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江苏大学硕士学位论文 摘要 高校信息系统是一个分布式的计算环境。随着数字化校园网建设的深入和 网络业务的日渐丰富,高校信息系统建设面临着诸多问题。首先,部门系统缺 乏整体规划,形成了多种异构的应用系统;其次,异构应用系统之间的业务交 流日益增多,传统的c s 、b s 架构难以有效地对跨业务工作流( w o r k f l o w ) 进 行动态协调和管理。因此,要提高信息系统的扩展能力和实现信息系统之间的 业务流程动态协同,需要对传统信息系统管理体系结构进行改进。并且高校信 息系统对协同性、安全性提出了更高的要求。这就要求高校信息系统应该具备 灵活组合应用的能力。 本文的研究目标是为大规模、分布式高校信息系统提供一个有效合理的信息 系统模型。它不仅能提高分布式信息管理的自治性和自适应能力,而且能对多个 业务流程进行动态协同。在对现有分布式模型体系结构、w e b 服务组合以及工作 流技术进行深入分析的基础上,针对高校信息系统间的协同现状,架构了基于对 等域的数字化校园分布式动态协同体系结构,分析了该模型中存在的层次关系以 及体系结构中各成员的交互过程。按照体系结构的层次关系,分为管理域内协同 和管理域间协同。由于所处的背景环境不同,两者采用了不同的协调机制。管理 域内利用w 曲服务技术,把各信息系统的具体应用功封装成服务,将信息系统 间的动态协同转换为服务之间的动态协同。在进一步研究和分析了多种基于服务 的工作流管理框架的基础上;管理域间实现异构分布工作流管理系统间的业务性 协同,并考虑加强信息系统间业务流程协同的安全性和可靠性以及模型整体安全 规划,规定了统一的通信接口和交互机制来共同完成整个协同过程。论文利用 w e bs e r v i c e s 的松耦合性和底层技术支持的广泛性,采用面向服务的思想,以服 务的形式体现应用系统的功能,使得基于w e bs e r v i c e s 数字化校园信息模型可有 效地屏蔽信息系统之间的异构性,并利用服务组合技术来完成应用服务之间的动 态协同。该模型具有较好的灵活性、可扩展性和可靠性。 论文在模型设计的基础上,开发出一个分布式信息系统协同的原型系统,该 原型系统依托分布式网络平台,将本模型的设计理念体现在多校区环境学生选课 系统中,实现了异构信息系统服务间的动态协同体系结构的部分功能,满足了多 校区环境中学生选课分布和动态的需求,验证了该模型的正确性、有效性和合理 性。 在类似分布式信息系统的计算环境中,比如工业园区、企业集团中业务流程 的动态协同,本模型都可以作为借鉴和参考。 关键词:数字化校园,信息模型,服务,工作流,协同,安全性 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n f o r m a t i o ns y s t e m so fc o l l e g e sa r ei nd i s t r i b u t i o n a lc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t s w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ed i g i t a l i z e dc a m p u sa n dt h ea b u n d a n c ea n dd i v e r s i t yo fn e ts e r v i c e s ,c o l l e g e i n f o r m a t i o ns y s t e m sa r ec o n f r o n t e dm a n yp r o b l e m s f i r s t ,s y s t e m so fd i f f e r e n td e p a r t m e n t sa r e n o tp l a n n e da saw h o l e ,w h i c hl e a d st od i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e ms t r u c t u r e s s e c o n d ,t h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nh e t e r o g e n e o u ss y s t e m si sb r o a d e n i n g ,w h i l et h et r a d i t i o n a lc sa n db s s t r u c t u r ec a n n o tf u l f i l ld y n a m i cc o o r d i n a t i o na n dm a n a g e m e n to ft h ew o r k f l o w t h e r e f o r e ,t o e x p a n dt h ei n f o r m a t i o ns y s t e m sa n dt od y n a m i c a l l yc o o r d i n a t et h ew o r k f l o wb e t w e e nt h e m ,t h e t r a d i t i o n a li n f o r m a t i o ns y s t e mm a n a g e m e n ts h o u l db ei m p r o v e d c o l l e g ei n f o r m a t i o ns y s t e m s s h o u l db ef e x i b l ei na p p l i c a t i o n a c c o r d i n gt o d i f f e r e n tl e v e l s ,c o o r d i n a t i o ni sc l a s s i f i e di n t oi n t r am a n a g e m e n td o m a i n c o o r d i n a t i o na n di n t e rm a n a g e m e n td o m a i nc o o r d i n a t i o n d u et ot h e i rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t s , t h e ya d o p td i f f e r e n tc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m s i n t r am a n a g e m e n td o m a i nc o o r d i n a t i o nm a k e su s e o fw e bs e r v i c et e c h n o l o g y ,w h i c hp a c k a g e sa p p l i c a t i o nf u n c t i o ni ns e r v i c ea n dc h a n g e st h e d y n a m i cc o o r d i n a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m si n t ot h a tb e t w e e nd i f f e r e n ts e r v i c e s t h r o u g h f u r t h e rr e s e a r c ha n da n a l y s i so fd i f f e r e n tw o r k f l o ws t r u c t u r eo r i e n t e dt os e r v i c e ,t h ew o r k f l o w c o o r d i n a t i o nb e t w e e nh e t e r o g e n o u sd i s t r i b u t e dd o m a i n si sr e a l i z e d ,t a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o no f i m p r o v i n gt h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ew o r k f l o wc o o r d i n a t i o nb e t w e e ni n f o r m a t i o ns y s t e m s a n dw i t ht h es a f e t yp l a n n i n go ft h ew h o l em o d e l ,s t i p u l a t i n gt h eu n i f o r mc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e a n di n t e r a c t i o nm e c h a n i s mt oc o m p l e t et h ec o o r d i n a t i o np r o c e s s t h i st h e s i s ,m a k eu s eo f l o o s e c o u p l i n ga n dr o c k - b o t t o mt e c h n o l o g y s u s p e n s o r yu n i v e r s a l i t y ,a d o p t st h ec o n c e p to f s e r v i c e o r i e n t e d ,a n df u n c t i o n si nt h ef o r ms e r v i c e ,a n dtm a k e su s eo ft h es e r v i c ec o m b i n a t i o n t e c h n o l o g yt oa c h i e v et h ed y n a m i cc o o r d i n a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n t s e r v i c e s t h es y s t e mi s f l e x i b l e ,e x p a n d a b l ea n dr e l i a b l e b a s e do nt h ed e s i g n e dm o d e l ,ap r o t o t y p es y s t e mo fd i s t r i b u t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e m c o o r d i n a t i o ni sd e v e l o p e d t h i ss y s t e m ,s u p p o r t e db yd i s t r i b u t i o n a ln e tp l a t f o r m ,t r a n s f o r m st h e d e s i g nc o n c e p ti n t ot h ec o u r s es e l e c t i o ns y s t e mf o rs t u d e n t si nm u l t i c a m p u s e s ,i sa b l et of u l f i l l p a r t i a lf u n c t i o no ft h ed y n a m i cc o o r d i n a t i o ns y s t e mb e t w e e nh e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o ns y s t e m s , a n dm e e tt h ed e m a n d so ft h ed i s t r i b u t i o no fs t u d e n t si nm u l t i c a m p u s e st os e l e c tc o u r s e sa n dt h e d y n a m i cr e q u i r e m e n t s ,w h i c ht e s t i f i e st h ec o r r e c t n e s s ,v a l i d i t ya n dr a t i o n a l i t yo f t h es y s t e m i ns i m i l a rc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ss u c ha st h a to fi n d u s t r i a lp a r k sa n de n t e r p r i s eg r o u p s , t h i sm o d e lc a na l s of i n di t su s e k e yw o r d s :d i g i t a l i z e dc a m p u s ;i n f o r m a t i o nm o d e l ;s e r v i c e ;w o r k f l o w ;c o o r d i n a t i o n ;s a f e t y i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口,在年解密后适用本授权书。 不保密叼 , 签碎节 2 0 0 9 年6 月占j 日 独创性声明 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以外, 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,均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 靴敝储戤:辨 日期:2 0 0 9 年石月3 日 江苏大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论弟一早硒化 从2 0 世纪9 0 年代起,现代信息技术广泛应用于高等教育的各个领域,高 校纷纷建立自己的局域网,并开发出一批m i s 系统用于日常管理,拉开了大学 校园数字化建设的序幕。 随着学校数字校园建设的推进和信息系统的广泛使用,学校信息化进入新 的发展阶段:信息化工作环境迸一步促进了学校管理流程的深化,学校许多业 务应用模式已经开始从面向本部门、本业务的局部应用向跨部门、跨业务的全 局应用发展,各类应用对全局数据的共享和互操作需求不断增长,全局业务应 用系统和服务模式逐渐呈现,比如,学生入学注册,需要使用教务管理系统, 而教务系统需要同财务管理的交费系统结合起来才能完成完整的注册过程。由 于信息化发展各个阶段的需求和环境的不同,现有的应用系统,大多主要解决 本部门的业务处理和信息共享,尚未开展跨部门、跨业务、跨应用之间的信息 共享和集成,存在着不同业务系统之间数据不一致、共享程度不高等问题,也 难以面向各应用层面的管理工作和校领导的管理决策提供综合性的全局信息服 务。为了适应局部业务应用向全局业务应用发展的需要,实现全校数据信息共 享,支持跨部门、跨业务的实时信息沟通和协同工作,需要面向全局业务流程, 建立全校性的共享信息和业务互操作平台。 随着高校合并和“大学城”的出现,校区之间以及学校之间的业务交流日 益增多,比如学校之间开展的课程互选业务,涉及校际业务流程之间的协调问 题,需要不同学校的教务系统、财务系统、人事系统等相互协作,这就要求信 息管理平台不仅要具备组合应用的能力,还要具备综合、协同处理业务流程的 能力。另外,跨校区业务流程更易受到攻击,需要从全局的角度规划安全业务, 保证信息传递的可靠性,这是建立校区之间以及学校之间资源共享和集成的关 键因素。 因此,为解决上述问题,一种方法是对现有系统推倒重来,将学校内部各 个信息系统全部更新为一个统一的新系统;另一种方法是从整体出发,对整个 信息系统,根据实际需要,将各个应用系统进行总体规划,选择一个合适的集 成平台,把学校内各个“信息孤岛 有机地集成起来,相对而言,第二种方法 从技术、成本以及实施周期等方面更为合理。 1 2 数字化校园信息共享的需求 在校学生人数的迅猛增长、学分制的实施、教学管理的多元化和教学信息 江苏大学硕士学位论文 量的不断增大,必须建立学校内部各部门间以及校际间的信息交流平台,目前 高校面临的客观情况推进了教学管理信息系统建设的进程,以迎合共享的需求 【1 1 0 1 高校实行学分制管理的要求 自1 9 7 8 年教育部重新提出高校可试行学分制后,虽然学分制在我国高校已 有多年发展历史,但是许多高校还是采用以在规定年限内修完规定学业即可毕 业的学年制,如4 年本科与3 年专科等。学分制则是以“最低学分 作为学生 能否毕业的标准,只要学生修完所需学分,即可毕业,因此,在优化学生认识 结构、客观评价学生质量、学生自主调整发展方向以及调动教师积极性与促进 教学质量提高等方面具有相当优势。在大多数高校,学年制正逐步转换为学分 制。由于学分制实行的是弹性学制,建立在选课制的基础上,它是一种流动管 理,这就使得传统的手工作业方式和半自动化作业方式难以适应,唯有现代化 的教学信息管理系统才能满足要求。 2 教学内容的增加和教学方式的改变 由于办学层次的提高,高校教学出现了多学科、多课程、多教学环节的局 面,学生专业信息跨院系和交叉学科收集管理的现象不断增加,学生网上选课 和选指导教师的模式愈加体现其可取之处。 3 合并大学和“大学城”的出现 伴随高校合并,出现了多校区现象,校园网络向大规模、异构方向快速发 展,跨校区业务需求日益增多。校际信息共享是实现优势互补,形成管理合力, 提升学校整体实力的有效手段。 1 3 数字化校园信息共享模式研究的现状 1 3 1 信息共享模式研究的现状 信息共享分为基本信息和业务信息共享,基本信息的共享是指多个子系统 共同访问网络中相关或者相同的信息实体。业务处理信息的共享是指某一子系 统在处理本系统业务时,要利用其它子系统的业务处理的结果信息【2 l 。 针对网络资源分布广泛、资源共享程度不高、资源信息形式多样、种类繁 杂等特点,专家学者在基本信息共享方面进行了相关的研究,有的利用w e b s e r v i c e s 技术,按照面向对象的设计方法,实现统一的资源传输规范,使各领 域平台的资源能够快速、准确、有效地被整合利用【3 】。有的人研究了目前大学 城社区资源管理现状,发现图书、实验设备、教师互聘等教学资源尚未共亨, 大学城的文献信息资源共享存在着严重不足的现状。从技术层面提出加强文献 信息资源数据库标准化、规范化建设,满足信息共享的需求【4 j 。有人对高校多 校区图书馆教学资源共享机制与多功能网络技术平台进行了研究,提出了建立 2 江苏大学硕士学位论文 高校信息资源共建共享管理模式与管理机制【5 j 。在业务信息共享方面,有人从 协同机制出发,在分析我国应急管理中协同合作的现状和存在问题的基础上, 构建城际应急管理信息系统、中心城市应急指挥模式、应急信息标准化三方面 内容一体化的城际应急管理协同机制,保证了应急信息的实时性、共享性以及 指挥调度的有效性【6 j 。 以上研究中,有的集中于信息资源标准化的研究【3 一。j ,有的开始考虑应用 系统协同模式的构建【6 j ,但形式上还是一种集中式的协同模式,各信息系统之 间缺乏有效的交互机制,容易产生性能瓶颈和单点失败。 长期以来,工作流技术一直是进行企业级业务流程管理的一项主要技术。 近年来,随着e s e r v i c e 被广泛接受为未来可能显著地改变i n t e m e t 用途的下一 代基于w e b 的业务应用新的分布式计算技术w 曲服务与工作流技术相结合 已经成为大势所趋,它们的结合极大地提高了应用系统的可扩展性和互操作能 力。美国佐治亚大学l s d i s 实验室的m e t e o r s 项引7 j 研究如何在s o a 下实 现具有语义表达能力的动态工作流架构,m e t e o r s 构建在w s d l 和 b p e l 4 w s 之上,目标是实现一个可由带有语义的服务来组合工作流程的系统。 d y s c o t 8 】是一个由英、英等国6 所大学参与的历时2 年的研究项目,目标是开 发一个支持w e b 服务的动态组合的而向服务工作流的概念和技术框架,在对工 作流进行形式化描述的基础上,d y s c o 提出了支持w e b 服务的组合模型和协 作模型。浙江大学开发了支持w e b 服务的工作流原型h e a v e n s t 2 u r f l o w 【9 1 , 它扩展了w i m c 的工作流参考模型,并将x p d l 扩展成s - x p d l 以实现对服务 的支持。该原型通过进行本体类和服务描述元素间的映创来实现w e b 服务的语 义发现支持。 以上研究中,有的主要集中于语义w e b 服务的研究【_ 7 1 ,有的仅实现了在传 统工作流系统的基础上提供对w e b 服务建模和执行的支持【8 9 j ,均没有解决面 向服务工作流的分布式服务如何进行事务性协作的问题。而面向服务工作流的 分布式事务处理研究【2 0 】一文,基于协调策略的面向服务工作流的业务流程管理 的思想,提出了面向服务工作流的分布式事务管理框架,由于实现了异步调用 和动态绑定的w 曲服务执行支撑环境以及消息回调机制,为解决位于i n t e m e t 上的异构分布式工作流管理系统间的协作问题,提供了新的思路。 1 3 2 数字化校园信息共享模式研究的现状 高校校园管理信息系统是学校各项工作的基础,它涵盖高等学校内教学、 科研、行政和后勤等各个方面。 一、基本信息的共享 基本信息的共享是指多个子系统共同访问校园网中相关或者相同的信息实 体。例如,在教务管理系统、科研管理系统、后勤管理系统和研究生管理系统 3 江苏大学硕士学位论文 中都涉及到有关教职工信息实体。 教师授课信息查询是教务管理系统的基本业务,其信息流如图1 1 所示; 教师科研信息查询是科研管理系统的基本业务,其信息流如图1 - 2 所示。 图1 1 教师教学与科研间信息共享示意图 根据以上数据流图可以看出,管理信息系统中出现了对部分基本信息的共 享访问。 2 、业务处理信息的共享 业务处理信息的共享是指某一子系统在处理本系统业务时,要利用其它子 系统的业务处理的结果信息。例如,某高校的财务管理系统中,计算教师课时 津贴业务流处理中,需要利用教务管理系统中的教师年度工作量统计业务处理 的结果信息。其数据流如图1 2 所示。 教师基本信息获取流程 图1 - 2 教师课时津贴业务流 4 江苏大学硕士学位论文 各高校现有的信息管理系统大都采用各个部门独立的解决方案,各部门负 责自己的业务,业务之间的交流通过人工完成。对于涉及相同或者相似实体的 基本信息采用各自存储、各自设计的策略。对于这种设计策略,存储相同对象 或者相似对象的不同部门之间的基本信息共享难以实现,不同部门之间的业务 流程难以共享。校园网内的数据共享问题就是要解决存储相同对象或者相似对 象的不同部门之间基本信息共享和不同部门之间的业务流程共享的问题。 3 、研究现状 ( 1 ) 相同实体对象公共存储的方法 该方法考虑到各个部门信息之间的关系,从整体上对校园网络信息进行规 划,设计可更新的公共抽象子集。这些子集涉及到整个校园各部门可能公用的 信息( 例如:学校基本情况信息、学生基本情况、教职工基本信息和图书信息等) 。 将该子集采用集中存储的方式存放在校园网络的公共数据中心,而各部门从该 信息子集中引用自己相关的信息集合或信息集合的部分信息。各部门也可在本 部门建立私有数据库,存储本地需求的国家标准代码和相关私有数据。这种方 法可以实现处理相同对象或者相似对象的不同部门之间基本信息共享。以教师 信息库为例,采用相同实体对象公共存储数据分布如图1 3 所示。 江苏大学硕士学位论文 图l 一3 相i 司实体对象公共存储数据分布 从图中可以看出,将教师数据库存放在公共数据中心,而研究生处、教务 处和财务处等站点的管理系统访问公共数据中心的教师信息,从而实现不同部 门对相同对象统一存储和统一管理。 本方案的特点是:数据接口相对简单;数据的管理也比较单纯;但整个系 统的运行可靠性依赖于公共数据中心的可靠性。适用于信息系统中相对静态的、 具有较为平均的访问频率和较高规范性的数据。 ( 2 ) 基于对象规范化的共享方式 所谓对象规范化共享方式就是由权威部门以全局的观点,建立共享数据的 规范化描述。校内各部门开发管理信息系统时,必须参照该规范来存储本部门 的数据。对相同实体,采用冗余存储方式进行分散式存储。 建立本学校共享信息规范方法有信息来源规范化和基于国家标准的规范化 两种。所谓信息来源的规范化主要指权威部门对数据的定义和操作建立完整的 制度。 6 江苏大学硕士学位论文 基于对象规范化的信息分散存储模式,在实现某些非对称访问数据的管理 和存储时有较高的效率。但这种模式可能会带来数据一致性的问题,因此应限 制在那些全局非对称使用的数据上,如实验设备数据库中,大部分数据由实验 室管理员更改和添加,校园内其它部门使用较少,即使使用也只是浏览性质, 此时可将这些数据存储在各实验室的服务器上。 ( 3 ) 基于系统互操作框架的信息共享机制 教育管理信息系统互操作框架( e d u c m 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 y f r a m e w o r k ,e m i f ) 是中国教育信息化技术标准委员会制定的一 套技术规范,目的是使各类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。 e m i f 架构模型 e m i f 由一个z i s 和若干应用软件代理构成。e m i f 的基本结构是:e m i f 中各应用软件以代理作为接口,通过z i s 间接实现信息交换。 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地转技给接收方代理。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。 根据以上的分析,e m i f 中的z i s 和代理实际上可以抽象为一个分布式的 可管理的消息传输与处理系统。 利用e m i f 规范在校园网内设计一个区域集成服务器( z i s ) ,并在每一个 m i s 系统中设计一个e m i f 代理( a g e m ) ,这样,每个m i s 系统成为z i s 系统 的一个组件,从而实现了数据j i 亨。其结构图如匿14 所小。, 图1 4 利用e m i f 规范实现校园月信息若享 江苏大学硕士学位论文 z i s 作为各教育管理软件之间通信的中介,处于信息交换控制枢纽的作用, 任何信息交换过程都通过z i s 间接实现。在小型局域网实现信息共享是有效的, 但是当面对分布式校园网多并发请求时,就会出现传输效率方面的问题,另外, 作为协作参与者的异构m i s 之间缺乏交互,在各个异构的应用系统之间分别定 义接口是不现实的,那些作为协作参与者的应用系统无法成为协作点,协作很 难以分布式实现。并且,单个z i s 负责与其相关的所有参与者进行通信,随着 参与者的增多,z i s 变成了性能的瓶颈,限制了集中式协作的可扩展性。 1 3 3 存在的问题 结合上述内容可以发现,上述信息共享研究主要存在以下两个问题: 1 ) 缺少自顶向下的视点:大部分研究均关注于解决了底层数据标准化的问 题,或者是局部信息共享的问题。有的主要集中于语义w e b 服务的研究【1 4 “6 】, 有的仅实现了在传统工作流系统的基础上提供对w e b 服务建模和执行的支持。 这种自底向上的方法难以适应数字化校园从全局出发的思路。 2 ) 没有充分发挥w e bs e r v i c e s 技术的优势:w e bs e r v i c e s 最突出的优势在于 它的松耦合性和可组合性,前者打破了通信实体之间的紧祸合关系,后者能够 更好的自动化实现业务流程。上述研究多数只考虑了单个应用系统服务的提供, 如何利用多个应用服务来完成更高级的业务目标尚未涉及。 为了充分利用w e bs e r v i c e s 技术的优势来解决数字化校园信息共享目前存 在的动态协作困难的问题,本文将采用自顶向下和自底向上相结合的思路,综 合考虑教育教学过程与现有信息系统所具备的功能,确定应用服务的构建思路, 并将w e bs e r v i c e s 技术的松偶合性和可组合性与信息管理系统充分结合,研究 信息系统服务之间的动态协作模型以及其中的关键技术。 1 4 选题的目的和意义 随着中国教育科研计算机网( c e r n e t ) 的建成和不断发展,各高等院校纷纷 建设校园网。校园网上应用软件的开发,也成了有关软件开发商及高等院校师 生关注的一个热点。高校校园管理信息系统是学校教学、科研和行政管理工作 中一项非常重要的基础建设。但是,首先由于高校内各单位各部门信息化进程 不一,开发工具和平台也不尽相同,它们各自开发的系统数据难以共享;其次, 伴随高校合并,出现了多校区现象,校园网络向大规模、异构方向快速发展, 跨校区业务需求逐渐增多,传统信息集成平台无法满足业务流程动态、并发和 协作的需要。在统一实现校园信息化过程中,如何实现这些信息系统数据共享, 对提高系统运行效率和性能,进而提高管理水平具有十分重要的意义。 考虑到校园网各应用系统运行情况良好,为了不影响学校各关键业务应用 江苏大学硕士学位论文 的正常运行,充分地利用和发现现有资源,综合信息资源共享服务平台采用面 向服务的s o a 架构,应用间是松耦合的,全校各业务处理和业务信息存储不会 集中在单一的服务器和数据库上,而是采用分布式层次型的处理和信息结构, 各应用系统拥有其独立的业务数据( 资源) 库和业务处理,通过信息采集交换 平台和信息共享、互操作平台,实现跨部门、跨应用的共享互联互通,既能保 证信息的全校以及跨校区共享,又符合各业务系统处理分布、信息分布的特性。 1 5 研究内容与论文结构 课题设计的重点是,在分校区和“大学城”等地理上分布,业务上有共享 需求的环境下,设计一个基于w e b 服务的数字化校园信息模型,开发一个分校 区环境下学生选课的原型系统,实现模型的部分功能,通过性能测试,验证本 模型的合理性和有效性,体现本模型的推广价值。 本文主要研究了在分校区和大学城地理环境中信息共享的问题。论文采用 自顶向下和自底向上相结合的思路,综合考虑教育教学过程与现有信息系统所 具备的功能,确定应用服务的构建思路,并将w e bs e r v i c e s 技术的松耦合性和 可组合性与信息管理系统充分结合,研究信息系统服务之间的动态协作模型以 及其中的关键技术。由于业务信息传递要跨越公共网,进一步考虑加强信息系 统间业务流程协同的安全性和可靠性以及对模型整体进行安全规划。 本论文共分七章,结构内容如下: 第一章简要介绍论文的研究背景以及合并大学以及“大学城”信息共享的需 求,进一步在分析数字化校园信息共享模式现状的基础上,发现存在的问题,提 出本文研究的目的和内容。 第二章主要结合合并大学分布式地理环境的特点,分析了现有分布式系统体 系结构模型的特点以及适用范围,明确了数字化校园面向服务架构的对等体系结 构的构建思路。 第三章详细介绍了构建面向服务架构的数字化校园信息模型中用到的主要 技术,着重于w e bs e r v i c e s 技术的松耦合性和可组合性如何与信息管理系统充分 结合,实现信息系统服务之间的动态协作的关键技术。并分析了w e b 服务与工 作流结合所带来的技术优势。 第四章主要在数字化校园信息共享需求的基础上,按照自顶向下的视点阐 述了基于w e b 服务的数字化校园信息模型的设计原理、系统架构,分析信息模 型中业务共享机制以及关键技术。然后按照自底而上的视点,阐述自治校区分 布式层次性的信息结构模式,讨论自治校区信息系统间的信息共享和互操作问 题,构建信息系统间动态协作体系结构。最后,对数字化校园信息模型进行安 全规划,分析现有w e b 服务安全模型安全机制的不足,结合已有的安全标准和 框架,搭建了数字化校园总体安全框架。 9 江苏大学硕士学位论文 第五章将信息模型中业务共享机制的理念体现在跨校区学生选课业务过程 中,设计基于w e b 服务的数字化校园信息模型原型原型系统,并对工作流引擎 的实现和异常处理机制进行讨论。其次,采用多层结构架构了安全规划原型系 统,从访问控制模型和访问控策略两方面进行分析。最后,实现了跨校选课系 统。 第六章通过对原型系统相关指标的的测试分析,验证本模型的正确性和合理 性。 第七章对论文进行了总结,指出了本模型的不足并对这些不足进行了分析和 研究,并对面向服务工作流的未来发展作了简要概述。 1 0 江苏大学硕士学位论文 第二章分布式系统的体系结构模型简介 在校学生人数的迅猛增长、学分制的实施、教学管理的多元化和教学信息 量的不断增大,必须建立学校内部各部门间以及校际间的信息交流平台。伴随 高校合并,出现了多校区现象,校园网络向大规模、异构方向快速发展,跨校 区业务需求日益增多。面对信息共享的需求和数字化校园分布式的特点,我们 有必要对分布式系统及其结构模型进行分析和整合,构建适合数字化信息模型 的结构。 2 1 分布式系统简介 分布式系纠5 4 】是其组件分布在连网的计算机上,组件之间通过传递消息进 行通信和动作协调的系统。资源共享是构造分布式系统的主要动力。资源可以 由服务器管理,由客户访问,或资源被封装成对象,由其他客户对象访问。服 务表示计算机系统中管理相关资源并提供功能给用户和应用的一个单独的部 分,服务将资源访问限制为一组定义良好的操作,为了实现有效的共享,每个 资源必须由一个程序管理,这个程序提供通信接口使得对资源进行可靠和一致 的访问和更新。分布式系统的构造面临着许多挑战:1 、异构性:分布式系统必 须基于多种不同的网络、操作系统、计算机软件、硬件和编程语言构造。2 、开 放性:分布式系统应该是可扩展的。3 、安全性:在网络上用消息传递敏感信息 时,怎样通过加密的手段来保护敏感信息。4 、可伸缩性:就必须要增加的资源 而言,如果分布式系统增加一个用户的开销是一个常量,那么这个分布式系统 是可伸缩的。5 、故障处理:任一进程、计算机或网络都可能出现故障。因此每 个组件需要清楚其所依赖的组件可能出现故障的方式,组件应当能适当地处理 每个故障。6 、并发性:分布式系统中多个用户的存在是对资源产生并发请求的 根源。每个资源必须被设计成在并发环境中是安全的。7 、透明性:此特性能够 保证分布的某些方面对程序员不可见,这样程序员只需要关心特定应用的设计 问题。 2 2 体系结构模型 体系结构模型定义了系统中组件之间的交互方式和它们映射到计算机网络 的方式。一个系统的体系结构是用指定组件表示的结构,整体目标是确保结构 能满足现在和将来可能的需要,关键是系统的可靠性、可管理性、适应性和性 江苏大学硕士学位论文 价比。 2 2 1 客户一服务器模型 客户一服务器模型是分布式系统最常应用的体系结构,图2 1 给出为了访 f 口- j n 务器管理的共享资源,客户进程与在单独主机上的一个服务器进行交互的 简单结构。一台服务器也可以是其他服务器的客户。 图2 1 客户调用单个服务器 虽然客户一服务器模型为数据和其他资源的共享提供了一个直接和相对简 单的方法,但客户- n 务器模型的伸缩性比较差,将一个服务放在单个进程中 意味着集中化地提供服务和管理,它的伸缩性不会超过提供服务的计算机的能 力和该计算机所在网络连接的带宽。为了应对上述问题,客户- n 务器模型派 生出几个变体:1 、多服务器体系结构;2 、基于代理服务器和缓存体系结构;3 、 基于移动代码和移动代理体系结构。移动代理( 和移动代码一样) 对所访问的 计算机上的资源而言是一个潜在的安全威胁,接收一个移动代理的环境应该根 据代理所代表的用户身份决定允许使用哪些本地资源它们的身份必须以安 全的方式包括在移动代理的代码和数据中。另外,移动代理自身是脆弱的 如果它们访问所需的信息的要求被拒绝,那么它们可能完不成任务。基于以上 原因,移动代理和移动代码的适用性是有限的。 它们都没有解决基本问题如何将共享资源进行更广泛地分布,以便将 访问资源带来地计算和通信负载分散到大量的计算机和网络连接中。 2 2 2 对等体系结构 在对等体系结构 5 3 】中,一项任务或活动涉及的所有的进程扮演系统的角色, 作为对等方进行协作交互,不分客户和服务器或运行它们的计算机。对等体系 结构的目的是挖掘大量参与计算机中的资源( 数据和硬件) 来完成某个给定的 任务或活动。图2 2 说明了对等应用的形式。 1 2 江苏大学硕士学位论文 俞对等搠 吾乡- r 。e 、 应用 e e 对等节点3 钠矿舭鼢嚣主 对等节点5 n s o a 的角色【5 1 】 s o a 是分布式系统架构的一种,这种架构依托于服务组件,通过接口向使 用者提供服务,服务是一种粗粒度的、由一个组件或者一组组件与应用系统或 者其他服务交互。s o a 包含服务、服务提供者、服务使用者、服务注册器和服 务代理。图2 3 说明了s o a 的五种角色。 江苏大学硕士学位论文 至三卜发布 毒旁 调用+ 二二二三量丑提供一 图2 - 3s o a 的五种角色及其关系 o s o a 服务的相关操作 图2 4 展示了服务三个角色之间的关系。 画 查找服务发布和取消 绑定 调用 图2 - 4 服务三个角色之间的关系 图2 - 4 中一条虚线把图分为上下两部分,正是因为上面一部分不是所有的 系统都需要。许多时候服务提供者直接向服务使用者提供服务描述和服务位置。 服务的发布和使用过程中包含发布服务、查找服务操作、绑定和调用服务三个 操作。服务包含两个重要的构件:服务和服务描述。 采用面向服务的s o a 架构,其灵活性和扩充性体现在: 5 2 1 ( 1 ) 包容和整合现有的和将建的各种应用和服务所采用的不同的技术平 台、技术路线。符合数字校园建设根据应用需要和实际效果确定技术平台,一 切从应用需要出发,从应用定平台,以先进、适用的技术更好地为学校教学、 科研、管理、校园生活等服务的思想。 ( 2 ) 可以按实际需求,分阶段逐步进行数字校园的建设、开发和投资。对 资金宽裕的学校可避免一次过度采购带来的资源浪费和流失,对资金不太宽裕 的学校可用不多的投资也可快速达到应用效果。 ( 3 ) 面向服务的架构与现在的主流技术相符合,以往在分布式领域,人们 倾向于提供一个有效的框架来把那些由基于组件的应用程序所构成的完全不同 的系统集成起来。但是这些体系结构,包括c o r b a ,j a v a ,r m i 等等,是固 定的,需要与后端数据结构保持紧密的一致性。如果应用在跨越i n t e m e t 的动态 电子商务框架中,这些系统的效率是不够的。为了解决这些问题,业界提出了 1 4 江苏大学硕士学位论文 一种提供松散耦合的体系结构一w 曲服务,可以重用并且适合根据业务需求修 改和扩展。 7 采用面向服务的s o a 架构,整合现有的和将建的各种应用和服务:其特点 是不影响学校各关键业务应用的正常运行,充分地利用和发现现有资源,综合 信息资源共享服务平台采用面向服务的s o a 架构,应用间是松耦合的,数字化 校园各业务处理和业务信息存储不会集中在单一的服务器和数据库上,而是采 用分布式层次型的处理和信息结构,各应用系统拥有其独立的业务数据( 资源) 库和业务处理,通过信息采集交换平台和信息共享、互操作平台,实现跨校区、 跨部门、跨应用的共享互联互通,既能保证信息的全校共享,又符合各业务系 统处理分布、信息分布的特性。 2 3 本章小结 本章主要介绍了几种分布式系统的体系结构模型,有客户- n 务器模型、 对等体系结构和面向服务架构,主要结合合并大学分布式地理环境的特点,分 析了现有分布式系统体系结构模型的特点以及适用范围,明确了数字化校园面 向服务架构的对等体系结构的构建方案。在确定了方案的基础上,下步的工 作,就是研究相关的技术,这将是第三章所要谈到的内容。 1 5 江苏大学硕士学位论文 第三章面向服务架构的相关技术分析 w e b 服务解决了不同构件平台、不同操作系统之间的互操作问题,从而使 应用系统的设计开发、组装可以按语义方式、面向服务的形式实现。借助w e b 服务,软件构件可以不再以原有的物理形态( c o m 组件、d l l 文件、a c t i v e x 控件等) 来发布,而是以一种“软构件”的形态,以一种“服务”的形式来发 布,这样的便利对于大规模的分布应用,对于快速形成超大规模的应用程序来 说是至关重要的。 3 1s o a 技术实现层次 服务是建立在组件之上的,组件是由一组相关的程序( 类、e j b 或者其他) 构成的。整个概念明确定义了s o a 的技术实现层次,也就是s o a 从技术上分 为服务层、组件层、对象层。图3 1 展示了s o a 的技术实现层次。 服务使用者 n 服务 服务层 组件层 图3 - 1s o a 的技术实现层次 对象层 服务层对外提供服务,服务对外提供粗粒度的功能访问。所谓粗粒度是对 服务使用者而言的,对于使用者来说,一项功能通过一个服务就可以完成,而 非通过若干个调用组合完成。服务通常具有上下文无关的特性,也就是说服务 是无状态的,对于服务的使用者来说不必关心自己和服务的状态,服务对所有 的调用者都是一样的处理过程,与使用者状态无关。服务是由软件实体提供的, 对于使用者来说是一个“黑盒子”,使用者不知道也不必关心服务的实现技术和 细节。 1 6 江苏大学硕士学位论文 组件层将程序组织起来对系统内部提供功能访问,组件由相互关联的程序 组合而成。组件也提供接口,但是组件的接口适用于同一技术平台,其接口是 对系统内部公开的,组件不提供对外公开的接口。 对象层是功能内部的实现细节,一系列类按照一定的模式和其他程序紧密 结合在一

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