a t i o n t h ep u r p o s eo fe s t a b l i s h i n gu n i v e r s i t yi n f o r m a t i o ni n t e r o p e r a b i l i t y p l a t f o r m i s i n t e g r a t i n gt e a c h i n gs y s t e m ，m a n a g e m e n ts y s t e m ，r e s e a r c hs y s t e m a n d c o m m u n i t yi n f o r m a t i o n i z a t i o ns y s t e mt o g e t h e rt h r o u g ht h ew a y o fd a t ab u s ，t h e nf o r m i n g a no v e r a l lc a m p u si n f o r m a t i o n i z a t i o ne n v i r o n m e n t i n f o r m a t i o ni n t e r o p e r a b i l i t yp l a t f o r mu s e st h ed i s t r i b u t e ds y s t e m st e c h n o l o g yt o m a x i m i z et a k ea d v a n t a g eo fe x i s t i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t a b a s ea n do t h e ri n f o r m a t i o n r e s o u r c e sa n dt op r o t e c te x i s t i n gi n v e s t m e n t t h r o u g hr e s e a r c h i n gt h ek e yt e c h n o l o g yo f d i s t r i b u t e ds y s t e m ，t h et h e s i su s e st h em e s s a g eb u st e c h n o l o g ya n dd e s i g n sas c h e m et o s o l v et h ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mb e t w e e nt h ed i s t r i b u t i o n a ls y s t e m su s i n gt h em e s s a g e b u s u s i n gt h ea p a c h ea c t i v e m qt e c h n o l o g yb a s e do nj m ss t a n d a r d s ，t h et h e s i sr e a l i z e s t h em e s s a g eb u sa n ds o l v e st h ep r o b l e mo fa s y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n t h et h e s i s d e s i g n st h es h a r i n gm o d e la n de x c h a n g em o d e lo fd a t a , s o l v e st h ep r o b l e m ss u c ha st h e d a t ah e t e r o g e n e i t y u s i n gt h ex m lt e c h n o l o g y , t h et h e s i sd e s i g n st h em e s s a g ea n dt h e o b j e c t , a n dt h e ns o l v e st h ep r o b l e ms u c ha sd a t ac a r r i e r t h e n ，t h et h e s i sd e s i g n st h ea g e n c y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 o ft h ea p p l i c a t i o na n ds o l v e st h ep r o b l e m so fm e s s a g ea n a l y z i n ga n dm e s s a g es e n d i n g u s i n gt h ej 2 e et e c h n o l o g ya r c h i t e c t u r e ，t h et h e s i sd e s i g n st h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n s e r v e i t om a n a g et h ew h o l ep l a t f o r m t h e n ，t h et h e s i sd e s i g n sas e r i e so f s a f e 够d e s i g nt o p r o t e c tt h es h a r i n go fd a t as e c u r i t y , s u c ha s s c t v e rh a n g sd i s a s t e ra v o i d a n c e , i d e n t i t y a u t h e n t i c a t i o n ，a u t h o r i t yc o n t r o la n ds e l e c t i v em e s s a g eb l o c k i n g , a n dc o m p o s e st h es e c u r i t y s t r u c t u r eo fi n t e r o p e r a b i l i t yp l a t f o r m ，t h e ng u a r a n t e et h er o b u s t n e s so fp l a t f o r ma n dt h e s e c u r i t yo fs h a r i n gd a t a i no r d e rt ov a l i d a t et h ec o r ef u n c t i o n a l i t yo ft h ei n f o r m a t i o ni n t c r o p c r a b i l i t yp l a t f o r m ， t h et h e s i sd e s i g n st w ov i r t u a ls e c t o ri n f o r m a t i o ns y s t e m s ，s i m u l a t e st w oe x p e r i m e n t st ot e s t p u b l i s h s u b s c r i b em o d e la n dr e q u e s t r e s p o n s em o d e l i n f o r m a t i o n i n t e r o p e r a b i l i t yp l a t f o r m i st h ec o r ep l a t f o r mo ft h eu n i v e r s i t y i n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o n t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rt os o l v et h ec u r r e n tc o l l e g e i n f o r m a t i o ni s l a n dp h e n o m e n o nh a sc e r t a i nt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：i n t e r o p e r a b i l i t y , u n i v e r s i t yi n f o r m a t i o n i z a t i o n ；d a t ae x c h a n g i n ga n d s h a r i n g ；i n f o r m a t i o ni n t e r o p e r a b i l i t yp l a t f o r m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 一 第1 章绪论 1 1 论文研究背景 改革开放以来，中国发生了翻天覆地的变化，实现了经济建设的快速发展，并成 为世界第二大经济体。国民经济的蒸蒸日上，带来了对人才的大量需求。教育是培育 人才的最直接有效的途径，只有坚持科教兴国的战略思想，坚持科学技术是第一生产 力的思想不动摇，全力推动我国教育的变革与发展，培育大量的符合当前社会要求的 人才，才能进一步推进我国的经济建设的又快又好的可持续发展。 当前，人类社会已经步入二十一世纪，信息技术已经渗透到人类社会的各个领域， 人们的生活、工作以及学习等方方面面都伴随信息技术的迅猛发展而产生了重大的变 化。其中，教育信息化在提升国民整体素质、增强国家创新能力和加强国家综合国力 等方面起到了至关重要的作用，并且逐渐被越来越多的国家所关注和重视【l 】。西方发达 国家高度重视信息技术对现代教育的影响和作用，重新制定教育目标和教育改革方案， 并全力推进教育信息化的建设进程。 教育信息化的概念最早是在上世纪9 0 年代提出的【2 】。美国是最早开始推进教育信 息化的国家之一，在美国的“信息高速公路”计划中，特别把i t 在教育中的应用作为实 施面向2 1 世纪教育改革的重要途径【2 ，从此，教育信息化便成为了美国教育发展的基 本方向和突破点。尤其是近几年，随着计算机技术的迅猛发展，教育信息化不仅成为 美国甚至是世界各国教育工作者的研究重点和重要课题，也成为高等院校进一步发展 的必经之路。 高校信息化是教育信息化的重要组成部分，也是促进高等教育改革创新和提高质 量的有效途径，是教育信息化发展的创新前沿【l 】。高校信息化指的是高校利用先进的信 息通讯技术作为工具和手段，将信息技术充分应用于高校管理、科研、教学等方面， 把现实校园中的各种资源数字化，形成虚拟数字空剐3 1 。 我国政府向来重视教育信息化，国家中长期教育改革和发展规划纲要( 2 0 l o 2 0 2 0 年) ( 以下简称教育规划纲要) 明确指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响， 必须予以高度重视讲1 1 。近年来，各级政府和高校在教育信息化建设上投入了大量的人 力和物力【舢，据相关数据统计阿，我国从上世纪九十年代至今，在教育信息化领域投资 超过2 0 0 0 亿人民币【5 1 。在这种背景下，我国在高校信息化领域取得了显著的进展和巨 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 大的成就，但是由于各方面条件的影响和制约，与世界发达国家相比，我国高校信息 化建设仍然有着不小的差距，也存在着许许多多的问题。 1 1 1 我国高校信息化的现状及发展方向分析 在我国，高等教育信息化不仅代表了教育信息化领域的最高水平，同时也代表了 教育信息化的发展方向和发展趋势，综合我国教育信息化二十年来的发展历程以及国 内外高等教育信息化的发展情况，我国高校信息化建设总体上可以分为以下几个阶段： 1 、学校校园网基础建设阶段 这个阶段是高校信息化的起步阶段，信息化的工作重点集中在校园网基础设施的 建设上。在该阶段，我国高校纷纷建设自己的校园网络，搭建网络硬件平台，基本能 够实现与互联网的互联，能够为科研工作者、教师以及学生提供网络通信服务和简单 的网络教学资源等服务。 在信息化发展的初始阶段，计算机技术对教育领域的冲击不大，高校科研工作者、 教师以及学生对计算机的应用也仅仅局限在有限的几个方面。高校的管理层还没有意 识到信息通信技术能够在高校管理上发挥什么样的作用，对在日常管理工作中应用计 算机技术也抱着一种排斥和不信任感。 总的来说，在这个阶段，我国高校信息化处于一种探索状态，教育信息化的最大 成果就是教师使用多媒体技术制作教学资源，使课堂内容更加生动活泼。 2 、信息系统建设阶段 目前，我国高等教育信息化建设的重点体现在高校信息系统的建设上【6 】。在这一阶 段，随着计算机以及信息技术的发展，各高校根据实际需要，建立了教务管理信息系 统、学校科研信息系统、图书资源管理系统、人力资源管理系统、学生信息管理系统、 财务管理系统等大量的信息系统。这些信息系统的出现，给学校日常的科研、教学以 及管理工作带来了便利，有效的提高了高校管理层的工作效率，同时，也得到了教育 工作者的高度重视。 总得来讲，高校信息系统建设阶段是我国高校信息化发展的重要环节，在这一阶 段，各高校建立了大量的信息系统，培养了一大批专业人才，为我国高校信息化建设 的可持续发展奠定了良好的基础。 3 、信息集成阶段 随着高校信息化进程的不断加快，学校教学、科研、管理和服务工作愈来愈多的 一西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 依赖信息系统来规范流程、提高效率和提升水平，信息化已经成为实现教育现代化， 继而推动高校教育改革和进一步发展的必要手段。特别是近年来，我国各高校都在大 力推进信息化建设，各类信息系统越来越多【7 引。截止到2 0 0 6 年1 0 月，上海交通大学 拥有各类管理信息系统近一百个、数百个基本的信息资源库以及上千万条管理信息记 录网。 现在，各类应用系统已经进入了数据快速增长则9 1 。所建设的信息系统涉及学校管 理的重要环节和部门，已经成为学校不可或缺的关键业务系统，许多部门在不同程度 上已经必须依赖信息系统来完成工作四。由于信息化建设中各个阶段的需求和条件的不 尽相同，目前各高校所建设的信息系统大多是以部门管理为核心开发的，主要解决本 部门的业务处理、数据交换和信息共享。而这些应用系统的来源十分复杂，有些是自 主研发，有些采用的是上级部门下发的软件系统，而有些则是委托软件公司或者科研 机构开发鲥1 0 】。不同的软件开发商、不同的软件开发平台以及不同的数据规范造成了 学校部门之间甚至部门内部的信息与业务流程衔接不紧密，各类信息系统相对独立， 信息综合利用能力弱，信息孤岛、重复建设、资源浪费等问题【1 1 1 ，更难以为学校各级 领导以及相关的管理工作人员提供综合性的全局信息服务。为了实现以教育信息化带 动教育现代化的长远目标，进一步推动我国教育的变革和可持续发展，高校信息化将 不可避免的进入教学资源以及信息系统整合阶段。 信息集成阶段的主要目标是实现信息系统的整合和集成，因此，减少“信息孤岛”， 提升信息系统间的互联互通水平便成为下一阶段我国高校信息化的主要需求和工作重 点。 1 1 2 高校信息互操作与高校信息化建设 想要解决当前我国高校信息化建设所面临的问题，实现高校教学资源以及信息系 统的整合和集成，最容易也是最有可能实现的方案就是实现高校信息系统之间的互操 作。 首先必须明确互操作的概念。2 0 0 2 年1 0 月，教育部教育信息化技术标准委员会在 其制定的教育管理信息系统互操作规范【1 2 】中明确了互操作的定义：互操作是指不同的 教育管理软件间能够交换和使用彼此的信息【1 2 l 。本论文将沿用该定义。 如果能够实现高校各类信息系统之间的互操作，实现全校数据交换和信息共享， 就能进一步实现各部门信息系统之间的互联互通以及业务协同，进而实现部门级业务 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 应用向学校级业务应用发展的需求。 因此，建立基于标准规范的信息互操作支撑平台，消除“信息孤岛”，实现学校各 类信息资源交换和共享，从而实现学校信息资源建设、管理和应用的一体化，仍然是 当前高校信息化建设面临的主要课题。 1 2 课题研究现状 1 2 1 国外现状 美国是信息技术革命的发源地1 4 】，亦是最早进入信息社会的国家之一【2 】对于教育 信息共享或互操作的研究较为领先，针对教育管理信息系统相关标准研究的企业机构 和学术团体也比较多【1 0 1 。 其中s i f 1 51 6 i 】( s c h o o l si n t e r o p e r a b i l i t yf r a m e w o r k ) ；是美国一些企业组织发起制定 的中小学学校管理系统互操作框架【1 7 1 。它的目标是为各种各样的教育软件提供互操作， 也就是能够使不同的软件方便地进行数据共享，交换，更新等等【1 8 】。 这一标准是基于美国当地的教育环境制定的，主要是针对中小学学校管理信息系 统，但是对我们有着很大的借鉴意义。该标准目前已经受到国内各界人士的关注。 1 2 2 国内现状 2 0 0 1 年，教育部成立了现代远程教育标准化委员会，2 0 0 3 年正式命名为“全国信 息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会”，专门负责制定、推广我国信息化的 相关技术标准【1 9 】。 2 0 0 3 年9 月3 日，标委会成立e m i f 工作组，由标委会专家和若干企业组成【1 7 1 。 e m i f t l 2 j - l 作组在借鉴美国s i f 规范的前提下，制定了自己的一套教育管理信息系统互 操作规范e m i fw d l 0 ，并于2 0 0 2 年8 月2 8 发布【1 2 州。 相比国外，我国在高校信息化尤其是信息互操作领域的起步较晚，理论成果和相 关软件产品也都比较少。 1 3 本文研究意义与论文组织 教育管理信息系统互操作规范是教育部为了使不同的教育管理信息系统之间 能够交换使用教育环境内的多种数据而专门制定的教育管理信息系统的技术规范【1 2 】。 当前，针对该规范所开展的研究工作大多局限于理论上的探索与研究，相关的软件产 品并不多【1 0 3 。在国内，东部发达地区的高校在研究和应用该规范方面做了一些工作， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 而中西部地区对该规范的应用基本上是一片空白【1 0 1 。因此，基于教育管理信息系统 互操作规范，对高校信息互操作平台展开研究并加以实现具有非常重要的现实和理论 意义。 论文的组织结构如下： 第一章：绪论，主要叙述了课题的研究背景和课题的国内外研究现状。其中，重 点讨论了课题的研究背景，分析了我国高校信息化的现状及其发展方向，探讨了高校 信息互操作在高校信息化建设中所起到的作用。 第二章：对高校信息互操作平台的总体规划，主要叙述了高校信息互操作平台的 建设原则，分析了互操作平台的功能需求，讨论了互操作平台的三种建设模式，描述 了高校信息互操作平台的总体结构，介绍了互操作平台信息集成服务器和应用程序的 代理程序。 第三章：分布式系统关键技术的研究。对比分析了传统数据共享模式和分布式数 据共享模式，讨论了基于远程调用方式和基于消息方式实现信息系统间通信的方法， 重点研究了基于消息方式实现系统间通信的不同实现方式，提出使用a c t i v e m q 技术实 现信息系统间的通信。 第四章：高校信息互操作平台的详细设计。本章是论文的重点章节，对高校信息 互操作平台消息总线进行了设计与实现，设计了数据共享和交换模型，探讨了互操作 平台的通信模式，并采用x m l 技术，设计了一系列的各种类型的报文，介绍了信息互 操作平台的命名规范，重点研究了信息集成服务器和应用程序的代理程序，最后，对 平台实施过程中可能遇到的安全问题进行了研究，并提出了切实可行的策略。 第五章：互操作平台数据共享模式的实现。设计了两个虚拟的部门信息系统，模 拟了发布与预约和请求与响应两个模式的实现过程。 第六章：总结与展望。对论文工作进行了总结，并对需要在未来研究中进一步开 展的工作进行了展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章高校信息互操作平台的总体规划 高校信息互操作平台是指把不同软件开发商、不同的软件开发平台以及异构的数 据库进行有机整合，使之成为能够相互通信来实现数据交换和信息共享的技术性架构。 平台内部各信息系统之间的互操作过程对平台用户而言是透明的，用户不必知晓互操 作平台内部数据如何流通、如何互操作。简言之，高校信息互操作平台的互操作过程 具有操作系统无关性、程序设计语言无关性、数据结构无关性以及软件开发商无关性 等特性。 2 1 总体原则 要建设高校信息互操作平台，首先要对平台做总体规划，系统需求分析奠定了整 个平台项目的基础。要保证互操作平台建设的成功，需要准确的把握互操作平台的需 求，明确平台的最终用户特点以及平台的建设目标。 2 1 1 高校信息互操作平台用户特点 通过“互操作”实现高校现有信息系统的整合和集成是高校信息互操作平台的重要 目标和实现最大化利用现有资源的重要手段，高校原有信息系统的最终使用用户是高 校信息互操作平台用户群的主要组成部分。 鉴于以上情况，可以明确，高校信息互操作平台的最终使用用户种类有很多，囊 括了诸如学生、教师、科研人员、学校各级领导以及相关的管理工作人员等涉及到高 校教学、科研、日常办公等各类角色。平台用户的计算机能力整体水平较高，对平台 的理解和接受能力较强。另外，平台用户比较分散，不局限于同一部门、同一院系的 现实规格，具有专业性较强，对彼此的业务不熟的特点。 2 1 2 高校信息互操作平台建设目标 高校信息互操作平台是一个技术性架构，它可以整合高校几乎所有的信息系统。 而且，随着高校信息化进程的不断加快，需要整合的信息系统也会越来越多。这就要 求信息互操作平台必须建设成为一个具备易维护性、易二次开发性和易扩展性等特性 的平台。 平台应当具备一个比较友好的、轻松的操作环境，使复杂的数据互操作过程简单 化，尽量不要改变用户的操作习惯，将平台内部的互操作过程对用户透明。用户在使 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 用平台工作的过程中不必也无需了解互操作的具体执行过程。 在平台的设计开发过程中，尽量最大限度的利用现有的信息系统，保护现有投资， 贯彻经济性的建设理念。最后，平台应当建设相关的安全保障机制，确保平台实施过 程中的数据安全性和系统稳健性。 2 2 高校信息互操作平台的概念模型 图2 i 高校信息互操作平台的概念模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 1 是高校信息互操作平台的概念模型示意图。高校信息互操作平台主要由统 一f - j p 服务、服务层、信息系统层、应用支撑层以及基础层五部分组成。其中，应用 支撑层是高校信息互操作平台的核心部分，也是论文论述的核心。 统一门户服务为互操作平台提供统一的门户服务，是高校信息互操作平台的总入 口。 服务层，基于平台内的信息系统，为互操作平台的用户提供各类服务支持。例如， 为领导提供决策服务，为科研工作者提供科研服务，为教师和学生提供教学服务，为 毕业生提供毕业离校服务等。 信息系统层，由高校原有的各类信息系统构成。这些信息系统大多是学校各部门 为解决部门自身需求而开发的。这些信息系统不仅用于各部门规范业务流程、提高工 作效率和提升服务水平，也是衡量高校信息化程度、社会声誉的重要标志。另外，这 些信息系统来源非常复杂，有些来自上级派发，有些属于自行开发，有些是委托专业 机构研发，还有些采用的是同软件企业共同开发，而且，信息系统间几乎没有交互， 数据也通常采用物理拷贝的方式进行共享。 应用支撑层是高校信息互操作平台的核心部分，也是上层信息系统的运行环境， 包括身份验证系统、权限管理模块、流程管理系统、消息总线、安全支撑服务、管理 和监控模块、目录服务模块以及数据中心平台等。 身份验证系统是信息互操作平台用来保障共享数据安全性的第一层安全机制，信 息系统对向其发出通信请求的信息系统进行身份校验，从而避免非互操作平台内的信 息系统或者代理程序伪造报文来非法获取数据或者破坏数据。 权限控制是互操作平台用来保障共享数据安全性的另一层安全性机制。互操作平 台使用权限控制列表对加入互操作平台的信息系统进行权限管理，防止对数据的非授 权访问，避免非授权系统对数据的恶意访问，保障数据的完整性和安全性。 身份验证和权限控制都被用来防止对数据的非法操作，不同的是前者防范的是非 平台内的应用系统，后者防范的是平台内部的信息系统，两者结合使用，共同保障共 享数据的安全性。 流程管理系统是信息交互与管理的中枢，是信息系统问业务流程整合和信息纵横 传输的控制中心【2 1 1 。流程管理系统的最终目的是规范部门间协作业务的处理流程，实 现对业务系统的调度，提高工作效率并将业务流程的设置、修改和管理的权力从软件 西南交通大学硕士研究生学位论文 。 第9 页 开发人员移交给学校的相关管理人员。另外，流程管理系统的实施建立在互操作平台 的数据交互和信息共享之上。 消息总线是互操作平台实现数据共享和信息交互的重要组件。通过使用消息总线 传递数据来协调信息系统间的业务，将原有的信息系统通过互联网或者局域网松散的 连接在一起。 安全支撑服务是指除了身份校验和权限控制外的其他安全防护措施，例如，密钥 管理安全、数据传输安全和服务器容灾安全等。安全支撑是高校信息化建设中必不可 少的重要环节，保障数据安全性是互操作平台的重要职责。高校信息互操作平台必须 保证数据的保密性，做好数据加密处理，防止数据泄漏；保证数据的完整性，使数据 在传输过程中不被破坏、不丢失；确保数据在使用过程中的安全性，数据能够从灾难 中快速恢复。 管理和监控是互操作平台的另一重要模块。通过对系统运行状况、资源占有情况、 系统性能情况的监控来了解互操作平台的工作状态；提供日志系统( 包括安全日志、 系统日志、分析型日志等) 来记录系统工作状态、系统异常情况、数据共享和信息交 互情况等信息，为学校各级领导以及相关的管理工作人员提供综合性的全局信息服务 以及决策支持。 目录服务的目的是方便用户方便快捷的使用计算机及网络资源，形成个性化，可 定制的教学资源体系。 数据中心平台主要存放互操作平台的管理数据，并不包括信息系统的私有数据库。 用于记录信息系统间的数据共享和信息交互详情、信息系统注册信息、元数据和日志 信息等数据。其中，元数据库存放的是用于规范互操作数据的互操作数据模型等用于 描述数据的数据。 另外，应用支撑层还提供用于协调对多个资源管理器进行数据访问的事务管理器， 用于统一发布公告和通知的信息发布系统等功能。 基础层主要是学校网络设备设施，是高校所有信息系统运行的基础，提供网络防 火墙、f t p 、e m a i l 、网络数据备份等网络基础服务。 在利用信息系统完成某些业务工作时，可能会使用到其他信息系统所产生或者所 维护的数据。例如，财务管理系统需要维护和统计学校教职工的工资、奖金、科研经 费以及出差补贴，学生的学费、住宿费、奖助学金、贷款等信息。其中，教职工个人 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 信息来自于人事管理系统，由人事管理系统维护，学生个人信息来自于本科生教务管 理系统、研究生管理信息系统等信息系统。这些数据往往是通过物理拷贝或者人工导 入导出来实现共享使用，如果数据发生变化，一旦没有及时更新，就会出现数据冲突 等信息孤岛问题。数据交换和信息共享是实现信息系统间互联互通，消除信息孤岛等 问题的基础，也是高校信息互操作平台所期望解决的核心问题，对其展开研究并加以 实现具有非常重要的现实和理论意义。 对于信息系统间的数据共享，主要有下面两种情况： 假设某学生学籍信息发生变动，并在教务管理信息系统上修改了个人信息，数字 图书馆系统、一卡通系统、财务管理系统以及档案管理系统等需要共享该学生个人基 本信息的信息系统需要对系统的相应数据进行数据更新操作。 假设学校保卫处新建设了一个信息系统，需要获取所有的在校本科生的户籍信息， 该户籍信息管理系统需要向提供相应数据的信息系统请求数据，完成本地数据库更新 操作。 这两种情况，分别对应互操作平台的两类数据交互和共享需求： 一( 1 )一个应用系统的数据发生变化时，其他共享其数据的应用系统的相应数据 也要得到更新【1 2 】。 ( 2 )一个应用系统需要获取另一个应用系统的数据【1 2 】。 2 3 高校信息互操作的三种建设模式 数据交换和信息共享是国内高校解决“信息孤岛”，实现信息系统之间互操作的核 心。在数据交换和信息共享模式的选择上主要有一下几种思路【1 8 2 2 2 32 4 1 。 2 3 1 统一标准，重新建设 这种方案要求高校摒弃现有的所有的信息系统，重新开发一整套统一数据标准、 统一开发平台和统一程序开发语言的信息系统。这种建设方式在一定程度上确实可以 解决信息系统之间的数据交换和信息共享问题。但是这种方式需要推倒现有的几乎所 有的信息系统，耗资巨大，对现有资源是一种浪费。而且，采用同一家软件开发商生 产的软件产品，容易造成垄断和不利于个性化发展等问题。 2 3 2中央数据库模式 中央集中方式也是目前实现数据共享的比较流行的策略。采用中央数据库模式， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 要求放弃现有所有系统的数据库，将所有业务系统使用的数据库表都放在同一个大的 数据库中。挂靠在互操作平台之下的各个信息系统将不再存放相关的数据。采用这种 共享策略的优点是由于数据集中，各个系统之间是耦合度较高，资源利用率高，信息 共享便捷，实现也相对简单。但是，新建立的中央数据库中的数据规范可能与现有系 统的数据规范不同，这就会要求所有的信息系统都必须修改系统中对数据进行操作的 部分，系统改动量会非常巨大。而且，系统对数据的访问会由本地直接访问改为远程 访问，安全性和效率都大打折扣。 2 3 3 分布式数据共享模式 分布式数据共享模式是通过开发应用系统接口程序实现系统之间的数据共享。分 布式数据共享模式并没有统一的解决套路，目前比较流行的做法是在需要数据交互的 系统之间制作专门的数据处理程序，将本来异构的数据结构转变为对方可以理解的数 据格式。这种方案优点在于能够最大限度利用现有信息系统，对现有应用系统的数据 库不做改动或者改动较少，缺点在于只能在两个系统之间进行信息交换，不利于多个 信息系统之间的互操作。 以上几种模式各有利弊，具体采用哪种方式，取决于各个高校信息化建设的原则。 西南交通大学的信息化建设原则是：充分利用已有的信息资源，最大限度地保护信息 化建设的原有投入，缩短信息化建设周期，避免重复建设和资源浪费。根据这个原则， 本文通过对第三种模式进行改进来解决“信息孤岛”，就是基于分布式系统和消息路由 建设信息互操作平台，从而实现各业务系统之间相对独立、松散耦合、易于维护和升 级，并且单系统资源压力不会影响其它系统的运行。本文将在后续章节对分布式系统 和消息路由进行详述。 2 4 高校信息互操作平台总体结构 为了充分利用已有的信息资源，最大限度地保护信息化建设的原有投入，避免重 复建设和资源浪费，论文将采用分布式数据共享模式来建设互操作平台。为了解决多 系统之间的互操作问题，论文将采用基于总线结构来构建信息互操作平台。论文参考 s i f 及e m i f 规范，引入代理和信息集成服务器的概念来实现上面提到的架构模式。这 种方案的示意图如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 5 信息集成服务器 图2 2 高校信息互操作平台架构示意图 2 s 1 信息集成服务器的主要功能 信息集成服务器是高校信息互操作平台的重要构件之一，是平台的信息流控制中 心，类似于物理网络中的路由器，是整个互操作平台的中央枢纽，任何共享数据的流 通都要经过信息集成服务器。信息集成服务器与应用程序的代理程序建立连接，分析 从代理程序流转过来的信息，做出相应的操作，完成数据交换和信息共享。通过信息 集成服务器，相关工作人员可以方便的管理数据，查看数据交互情况，能够为学校各 级领导制定科学决策提供数据支持。 2 s 2 信息集成服务器的体系结构 信息集成服务器主要由数据中心平台、消息路由、消息格式转换器、消息监听器、 管理和监控模块、身份验证模块和权限控制模块等组成。如图2 3 所示： 图2 - 3 信息集成服务器体系结构示意图 2 6 应用程序代理程序 2 6 1 应用程序代理程序的主要功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 一量曼皇量鼍量曼曼曼皇鼍量量量量曼皇曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼舅曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼量曼曼曼詈曼曼曼曼曼量皇量皇曼曼量曼曼鲁曼曼量曼蔓鼍雹鼍曼曼舅曼皇皇 代理程序是信息系统与信息集成服务器的数据交换桥梁。代理程序主要负责向信 息集成服务器发送标准规范的数据，以及从信息集成服务器接收并解析信息，供应用 系统直接使用。作为信息集成服务器和应用系统之间的通信接口，代理程序可以集成 在信息系统内部，作为信息系统的一个组件，也可以单独开发成为独立的软件。代理 程序可以在开发应用程序时就集成到信息系统内部，也可以对已有的信息系统挂接一 个新添的代理程序，选择何种方式取决于信息系统的开发者以及现实条件【1 2 1 。 每一个信息系统都绑定一个代理程序。代理程序是一个逻辑构件，采用它的目的 是避免信息系统的大幅度改造，减少对现有系统的修改，最终达到最大化利用现有资 源的目的。代理程序和代理程序是不直接通信的，通过信息集成服务器进行互操作。 2 6 2 应用程序代理程序的体系结构 代理程序主要由消息监听器、消息格式转换器、身份验证模块、权限控制模块和 数据处理组件等组成。如图2 4 所示： 图2 - 4 代理程序体系结构示意图 2 7 本章小结 本章阐述了高校信息互操作平台的用户特点以及建设目标，介绍了当前解决“信息 孤岛”的三神建设模式，提出采用第三种模式并通过对其改进作为本文的建设思路。详 细描述了高校信息互操作平台的功能需求，通过示意图简要描述了高校信息互操作平 台的总体结构以及两个重要组件：信息集成服务器和应用程序代理程序。 信息集成服务器是互操作平台的中央枢纽，负责分析、管理以及路由数据。代理 程序是信息集成服务器与信息系统之间的通信接口，负责与信息集成服务器通信、发 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 送数据、接收并解析数据。 通过这两个组件，尽可能少改动甚至不改动原有系统，达到最大化利用现有资源 的建设目标。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 曹i i iii i i 鼍舅皇粤鼍曼皇曼曼曼曼量曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼量曼曼量曼量皇曼皇曼罡! ! 皇曼鼍量曼曼曼寰! 曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼量量曼曼舅曼皇曼曼蔓曼曼曼鼍 第3 章分布式系统关键技术的研究 3 1 概述 目前各高校所建设的信息系统大多是以部门管理为核心开发的，由于来源复杂， 各信息系统之间交互很少甚至没有交互。以西南交通大学为例，图书馆管理系统、学 生教务系统、体能测试管理系统和交大就业管理系统是西南交大校园网络体系中的四 个信息系统。这四个信息系统都维护着自己的学生信息管理模块。我校各个信息系统 中，学生教务系统应当是维护学生基本信息的权威应用系统，其它信息系统共享学生教 务系统学生个人基本信息等数据。 为了有效避免信息孤岛等问题，理论上，任何学生的个人信息都应当以教务系统 所维护数据库上的数据为准。其它需要使用学生信息的教育管理信息系统在使用学生 信息之前应当从教务系统获取最新的学生数据并存入本地数据库，然后才能继续操作。 然而，笔者曾经测试在教务系统上修改个人信息，而其它的信息系统上的对应数 据却没有得到更新。如果某学生通讯方式修改，需要在四个信息系统上逐个修改，非 常麻烦。问题的症结在于学生教务系统上的学生信息发生修改，教务系统