（计算机软件与理论专业论文）基于soa的教育资源系统集成的研究.pdf

论文题目：基于s o a 的教育资源系统集成的研究 专业：计算机软件与理论 硕士生：沈明璋 指导教师：叶小平 摘要 信息通信技术的发展和互联网的广泛应用，不仅改变了人类的教育方式 和学习方式，也改变了当前的计算环境。互联网的广泛应用使得计算环境发 展到一个全新的阶段一基于标准的、开放的互联网技术，以服务为中心的面 向服务的计算环境。传统的教学资源系统不能适应以互联网为基础的面向服 务的计算环境。互联网已经变成全球最大的信息资源库。传统的教育资源管 理系统不能集成互联网上丰富的教学资源，不能满足教育信息化发展的需要。 面对上述挑战，本文将w e b 服务与教学资源管理相结合，从体系结构的角度 出发，提出了一种基于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 面向服务的体 系结构) 的教学资源管理系统的框架，解决了传统教学资源管理系统无法适应 以互联网为基础的面向服务的计算环境，无法实现各种异构数据资源的资源 共享和互操作问题，无法获取丰富多彩的网络教学资源等核心问题。 本文首先分析了传统教学资源管理平台的研究现状，指出了尚未解决的 问题，然后结合s o a 设计思想提出了面向服务的业务流程模型，并根据对用户 需求的分析和理解设计了基于s o a 的分层的体系结构。然后着重阐述了系统管 理层，核心服务层和应用服务层的设计思想和实现方法，最后在n e t 平台上 应用开发工具d e l p h i 2 0 0 5 的a s p n e t 进行了系统的模拟实现，给出了关键的程 序代码和w e b 服务接口。通过构建面向服务的体系结构，事实证明w e bs e r v i c e 技术是分布的异构的教育资源系统集成的一种先进而有效的解决方法，可以 减少教育信息化过程中的成本，加快教育信息化建设。 关键词：s o a ，w e bs e r v i c e ，教育资源系统，信息集成 s t u d yo fe d u c a t i o nr e s o u r c es y s t e mi n t e g r a t i o nb a s e do n s o a m a j o r ：c o m p u t e rs o 腑a r ea n dt h e o 巧 n a m e ：s h e nm i n g z h a n g s u p e r v i s o r ：y ex i a o p i n g a b s t r a c t t h e r a p i dd e v e l 叩m e n to fi n f o m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ei n t e m e t h a sc h a n g e dn o to n l yt ot h em e a n so f l e a m i n ga n dt e a c h i n g ，b u ta l s ot o t h ec o m p u t i n ge n 、，* d n m e m t h ee x p l o s i v e 伊o 、机ho fi n t e r n e tm a k e s o u rc o m p u t i n g 。e n v i r o n m e n tt ob e c o m es e r v i c e o r i e n t e d c o m p u t i n g e n v i r o n m e n tb a s e do ni n t e m e t h o w e v e r ，t h en a d i t i o n a le d u c a t i o n r e s o u r c es y s t e mi sn o ts u i t a b l ef o rt h en e wc o n l p u t i n ge n v i r o n m e n t t h ew e bh a sa h e a d y 。b e c o m et h e 1 a r g e s ti n f o r m a t i o ns o u r c e si nt h e w o r l d t h e 臼a d i t i o n a le d u c a t i o nr e s o u r c es y s t e mf a i l st oi n t e 罂a t et h e r i c hl e 锄i n gm a t e r i a l s 丘o mt h ew e b ，s oi tc a i l tm e e tt h en e e do f e d u c a t i o nd e v e l o p m e n t i no r d e rt os o l v et h e s ec h a l l e n g ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，t h i s p 印e r仃y t o g i v e an e wa r c h i t e c t u r eo fm a n a g e m e n t s y s t e mo f e d u c a t i o ni n f o m a t i o nb a s e do ns 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 ) ， m m e da se d u c a t i o nd i g i t a lr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m ，e d r m si n b r i e e d i u m sa i m st om a n a g ed i s t r i b u t e d ，d y n a m i c ，l a r s c a l ea n d h e t e r o g e n e o u sd i g i t a ll e a m i n gr e s o u r c e st h i o u 曲 u t i l i z i n gs e r v i c e s 仔o mo t h e r s y s t e m s t h ea r c h i t e c t u r ei si n t e n d e d t om e e tt h e r e q u i r e n l e n t so ft h es e r v i c e o r i e m e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n ta n dt o m e e tt h e s h a r i n g a n d e x c h a n g i n g o fi n 如m a t i o n s o u r c e sa r l d i n t e r o p e r a t i o no fh e t e r o g e n e o u sd a t as o u r c e s 玎 b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no ft h er e l a t e dw o r k s ，a n o v e la r c h i t e c t u r eo fe d u c a t i o nd i g i t a lr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mi s d e s i g n e d t h i s p a p e rh i g h l i g h t s t h e d e s i g np r i n c i p l e a n d i m p l e m e n t a t i o no fs y s t e ma d m i n i s t r a t i o nl a y e r c o r es e r v i c el a y e ra n d 印p l i c a t i o nl a y e r a c a s es t u d yb a s e do ne d r m sh a sb e e n i n l p l e m e n t e db yd e l p h ia s p n e ti nl a b o r a t o k e y w o r d ：w 曲s e r v i c e ，e d u c a t i o nd i g i t a lr e s o u r c es y s t e m ，i n f o n n a t i o n i n t e 铲a t i o n ，s o a l i i 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 、吲啤 f 日期：o 迅年上月w 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文 的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并 允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的 内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保 存学位论文。 学位论文作者签名：弹瓜啤 日期：扩略年s 月砂日 导师虢时小于 日期妒矽年厂月砷日 1 1 问题的提出 1 1 1 计算环境的演变 第一章引言 近十年来，科学技术的突飞猛进为人类社会带来了一系列的深刻变革。 知识经济初露端倪，信息化浪潮波及到了世界的每一个角落。信息通信技术 的发展和互联网的广泛应用，正在改变着人类的生产方式、生活方式、学习 方式和教育方式。互联网的广泛流行也从根本上改变了当前的计算环境。 计算环境由一组计算机、软件平台和相互联通的网络组成，这个环境能够处 理和交换数字信息，允许外界访问其内信息资源池1 。 计算环境的演变经历了若干个阶段：第一阶段是单机时代，在这个时代， 绝大多数的计算功能和系统的组成部分，都包括在一台机器里池1 。第二阶段 是客户服务器时代。在2 0 世纪8 0 年代，随着p c 的繁荣，计算环境发生很 大的变化。通过局域网相互连接的计算设备构成客户服务器计算环境，计算 资源和数据资源被适当地分割，客户和服务器通过网络协议、远程调用或消 息等方式来相互协作，完成计算。第三阶段是分布式计算环境。为了满足更 高的可伸缩性需求，多层架构出现，计算资源和数据资源的分布多样化，与 企业中原来已经存在的计算环境，尤其是主机及其遗留系统之间的集成也变 得越来越重要。中间件迅速发展，开始出现分布式对象、组件和接口等概念， 用于在计算环境中更好地分割运算逻辑和数据资源。计算环境中不同部分之 间的交互，也从原有相对低层的网络协议、远程调用和消息机制的基础上， 发展到支持分布式对象、组件和接口之间的交互，这种交互在名字服务 ( n 锄i n gs e r v i c e ) 等的支持下，通常是位置透明的。但由于缺乏普遍的标 准化支持，很难做到技术透明，系统是紧密耦合的池1 。 第四阶段是面向服务的计算环境。随着互联网( i n t e r n e t ) 的发展，开 放和标准的网络协议被普遍支持，所有底层计算平台都开始支持这些标准和 协议，这导致一个计算环境内部和各个计算环境之间交互的藩篱被打破。数 据和功能的表示与交互在) ( m l 、w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 技术与标准的基础 上，保证了通用性和最大的交互能力，这使得计算环境发展到一个全新的阶 段一基于标准、开放的互联网技术，以服务为中心的计算环境，我们称之为 “面向服务的计算环境 c 0 2 】。 在这样的计算环境中，各个部分可以采用异构的底层技术，它们使用x m l 来描述和表示自己的数据和功能，采用开放的网络协议( 如h t t p ) 来握手， 在此之上，基于w e b 服务来互操作和交换数据。在这里，一个很重要的新概 念是“服务”，它是一个自包含的功能，使用者通过明确定义的接口( 契约) 来与一个服务交互，这个接口的描述基于w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 这样的开放标准。对象和组件重在表示一个事物本身的组成部分 和相互关联( 也就是w h a t ”t h i n g s ”a r e 的问题) ，而服务则表示一个事物做 什么( 也就是w h a t ”t h i n g s ”d o 的问题) 。w e b 服务是实现服务的技术手段， 就如同各种编程语言中的对象是实现对象的技术手段，j 2 e e 中的e j b 是实现 组件的技术手段一样。 1 1 2 传统的教育资源系统不能适应新的计算环境 传统的教育资源系统大多是基于早期的计算环境而设计的。早期的单机 单用户的教学资源管理系统，结构简单，单机运行，主要为老师备课查找教 学资料服务，提供大量的基于教材的同步素材( 文本、图形图像、音频、视频、 动画) 、教学参考材料( 如教案、试题等) 。随着网络技术的发展和互联网的应 用，出现了c s 结构和b s 结构的教学资源系统。c s 结构的资源系统是基于局 域网将计算资源与数据资源分开，通过网络协议、远程调用或消息等方式来 相互协作，完成计算。 b s 结构是基于w w w 的“瘦客户机( t h i nc 1 i e n t ) 三层结构一浏览器一 w e b 服务器一数据库服务器的教学资源系统，它通过浏览器( 如i e ) 实现对w e b 服务器上的信息资源进行存取操作，提供的功能比较简单，主要是信息发布 和信息检索等。资源存放主要通过关系数据库进行集中存储集中管理，它具 2 有跨越不同平台，简化客户端，维护升级简单等优点。但是由于计算环境的 变化和人们对数字资源需求的不断提升，b s 结构教学资源系统的缺点也逐步 暴露出来。主要表现在： ( 1 ) 在功能上只实现对单个资源站点的简单管理，有关批量数据录入、 异构数据源互换、因特网上教育资源的采集功能基本没有提供和实现；对资 源的检索定位只限于单个资源站点，不能定位查询不同资源站点的共享资源。 随着i n t e r n e t 的飞速发展，网络迅速成为一种重要的信息传播和交换的手段， 尤其是w e b 上有着极其丰富的数据来源。如何获取w e b 上的有用数据并加以综 合利用，成为新的信息集成系统的非常重要的方面旧3 。 ( 2 ) 在体系结构上采取集中存储集中管理的模式不能适应现在新的计算 环境。为了集成w e b 上丰富的教学资源，面临着几方面问题，第一，w e b 数据 不是由任何一个部门或组织所控制的，它来源于各种组织或个人，因而是没 有固定的数据模型，即使表示同一语义所使用的数据类型也各异。第二，w e b 数据的组织也是任意的( 只要能够在w e b 上展现，满足用户需求即可) 。第三， w e b 数据的内容和表现方式又是动态变化的，这大大增加了w e b 应用的开发难 度旧。第四，对现有的丰富教学资源，也必须加以合理的充分利用，如何解 决各学校现存的信息系统的资源共享和互操作问题也是一个挑战。第五，如 何能保证资源库中的信息资源能及时更新也是非常重要的问题。如果在某一 个网络中心，采用大容量的海量存储设备存储，使用统一的管理系统管理， 就会存在一些不可回避的问题，如果集中存储集中管理，必然会出现资源中 心的拥塞瓶颈，从而导致资源的可用性不高。资源集中存储集中管理需要庞 大的组织和资金来配置中心的硬件设备维护中心机构的日常运转，这在现实 中基本是不可行的。因此传统的教育资源系统不能适应以互联网为基础的新 的计算环境，建立w e b 数据源的教育资源集成系统将面临更多具有挑战性的问 题。 1 1 3 传统的教育资源系统不能满足教育信息化的需要 社会经济的发展对人的素质提出了更高的要求，同时也对教育的发展产 生了深远的影响。培养掌握高新技术的创新人才，建设终身学习体系是2 l 世 3 纪教育发展的方向。在信息化社会中，利用信息技术手段提高教育机构的运 行效率，扩大受教育人群范围，探索新的教学模式，已成为世界各国教育改 革与发展的重要组成部分。现代教育要求受教育者必须学会自主学习、终 生学习和利用信息技术高效率的学习。因特网已经成为全球最大的信息资源 库，其中蕴藏着丰富的教育资源，如何有效的集成海量的教学资源，从中提 取有用的信息，并提供给用户个性化的服务，使教育者和学习者都可方便地 享用，是当前教育资源系统集成研究的热点问题之一阳。 传统的教育资源系统提供的资源基本是为教师备课服务，很少有为学生 基于资源自主学习服务的，从这一点上，资源建设和信息人才培养的宗旨是 相悖的。无论从硬件系统和软件系统，还是从教育资源方面来看，都要实现 从以教为中心到以学为中心的转变，这是教育信息化的必然规律。因此，从 教学资源内容上提供最广泛的最优质的网络学习资源，包括超文本、超媒体、 图形图像、视频音频等学习素材，用户可以通过单一的入口访问所有的信息， 达到按需获得信息( i n f o r m a t i o no nd e m a n d ) 的目标是教学信息化实现的主要 目标。但是，为了实现教学信息化，各个学校构建了多种教学信息资源系统， 在这些教学资源之间，要么存在着信息孤岛问题，要么依赖紧密藕合方式的 集成，难以支持动态教学环境下的共享与协同。这些教学资源系统之间的互 联互通、共享与协作，已成为制约教学信息化发展的技术瓶颈1 。 综合以上所述，技术的进步和教育信息化的需要，迫切需要设计一个全新 的教育资源管理平台，在体系结构上适应新的以互联网为基础面向服务的计 算环境，采用分布存储分布管理的模式，通过w e b 服务集成各种数据源。对资 源使用者来说资源的位置是透明的，不需要知道信息从哪里来，只要知道接 口就可以了，就像我们使用电一样，不需要知道电是哪个电厂发的，反正是 从电网中来的。在技术上采用通用的普遍接受的标准协议达到技术上的透明， 以方便资源提供者通过w e b 服务接口提供信息资源，就像i n t e r n e t 一样通过 t c p i p 协议将各种异质的网络连接成全球性的网络。建立通用的强有力的搜 索引擎，可以搜索各种类型的数据，并集成转换成统一的格式呈现给用户， 以方便用户获得需要的信息。建立统一的管理和访问界面，方便用户通过网 络浏览器使用。 4 1 2 国际国内相关工作 在教育信息化发展过程中，建立了大量的管理信息系统，但由于缺乏有 关教育管理信息模型方面的标准和规范，造成这些信息系统之间存在兼容性 差、数据信息资源难以交流共享等问题。教育部发布的教育管理信息化标 准正是为解决这一问题而制定的，从标准已发布第1 部分学校管理信 息标准来看，其实质上是将我国教育行业内的各类信息进行分类，采用数 据字典方法建立信息模型，以实现信息语义的确定性和一致性。 与此相对，同样是针对教育行业内的信息系统的互操作问题，国内外某 些机构还提出了一些具体的技术方案。于1 9 9 7 年开始，由美国8 0 多家教育软 件公司和社会团体发起的学校管理软件互操作规范的制定活动，并将最终的 解决方案命名为s i f ( s c h 0 0 1 si n t e r o p e r a b i l i t yf r a m e w o r k ) ，即学校互 操作框架哺1 。s i f 是针对基础教育领域教育软件间的互操作，s i f 的体系结构 是一种分布式联网系统，建立在代理程序和一个称为z i s ( z o n ei n t e g r a t i o n js e r v e r 区域集成服务器) 的中间层服务器基础上。每个应用程序软件都创建 代理程序来充当应用程序与z i s 之间的接口。代理程序之间并不直接通信，而 是通过z i s 间接通信，z i s 是框架中所有代理程序的集成点。目前在美国校园 有很多软件平台都遵循z i s 规范，实现校园内数据共享。 国内的北京师范大学现代教育技术研究所在非等效借鉴s i f 的基础上， 提出了一个重要概念一教育管理信息系统互操作框架( e m if e d u c a t i o n m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi n t e r o p e r a b i1i t yf r a m e w o r k ) 呻1 。e m i f 规范主要由三个部分组成：e m i f 的体系结构，e m i f 报文规范，e m i f 数据规范。e m i f 数据规范是最基本的规范，它是e m i f 报文规范的基础，是对 e m i f 系统导出的数据模式进行的规定。而e m i f 报文规范则是建立在e m i f 数 据规范之上，通过报文将数据包装起来，而报文则包含了报文发送者、发送 时间和发送地点等内容，报文规范对1 1 类报文的数据模型进行了定义。e m i f 体系结构则描述了构成整个互操作框架的各类组件，组件各自的功能以及互 操作的实现模式。e m i f 框架的最终建立必须以框架内各组件对报文规范和数 据规范的遵守为前提。e m i f 典型架构示例如图1 1 ： 图书管理系统+ 代理 考勤管理系统+ 倦理 图1 1e m i f 典型架构 总结起来，现有解决方案的问题在于： ( 1 ) 无论是s i f 还是e m i f ，二者都是基于复杂系统对接模式来实现互操作 框架的通信模型，对于每个应用，通过为其数据库编写连接代码来实现互操 作性。对于解决现有的教育管理信息系统的互操作问题，它不失为一个有效 的解决方案。但从发展来看，教育管理信息系统需要摆脱独立解决方案的实 现模式，需要舍弃复杂系统连接的实现方法。 ( 2 ) 要求信息语义与通信数据语义紧密耦合。正因为如此，这两种方案 在设计时将信息模型和通信模型都作为标准的主要内容，但在实际应用中， 一旦信息模型有变化，将直接导致通信模型的大范围修改。 目前国际性比较流行的网络教学资源平台有w e b c t ，b l a c k b o a r d ， a n g e l ，a t u t o r ，e c o l l e g e ，e l e d g e ，v i r t u a l 一u 等多种，但w e b c t 和b l a c k b o a r d 是功能最为完善、最广为使用的两大网络教学平台叩7 | 。其中，w e b c t 最初是由 加拿大英属哥伦比亚大学资深教师m u r r a yg 0 1 d h e r g 于1 9 9 1 年自行开发的网络 教学资源平台，目前其产品的市场占有率在同类产品中已经位居全球第一。 w e b c t ( w e bc o u r s et 0 0 1 ) 可以说是完全基于w e b 浏览器的网络教学课件开发和 管理系统。在功能方面，除了具备上述网络教学资源平台提供的基本功能外， 主要有以下两个主要特征：1 ) 拥有相对强大的教学跟踪功能；2 ) 具有独特的选 择性发布功能。而b l a c k b o a r d 是从c o u r s e i n f o ( c o u r s e i n f o 是由b l a c k b o a r d 6 公司资助、由c o r n e l l 大学开发的一个集成性网络教学平台) 平台发展而来的， 目前已经发展成为两大网络教学平台之一。相对于w e b c t 而言，b 1 a c k b o a r d 对 内容组织采用文件夹和子文件夹形式，层次清晰明朗。 国内技术界和教育晃在最近几年内也开始致力于引进和开发网络教学资 源平台。在引进方面，主要是c e r n e t 于2 0 0 3 年1 0 月与b l a c k b o a r d 公司共同投 资组建赛尔毕博有限公司( c e r n e t b l a c k b o a r d ) ，负责中文版b 1 a c k b o a r d 的开 发和推广。同时，一些本土公司和高校正在积极开发自己的网络教学资源平 台。比如天空教室网络教学资源系统，清华网络学习平台和北京大学网络教 学资源平台等。但从功能的完备性和系统的稳定性而言，国内的网络教学资 源平台相对于国外等大型平台还有相当大的差距。网络学习一般在动态的分 布式环境中进行，要处理大量的同构或异构学习信息以及支持大量的同步或 异步交互过程。在网络学习中，学习者请求的服务往往不是单一的学习资源 能够实现的，而是要通过多个学习资源相互协同才能实现。当前的网络学习 平台基本上采用既定模式，即多种学习工具、资源之间存在孤立性，缺少学 习需要的集成性旧1 。 1 3 尚未解决的问题和本文研究的内容 通过对于国际国内研究状况的分析，我们发现没有一个系统能够完全解 决如下四个方面的问题： ( 1 ) 体系结构问题 传统的数据库管理系统是面向并发的、短时间的、更新频繁的商务数据 处理，事务管理和并发控制是系统的核心。这种体系结构已经远远不能适应 于现代的分布的、动态的、海量的、异构的教学资源管理的要求，我们需要 寻求新的，适合基于i n t e r n e t 资源分布存储分布管理，集成各种异构数据源 的教学资源管理的通用框架。 ( 2 ) 教育资源系统的互操作问题 任何一所学校都不可能建立一个包罗万象的教学资源库，因此教学资源 库的共享是提高资源库利用率的重要渠道，实现教学资源库的互操作是非常 重要的。目前存在的资源库主要是不同厂商设计开发的异构资源库，迫切需 7 要能够使用户共享、访问异构资源库的解决方案，以期最大范围内实现资源 的共享和互访。实现教学资源库的互操作，用w e bs e r v i c e 技术是一种比较好 的解决方案。 ( 3 ) 教学资源的查询问题 网络教学资源平台具有强大搜索引擎，不但能够对资源网内资源进行快 速检索定位，而且能够对因特网上的开放教育资源进行自动发现、自动采集 和实时跟踪。平台内置搜索引擎是一个功能强大、广泛适用的资源智能处理 系统，可以提供数据库、i n t e r n e t 、i n t r a n e t 和e x t r a n e t 上跨平台、跨格式、 跨语言的资源搜寻与整合。传统关系数据库系统领域中的查询都是在给定的 数据模式下，通过一定的查询语言( 如s q l ) 来表达用户的查询，而新的教学资 源的查询和检索中需要提供：关键字检索，全文检索、相似性查询和基于内容 的多媒体检索机制。如何有效地集成各种查询方式，建立一种高效灵活查询 整合处理方法与技术还没有很好地得到解决。 ( 4 ) 统一门户集成和个性化问题 门户集成是指：把从不同的数字资源( 通常是外部的) 中获得的信息，通过 检索、转换、组织、显示，形成统一的、个性化的整体。个性化是指：访问用 户可以通过设置关心的主题来获得系统定期推送的最新信息；也可以通过个 性化设置选项来设置个性化的访问内容和表现形式。传统的数字资源管理系 统很难通过统一门户集成分布在各地的数字资源，而且无法提供个性化功能。 面对上述具有挑战性的问题，克服传统教育资源系统、文件系统和数据 库管理系统无法适应由于信息分布广泛、媒体类型众多、数据量庞大而造成 的信息分散、难以集成共享、不便使用的现状，本文提出了一个基于s o a 的教 学资源系统集成的框架。该框架将满足目前数字资源分布、动态、海量、异 构的特点，有效解决了上述教学资源管理中的核心问题，为构建面向i n t e r n e t 的、基于国际技术标准的和适应面向服务的计算环境的基础软件支撑平台奠 定了良好的基础。 本文所作的主要工作是：将w e b 服务与教学资源管理相结合，从体系结构 的角度出发，提出了一种基于s o a 的教学资源管理系统的框架，解决了传统教 学资源管理系统无法适应现在以互联网为基础的面向服务的计算环境，无法 实现各种异构数据资源的资源共享和互操作问题，无法获取丰富多彩的网络 8 教学资源等核心问题。本文结合s o a 设计思想提出了面向服务的业务流程模 型，并根据对用户需求的分析和理解设计了基于s o a 的分层的体系结构。然后 着重阐述了系统管理层，核心服务层和应用服务层的设计思想和实现方法， 最后在n e t 平台上应用开发工具d e l p h i 2 0 0 5 的a s p n e t 进行了系统的初步的 模拟实现，由于这是一个很大的系统，本人的精力和能力有限，没能完整地 做出整个系统，只能简单的模拟实现系统的主要功能，给出了部分的程序代 码和w e b 服务的接口。 1 4 论文的研究意义 首先，基于s o a 的教学资源集成系统能适应面向服务的计算环境，能满足 教育信息化发展的需要。 随着信息技术的迅猛发展，以计算机和网络技术为主的信息技术已在社 会各个领域中得到广泛的应用，并逐步改变着人们的工作、学习和生活方式。 信息的获得、分析、处理、发布、应用等能力已作为现代人的最基本能力和 文化水平的标志。而信息能力的培养的关键是创设良好的学习环境。因此， 在信息化的今天教学资源的建设的重要性是不言而喻的。最近几年，各中小 学校纷纷建立了自己的教学资源库。但是资源库之间缺乏统一的标准和规范， 兼容性差，形成了“数据孤岛”的局面，不利于教学资源的共享。因此，构 建基于s o a 的教学资源集成系统能够解决现存的问题，满足教育信息化发展的 需要。 其次，基于s o a 的教学资源集成系统能实现教学资源的充分共享和交换。 一些中小学校花几十万、几百万购买了电脑、服务器，建了校园网，但由 于缺少合适的教学资源，学生和教师都无法使用，致使先进的硬件用于教学 的效率很低。这样就造成了学校的软硬件比例失调，出现了“有车无货”的 尴尬状况。基于s o a 的教学资源系统能实现各个学校之间教学资源的充分共 享，加强了各学校之间的资源交流，促进优势互补。 再次，基于s o a 的教学资源集成系统能避免重复资源建设，节约教育信息 化成本。 目前很多中小学校的教学资源库内容相似，特别是购买同类教学资源产品 9 的学校，教学资源库的内容重复性就更大了。基于s o a 的教学资源系统可以很 好的解决这个问题。由各个学校分类建设分工协作，再通过集成系统进行资 源共享，就可以避免重复建设。 1 5 论文的组织结构 本文针对分布的异构的教学资源系统的集成和互操作问题，提出了基于 s o a 技术的教学资源管理平台的体系结构框架，并利用开发工具d e l p h i 2 0 0 5 进 行了模拟实现。本论文的组织结构如下： 第一章引言部分指出现有教学资源管理平台面临的困难和挑战，分析了 国际国内教育资源系统集成的研究概况，并指出了这个领域里尚未解决的几 个问题，并提出了本文的研究内容，最后介绍了论文的组织结构。 第二章介绍了面向服务的体系结构，w e bs e r v i c e 技术的规范、w e b s e r v i c e 的工作模型。设计了基于s o a 技术的教育资源集成系统的体系结构。 第三章介绍了教学资源集成系统印r m s 的资源层和系统管理层的设计思 想与实现方法。介绍了e d r m s 系统网络结构设计，模拟实现采用的技术平台和 开发工具，介绍了基于u d d i 服务注册中心的核心技术，并给出了各部分的关 键程序代码和服务接口。 第四章介绍了核心服务层的设计思想与实现方法。重点介绍了用户管理 服务、资源管理服务、资源检索服务等。 第五章介绍了统一门户集成和个性化的实现，以及访问控制服务的实现。 第六章设计了教育资源系统互操作框架。 第七章总结和展望部分，对本论文的工作进行了总结，同时给出了下一 步可以做的工作。最后是参考文献。 1 0 第二章基于s o a 的体系结构设计 2 1 面向服务的体系结构 进入2 0 0 5 年，i d c 预测，网络服务必将是分布式应用程序的主导架构， 市场需求将以平均9 4 的复合增长率增长。在未来1 0 年，网络服务项目的总 投入将达到1 8 4 0 亿美元，而到2 0 0 7 年，这将是一个价值超过2 l o 亿美元的 市场n 们。 g a r t n e rg r o u p 也预计，到2 0 0 8 年，s o a 将成为占有绝对优势的软件工 程实践方法，它将很可能结束传统的整体软件体系架构长达4 0 年的统治地位， 届时将有7 0 的企业在进行企业i t 建设时会转向s o a 。在不断增长的主流企 业运算的影响下，s o a 是基于标准的设计方法，其将网络和集成技术融合，允 许独立平台和语言之间的交互。近期的y a n k e e 集团数据调查发现，在4 3 7 名 高级企业买家中，其中百分之七十五考虑了投资s o a 基础架构的计划n 叭。 大型的基础软件供应商都推出了自己的s o a 平台和产品，包括： i 脒提供一系列为构建、部署基于s o a 的i t 系统的工具、培训和服务， 它涵盖了s o a 生命周期的所有方面，整个概念覆盖了他们提供的五大产品线 w e b s p h e r e ，w o r k p l a c e ，t i v o li ，d b 2 及其r a ti o n a l 。 b e a 的w e b l o g i cp 1 a t f o 珈8 1 是业内最佳的s o a 实现平台，从w e b l o g i c s e r v e r 至0w e b l o g i cp o r t a l 再至0w e b l o g i ci n t e g r a t i o n ，b e a 的全线产品都 是采用s o a 的理念去设计的，而w o r k s h o p8 1 则是第一个完整的 i s e ( i n t e g r a t e ds e r v i c e se n v i r o n m e n t ，面向服务的集成环境) ，它覆盖了 从设计、开发、测试再到部署的各个环节，并且宣称通过其能够快速为企业 建立基于服务的应用。 0 r a c l e 宣称其j d e v e l o p e r1 0 9 是一种基于j a v a 与w e b 服务环境的开发 工具，具有网络激活功能，并能够支持s o a ( 面向服务的体系结构) 。 m i c r o s o f t 的b i z t a l ks e r v e r2 0 0 4 是其第一个s o a 产品，还提供 m b f ( m i c r o s o f tb u s i n e s sf r a m e w o r k ) 给开发人员作为参考架构。 2 1 1s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e 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 ，面向服务的体系结构) ，本质上 是一组服务的集合，这些服务在通信过程中可以传递数据或者调用多个服务 协同工作。s o a 来源于早期的基于构件的分布式计算方式。s o a 在侧g 和1 0 n a 的推动下，成为了一个大家所广泛认可的规范。9 0 年代，c o r b a 和微软的c o m 编程模式，促进了s o a 的发展。随着j a v a 编程语言、e j b 构件模式的发布以 及j 2 e e 应用服务市场的成熟，s o a 得到了迸一步发展m 1 。 s o a 不仅仅是一组服务的集合，而是针对面临的问题提出一套能够解决问 题，并且可重复利用的系统的体系结构。 w e bs e r v i c e 不等同于s o a 。w e bs e r v i c e 是技术的集成体，它包括 x m l ，s o a p ，w s d l 和u d d i ，通过构造w e bs e r v i c e ，我们可以为特定的通信和 应用集成问题提供解决方案。 s o a 不是某种技术或是技术的集成体，而是面向服务的体系结构。在这种 体系结构中，所有的功能都由服务来实现。这些服务是互相独立的透明的。 我们可以通过调用服务的交互接口来完成操作，而不需去关心他们是本地服 务还是远程服务，也不需要关心通过什么样的协议去完成连接和调用的过程。 这些服务可能集成在一个应用中，也可能是分布在i n t e r n e t 或者建立在异构 的平台上n 纠。 实现s o a 结构中的关键，就是服务的接口。接口是应用程序调用服务的 核心，它定义了所需的参数和返回的结果类型。当服务被某个应用进程调用 时，系统来响应请求和执行对服务调用。在s o a 架构中我们必须对服务进行 有效的管理： 安全性( s e c u r i t y ) ：对调用服务的请求进行权限验证，加密和解密。 部署服务( d e p l o y m e n t ) ：在网络上对服务进行发布，并且考虑到性能和 可用性，冗余等多方面因素，允许重新发布。 服务日志( l o g g i n g ) ：对服务和调用信息进行记录，用于以后的分析等。 1 2 动态定位( d y n 锄i cr e r o u t i n g ) ：当没有找到相关服务或者负担过重时对 服务进行重新的定位。 维护( 丽a i n t e n a n c e ) ：对现有服务和新的服务进行维护。 2 1 2w e bs e r v i c e 1 、w e bs e r v i c e 定义 w e bs e r v i c e 描述了一种用于基于简单的i n t e r n e t 协议( 比如x m l ) 实现 异构、分布式计算的解决方案，这种解决方案同传统的d c o m ，c o r b a 和j a v ar m i 等等有着很大的不同。w e bs e r v i c e 定义了对于i n t e r n e t 上软件资源的描述、 访问方法以及不同的服务提供者之间的相互发现方法。w e bs e r v i c e 可以说是 编程语言，编程模型，也可以说是不确定的系统软件n 朝。 2 、w e bs e r v i c e 特点 从外部的使用者的角度而言，w e b 服务是一种部署在w e b 上的对象组件， 它具备以下特征： 1 ) 完好的封装性：w e b 服务既然是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象 的良好封装性，对于使用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列表。 2 ) 松散耦合性：这一特征源于对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生变 更的时候，调用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 服务 的调用界面不变，w e b 服务的实现任何变更对他们来说都是透明的。对于 松散藕合而言，尤其是在i n t e r n e t 环境下的w e b 服务而言，需要有一种 适合i n t e r n e t 环境的消息、交换协议。而) ( m l s o a p 正是目前最为适合的 消息交换协议。 3 ) 使用协议的规范性：首先，作为w e b 服务，对象界面所提供的功能应当使 用标准的描述语言来描述( 比如w s d l ) ；其次，由标准描述语言描述的服 务界面应当是能够被发现的，因此这一描述文档需要被存储在私有的或公 共的注册库里面。同时，使用标准描述语言描述的使用协议将不仅仅是服 务界面，它将被延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务、工作流等。 4 ) 使用协议的开放性：使用标准协议规范作为w e b 服务，其所有公共的协议 完全需要使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。这些标准协议具有 完全免费的规范，以便由任意方进行实现。一般而言，绝大多数规范将最 终有w 3 c 或0 a s 工s 作为最终版本的发布方和维护方。 5 ) 高度可集成能力：由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为 组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是 c o r b a ，d c o m 还是e j b 都可以通过这一种标准的协议进行互操作，实现了 在当前环境下最高的可集成性。 2 1 3w e bs e r v i c e 协议标准 w e bs e r v i c e 标准包括一组标准，由w 3 c 和其它一些标准化组织共同制定， 如图2 1 所示，其中，绿色部分是先前已经定义好的并且广泛使用的传输层 和网络层的标准：i p ，h t t p ，s m t p 等。而蓝色部分是目前开发的w e b 服务的相 关标准协议，包括服务调用协议s o a p ，服务描述协议w s d l 和服务发现集成协 议u d d i ，以及服务工作流描述语言w s f l 。而橙色部分描述的是更高层的待开 发的关于路由、可靠性以及事务等方面的协议。黄色部分是各个协议层的公 用机制，这些机制一般由外部的正交机制来完成n 引。 图2 1w e bs e r v i c e 标准层次图 现今市场上已经发布的多种w e b 服务平台，包括m i c r o s o f t ( n e t ) ， i b m ( d y n a m ice b u s in e s s ) 以及s u n ( s u n0 n e ) ，都是基于这个标准的n 6 j 。 s o a p ：简单对象访问协议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 ) 提供了 一种服务提供方和服务请求方之间的消息通信方法。 w s d l ：w e b 服务描述协议w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 是 一种使用x m l 文档对于w e b 服务进行描述的方式。 1 4 u d d i ：u d d i 是一套基于w e b 的、分布式的、为w e bs e r v i c e 提供信息注 册中心的实现标准规范，同时也包含一组使用户能将自身提供的w e b s e 由i c e 注册，以使别的使用者能够发现的访问协议的实现标准。 w s f l ：w e b 服务流描述语言w s f l ( w e bs