（计算机科学与技术专业论文）市民卡数据交换平台研究.pdf

摘要 摘要 市民卡数据共享交换平台是北京市科委立项的项目，市民 数据交换平台系统依托j 二北 京市民卜工程，通过制定数据标准及数据交换标准，建立市民卡数据共享中心的数据变换系 统，实现与劳社、公安等政府各业务部fj 之问信息的互联互通。 传统的e d i 由丁：建设成本原因和交换标准化问题而未能规模化、普及化。x m l 国际化 发展，成为信息标准化进程的有力l 具，摹丁x m l 的数据交换成为异构系统交换的首选标 准。 在数据交换平台的建i 殳中用到了中间件技术、p k i 、x m l 技术，本文对这些技术进行 了详尽的介宝f ，对这些技术的发展和现状作了分析，并分析了这些技术在本系统的具体府用。 在客户和服务器系统巾，b e a t u x e d o 的出现实现了多层构架，但它还是属于辫户服 务器的构架，没有摆脱婀步处理的应用方式和不对称的体系架构，系统的耦合度仍然较大。 住列多种技术进行考察之后，我们选定t o n g l i n k q 作为本系统的基础构件，t o n g l i n l d q 是 国l j 相对成熟的中间件软件之一，在许多项目巾进行了应用，然而结合市民卡数据交换系统 的具体府刚，我们也发现了许多不足之处，井协商进行了解决。 为保证系统的安全十牛，采崩了戍用层安全和网络层安全两种技术，前者主要保证身份的 合法、数据的安全、真实、不可抵赖，以及访问控制，后者片| 于存公网中建立自己的虚拟专 嘲( v p n ) 。 本文对基于p k i 技术的节点登录系统的流程进行了设计；对系统中使用的x m l 技术进 行了分析：分析，市民信息数据交换标准和市民信息数据标准，并给出了示例。 本文着重介鲥了数据交换平台的技术实现，包括楚个市民墨系统的总体构架、网络掏架、 系统软件结构，提出中心制的构架方式，并认真分析了中心制的优缺点，提出了改进的方案。 提出了前置机的概念，对前置机的功能垌i 作用进行了分析。详细介绍了系统实现的7 个交换 流程，并对刚到的模块进行了一一说明。 最后作了总结，分析r 奉文介绍的交换平台的特点，对未米的l 作提出了改进意见。 关键词 数据交换，数据交换标准，平台，c i x m l ，消，n 中间件 摘要 a b s t r a c t t h ed a t ae x c h a n g ep l a t f o r mf o rm ec i t i z e nc a r ds y s t e mi sap r o j e c ts e tu pb yb m s t c ，a n di sap a r to f t h e b e i j i n gc i t i z e nc a r ds y s t e mb ye s t a b l i s h i n gt h ec i t i z e nd a t as t a n d a r d sa n dt h ec i t i z e nd a t ae x c h a n g es t a n d a r d s ，l h e a i mi st os e tu pt h ec i t i z e nd a t ae x c h a n g es y s t e mf o rt h ec i t i z e nc a r dd a t ac e n t e ra n dt or e a l i z et h ei n f o r m a t i o n s h a r i n ga n dd a t ae x c h a n g i n gb e t w e e nt h ec i t i z e nc a r dc e n t e ra n do t h e rg o v e r n m e n to r g a n i z a t i o n ss u c ha sb e i j i n g m u n i c i p a lp u b l i cs e c u r i t yb u r e a u b e i j i n gm u n i c i p a ll a b o r s o c i a ls e c u r i t yb u r e a u e t c t h et r a d i t i o n a le d it e c h n o l o g yh a sn o tf o r m e dt h cs c a l e ，a n dh a sn o tb e e nu s e de x t e n s i v e l yn o w , b e c a u s eo f t h es y s t e mc o n s t r u c t i o nc o s ta n dt h eu n r e a l i s t i cs t a n d a r d so fi n f o r m a t i o ne x c h a n g ex m ld e v e l o p sv e r yf a s t r e c e n t l na n db e c o m e sap o w e r f u lt o o lt oe s t a b l i s ht h ed a t as t a n d a r d st h ex m l b a s e ds t a n d a r d sb e c o m et h e f i r s t - s e l e c t e dw h e nc o n s t r u c t i n gd i s ”i b u t e dd a t ae x c h a n g es y s t e m s m o m ，p k ia n dx m l w e r eu s e dw h e nc o n s t r u c t i n gt h i sd a t ae x c h a n g ep l a t f o r mt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e s e t e c h n o l o g i e st ot h er e a d e r , m a k e st h ea n a l y s i so ft h e i rt e c h n i c a ld e v e l o p m e n t sa n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o n s ，a n d a n a l y z e st h ec o n c r e t eu s a g eo f t h e s et e c h n o l o g i e si nt h i ss y s t e m b e at u x e d oa c h i e v e st h em a n a g e dm u l t i t i e rc si nt h e c ss y s t e m ，b u ti tb e l o n g st oc sa n dh a sn o t g o tn do ft h ew a yo fs y n c h r o n o u sp r o c e s s i n ga n dt h ea s y m m e t r i c f r a m es y s t e m a t i cc o u p l i n gd e g r e ei ss t i l l r e l a t i v e l yh i g hw cc h o s et o n g l i n k qa so u rb a s ec o m p o n e n tt ob u i l do u rs y s t e ma f t e ra n a l y z i n gs e v e r a lk i n d so f d r o d u c t s t o n g l i n k qi s o n eo ft h em a t u r e s td o m e s t i cm i d d l e - w a r ea n dh a sb e e nu s e di nm a n yp r o j e c t sw es t i l l h a df o u n dal o to f w e a kp o i n t sw h e nu s i n gi to nd a t ae x c h a n g es y s t e m , b u tw es o l v e dt h e m i n o r d e r t og u a r a n t e e t h es y s t e ms e c u r i t n w ch s c t w o k i n d so f t e c h n o l o g i e s ，t h ea p p l i c a t i o n l e v e ls e c u r i t ya n d t h en e t w o r kl e v e ls e c u r i t y t h ef o r m e rm a i n l yg u a r a n t e e st h eu s e ri sl e g i t i m a t e ，t h ed a t ai ss a f ea n dr e a l ，c a n n o t d e n y , a sw e l la st h ea c c e s sc o n t r o l s ，t h el a t t e ri su s e df o rs e t t i n gu po n e so w f iv p n i nt h ep u b l i cn e t w o r k w cd e s i g nt h eu s e r sl o g i np r o c e d u r eb a s e do np k it e c h n o l o g y , a n a l y z ex m lt e c h n o l o g yt h a ti su s e di nt h e s y s t e m a n a l y s ec i t i z e nd a t ae x c h a n g es t a n d a r d sa n dc i t i z e nd a t as t a n d a r d sa n dg a v ead e m o n s t r a t i o n t h i sp a p e ri n t r o d u c e se m p h a t i c a l l yt h er e a l i z a t i o no ft h ed a t ae x c h a n g ep l a t f o r m ，i n c l u d i n gt h eo v e r a l l f r a m e w o r kn e t w o r kf r a m e ，s y s t e ms o f t w a r es t r u c t u r e so ft h ee n t i r ec i t i z e nd a t ac x c h a n g es y s t e m p r o p o s e st h e c e n t r a l i z e df r a m e w o r k ，a n a l y s e st h eg o o da n db a dp o i n t so f t h ec e n t r a l i z e ds y s t e ma n dp r o p o s e st h ei m p r o v e m e n t s c h e m ea l s op u t sf o r w a r dt h ec o n c e p to fp r c s t a g em a c h t h ea n de x p l a i n st h ef u n c t i o n so fi t i ti n t r o d u c e st h em a i n d a t af l o w so f t h es y s t e ma n dt h em o d u l e su s e di nt h es y s t e mo n eb yo n e f i n a l l y , is u m m a r i z et h et o p i c ，a n a l y s et h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ed a t ae x c h a n g ep l a t f o r mw h i c ht h i sp a p e r i n t r o d u c e d ，a n dg i v es o m es u g g e s t i o n so f h o wt oi m p r o v et h es y s t e mi nt h ef u t u r e k e y w o r d s d a t ae x c h a n g e ；d a t ae x c h a n g es t a n d a r d s ；p l a t f o r m ；c i x m l ；m o m 中国科学技术大学硕士论文市民卡数据交换f 台研究 1 1 项目背景 第一章绪论 随着信息技术的不断进步，北京市承担社会保障和市民服务职能的政府部门 从各自主管业务出发，普遍建立了信息化系统，主要业务工作均实现了数字化、 信息化。这不仅提高了职能管理部门工作效率，也方便了广大市民办理相关业务。 但由于目前市政府各职能部门业务呈现部门化、条块化分布，同时各业务信息系 统采用的指标体系、代码标准、应用系统、数据库与操作系统各异，对信息互联 互通、实现数据的共享和交换造成很大困难，从而造成整个社会信息资源的浪费， 增加了相关的社会活动成本。 北京市民卡，是市政府职能部门为市民提供社会保障和公共服务的工具；是 市民办理各项社会保障事务、享受政府公共服务的电子凭证。 北京市民卡工程将依托首都公用信息平台和政务专网，结合北京市社会保障 信息系统和其它公共服务信息系统，利用i c 卡技术推动市民基础信息资源的开 发和利用，实现社会保障和公共服务的高度信息化。通过北京市民卡工程的建设， 在北京市城镇居民中发行北京市民卡，构建北京市民卡相关基础设施和服务设 旋，逐步完善市民卡在劳社、公安、民政、卫生、教育、住房和税务等相关业务 管理部门的应用，并为各项社会保障基金的交易结算及小额消费提供支持，实现 市民卡的“一卡多用”，从而有效地提高政府部门的管理效率和市民的生活质量。 市民卡工程多应用数据交换平台系统依托于北京市民卡工程，通过制定数据 标准及数据交换标准，建立市民卡数据共享中心的数据交换系统，实王见劳社、公 安、住房管理等政府各业务部门之间信息的互联互通，为其提供安全、可靠、高 效的数据交换和数据共享平台，优化整个社会的信息资源，总体上提高政府部门 的工作效率。 1 2 数据交换平台的建设目标 北京市民卡工程多应用数据交换平台的建设目标是：建立联接劳社、公安、 中国科学技术大学硕士论文市民卡数据交换平台研究 住房管理等政府部门及市民卡数据中心的数据交换系统，提供业务信息的互联互 通、信息动态更新、信息资源共享，具有安全的数据交换机制、可靠的运行环境、 高效的数据交换性能和灵活的应用与技术扩展能力的数据交换系统原型。据此数 据交换平台原型建设的数据交换平台应能满足北京市市民卡工程一期6 0 0 万，未 来1 3 0 0 万市民卡相关数据交换的需要。 1 。3 电子数据交换的现状 随着计算机技术、网络技术的不断发展，通过网络实现业务系统间的信息交 换也逐渐成为业务系统进行电子政务、电子商务的一种重要手段。但是现今计算 机各种类型的操作系统平台不胜枚举，运行其上的各种应用程序更是五花八门， 要实现机器之间无歧义性的信息识别和处理，一直是困扰电子数据交换发展的难 点，急需有新的技术能够更快捷、有效地进行信息的集成和发布。e d i ( e l e c t r o n i c d a t ai n t e r c h a n g e ) f 3 7 是出现在2 0 世纪7 0 年代的一项信息技术，它试图通过计 算机网络将不同的计算机系统联系起来，将信息按照协议标准 3 6 带1 j 作成统一格 式的文件发送给对方，接收方按照统一语法格式解读文件，然后通过计算机实现 自动化处理 1 7 。应当说，e d i 的大范尉使用是可以降低数据处理费用和数据重 复录入费用，从而提高经济效益的，但它的一些致命缺陷限制了它的普及应用： 首先是应用成本太高，传统的e d i 需要_ ! j l 句买或开发专用的数据格式转换软件， 需要架设商业服务器控制数据流，还要购买v a n ( v a l u ea d d e dn e t w o r k ，增值 网络) 来确保发送和接收的商业信息的安全和机密。除了少数大业务系统有能力 外，大多数中小业务系统只能是望“网”兴叹。其次，在实现e d i 时，不同的 业务系统会根据它在应用中所扮演的角色不同，对标准有选择地进行删减，从而 构成了独有的标准版本，不同版本之间的e d i 消息却根本不能互相处理。缺乏 公用、规范、实用的标准，是e d l 的另一个短项。但网络和x m l 等技术的蓬勃 发展赋予了e d i 新的生机，x m l 国际化发展，成为信息标准化进程的有力工具。 按照目前发展趋势来看，基于x m l 的标准将成为以后主流的信息标准 4 】。 中肛 件技术为数据共享交换和事务交易提供了一个更加可靠、更加有效的基 础平台，特别是消息中间件跨平台、可靠传输的数据交换能力，使分布式、异构 数据交换系统的开发变得非常容易。最近几年，分布式的数据传输技术有了较快 中国科学技术大学硕士沦文市民卡数据交换平台研究 的发展 1 ，特别是随着电子商务的发展和各种标准、应用框架的提出，在数据 协同技术上出现了企业应用集成( e a i ) 技术和e s b 技术，鉴于这些技术仍处于发 展阶段，而且需要对已有系统进行大量的改造，我们认为在市民卡数据共享交换 平台的建设中还须慎重考虑。 1 4 实现构想 为了使交换平台具有良好的伸缩性和支持多种操作系统平台，数据交换平台 采用跨平台的语言j a v a 开发，满足开放性、可移植性的需求。系统设计采用 m v c 的设计方法，系统管理界面采用b s 方式设计，数据库采用o r a c l e 。 数据交换平台为异构系统提供了数据交换的服务，为了简化系统的复杂度， 我们采用了中间件作为数据传输的底层构件，利用中间件跨平台、可靠传输的特 性实现基本的数据交换，当然，实现数据交换的方式还有多种其他方式如s o c k e t 通信、远程方法调用r m i 、j m s 、w e bs e r v i c e s 等 8 ，但鉴于数据交换平台是一 个庞大而又非常重要的系统，采用成熟、适用的产品和技术是保证系统j f 骄t j 建立 的基础。 数据交换平台连接多个委办局系统，数据的安全是第一位的，为了保护交换 平台系统的安全，必须对接入系统进行认证，我们采用设备认证和用户认证以及 访问权限控制的方式来管理接入系统的安全。 数据的标准化是实现数据共享交换的前提，也是数据共享交换平台生命力的 保证，x m l 技术已经是很成熟的技术，且用在许多数据交换的领域，如 e b x m l 3 ，我们将以x m l 技术为基础设计数据标准和交换标准。 为了降低各委办局业务系统接入交换平台的难度，减少系统间的耦合度，我 们采用了前置机的方式，前置机是位于委办局系统的一台服务器，同时连接交换 平台和委办局业务系统，前最机上运行有交换平台的驱动软件，也可以部署接入 系统的软件，完成接入系统与交换平台的数据交换。 1 。5 数据交换平台的设计原则 规范化、开放性原则 一方面，市民卡系统最终用户为政府机关及全体市民，数据交换平台作为核 中国科学技术大学顾十论文 市民卡数据交换平台研究 的发展 1 ，特别是随着电子商务的发展和各种标准、应用框架的提出，在数据 协同技术上出现了企业应用集成( e a i ) 技术和e s b 技术，鉴于这些技术仍处于发 展阶段，而且需要对已有系统进行大量的改造，我们认为在市民卡数据共享交换 平台的建设中还须慎重考虑。 1 4 实现构想 为了使交换平台具有良好的伸缩性和支持多种操作系统平台，数据交换平台 采用跨平台的语言j a v a 开发，满足升放性、可移植性的需求。系统设计采用 m v c 的设计方法，系统管理界面采用b s 方式设计，数据库采用o r a c l e 。 数据交换平台为异构系统提供了数据交换的服务，为了简化系统的复杂度， 我们采用了中间件作为数据传输的底层构件，利用中间件跨平台、可靠传输的特 性实现基本的数据交换，当然，实现数据交换的方式还有多种其他方式如s o c k e t 通信、远程方法调用r m i 、j m s 、w e bs e r v i c e s 等 8 ，但鉴于数据交换平台是一 个庞大而又非常重要的系统，采用成熟、适用的产品和技术是保证系统顺利建立 的基础。 数据交换平台连接多个委办局系统，数据的安全是第一位的，为了保护交换 平台系统的安全，必须对接入系统进行认证，我们采用设备认证和用户认证以及 访问权限控制的方式来管理接入系统的安全。 数据的标准化是实现数据共享交换的前提，也是数据艿享交换平台生命力的 保证，x m l 技术已经是很成熟的技术，且用在许多数据交换的领域，如 e b x m l 3 ，我们将以x m l 技术为基础设计数据标准和交换标准。 为j ，降低各委办局业务系统接入交换平台的难度，减少系统间的耦合度，我 们采用了前置机的方式，前置机是位丁委办局系统的一台服务器，同时连接交换 平台和委办局业务系统，前置机上运行有交换平台的驱动软件，也可以部署接入 系统的软件，完成接入系统与交换平台的数据交换。 1 5 数据交换平台的设计原则 规范化、开放性原则 一方面，市民卡系统最终用户为政府机关及全体市民，数据交换平台作为核 一方面，市民卡系统最终用户为政府机关及全体市民，数据交换平台作为核 9 中周科学技术大学硕士论文市民卡数据交换平台研究 心系统之一，其设计及实施必须要满足国家、地方性政策、法规对有关业务流程、 安全规范、管理制度等的要求和规定；另一方面：市民卡系统的实现是一个逐步 完善的过程，数据交换系统要将多个应用系统有机地连接起来，其建设从横向上 要兼顾各接入系统的特点，制定切实可行的市民信息数据交换标准；纵向上要考 虑未来的发展变化，认真分析各种外界因素，提高系统的生命力。 标准化原则 北京市民卡数据共享交换平台系统应采用公开的、完善的技术标准、成熟通 用的技术路线，采用主流的、被广泛支持的设计思想，满足系统标准化的要求， 使系统的建设吸取成功经验，能够受到广泛的支持。系统应采用模块化的构架方 式，使得系统结构灵活，便于裁减、更新，能够提供对第三方模块的支持。 实用性原则 可用于数据交换建设的软件系统有很多种，每种数据交换平台软件都具有自 身的特点。而根据北京市民卡项目独特的需求，要求首先要确保市民卡系统主要 功能、性能的实现，保证系统的先进性，同时也要注重本项目总体成本的合理性， 以及系统可实施性、可用性、适应能力。因此在体系设计中应综合考虑各方面因 素，包括成本、代价、管理、维护、风险等非技术方面因素，从实际出发，充分 了解目前的现状，利用已有的资源和成功经验，寻找最佳的平衡点，省时、省力、 完善地实现系统应有的数据交换的功能。 可靠性原则 安全与可靠是电子政务系统网络的运行的基础。为了保证数据交换的可靠， 要从硬件、网络环境、系统软件、运行模式、故障策略等各方面进行考虑，支持 完备的、严格的系统认证措施、传输加密措施、完备的安全控制体系。系统在多 个层次都要具有安全保护措施，系统的安全不能依赖某一产品或某一个设备，系 统的安全应是“开放”的安全。系统应具有较强的抗攻击性，同时信息传送要有 高的可靠性，为接入端提供可靠的传输服务，即便在网络发生异常情况下也不能 使已发送的信息丢失。 1 6 本文的组织结构 本文正文部分分为四个部分，第一部分介绍了项目的背景情况，以及总体的 中国科学技术大学顺士论文i h 民卡数据交换平台研究 建设原则和建设思路；第二部分主要介绍了本项目的主要技术支撑中间件技术， 全面介绍了中问件技术的背景，技术发展和主流产品，并分析了中间件产品在本 系统的技术优势，介绍了数据交换平台的其他的关键技术，包括p k i 技术、x m l 技术以及数据交换标准的制定；第童部分介绍了交换平台的技术构架，包括市民 卡系统的整体构架，数据交换平台的网络构架以及数据交换系统的功能需求：第 五部分介绍了数据交换平台的技术方案，包括设计模式数据交换方式，可靠性、 安全性的保证等，对已实现的7 种数据交换流程进行了详细的描述；第四部分对 本项目行了技术总结，并对将来技术的发展进行探讨。 中圈科学技术火学颐士论文市民卡数据交换平台研究 第二章技术现状分析 一1 i 面主要介绍一下在数据交换平台建设中用到的儿项关键的技术，如中间件 技术、p k i 和x m l 技术，对这些技术的技术背景和发展进行了详细地论述，并 讨论了在数据交换平台的建设中这些技术的具体应用。 2 1 中间件技术介绍 随着计算机技术的飞速发展，许多应用软件需要在各种不同的软硬件平台之 间进行移植，一个平台有时需要支持多种应用软件和管理多种应用系统。不同的 软、硬件平台、应用系统之间需要可靠和高效的数据传递或转换，使各系统的协 同性得以保证。这些，都需要一种构筑于软、硬件平台之上，同时对更上层的应 用软件提供支持的软件系统，而中间件正是在这个环境下应孕而生 1 3 】。出于中 间件技术证处于发展过程之中，因此目前尚不能对它进行精确的定义。 比较流行的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用 软件借助这种软件在不同的技术系统之间共享资源。中间件位于操作系统之上， 管理计算资源和网络通讯，屏蔽了底层的软硬件平台细节，为上层应用软件提供 平台无关的服务。从中间件的定义可以看出，中间件是一类软件，而非一种软件； 中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中问件是基于分布式处理 的软件，定义巾特别强调了其网络通讯功日u 2 4 。 2 1 1 技术背景 中问件的概念最早产生于二十世纪七十年代末八十年代初，然而中间件概念 得到重视并得到迅速发展却是在客户，服务器模型被提出来之后，特别是伴随着 计算机网络，特别是i n t e m e t 的巨大发展而来。 最早具有中间件技术思想及功能并投入实用软件是i b m 的c i c s ，但由于 c i c s 不是分布式环境的产物，因此人们一般把t u x e d o 作为第一个严格意义上的 中间件产品。t u x e d o 是1 9 8 4 年在当时贝尔实验室开发完成的，1 9 9 5 年被现在的 b e a 公司收购。中间件技术的广泛运用是在最近1 0 年之中，m m 的消息中间件 中囤科学技术人学硕上论文 市民卡数据交换平台研究 m q s e r i e s 是上世纪9 0 年代的产品，而b e a 的m e s s a g e q 和m i c r o s o f t 的m s m q 等消息中间件产品也都是最近几年才成熟起来。国内在中间件领域的起步阶段f 是整个世界范围内中间件的初创时期，如东方通科技在1 9 9 3 年推出了自己的产 品t o n g l i n k 。 2 1 2 中问件分类 随着计算机软件技术的发展，中问件技术也已经日渐成熟，并且出现了不同 层次、不同类型的中间件产品。比较常见的有以下几类： 1 ) 数据访问中间件 2 ) 面向消息的中间件( m o m ，m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 3 ) 交易管理中间件 4 ) 应用服务器 根据各类中间件的特点，我们用如下表格给出各类中问件的应用特点及适用 范围，可为北京市民卡工程的各业务系统中间件选型提供参考 表2 - 1 巾间件技术比较 产品类别主要技术特点适用系统 同步传输；可面对多种数据库，支 数据访问中 持多种数据操作，支持多种数据类 型；能够充分发挥数据库的技术优 州于局域网内连接数据库，进行 间悄：数据存取，和批量的数据处理： 势；提供事务处理，数据完整性保 证。 可靠异步传输；可靠的订阅发布数据量大；需要异步批量传输； 等；传输数据的压缩、加密；超大实时性要求不是特别强但数据 消息中间件文件传输：服务端高并发访问支持、传输的可靠性要求严格；数据传 服务程序管理调度；消息的断点续输的安全性需要保证；平台异构 传；支持节点认证。的应用系统 同步、异步、会话、u 阅发布等交单笔业务数据量较小、实时陛、 交易中间件 易通信：传输数据的压缩、加密；高效性要求很强的联机事务处 事务的完整性保证：服务端高并发理；同时对丁- 分布式事务处理过 访问支持、服务程序管理调度、均程中多数据库的数据一致性要 中嘲列学技术大学砸十论文市民卡数据交换平台研究 衡负载、高可用性支持；服务端数 求很强的系统。 据库访问控制筲。 方便应用开发、灵活的部署与管理； 前端灵活的接入、免维护、操作 w e b 应用服多应用服务器构成高可用群组；数 简单，后台具备良好的跨平台、 务器 据库连接池维护管理；平台无关性； 代码重用、升发控制能力；良好 的扩展性、稳定性、灵活性：基 基于组件技术。 于b s 方式设计的应用系统： 中问件的采用能够解决大型网络分布式应用系统中的许多疑难问题，而不同 的中间件产品都有其相对集中的适用领域。基于j 2 e e 规范的应用服务器虽然是 一种组件化的应用开发部署工具，但其毕竟是源于j a v a 技术，处理的效率相对 传统的c 语言要低，而且应用服务器的出现也相对较晚，对于消息处理、交易 处理的管理和控制都要稍逊一筹，缺乏大型系统的实施考验，而交易中间件适用 于实时小数据量的传输，不适用异步可靠传输、大数据量的处理。 在数据交换平台的建设中，因为涉及部门多，业务涵盖面广，数据分散，系 统复杂，单的中间件产品无法满足如此庞大的应用系统各方面的需求，因此既 需要基于j 2 e e 规范的应用服务器提供核心业务服务，为用户提供简单易用的前 台接入方式，最大限度地减少维护工作量，同时也需要利用消息中间件解决与相 关业务系统之间的异步数据交换问题。而对某些实时事务处理过程同样需要实时 性好的交易中间件来保证交易的完整性。只有通过各类中间件的协同配合，才能 为整个交换系统提供强大的技术保证。 由于数据交换是本课题的主要内容，本文将着重介绍消息中间件在本课题中 的应用。 2 1 3 消息中间件产品介绍 在数据交换平台的项目初期，我们对市场上流行的消息中间件产品做了调 研，包括t u x e d o 、mm q s e r i e s 、t o n g l i n k q 以及t i b c o 、f i o r a n o e s b 、s y u a s e 、 中科软的a 2 e m q ( 现易名为网弛o n c e m q ) 等，下面就几个典型的产品进行介 绍。 2 1 3 1b e a t u x e d 0 b e a 4 3 么 的产品t u x e d o 是1 9 8 4 年在a t & t 贝尔实验室丌发成功的。 d 中国科学技术大学倾士论文 市民卡数据交换平台研究 之后，b e a 公司以t u x e d o 为核心，开发完善出一系列中间件产品，提供从可 靠消息传输到对象事务处理管理以及i n t e m e t 应用服务等全方位的功能。 严格意义上讲，b e at u x e d o 不属于消息中间件的范畴，我们之所以在这 里用较大的篇幅介绍该产品，是由于它是第一个体现中间件概念的产品，通过该 产品可以看到早期的c s 框架是如何过渡到现在的多层结构，中间层是如何独立 出来的。 2 1 3 1 1b e at u x e d o 的功能与组成 不同于早期的c s 体系架构，t u x e d o 实现了所谓m m tc s ( m a n a g e d m u l t i t i c rc s ) 模式，在可管理多层c s 模式中，提出了中间件的管理，由传输( 也 称为事务、交易) 处劈单( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n g t p ) 管理来完成客户端与服务端之 间的传输，t p 提供以下功能： 夺在客户端和服务端之f 叫进行通讯和传输 夺提供良好的系统管理 夺提供交易、配置的分布式管理 它管理服务端从多个客户端收到的数据流，并不是在c s 间建立一对一的关 系，而且客户端可以向多个服务发出请求。这种特点保证了t u x e d o 可以提供 强大的分布式交易处理框架。 客户端进程 交易处理管厦服务进程 图2 - 1t u x e d o 结构 蔓 圊 中国科学技术大学碰+ 论文 市民卡数据交换平台研究 一个t u x e d o 应用可以分成3 部分 夺发布交易请求的客户端 夺运行响应请求交易的服务 夺描述应用机器和服务信息的配置文件 客户端 客户端凋用t u x e d o 的a t m i a p i 接口实现： 基本通讯( t p c a l l ，t p a c a l l ，t p g e t r p l y ) 基本数据缓冲管1 堡 ( t p a l l o c ，t p r e a l l o c ，t p f r e e l t u x e d 0 进程管理( t p i n i t ，t p t e r m ) 基本的t u x e d o 调试技巧( t p e m a o ，t p s t r e r r o r , u s e r l o g ) 服务 首先，服务是系统资源的联系点。例如，一个数据库服务联系实际数据库并 对其进行查询和修改。为有效进行，应建立一个数据库连接。 其次，服务必须发布系统内可以访问的交易，保证客户端可以知道把请求发 往何处。 以上两步结束后，服务进入一个循环接收请求、处理请求并返回结果。 接收请求包括进入消息队列，得到交易请求。 当系统管理员需要关闭系统，可以通过系统管理工具将关闭系统的消息发给 服务。服务完成所有交易，取消交易发布，关闭资源连接然后结束。 中国科学技术大学硕士论文市民卡数据交换平台研究 图2 - 2t e x e d o 服务 廊用的描述信息配置 在系统核心位置，用一个文件描述，通常称为u b b c o n f i g 文件，在主控机器 上。整个t u x e d o 系统的管理任务可以在一台机器上完成，在配置中被定为主 控节点。u b b c o n f i g 文件呵视作包含应用启动信息的容器，需编译成二进制文件 t u x c o n f i g ，作为肩动时的参考。 在运行时，这些信息被装入一段共享内存( 一个i p c 资源) ，称为公告牌 ( b u l l e t i nb o a r d - - b b ) ；包含有配置中不同机器的信息，在这些机器上运行的服 务的信息，这些服务提供的交易的信息以及其他相关信息。 客户端在运行时连接公告牌。当客端程序调用一个交易，将根据公告牌找 到合适的服务队列。 中国科学技术大学硕十论文市民卡数据交换平台耐f 究 2 1 3 1 2b e a t u x e d o 的特点 提供了多层构架，减轻开发人员负担 提高系统的t u 维护性，系统的安装与升级更容易 非常高的性能 更高的可用性 分布式环境中更高水平的数据完整性 系统的安全性 丌放系统中最开放的中间件平台 系统的伸缩性 广泛的开发工具支持 在客户和服务器系统中，b e at u x e d o 的出现实现了多层构架，使得客户 端的程序与服务器端程序有了更合理的划分，从本质上讲，他还是属于客户服务 器的构架，没有摆脱同步处理的应用方式和不对称的体系架构，系统的耦合度仍 然较大。 2 1 3 2i b m 消息中i 司件m q s e r i e s m q s e r i e s 4 2 已不是单一的消息中问件产品，已发展成系列，包括： m q s e r i e s 、m q s e r i e si n t e g r a t o r 和m q s e r i e sw o r k f l o w ，m q s e r i e s 是i b m 面向消 息的中间件产品，也是m q 系列产品的基础和核心，它使不同的应用程序能够以 企业级的性能，在广泛的平台上安全而可靠地通讯。 2 1 3 2 1 m q s e r i e s 原理 m q s e r i e s 是i b m 的商业通讯中间件( c o m m e r c i a lm e s s a g i n gm i d d l e w a r e ) 。 m q s e r i e s 提供一个具有工业标准、安全、可靠的信息传输系统。它的功能是控 制和管理一个集成的商业应用，使得组成这个商业应用的多个模块之问通过传递 信息完成整个工作流程。m q s e r i e s 1 0 由一个信息传输系统和一个应用程序接口 组成，其资源是信息和队 ：l j ( m e s s a g i n ga n dq u e u i n g ) 。 信息：一个信息包含两个因素，信息描述f 用于定义诸如信息传输目标等) 和 数据信息( 如应用程序数据或数据库查询等) 。程序之间的通讯通过传递信息而非 直接调用。 巾囤科学技术人学硕十论文 市民卡数据变换平台研究 队列：一个安全的信息存储区。因为信息存放在队列中，所以应用程序可以 相互独立的运行。 信息传输系统：用于确保队列之间的信息提供，包括网络中不同系统上的远 程队列之间的信息提供。并保证网络故障或关闭后的恢复。 应用程序接口：应用程序和信息系统之间通过m q s e r i e s a p i 实现的接口 m q s e r i e s a p i 在所有m q s e r i e s 平台上是一致的。a p l 只有1 1 个凋用，2 个关键 动词：发送( p u t ) 和接收( g e t ) 。 图2 - 3m q 消息传递过程 如图所示：虽然应用程序a 和应用程序b 运行于同一系统a ，它们不需要 直接的通讯。应用程序a 向队列1 发送一条信息，而当应用程序b 需要时就可 以得到该信息。 如果信息传输的目标改为在系统b 上的应用程序c ，这种变化不会对应用程 序a 产生影响，应用程序a 向队列2 发送一条信息，系统a 的m q s e r i e s 发现 0 2 实际上在系统b ，它将信息放到本地的一个特殊队列一传输队列( t r a n s m i s s i o n q u e u e ) 。系统a 的m q s e f i e s 然后建立一条到系统b 通讯联接，传递这条信息到 系统b ，并等待确认。只有m q s e r i e s 接到系统b 成功地收到信息的确认后，才 从传输队列中移走信息。如果通讯线路不通，或系统b 不在运行，信息会留在 传输队列中，直到被成功地传送到目的地。这是m q s e r i e s 最基本而最重要的技 术一确保信息传输。事实上，m q s e r i e s 还具有特殊的技术防止信息重复传送，确 保信息一次且仅一次( o n c e a n d o n l y - o n c e ) 传递。 中国科学技术大学硕十论文 市民卡数据交换甲台研究 2 1 322 m q s e r i e s 特点 强健的中间件 应用系统可以在异步运行 支持一对多、多对一、多对多的传输方式 统一接口，多平台支持 程序与网络的复杂性相隔离 遵循开放的标准 应用触发机制 s ) n l c p o i n t 机制( 在多种平台上) 支持信息浏览 支持临时和动态的队列 信息优先选项 信息数据转唤支持 允许用，。，扩展功能 动态负载均衡 发布订阅( p u b s u b ) 同其他管理器的连接 i b m 的m q 是一个典型的消息巾间件产品，其队列的概念，异步传输、可 靠传输的方式构成了消息中间件的基本要素；跨平台的实现，对应用层屏蔽硬件、 屏蔽网络连接、屏蔽物理位置的服务提供方式，是消息中间件的主要特点。结合 i b m 其它中间件产品，它能够提供给用户一个数据传输、消息处理、流程处理、 应用服务等多方面的数据整合、系统整合的有效的手段。 2 1 3 3 东方通的t o n g l i n k q 东方通科技 4 4 是一一家独立软件供应商，是中国最大的中间件平台软件提供 商。1 9 9 2 年成立以来，东方通科技一直从事中间件软件的开发与推广工作，是 中国中间件技术领域公认的开拓者和领导者。消息中间件t o n g l i n k 诞生于1 9 9 3 年7 月。 t o n g l i n k q 属于消息中间件，它的主要功能是在应用程序之间传送消息， 这些消息可以在不同的网络协议、不同的计算机系统和不同的应用软件之间传 中国科学技术大学硕士论文 h 民卡数据交换甲台研究 递。 2 1 3 3 1t o n g l i n k q 的体系结构 一个t o n g l i n k q 的基本工作示意图如图2 4 所示，应用程序分布在网络 上的大量结点上，当应用程序之间要传送消息时，应用程序只需将消息接收者的 名字和消息的内容通过t o n g l i n k q 提供的接口传给t o n g l l n k q ，t o n g l i n y u q 便会利用网络结点上的各个t o n g l l n k q 运行系统组成的虚拟网，将消息输送 到消息接收者所在的结点上，然后提交给消息的接收者 糍& # 瓣# 獬m z ! 瘢用糕缪a 尹l 成用獠膨b眵 。烹一 毒 m # g 目# s g g g 目目圜 豳幽l 墨n 羁嘲豫l 舅 圈。l i l l l 1 4 1 滩确嗣一 图2 4t o n g l l n k q 的基本工作示意图 t o n g l l n k