（计算机软件与理论专业论文）教育管理信息系统互操作的研究与实现.pdf

摘要 随着计算机网络和通信技术的飞速发展，信息化程度不断提高，教育行业也正逐 步走向信息化。目前，越来越多的学校、教育管理部门都建立了自己的教育管理信息 系统( e d u c a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称e m i s ) 。但由于各自信息化进 程不同，开发工具和开发平台不同，系统之间难以实现资源共享和互操作，从而导致 了严重的“信息孤岛”现象。 本文正是在这种背景下，研究了教育管理信息系统之间数据的互操作问题，主要 解决教育管理信息系统之间跨系统、跨数据库的信息传递和数据共享问题。 本文在深刻理解e m i f 规范( e d u c a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i n t e r o p e r a b i l i t yf r a m e w o r k ，教育管理信息系统互操作规范) 的基础上，设计并实现了 连接e m i s 的重要组件区域集成服务器( z o n ei n t e g r a t i o ns e r v e r ，简称z i s ) 和代理 ( a g e n t ) 。他们严格遵守e m i f 规范中的数据规范和报文规范，利用x m l 定义共同遵循 的数据对象，通过h t t p 协议进行报文的通信传输，并以x m l 作为报文的载体进行数据 交换。 关键字：互操作教育管理信息系统教育管理信息系统互操作规范区域集成服务 器代理x m l a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h e d e g r e eo fe d u c a t i o ni n f o r m a t i o nk e e p si n c r e a s i n ga n de d u c a t i o nb e c o m e sm o t ea n dm o t e i n f o r m a t i o n a l n o wm o r ea n dm o t es c h o o l sa n da l lo ft h ee d u c a t i o n a lm a n a g e m e n td e p a r t m e n t s h a v eb u i l tu pt h e i ro w ne m i s ( e d u c a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) b u tb e c a u s eo f d i v e r s i t yo fe a c hu n i t a n de a c hd e p a r t m e n t si n f o r m a t i z a t i o np r o g r e s s ，a n dt h ev a r i o u s p r o g r a mt o o l sa n dp l a t f o r m sw h i c ht h e yu s e ，i ti sv e r yd i f f i c u l tt oc a r r yo u tt h ei n f o r m a t i o n s h a r i n ga n di n t e r o p e r a b i l i t y b e t w e e nv a r i o u se m i s ，t h e r e b yt h e r ea r em a n ys e r i o u s “b f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d s ” p r e c i s e l yu n d e rs u c hb a c k g r o u n d s ，t h i st h e s i sm a k e sas t u d yo ft h ei u t e r o p e r a b i l i t y p r o b l e ma m o n g t h ee d u c a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s ，a n dm a i n l ye x p l o r e sh o w t os o l v et h ep r o b l e mi nd a t a s h a r i n ga n de x c h a n g i n ga m o n gt h ev a r i a b l es y s t e m sa n d d a t a b a s es y s t e m s b a s e do nt h ed e e pu n d e r s t a n d i n go ft h es p e c i f i c a t i o nf o re m i f ( e d u c a t i o nm a n a g e m e n t i 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 i l i t yf r a m e w o r k ) ，t h et h e s i sd e s i g n e 菇a n dd e v e l o p e dt h e i m p o r t a n t m p o n e n t s _ 一z i s ( z o n e i n t e g r a t i o ns e r v e r ) a n da g e n t ，w h i c hc a n b eu s e dt o c o n n e c td i f f e r e n te m i s t h e ya x es t r i c t l ya c c o r d i n gt oe m i fd a t as p e c i f i c a t i o na n dm e s s a g e s p e c i f i c a t i o n t h e yu s e x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) t od e f i n ec o m m o nd a t ao b j e c t s a n dh i t p p r o t o c o lt ot r a n s m i tm e s s a g e sw h i c ha r ei nf o r mo fx m l k e yw o r d s ：i n t e r o p e r a b i l i t y e m i s e m i fz i sa g e n tx m l 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，教育管理信息系统互操作的研究 与实现是本人在指导教师的指导下，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。对本文的研究做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。 作者签名：缉垒丝：坦塑年月名角 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编学位论文。 储繇鱼茎兰必月彩 指导导师签名：年上月丝日 第1 章绪论 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 研究目的 随着教育信息化进程的不断推进，越来越多的学校已经建立了自己的校园网，并 以此开展自己的教学和管理应用。同时，各级各地教育管理部门也建立了自己的教育 管理信息系统，方便对各级各地的教育信息进行汇总与管理。这对于提高教育管理的 效率起到了巨大的推动作用。但是，由于各单位各部门信息化进程不同，开发工具和 开发平台不同，越来越多的学校应用软件缺乏互操作性，从而导致了严重的应用软件 “信息孤岛”现象，由于各个不同的系统之间数据共享与信息交换的需要不断增加， 因此逐渐暴露出越来越多的问题： 1 、现有教育信息管理标准不完备，难以满足信息化建设的需要 教育信息管理的标准化是整个国家教育信息管理化建设的基础，是实现全国范围 内教育信息资源交流与共享的必要条件。1 9 9 1 年原国家教委开始组织教育信息管理的 标准化研究，目前已正式颁布了普通高等学校的一系列管理基本信息集，这对推动普 通高校的管理信息化工作起到了积极的作用。但相对整个国家各级教育管理部门和各 级各类学校来讲，目前这些标准无论从涉及的深度还是广度来说，还都远远不够，难 以满足教育管理信息化建设的要求。 2 、现有标准执行困难，导致信息传输不畅，降低决策的科学性 一方面，现有的教育信息管理标准很不健全，亟待完善，另一方面，由于标准本 身不完善，可操作性较差，也导致现有的标准没有得到很好的执行。许多学校，特别 是不少中小学校使用的教育教学管理软件，所采集的教育信息管理，很多都不符合现 有的教育信息管理标准，这就导致教育管理信息纵向传输与横向交换的困难，不利于 教育管理信息的比较分析。不仅造成有限资源的浪费，限制了教育管理软件作用的发 挥，而且也给各级各类教育管理，乃至经济社会发展的科学决策带来了难以估价的不 良影响。 3 、缺少网上信息交换规范，导致网上数据交换困难与重复投资 由于教育管理信息化的迅速蔓延，网上的信息交换的需要也急剧增多，而通过网 络实现不同教育部门之间的信息交流需要一套完整的网上信息交换规范( 包括结构规 范、接口规范及互操作规范) 。目前由于缺乏这样一个规范，已开始在一定程度上影 响了教育部门间的网上信息交流：不同厂家的系统不能兼容，。无法互换数据；新产品 无法适应已有系统，甚至同一产品不同版本都不能兼容原有数据，造成重复建设，带 来资金浪费。 4 、采用同一管理软件，带来行业垄断的危机 由于存在上述问题，很多地区在软件的采购上采用了一刀切的办法，要求所有的 学校的教育管理机构都采用统一的软件。这种解决办法，虽然解决了数据上报的问题， 但同时也带来了行业垄断的危机。因为在后续的系统完善中，软件更新的控制权将掌 握在同一软件提供商手中，失去竞争和激励机制，必然导致行业垄断，使得优质服务 将不可持续。管理是一个延续的过程，管理信息的数据必须长久保存，同时，管理信 息系统是需要不断完善的，要体现一定的个性化。但抹杀了各个学校自己管理方面的 特点。 基于上述原因，“信息孤岛”问题必须尽快从根本上解决。其实纵观“信息孤岛” 问题，其核心仍然是教育管理信息系统之间的互操作问题。因此，如何使不同教育管 理信息系统之间实现信息的共享与交流，实现互操作是目前亟待解决的问题，也是当 前教育管理研究的热点之一。 1 1 2 研究意义 e m i f 规范的出现，把分散的、孤立的信息串联起来，解决了部门写部门之间、区 域与区域之间的信息共享与数据交换，使得教育管理信息可以横向交换与纵向传输， 有助于管理部门的科学决策。与此同时，有效地利用了原有的管理信息系统，避免了 大量浪费与行业垄断，维护了有效的竞争和激励机制，推动了优质服务的可持续发展。 但是标准不能仅停留在理论上的探讨与研究，必须注重理论联系实际、指导实践， 并能过实践来不断的完善这个标准，使之能够更好地为教育管理信息化服务。这套规 范展现了一个开放型网络，网络中包括了任意多个教育管理信息系统，而且各个系统 之间可以进行互操作，从而达到信息资源管理更加系统化、科学化，体现了高效性、 便捷性。 从技术上来说，根据此规范来开发、设计教育管理信息系统也呈现多元化的现象， 如何选择一种便捷、高效的技术来实现规定的服务内容，也是非常值得探讨的，具有 深远的现实意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国际研究现状 国际上已有不少国家的企业机构和学术团体致力于教育管理信息系统相关标准的 研究，这些研究有着不同的层面，有的针对教育信息的数据标准化，有的针对处理数 据的流程规范，还有的针对不同系统之间的互操作性而制定的接口规范 国际上有影响力的与e m i s 相关的标准有： 1 、a i c c a g r 。航空工业计算机辅助训练委员会( a i c c ：a v i a t i o ni n d u s t r yc b t c o m m i t t e e ) 在1 9 9 3 年提出了c m i ( 计算机管理教学) 互操作指导规范，使得不同开发 商提供的局域网课件可以共用数据；1 9 9 8 年又将此规范升级成为适用于基于w e b 教学 2 的c m i 标准。至今，a i c c 已经推出了一系列统称为a g r ( a i c cg u i d e l i n e sa n d r e c o m m e n d a t i o n s ) 的技术规范1 1 】o 2 、a d l s c o r m 。美国国防部于1 9 9 7 年启动了一个称为“高级分布式学习”( a d l ： 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 ) 的研究项目，该研究的主要研究成果是提出了一 个“可共享课程对象参照模型”( s c o r m ：s h a r e a b l ec o u r s eo b j e c tr e f e r e n c em o d e l ) ， 其目的是为了解决如何使课程能够从一个平台迁移到另一个平台( 例如从w e b c t 到 l e a r n i n g s p a c e ) ，如何创建可供不同课程共享的可重用构件，以及如何快速又准确地 寻找课程素材。s c o p 瑚提出了用一种标准方法来定义和存取关于学习对象的信息，只要 遵循这种标准，不同的教学系统之间好比有了一种共同的语言，彼此就可以互相沟通 - - j - 2 1 。 一 3 、i m s i m se n t e r p r i s es p e c i f i c a t i o n 。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的制订和推广工作。其中，i m s e n t e r p r i s es p e c i f i c a i t o n ( i m s 企业接口规范) 是研究企业开发的教学管理系统之间 互操作规范。该规范包括三个组成部分：( 1 ) i m s 企业信息模型：定义了软件的标准 化结构；( 2 ) i m s 企业x m l 绑定规范；( 3 ) i m s 企业实践指南。但是i m s 企业接口规 范只是针对同一个公司或组织开发的不同系统之间的接口，对不同企业开发的管理系 统的互操作无能为力。而且该规范在信息模型方面并不适合我国国情。 4 、n c e s - a n s ia s cx 1 2 。美国教育部教育统计中心( n c e s ：n a t i o n a lc e n t e rf o r e d u c a t i o ns t a t i s t i c s ) 于1 9 8 8 年设立了一个称为“中学后教育电子数据交换标准化” 和“学生与学校永久电子记录交换”的研究项目，简称s p e e d e e x p r e s s ，结果产生了 一套教育电子数据交换标准，并于1 9 9 2 年经美国国家标准研究院批准成为a n s ia s c x 1 2 试用标准。该标准后来又经过扩展，共包括7 个规范，包括学生教育记录的确认、 请求、响应，人力资源信息，教育机构记录，政府统计信息等。这项标准在i m s 、s i f 相关规范中得到了引用。 5 、i e e e l t c s i e e e1 4 8 4 。电气和电子工程师协会( i e e e ) 成立的学习技术标准 委员会，简称i e e e l t c s ( 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 ) ，组织力量开 展有关标准的研究工作。经过十几个工作小组和研究组开展的各项标准的制订，最终 将形成i e e e1 4 8 4 标准体系【3 1 。这是我国c e l t s 标准体系的主要参考。其中，i e e e1 4 8 4 8 企业接口与i e e e1 4 8 42 学习者模型标准，对我们的e m i s 互操作标准化研究有一定 的参考价值。 6 、s i f 。学校互操作框架s i f ( 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 ) 是由美国 一些企业组织发起制定的中小学学校管理系统互操作标准，它的目标是使得学校管理 方面的各种应用程序能够交换和使用彼此的信息，并能够交换环境内的多种数据。该 规范对开发应用程序所需用到的硬件和软件不做任何假设，而是只定义体系结构、软 件组件以及他们之间的接口。不同应用系统之间通过一台区域集成服务器作为中介， 通过遵循共同的以x m l 编写的s i f 词汇和语法，就可实现数据共享与互操作。遵从s i f 规范的软件，可以使学校系统之间共享数据成为可能，而无需各自另外单独编程，也 不用每个软件商去费力地理解其他软件商的应用。 上面提到的各种规范中，大多数是主要针对教学内容和教学软件架构的规范。基 本上无法直接借鉴到教育管理信息系统的数据共享和互操作问题上。而s i f 规范正是 针对美国学校管理信息系统的标准化问题提出的解决方案。虽然它是基于美国当地的 教育环境制定的，其数据定义具有十分浓厚的美国本土气息，并且它主要是针对中小 学学校管理信息系统的，但是，这一方案的设计思想对我们还是有极大的参考价值的。 1 2 2 国内研究现状 在借鉴美国s i f 思想的基础上，结合我国教育信息化标准与我国实际国情， 中国教育部制定和发布了教育管理信息系统互操作规范( e d u c a t i o nm a n a g e m e n t i 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 i l i t yf r a m e w o r k , 简称e m i f ) 。国内在这方面的所做的工作 主要有【4 】： 1 、国家教育管理信息系统的总体规划。1 9 8 9 年，原国家教委为推动我国教育信息 化建设，决定建立覆盖我国各级教育管理部门和各级各类学校的“国家教育管理信息 系统”，并正式颁布实施了国家教育管理信息系统总体规划纲要。但该规划只是 一个偏向行政指导的文件，并未涉及具体的信息规范，而且制定的大部分内容已不适 合目前教育管理信息系统的要求。 ， 2 、高等教育管理基本信息集的制定。1 9 9 1 年，原国家教委开始组织教育管理信息 的标准化研究，1 9 9 4 年正式颁布了普通高等学校的一系列管理基本信息集( 包括“高 校教职工管理基本信息集”、“高校学生管理基本信息集”、“高校仪器设备管理基 本信息集”等) 。相对于目前整个国家各级教育管理部门和各级各类学校来讲，这些 标准还远远不够，难以满足教育管理信息系统建设的要求。 3 、国家教育管理系统软件一体化解决方案的制定与实施。教育部教育管理信息中 心根据国家教育管理信息系统建设的要求，制定了国家教育管理信息系统软件的一体 化解决方案国家教育管理信息系统软件总体方案，并于1 9 9 0 年开始组织教育 软件的开发与推广工作。但正如前文所述，一体化解决方案在实施上存在很多困难， 也存在诸多弊端。 4 、教育管理信息化相关标准规范的制定。教育部于1 9 9 9 年开始由发展规划司和 教育管理信息中心牵头组织制定教育管理信息化标准，并成立了教育管理信息 化标准顾问组、专家组、课题组。课题组先后收集了大量信息，并在全国各地开展 了试点工作，广泛征求各方面的意见。2 0 0 0 年9 月推出了教育管理信息化标准的 第一部分：即“学校管理信息标准”。但由于该标准仍然没有规定与平台无关、与应 用程序无关的数据交换格式，没有提供系统之间的互操作机制，因此对于不同厂商开 发的e m i s 而言，互操作仍然是很困难的。 4 5 、教育部教育信息化技术标准委员会推出的网络教育标准体系( c e l t s ) 。2 0 0 1 年，教育部成立了现代远程教育标准化委员会，后更名为教育信息化技术标准委员会， 专门从事教育信息化相关技术标准的制定和推广工作。该标准的开发以实现资源共享、 支持系统互操作、保障远程教育服务质量为目标，通过跟踪国际标准并结合我国实际 情况，力求形成有本国特色的现代远程教育标准体系。该标准体系最初命名远程教育 标准体系( d l t s ) ，现更名为网络教育标准体系( c e l t s ) ，目前己产生了一批成果。 本项目的研究正是该标准体系的一部分，即c e l t s 一4 0 教育管理信息系统互操作规范。 1 3 本文主要内容 教育信息管理互操作规范的制定与发布旨在解决目前不同教育管理信息系统之间 的互操作问题，从而实现不同e m i s 之间信息的交流与共享。如果按照e m i l = 规范完整 地开发一套系统，并使该系统能够正常运行，那将包括四大方面的工作，分别为区域 集成服务器的设计与实现、代理的设计与实现、x m l 报文的加密与解密以及对现有管理 信息系统应用的修改等。本文的主要内容就是根据e m i f 规范，研究了教育管理信息系 统间数据互操作问题，构建了一个基于e m i f 的教育管理信息系统互操作的解决方案， 并设计开发了教育管理信息系统互操作演示模型主要模块。论文的主要工作有： 1 、本文分析了教育管理信息互操作规范的体系结构、报文规范以及数据规范，并 且对x m l 等技术进行了仔细的研究。 2 、在以上研究的基础上，选择了两套常见的教育管理信息系统学生管理系统 和图书管理系统，设计了教育管理信息系统互操作演示模型。 3 、依据设计的演示模型，对演示模型中的z i s 和a g e n t 模块进行了详细的设计与 实现，并给出了部分关键代码。 1 4 本文的章节安排 本文共分为五章。 第1 章：绪论。本章主要介绍了基于e m i f 规范的教育管理信息系统的研究背景、 教育管理信息标准国内外的研究现状以及本文的主要内容。 第2 章：教育管理信息系统互操作机制。本章主要介绍了教育管理信息互操作的 概念，互操作的方法以及e m i f 的体系结构、报文规范、数据规范等。 第3 章：相关技术及理论基础。本章主要介绍了实现互操作所需x m l 技术以及开 发环境和开发语言。 第4 章：演示模型中主要组件的设计与实现。本章结合e m i f 规范体系，给出了 演示模型中的主要组件z i s 和a g e n t 的功能模型，并根据z i s 和a g e n t 的设计方案， 对其主要功能进行了详细实现。 第5 章：结论与展望。本章对本论文的研究成果进行了总结，并提出了需要进一 步研究完成的工作。 第2 章教育管理信息系统互操作机制 2 1 软件互操作的概念 所谓互操作，就是指异构环境下两个或两个以上的实体，尽管它们实现的语言、 执行的环境和基于模型不同，但它们可以相互通信和协作，以完成某一特定任务。这 些实体包括应用程序、对象、系统运行环境等。软件互操作是开放分布式处理中的一 个重要目标，互操作提供了不同系统之间、应用程序之间信息的有意义交换，使得使 用系统间的服务更加方便，特别是随着分布式系统规模的扩大，网络中可利用的资源 增加，在系统间提供互操作变得越来越重要。 2 2 软件互操作的分类 互操作可以分为横向互操作与纵向互操作。横向互操作是指处于同一应用层次或 者同一应用区域内的软件之间的互操作，一般是不同类型软件之间的互操作；纵向互 操作则是指处于不同应用层次或者应用区域内软件之间的互操作，一般是同类型软件 之间的互操作。 2 3 软件互操作的架构 为了解决教育软件互操作问题，必须采用恰当的互操作体系形式。到目前为止， 已有三种类型的架构可供借鉴，包括：点对点架构、端到端架构、中间件架构。下面 分别介绍这三类架构模型【5 l o 2 3 1 点对点架构模型 点对点架构是在两个软件之间直接实现信息交换的互操作体系形式( 如图2 1 所 示) ，它要求两个软件分别开发互操作接口，互操作流程只适于两者之间实现。 图2 1 点对点架构模型 2 3 2 端到端架构模型 端到端架构是发信方软件和接收方软件直接建立连接进行信息交换的互操作体系 形式( 如图2 2 所示) 。端是借用了t c p 通信中客户端和服务器端的概念，它表示互操 作软件的逻辑通信状态。当应用软件主动建立连接并发送报文时，就成为客户端，即 发信方；当应用软件接受远端的连接并反馈报文时就成为服务器端，即接收方。 软件a软件d 软件b软件c 软件c软件b 软件d软件a 图2 2 端到端架构模型 2 3 3 基于中间件架构模型 中间件架构是通过一个中间服务器实现信息交换的互操作形式( 如图2 3 所示) 。 中间件架构由一个中间服务器和若干应用软件组成，中间服务器是中间件架构的核心 组件，它处于所有信息通道的中间，控制着信息流动，负责提供注册、寻址、报文转 发、报文队列、报文跟踪、存取控制等服务。如图所示一个软件与其它任何一个软件 进行信息交换，都必须首先与中间服务器建立连接，将报文传递给它，再由中间服务 器将报文转发给接收方软件。反之亦然。 图2 3 基于中间件架构模型 2 4 兰种互操作架构模型的比较 点对点架构的突出优点是实现方式非常简单，只要开发一个通信接口就能够实现 与目标软件的信息交换，但由于接口的特殊性，互操作范围只能包含适应此接口的软 件，如再需与其它软件进行互操作，则只能开发新的接口。这显然不是一种经济的互 操作方案，它不适用于不同开发商的软件之间的互操作。 端到端架构的基本工作流程与点对点架构相似，也是由发信方软件与接收方软件 直接建立连接，进行信息交换，但两者有个本质的区别。点对点架构中实现互操作的 方式是根据互操作需求，开发能够解析互操作软件方报文的互操作接口。结果是，互 操作过程只能在能够识别上述互操作接口的软件之间发生，不能任意扩展到其他软件。 但在端到端架构中实现互操作的方式是遵守统一的互操作协议，即参加互操作的所有 应用软件都必须开发统一的互操作接口，凡是遵守互操作协议的软件都可以彼此实现 信息交换。 与点对点架构相比，中间件架构克服了点对点架构只适于在两个特定软件之间实 现互操作的弊端，它支持任意软件之间的互操作要求。除此之外，中间件架构最突出 的优点是服务集成能力，即它能够将互操作的流程性、事务性、稳定性、安全性等要 求全部集成在中间服务器来实现，而各应用软件只需要提供报文收发功能即可。这种 服务集成性大大减少了应用软件为增加互操作能力所必须进行的改造，同时服务集成 也符合特定应用领域要求集中控制的需求，如教育行政管理领域。但服务集成也给中 间服务器带来额外压力，这会造成两方面的潜在弊端：一方面，当互操作区域需要扩 展、软件数量增加时，中间服务器的扩展能力就成为制约因素，这使中间件架构在灵 活性和伸缩性等方面表现出劣势。另一方面，当互操作软件之问的通信过于频繁时， 中间服务器就成为潜在的通信瓶颈，甚至造成报文拥塞。而在端到端架构中，因为不 需要任何中间件提供集成服务，因此诸如流程性、事务性、稳定性、安全性等互操作 要求只能分布到各应用软件中来实现，这样就增加了应用软件开发互操作功能的复杂 度。 尽管中间件架构存在一些弊端，但它的服务集成能力仍然使它得到广泛应用。在 e m i f 规范中，中间件架构被采用作为e m i f 体系结构的原型。 2 5 教育管理信息系统互操作规范简介 教育管理信息系统互操作规范是为了使各类教育管理软件( 教育管理信息系统) 之间能够彼此交换和使用教育管理信息而制定的一套技术规范。本规范提出一个核心 概念教育管理信息系统互操作框架( e d u c a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i n t e r o p e r a b i l i t yf r a m e w o r k ，简称e m i f ) 。所谓教育铭理信息系统互操作框架是由各类 教育管理软件，它们的代理( a g e n t ) 和一个区域集成服务器( z o n ei n t e g r a t i o ns e r v e r ， 简称z i s ) 构成的开放型网络系统。z i s 作为各教育管理软件之间通信的中介，处于所 有信息通道的中间，任何信息交换过程都通过z i s 间接实现。代理是附属于教育管理 软件的一个应用程序，它是教育管理软件与z i s 之间实现通信的接口。因为e m i f 是 本规范的核心，所以本规范又称为e m i f 规范。 一 规范的目标是使任何符合e m i f 规范的应用软件都可以成为e m i f 的组件，并与 e m i f 中其他组件实现信息交换。 2 5 1 基本概念 1 、区域 区域是互操作的范围。区域可以根据物理网络来定义( 如校园网、城域教育网等) ， 也可以根据组织来定义( 如学校、教育局等) 。区域的大小不受限制，可以小到一所学 校，大到一个市、省或国家。 2 、组件 组件是e m i f 区域中执行互操作的应用程序，典型的e m i f 组件包括区域集成服务 器( z i s ) 、应用软件及其代理( a g e n t ) 。区域集成服务器负责在代理之间转发报文、 控制信息流动；代理是应用软件的互操作接口，它负责实现应用软件与区域集成服务 器之间的信息交换。 3 、数据对象 数据对象是对e m i f 区域中的交换数据的格式化描述，每一类数据对象都包含一 组信息，如“p 学校基本信息”是一个数据对象，它包含学校名称、学校地址、建校年 月等信息。 数据对象定义了交换数据的语法格式，如元素、属性、类型、长度等。数据对象 在e m i f 中使用x m l 表示。 4 、报文 报文是数据对象的载体，数据对象只有封装在报文中才能传递。e m i f 报文使用 x m l 表示。 2 5 2 数据交换模型 e m i f 内各个子系统之间的互操作主要实现两类数据交换的功能： 一个子系统获取另一个子系统的数据。 一个子系统的数据变化时，其他共享其数据的子系统的相应数据也得到更新。 根据这两类数据交换功能，e m i f 定义了两种数据交换模型，即“请求一应答模型” 和“发布一预约模型”。请求一应答模型是指当代理需要数据时即制作一个请求报文发 送给z i s ，z i s 将请求报文转发给应答方代理，应答方代理即反馈一个应答报文，并通 过z i s 转发给原请求方代理。发布一预约模型是指当应用程序更新本地数据后即通过 它的代理制作一个事件报文发送给z i s ，z i s 负责将该事件报文发布给所有关心该数据 的其他代理。 1 、请求一应答模型 当应用程序需要获取某数据对象时，应通过代理向z i s 传递一个请求报文。请求 报文中一般不需要指明谁是应答者，z i s 会将该数据对象的所有提供者作为应答者，并 将请求报文传递给它们。数据对象的提供者身份是代理通过提供报文在z i s 取得的访 问权限。 在e m i f 区域中，每一类数据对象都可以有多个应答者，并且非提供者也可以成 为应答者。数据对象的每一个应答者都有权等待和处理请求，并返回一个或一组应答 报文，通过z i s 转发给原请求者。 代理在发送请求报文时也可以明确指定某代理作为请求的应答者。这时请求方代 理应在它的请求报文中使用e m i fh e a d e r e m i fd e s t i n a t i o n l d 元素指定应答者。z i s 在 收到请求报文时会检查请求报文中是否存在e m i f _ h c a d e r e m i f _ d e s t i n a t i o n l d 元素， 如果存在，还要检查指定的应答者是否具有应答权限。只有当上述条件满足，z i s 才会 9 将请求报文转发给这个指定的应答者【6 】。 下面举例说明请求一应答模型的实现。假设在一个e m i f 区域中已有学生管理系 统、图书馆管理系统和教学管理系统，现在图书馆管理系统和教学管理系统需要从学 生管理系统中获取学生数据，那么它们之间的报文传递关系如下所述( 见图2 4 ) ： a 注册：各代理向z i s 发送注册报文，注册成为区域中的组件( 已注册则不必重 复此过程) 。 b 提供：代理3 向z i s 发送提供报文，成为学生数据的提供者( 已成为提供者则 不必重复此过程) 。 c 请求：代理1 和代理2 分别向z i s 发送请求报文，请求获取学生数据。 d 转发：z i s 接收代理1 的请求报文1 ，指定代理3 为应答者，并将请求报文1 传递给它( 同样处理请求报文2 ) 。 e 应答：代理3 处理请求报文1 ，返回应答报文1 给z i s ( 同样处理请求报文2 ) 。 转发：z i s 接收代理3 的应答报文1 ，将该报文转发给代理1 ( 同样处理应答报 文2 ) 。 图书馆管理系统 黎 氓褊 应答报文1 l 下l 教学管理系统 强贰 应答报文2 黑账撤学生管理系统i 图2 4 请求应答模型 2 、发布一预约模型 数据对象的更新事件包括数据的添加、修改和删除。当应用程序更新了它的数据 对象时，应通过事件报文将更新事件传递给z i s 。数据对象的使用者( 应用程序) 如果 希望及时获取数据的更新情况，应向z i s 预约数据对象的更新事件。预约通过向z i s 发送预约报文实现。 事件发布者将数据对象的更新事件传递给z i s 后，z i s 负责将它传递给所有预约该 数据对象更新事件的预约者。z i s 转发事件报文时不会通知原事件发布者，因此事件发 布者在完成事件发布后，就无需关心将有哪些应用程序接收更新事件，以及更新事件 是否己传递给预约者。 在e m i f 区域中，每一类数据对象都可以有多个事件发布者，但谁可以取得事件 发布权限则取决于z i s 的存取控制管理。本规范允许数据对象的提供者同时也可以成 1 0 为数据对象的预约者旧。 下面举例说明发布一预约模型的实现。假定在一个e m i f 区域中已有学生管理系 统、图书馆管理系统和教学管理系统，现在图书馆管理系统和教学管理系统需要与学 生管理系统的数据更新同步，那么它们之间的报文传递关系如下所述( 见图2 5 ) ： 图2 5 发布一预约模型 a 预约：代理1 和代理2 分别发送预约报文给z i s ，预约学生数据的更新事件。 b 发布：代理3 在更新学生数据后即向z i s 发送事件报文，发布学生数据的更新 事件。 c 转发：z i s 将代理3 的事件报文分别转发给各预约者代理1 和代理2 。 2 5 3e m i f 报文传递模式 把报文传递给代理有两种模式，“推”模式和“拉”模式。代理在向z i s 注册时， 可以指定它将使用哪一种模式。 ，“推”模式是指，z i s 可以在代理发出要求前，主动将报文传递给一个代理的行为。 当z i s 收到代理的一个报文，且该代理不是处于“休眠”状态时，z i s 可以主动与代理 建立连接，并发送报文。 “拉”模式是一个代理程序向z i s 明确地要求一个报文的行为。当代理准备接收 报文时，它要向z i s 发送一个“拉”请求，来获取保存在z i s 中的该代理的报文队列 中的一条报文。z i s 收到拉请求后，会查找代理队列，返回一条报文，如果没有报文发 送，就返回一个通知报文告知这一情况【6 】。 2 5 4e m i f 架构模型 e m i f 是一个开放型网络系统，由一个或多个e m i f 区域组成，每个区域都由一个区 域集成服务器( z i s ) 和若干应用程序及其代理( a g e n t ) 构成。z i s 和a g e n t 通过使用 e m i f 规定的报文进行数据交换与系统互操作。报文是规范的x m l 文档，包含数据和 对数据进行操作的信息。e m i f 可以只有一个区域，也可以有多个区域。区域的大小是 灵活的，可以小到一个单位，一所学校，大到几所学校，“一个地区。图2 6 所示为单区 域结构，图2 7 所示为多区域结构。 图2 6 单区域e m i f 架构模型 图2 7 多区域e m i f 架构模型 代理的主要功能是将应用程序提交的数据绑定为符合e m i f 规范的x m l 报文，或 将x m l 报文解析成应用程序可理解的数据格式。代理作为e m i f 的组件，不必是一个 独立的应用程序，它可以作为一个逻辑部件集成在应用软件内部，也可以作为一个独 立实体挂接在应用软件外部。 z i s 是e m i f 中的管理中心，它处于所有信息通道的中间。z i s 的主要功能是将发 信方代理的报文恰当的转发给接收方代理。发信方代理和接收方代理之间不直接进行 通信，它们之间的通信都通过z i s 间接实现。 e m i f 的典型应用是学校区域。假设在一个学校内已有如下应用软件：学籍管理系 统、成绩管理系统、图书馆管理系统、人事管理系统等。按照e m i f 的要求，给各应 用软件增加一个代理，并增设一台z i s ，上述应用软件就构成了一个e m i f 区域( 如图 1 2 2 6 所示) 。e m i f 区域中的各应用软件已经具备了信息交换的能力，如果成绩管理系统 和图书馆管理系统需要共享学籍管理系统的学生信息，那么通过z i s ，学籍管理系统的 学生信息就可以及时更新到成绩管理系统和图书馆管理系统中。 2 5 5 e m i f 的要求 1 、代理和z i s 的命名规则 代理和z i s 都应具有一个区域内唯一的标识。发信方的每一个报文都要使用这个 标识( 作为e m i f _ h e a d e r e m i f元素的值) 来表示报文的来源，也要根据_ s o u r c e l d z i s 这个标识来发送反馈报文。本规范建议代理和z i s 的标识应允许用户进行编辑，这样 当标识冲突时，用户可作适当修改以保证它在区域中的唯一性。 代理和z i s 的标识可使用英文字母( a - z ，a - z ，大小写敏感) 、数字( o 9 ) 、下划 线( ) 、连接符( ) 、实点( ) 等组成，标识的长度应不超过2 5 5 个字符长度，标识 的含义应能够表明应用程序所服务的区域。例如，北京师范大学图书馆管理系统的标 识可定义为“b n u l i b r a r y ”或“l i b r a r y a g e n t b n u ”，而不宜使用类似“c c 4 1 a g e n t ” 这样含义不明确的描述。 2 、数据对象的标识 所有e m i f 数据对象都有一个r e f l d 属性( 或学生r e n d 、学校r e f l d ，诸如此类) 作为数据对象的标识。为保证标识的唯一性和标识产生的一致性，本规范要求采用 g u i d 作为数据对象的标识。g u i d 是一个由3 2 个十六进制字符( o ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ， 9 ，a b ，c ，d ，e ，f ) 组成的字符串，中间不包含任何空格或标点符号。关于g u i d 的生 成方法请参见h t t p ：w w w i e t l o r g i n t e m e t d r a f t s d r a f t m e a l l i n g u u i d u r n - 0 0 t x t 。需要说明 一点：g u i d 的作用是在e m i f 区域内唯一的标识每一个e m i f 数据对象，该标识与应 用程序内部的数据标识符无关，它也不需要显示在客户机界面上。对于应用程序而言， g u i d 是一个额外的数据标识，它不影响应用程序原有的标识数据和检索数据的方式， 也不作为应用程序的主键。但当多个应用程序之间发生互操作时，应使用g u i d 作为 唯一标识数据对象的主键。 3 、报文的标识 代理和z i s 的报文都包含一个e m i f _ m s g l d 元素作为报文的标识。为保证标识的 唯一性和标识产生的一致性，本规范要求使用g u i d 作为报文的标识。 报文使用唯一标识是考虑到e m i f 处理报文的异步性特征，即请求报文 ( e m i fr e q u e s t ) 和应答报文( e m i fr e s p o n s e ) 经常无法同步匹配。因此，应答报 文应包含原请求报文的e m i f ，通过它使应答报文和原请求报文建立起正确的对msgld 应关系。 4 、对应用程序及其代理的要求 应用程序在成为e m i f 组件之前应配置一个代理。代理作为应用程序的扩展，主 要用于完成与z i s 的通信。很多情况下，代理应视为是应用程序的一个特殊客户端， 运行于应用程序的后台，执行e m i f 的要求。 应用程序代理应能够妥善处理所有e m i f 报文，包括不支持的报文和数据对象。 本规范建议当代理接收到不支持的报文时，应向2 ：i s 返回一个表示错误的确认报文 ( e m i fa c k ) ，并丢弃原报文。 不管应用程序本身为何种类型，应用程序及其代理都应执行以下职能。 ( 1 ) 与z i s 建立连接。 代理应首先支持并使用e m i f h r r p 协议与z i s 建立连接，但也可以使用其他通信 协议，如s m t p 、h t r p s 等。代理的实现程序有权决定使用哪一种传输协议与z i s 通 信。 如