信息系统集成方法分析与探讨--标题版.doc

19信息系统集成方法分析与探讨信息系统集成方法分析与探讨数学与应用数学专业学生：陈灿指导教师：庄曰华摘要：信息系统集成就是将业务流程、应用软件、硬件和各种标准联合起来，在两个或更多的企业不同业务功能的应用系统进行实现无缝集成，建立起可供数据交流共享和应用沟通的中心系统，使现有的各个应用系统和数据库能够在新的环境下良好地运行像一个整体一样进行业务处理和信息共享，从而提高企业效率，为客户提供灵活的业务服务。信息系统集成所要解决的问题是把业务相关的独立信息系统整合起来，为用户提供一个统一的功能强大的集成信息系统。文章首先对信息系统的层次结构进行了说明，在此基础上用智慧城市的案例重点是对信息系统集成方法的分析与探讨。关键词：信息系统集成方法与技术，信息系统集成，数据集成，应用集成Abstract: Information system integration is the business process，application software，hardware and a variety of standard together，in different business functions of two or more enterprise application systems are to realize seamless integration to set up for data sharing and exchange of communication in the center of the system application，make all existing application system and database to under the new environment good operation as a whole as business processing and information sharing，so as to increase the efficiency of the enterprise，offers flexible business service for customers.The problem to be solved in information system integration is to integrate the independent information system，which provides a unified and powerful integrated information system for the users. In this paper，firstly，the hierarchy of information system is described. On the basis of the wisdom of the citys case is the focus of the information system integration analysis and discussion.Keyword:Information System Integration Method and technology，Information system integration，Data Integration，Application Integration0 引言随着信息科学的发展、组织规模的扩大和对管理需求的增强，信息系统在各行业中得到广泛的应用并迅速普及。但由于很多信息系统开发的初始目的只是为了实现相应的业务功能计算机化，在实施这些系统的早期阶段并没有考虑到不同系统之间的数据交换和协同工作； 在开发新系统时，通常没有足够的时间和理由彻底更换掉旧的遗留系统，新系统的功能必须与已有的系统、数据源相整合； 即使是建设全新的系统，也会遇到各类异构平台的技术集成等问题，实际上信息系统的集成已经成为一个非常普遍的需求。1 信息系统集成概述所谓集成，是指将分散的，各种因素或单位结合和调和成一个更加和谐的整体。根据美国信息技术协会( ITAA) 的定义，信息系统集成是根据一个复杂的信息系统或子系统的要求把多种产品和技术验明并连接入一个完整的解决方案的过程。信息系统集成能够解决以下三个核心问题： (l)数据资源整合；（2） 数据资源共享；（3）功能一体化。正是信息系统集成所具备的上述三种基本功能，能够真正做到应用集成。信息系统集成实现了真正意义上的功能一体化。2 信息系统集成的层次信息系统的层次是指信息系统的纵向抽象逻辑层次，根据系统的数据交换和功能结构，信息系统可划分为具有一般意义的数据层、业务层、表示层三个层次。数据层由信息系统的数据模型组成，主要实现数据的存储和管理，并向业务层提供开放的标准化访问接口，是信息系统的核心层；业务层主要对表示层提交的指令进行规则解释，对数据进行提取、校验、加工、写入等操作，其本质是实现数据在业务逻辑上的流动； 表示层提供系统与用户交互的界面，定义界面规则，给业务层传递数据，并根据用户指令调用业务层相关接口。信息系统的层次结构如图 1所示。数据数据数据数据数 据 层业 务 层表示层图1信息系统集成层次 3 信息系统集成的分类3.1 数据集成数据层集成是系统集成实施信息系统集成的基础。数据集成的目的是将系统集成不同的数据库集成起来，提供一种单一的虚拟数据库，这样就不会出现与核心业务不一致的多个数据库。数据集成直接和系统集成应用系统的数据库打交道，对数据库进行直接的读写操作。数据集成为系统集成应用系统提供集成的、统一的、安全的、快捷的信息查询、数据挖掘服务。3.2 应用集成应用集成为系统集成多个应用系统中的数据和函数提供接近实时的集成。系统集成要实现面向业务过程的转变，IT支持系统需要实现面向过程的集成，具有过程支持功能，而这其中必须实现系统集成应用系统的集成。系统集成应用集成通过中间件实现。中间件是包含一套使服务的连接软件，这些使能服务让运行在系统集成不同机器上的多个过程在网络上实现交互。由于中间件具有把系统集成不同的系统联合在一起的能力，所以其简化了系统集成应用集成，支持系统集成应用系统的规模和结构提供一致的服务，这些服务包括命名服务、事件服务、交易服务、管理和监控服务等。3.3 功能一体化集成功能一体化，实现多软件平台界面集成，实现多平台间的单点登录，为用户提供统一的多业务界面。功能一体化主要为操作用户带来操作上的便利，无需用户在多个业务系统之间来回切换。4 信息系统集成方法产品结构数据表编制审核批准产品结构工艺文档文件（包括结构、属性、其他说明信息）文件浏览、工艺文档Team Center4.1 数据层集成数据层集成的数据源可能是数据库系统，但更多的时候会是非传统的数据源如结构化文档等。4.1.1 数据层集成模型数据层集成模型通过共享其它系统所创建、维护并存储的数据来完成信息系统集成,实现了较好的数据级的重用和同步。数据层集成模型并不关注子系统的业务逻辑和界面表示,通过直接修改子系统的数据库或利用其数据结构进行底层集成。但数据集成模型的集成层次较低,仅仅能提供数据级的重用和交互,在集成的新系统中必需重写业务逻辑和界面表示,导致新系统创建和维护的成本高昂,且由于数据结构紧密内嵌于业务逻辑,数据结构的变化将导致整个系统集成的失效。数据层集成模型如图2所示子系统n子系统1数据集成层数据层数据层表示层业务层业务层业务层业务层表示层集成业务层业务层业务层业务层业务层表示层图2 数据层集成模型4.1.2 数据层集成的方法4.1.2.1 物化集成方法物化集成方法的典型代表是数据仓库系统，该方法将各信息源的数据事先装载到数据仓库中，所有的查询只针对数据仓库中的数据进行。4.1.2.2 虚拟集成方法数据仍保存在本地信息源中，仅增加了一个虚拟的集成视图以及这个视图与数据的映射关系，用户可以通过虚拟视图了解到数据的存储位置、存储方式等情况，然后直接从数据源获取数据。下面是集成方法的详细说明：1、数据仓库系统数据仓库系统需要建立一个存储数据的仓库将数据源中的数据定期通过信息抽取工具进行过滤提取，并装载到数据仓库中。所有的查询都由数据仓库根据其保存的信息来支撑。这种方法最大的优点在于能够保证快速高效的查询，但查询的数据缺乏时效性。图3是数据仓库系统的一般体系结构： 图3 .数据仓库系统的一般体系结构数据仓库（DW）技术的不断成熟，企业的数据逐渐变成了决策的主要依据。数据仓库中的数据是从许多业务处理系统中抽取、转换而来。【应用】农业、食品和化工集团Agrofert 发现，随着企业的快速发展，旗下子公司已经有 160 多个不同的系统在运行。很难提供统一的报告，而且支持和许可成本也不断上升。如果每新购一个系统就扩大一次基础架构，显然不是一种可以扩展的战略。Agrofert采用 SAP ERP 应用程序作为其部分子公司的共享服务，目的是将其逐渐推广到整个企业，这些应用程序在两个地点的 IBM Power Systems 服务器上集中管理。公司从混合数据库环境（包括 Oracle 和 Microsoft SQL Server）迁移到 IBM DB2，将IBM DB2 作为其标准数据库，同时还为关键的业务数据部署集中的存储系统。迁移后，不再需要本地系统，能够极大地降低管理、支持和许可成本；借助IBM DB2 可降低许可费用，简化管理并减少员工教育及培训；整合的存储有助于降低成本，而 IBM DB2 深度压缩会降低总体存储需求；总成本估计减少 20%。2.联邦数据库系统联邦数据库系统是一些彼此协作而又相互独立的单元数据源的集合，但所有数据源都添加了彼此访问的接口，实现了各个数据源之间一对一的连接，每个数据源之间都可以交互。但这种系统如果有n个数据源两两之间都要进行交互，则需要写n(n-1)个接口来支持相互查询。3.中间件系统中间件系统通过包装器对数据进行包装和转换，把底层的数据转换为统一的数据模型。上层应用对中间件进行查询，中间件再将查询转换为基于各局部数据源的模式查询，各数据源的包装器将结果抽取出来，最后由中间件将结果集成并返回给用户。中间件系统并不将各数据源的数据集中存放，数据仍存储在局部数据源中。中间件是信息源中数据的一个视图，其中并没有数据。中间件所包括的范围十分广泛，针对不同的应用需求涌现出多种各具特色的中间件产品。在不同的角度或不同的层次上，对中间件的分类也会有所不同。由于中间件需要屏蔽分布环境中异构的操作系统和网络协议，它必须能够提供分布环境下的通讯服务，我们将这种通讯服务称之为平台.平台分为以下主要几类：远程过程调用（Remote Procedure Call）中间件（Message-Oriented Middle ware）对象请求代理（Object Request Brokers）它们可向上提供不同形式的通讯服务，包括同步、排队、订阅发布、广播等等，在这些基本的通讯平台之上，可构筑各种框架，为应用程序提供不同领域内的服务，如事务处理监控器、分布数据访问、对象事务管理器OTM等。平台为上层应用屏蔽了异构平台的差异，而其上的框架又定义了相应领域内的应用的系统结构、标准的服务组件等，用户只需告诉框架所关心的事件，然后提供处理这些事件的代码。当事件发生时，框架则会调用用户的代码。用户代码不用调用框架，用户程序也不必关心框架结构、执行流程、对系统级API的调用等.面向消息的由框架负责完成。因此，基于中间件开发的应用具有良好的可扩充性、易管理性、高可用性和可移植性基于目的和实现机制的不同。IBM MQ Series是IBM的消息处理中间件。Tong LINK/Q是面向消息的中间件。【作用】（1）进程管理，包括启动服务进程、为其分配任务、监控其执行并对负载进行平衡。（2）事务管理，即保证在其监控下的事务处理的原子性、一致性、独立性和持久性。（3）通讯管理，为客户和服务之间提供了多种通讯机制，包括请求响应、会话、排队、订阅发布和广播等。（4）事务处理监控，能够为大量的客户提供服务，比如飞机定票系统。如果服务员为每一个客户都分配其所需要的资源的话，那服务员将不堪重负。但实际上，在同一时刻并不是所有的客户都需要请求服务，而一旦某个客户请求了服务，它希望得到快速的响应。事务处理监控在操作系统之上提供一组服务，对客户请求进行管理并为其分配相应的服务进程，使服务员在有限的系统资源下能够高效地为大规模的客户提供服务。3.基于XML的方法XML是由W3C推出的新一代数据交换标准，是一种简单的数据存储语言，它使用一系列简单的标记来结构化地描述数据，可以标记任何一种事物。XML在描述数据内容的同时能突出对结构的描述，并部分地描述了计算机程序对它的处理行为。基于XML的方法将需要交互共享的数据转换为XML标准文档，以实现数据在结构上的统一，再对XML标准文档进行集成。目前，以关系数据库、对象数据库或者是NXD为存储手段，以XML为交换载体的数据管理是一种趋势。4.2 业务层集业务层集成以“业务逻辑”为集成对象，主要实现离散的业务应用的功能衔接和跨系统的功能调用，使某些关键业务能够跨越分散的系统得以执行，并提供新功能。业务层集成必须建立在对企业现有业务流程的准确理解和有效重组的基础之上，而不仅仅只是软件技术的应用。不管是简单的权限审查还是复杂的产品设计制造，企业的业务流程总是已有的，这就要求系统设计者基于现有的企业组织结构，在与企业管理者有效沟通的前提下，对现有业务流程进行分析、分拆、优化和重组。4.2.1 业务层集成模型业务层集成模型通过对一系列逻辑上相关的业务流程进行设计和重组，对子系统的业务层进行改造，形成新的集成业务层。业务层集成更加关注功能的重用，而不仅仅是数据层表示层业务层业务层业务层业务层子系统n数据层表示层业务层业务层业务层业务层表示层集成业务层子系统1 图4.业务层集成模型单纯的数据，通过合理的业务集成，系统将具有很好的可重用性。下图4是业务集成模型4.2.2 业务集成的方法传统的信息系统业务层集成方法1.相应语言代码的业务流程的重写企业组织结构的调整、业务流程的变更都必须对系统进行重新设计和编码。（成本高昂，维护升级困难，已经不能适应企业发展对业务流程的持续变革与优化的要求。）近年来信息系统业务层集成方法2.面向服务架构(SOA)面向服务的体系结构，是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。特别是作为实现SOA的Web服务技术，在信息系统中获得了广泛应用。系统业务层通过对遗留系统进行服务包装，将遗留系统的功能提供为一个基础Web服务，或者是直接实现一个新的Web服务来提供基础Web服务。3.通过直接编程或者是Web服务编制技术来进行合成表示层通过调用基础Web服务和合成Web服务，来实现相应的系统功能。在基于Web服务实现的SOA架构系统中，业务流程的各个任务主要由Web服务来完成(也有需要由用户来完成的任务，如数据录入等)。业务层的集成则主要依赖于服务的编排，业务流程执行语言为业务层的集成提供了很好的支持。XMLXMLXMLXMLSOAPXMLXMLSOAP表 示 层服务包装服务合成业务流程基于Web服务的业务层集成方法如图5所示。图5. 基于Web服务的业务层集成方法4.3 表示层集成数据表示，数据的加密、压缩、格式转换。对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用。大多数应用程序的表示层对于该应用程序的成败常常都是至关重要的。表示层实际上代表了用户和应用程序其余部分之间的接口。打个比方说，它就是轮胎和路面接触的地方。如果用户与应用程序的交互方式不能使他们以高效和有效的方式执行自己的工作，那么应用程序在总体上的成功将大打折扣。 表示层是向用户提供对应用程序的交互性访问。在设计这个层时，人人都希望向用户提供适当的用户体验，使用户能够以有效和高效的方式与应用程序进行交互。当然，在构建这个层的体系结构然后实现它时，还需要充分地考虑业务的开发、维护和运行需要。为应用程序的表示层选择正确的体系结构，对于实现这些目标来说，极其重要。 4.3.1 表示层集成模型表示层集成模型通过重写界面规则，对信息系统的入口进行链接，形成统一的用户界面，而实际上用户的每个交互动作都被映射到子系统的业务层，对业务的处理仍通过子系统独立工作完成。表示层集成易于实现，对于遗留系统的集成，是一种迅速有效且成本低廉的方法，但表示层集成的集成度低，灵活性较差。表示层集成模型如图6子系统n子系统1 数据层表示层业务层业务层业务层业务层数据层表示层业务层业务层业务层业务层集成表示层图6表示层集成模型4.3.2 表示层的集成方法1.界面重写2.窗口嵌入3.Portal门户技术是比较典型的基于Web的应用系统表示层集成技术，BEA、Sun、Microsoft、IBM、Vignette等公司都对Portal门户技术提供了良好的支持。Portal是一个可插入新功能或者扩展的框架，可以将企业现有的信息系统通过Portal来进行封装，提供给用户使用，实现了低成本的系统集成，且Portal在实现一致的界面表示的同时，实现了个性化的内容聚合、单点登陆等功能。4. 微软的组合界面应用程序块集成框架实现了可扩展的智能客户端用户界面，即将一些相对简单的子系统的用户界面组合起来，创建一个综合的界面集成解决方案，但同时允许各子系统的后台系统独立地进行测试、部署、运行、升级和更新。组合界面应用程序块集成框架通过实现一个后台的集成层，利用旧的子系统为这个集成层提供服务，集成系统的界面使用集成层的接口来满足用户的使用需求，从而实现了表示层的集成。5 信息系统集成在智慧城市中的应用5.1 智慧城市主要建设内容根据住建部发布的智慧城市建设相关文件，智慧城市建设大致包含以下内容：1. 城市智能交通系统2. 能源管理系统3. 水资源管理系统4. 医疗卫生5. 公共安全6. 城市指挥中心5.2 信息系统集成的步骤智慧城市信息系统集成的过程是一个循序渐进的递归过程，它的集成包括以下步骤：1 智慧城市运行体系的制定与规划2 建立公共数据库3 构建模型4 系统改造5 应用集成6 提供交互服务7 管理评估体系8 加速集成过程。这些步骤构成了一个闭环体系，从而使信息系统集成的过程具有了可持续发展的特点。5.2.1运行体系的制定智慧城市的运行体系构成：1 标准与评估体系2 安全与保障体系3 创新与发展体系4 运营与管理体系运营与管理体系包含：a. 智慧城市服务价格体系b. 分配体系和支付体系。智慧城市的技术标准规范和各类制度规范是支持智慧城市健康发展的基石，只有制定出统一的标准，智慧城市各组成部分才能协同共享，发挥出更大的效能。5.2.2 信息基础设施的建设信息基础设施的建设包括：公共信息采集设备的建设、公用交互控制设备的建设、网络基础设施的建设、云数据中心的建设和云计算中心的建设、呼叫中心的建设。1、公共信息采集设备的建设通过合理规划，建设足够数量和密度的信息采集和监测站点，自动获取各类原始信息，形成可靠的基础数据来源，提升对城市运行感知监测能力。重点加速公 路、铁路、环保、气象、水电气等城市公用事业、基础设施及管理领域的监测设备的建设，建立先进的地下管网、交通、电 力、供水、供气等行业监测、控制与管理系统，大幅提高基础设施的可控性、安全性和可靠性，显著提升城市管理的精细化、人性化和智能化水平，努力营造安全、有序、祥和的城市环境。2、公用交互控制设备的建设公用交互控制设备的建设包括：公用交互设备的建设和公共控制设备的建设。其中的交互设备指的是信息亭、交通诱导屏等智能终端设备；而公共控制设备指的是对公路、铁路、环保、气 象、水电气等城市基础建设进行自动 化控制的设施。在行政机关、机场、车站、码头、广场、医院、学校、公园、宾馆酒店、商业 街区、餐饮场所、休闲娱乐场所、会展中心、旅游景点、体育场馆、高新园区等主要人员聚集区设立信息亭，为公众提供便民服务。在高速公路、城区主干道、城区主要出入口设立交通诱导屏，及时提供市区交通信息，有助于营造良好的交通秩序。3、网络基础设施的建设智慧城市的网络基础设施的建设包括三个层面的建设。a. 市民保证市民在任何时间任何地点都能方便的上网使用智慧城市的应用；b. 设备任何设备在任何时间任何地点都能通过泛在网络相互联通；c. 网络异构网络间的互联互通。在现有网络基础设施的基础上，向下一代网络新技术发展，提高网络的服务性能和网络的覆盖范围。4、云计算中心的建设云计算中心可以采取大规模集中建设，安全性相对较高，易于管理，总成本相对较低，但一次性投入较大，特别是机房的建设，工程相对复杂，包括机房的规划和设计，精密空调、冷水机组、冷却塔、高低压柜、不间断电 源等设备的安装，光缆、电缆的敷设等。也可以根据城市实际需求，分布式部署，阶段性扩充。5、云数据中心的建设智慧城市数据中心云存储结构由存储层、基础管理层、应用接 口层、访问层组成。其中，存储层是智慧城市数据中心的基础，包括硬件存储设备及存储设备管理系统。基础管理层通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现数据中心的多个存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。对于应用接口层来说，不同的智慧应用可以根据实际业务类型，定制不同的应用服务接口。任何一个授权用户都可以通过标准的公用应用接口来登录数据中心，但使用的应用不同，对应的访问手段也不完全相同。6、呼叫中心的建设系统除具有普通呼叫系统的电话接听、事件记录 、话务管理等功能外，还具有事件分派功能，可对来电诉求按业务分类分派至与平台相连的各部门业务系统中进行处理，并获得业务系统的处理反馈。该系统具有很强的扩展性，可适应各种类型的呼叫服务与事件处理。5.2.3 公共数据库智慧城市的数据库分为四大类，分别是：公共基础数据库、公共业务数据库、公共服务数据库和实验样本数据库组成。1、公共基础数据库公共基础数据库的建设包括人口数据库建设、法人数据库建设、地理空间数据库建设及建筑物数据库建设等四大类数据库的建设。公共基础数据是基础且变化频率相对较低的信息资源，是城市公共数据的“纲”。公共基础数据可由法定管理单位提供。2、公共业务数据库公共业务数据库是基于公共基础数据库的业务性扩展数据库。公共业务数据由根据业务应用需要而扩展的各类指标项构成，是一种动态的、不断扩充的业务数据模式，是城市公共数据的“目”，指标项来自各类智慧应用的建设。3、公共服务数据库公共服务数据库由各类专题应用类数据库构成。公共服务数据库建设包括智能卡数据库的建设、管网信息数据库建设、征信数据库建设、电子标签综合监管数据库建设、信息安全认证数据库建设、信息安全监管数据库建设、信 息安全灾备数据库建设、公共数据挖掘库建设等八类数据库的建设。4、实验样本数据库实验样本数据库的建设是为避免开发、测试过程中对智慧城市系统的正常运行造成影响，同时也为避免隐私数据、保密数据和付费数据的泄露而建立的数据库。实验样本数据库中的数据来源是在前三个数据库即公共基础数据库、公共业务数据库、公共服务数据的基础上，经过仿真而生成的数据，非真实数据。智慧城市总体结构如图7：用户层政府部门企业公众制度安全保障体系政策标准保障体系智慧应用智慧建设与直居智慧管理与服务智慧产业与经济公共信息平台门户系统接口与服务系统运行管理服务系统目录管理与服务系统数据整合服务系统数据交换服务系统支撑数据公共数据库公共基础数据公共业务数据公共服务数据其他数据公共设施云计算管理系统网络资源计算资源存储资源感知层天：卫星空：飞机地：感知设备网络层电信网广播电视网互联网5.2.4 公共信息平台公共信息平台建设是实现城不同部门异构系统间的资源共享和业务协同，有效避免城市多头投资、重复建设、资源浪费等问题，有效支撑城市正常、健康的运行和管理。5.3 智慧城市数据集成的方法分析5.3.1 信息资源管理基础标准信息资源管理基础标准，是指决定信息系统质量和进行信息资源开发利用的最基本标准。这些基础标准有以下五类 ： 数据元素标准。 信息分类编码标准。智慧城市中的公用交互控制设备的建设，就用到了信息分类编码标准。例如公用交互控制设备的建设包括：公用交互设备的建设和公共控制设备的建设。其中的交互设备指的是信息亭、交通诱导屏等智能终端设备；而公共控制设备指的是对公路、铁路、环保、气 象、水电气等城市基础建设进行自动 化控制的设施。在行政机关、机场、车站、码头、广场、医院、学校、公园、宾馆酒店、商业 街区、餐饮场所、休闲娱乐场所、会展中心、旅游景点、体育场馆、高新园区等主要人员聚集区设立信息亭，为公众提供便民服务。 用户视图标准。 概念数据库标准。逻辑数据库标准。5.3.2 数据模型的建立数据模型是对全部管理数据的内容和关系的抽象。数据模型建立的过程主要是进行分析、综合与抽象化的过程。用户视图分析。用户视图是一些数据的集合，它反应了最终用户对数据实体的看法，包括单证、报表、账册和屏幕格式等。用户视图是数据在系统外部（而不是内部）的样子，是系统的输入或输出的媒介或手段，常用的用户视图有纸面的（单证、报表等）和电子的（屏幕格式、表单等）。建立概念数据模型。概念数据模型信息系统中也称信息模型，它以实体之间的关系为基础(即：Entity-Relation Ship,俗称E-R图)建立的，概念数据模型主要作用是从用户的角度出发，去表达信息系统，对信息进行建模。概念数据模型主要用于数据库的概念级设计。是数据库设计的第一阶段，概念数据模型由智慧城市实体大类组成。每一个实体大类可形成一个主题数据库：定义主题数据库应以业务知识和经验为基础。建立逻辑数据模型。逻辑数据模型是系统分析设计人员对概念数据模型的进一步分解和细化，把概念数据库演化为逻辑数据库。在关系数据库模型中，逻辑数据库是一组规范化的基本表，主要工作是采用数据结构规范化原理与方法