智慧校园信息化建设项目总体设计方案

智慧校园信息化建设项目总体设计方案大学数字化校园软件体系结构图如图所示。整个构架包含了：表示层，应用服务层（门户应用、业务层、支撑层）和数据层（数据资源层），同时还包括系统安全体系。表示层是通过各种终端为大学全体教职工和学生提供对“数字化校园”应用平台的访问服务，通过门户系统以B/S方式提供服务，支持多种浏览器，如InternetExplorer、Mozilla、Netscape、PDA及智能手机、3G等。门户应用层是大学的数字化校园信息门户网站，提供基于统一身份认证的信息聚合和展现服务，支持个性化的页面设置。业务层是学校的各业务应用系统，包含：党务系统、邮件系统、图书借阅系统、招生就业系统、教学管理系统、求索学堂、档案管理系统、人事管理系统、科研管理系统、设备管理系统、财务管理系统、校园卡系统平台等。在今后的信息化建设中，学校陆续建设的业务管理信息系统也要整合到应用基础平台之上，使之成为数字化校园的整体之一。支撑层：用户管理和授权：提供基于LDAP标准的用户管理和授权体系服务，由目录服务器和身份认证服务器组成。与用户数据集成层共同组成企业级目录服务系统，并为实现应用间的单点登录提供数据基础。用户数据集成：同步异构系统中的用户和授权的相关信息。并与用户管理和授权平台共同组成企业级目录服务系统，为实现应用间的单点登录提供数据基础。应用集成：集成和重组各种异构系统的前端应用，推送给门户系统进行统一展现，同时实现各应用和门户系统间的集中认证、单点登录、联合授权功能。J2EE应用基础平台：提供业务服务、业务数据集成及业务接口等后端服务，是面向用户的前端应用系统的服务支撑平台。数据资源层是统一数据库平台，提供数据交换和共享的功能，同时为提供查询、报表、统计、分析预测等数据服务提供底层支撑。安全体系的建设贯穿于各个层次，贯穿于系统建设的各个阶段，它主要从网络安全、主机安全、数据安全、应用安全等角度综合考虑，保证各数据安全。技术路线针对大学用户提供包括门户、交流、查询、统计、应用集成等服务的应用平台这样一个庞大复杂的系统工程，考虑到由于未来发展变化所带来的系统的伸缩性，应用系统必须采用现代系统规范和设计，在系统设计整体化的同时，尽量减少各子系统在技术上的相互依赖性（软件对平台、软件对数据、软件对软件、平台对平台等），使任一子系统未来的减少、增加和变更，不影响到其它子系统和总系统。从而最大限度地保护既有的投资，减少对系统的维护和未来开发的投入。在应用系统整体化、功能化和规模化的同时，保证系统在技术上、经济上的可持续性发展。基于上述原则，门户的开发基于“跨平台”的Java语言和独立于开发环境的面向对象的组件技术EJBs(EnterpriseJavaBeans)，系统的主要“应用逻辑”由组件构成。以组件技术为导向的组织架构提供了系统良好的可伸缩性，使系统轻易地组合与拆分其功能模块。应用软件平台的开发及运行架构采用了三层结构（Web服务器、应用服务器和数据库服务器），从而在不影响系统其它部分情况下，保证了应用服务器与其它应用可进行有效和无缝的整合，同时支持大规模并发用户的访问。采用模版（Template)技术生成的门户网页，有效地为用户提供基于角色和权限的内容和数据服务。本项目开发采用的Java和EJBs技术及在数据交换上对XML的支持，使系统功能最优化，同时将整体系统内部在技术上的相互依赖性减至最低。编程语言应用软件是按J2EE(Java2EnterpriseEdition)规格，采用Java编程语言和服务器端Java技术（如：EJBs、Servlet、JNDI、JDBC和RMI等）开发。Java作为基于Web的软件业的公共标准，其独立于操作系统，独立于服务器的“跨平台性”，使其“一次编写，到处运行”，是最适合运行于互联网上软件的编程语言。Java相对于嵌入HTML并受限于用户端显示的编程能力有限的脚本语言，其完整的编程能力可开发具有强大“业务逻辑”的应用程序。面向对象的组件技术软件编程由依赖于特定单机从头到尾编写，到依赖于操作系统，发展到面向对象的组件技术。面向对象的组件技术是一种完全独立于硬件和操作系统的开发环境，着重于开发构成应用程序“业务对象”的可重复使用的组件，利用这些组件，像搭积木一样的建立分布式应用程序。面向对象的组件技术在异构分布环境下为不同机器上的应用提供了互操作性，并无缝地集成了多种对象系统；另一方面，大大加快了软件开发的速度，降低了软件开发和再开发的成本。应用程序的开发与运行结构大学数字化校园的开发及运行结构基于三层架构，即Web服务器、应用服务器和数据库服务器。运用这种架构可以做到：（1）将“业务逻辑”部分从Web服务器中分出，在应用服务器中用独立和完整的编程语言（而不是“脚本语言”）开发应用程序。同时使系统支持任何HTML的显示工具；（2）利用应用服务器作为访问数据库请求的“缓冲区”，重新安排、管理“请求”，采用JavaServlets引擎的多线程处理访问请求，从而极大地提高了系统响应访问数据库请求的效率和速度；（3）将应用软件平台载体的应用服务器作为与其它应用程序集成的切入点，使之可在不影响系统其它部分下与其它应用做有效和无缝集成。动态网页生成技术信息发布部分的网页生成采用模版技术。用户界面的排版和显示部分由预先制作模版承担，并支持任何标准化的HTML工具，嵌入模版的Java程序根据用户的角色和权限提取相应的内容和数据，配合模版合成针对用户的个性化动态网页。基于SOA的应用系统设计及应用集成SOA是面向服务的系统体系结构，SOA是进行系统资源整合的一种架构。根据“按需提供服务”的精神，提供通过网络访问的服务Service，以构建高度可重用的，以业务逻辑为中心的业务应用系统。符合SOA的应用系统以松耦合的方式，对外提供标准的服务调用接口。SOA是应用开发和集成的架构模式和设计原则，提供“服务”给其它应用和服务的设计方法指导思想是“软件重用”的自然进化。SOA适应系统应用集成的需求，提供了一整套指导实现模块化、封装、松耦合、重用、架构原则和模式。所以说SOA是一个企业内业务应用集成和企业间业务应用集成的设计方法、规范、软件架构思想、风格、理念，最终目标是解决软件重用、应用集成的问题。符合SOA架构的应用集成是通过参与集成的业务应用系统提供服务、或者调用其它应用系统的服务实现的。即参与应用集成的各方作为服务提供者或者作为服务消费者参与到服务的共享环境中。根据高校业务系统现状及需求，应用集成主要分以下几个层面：统一身份认证统一身份认证是通过IdentityServer等相关的SSO产品，将原有系统集成到门户平台上来。通过配置规则达到统一身份的目的。下面介绍与企业数字化校园平台（DCP）进行身份集成的流程：对于部署到同一应用服务器下的业务系统采用agentPolicy实现SSO。对于部署到不同的应用服务器下的业务系统采用加密传递登录信息的方式实现SSO。统一登录认证过程：部署在同一应用服务器下的业务系统登录过程部署在不同应用服务器下的业务系统登录过程完成以上流程中的加密、解密有多种方法，例如加密方式采用MD5算法，校验判断同时加入时间戳判断。协议密钥存储到数据库中，提供读取。以下提供MD5加密验证例子，供开发时进行测试：MD5("")=d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD5("a")=0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661MD5("abc")=900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72MD5("messagedigest")=f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0原有系统的数据集成通过其“数据导入”引擎提供了简单而有效的方法供学校和管理人员上传数据。学校管理人员可按excel上传的方式透过门户的Web界面上传数据，批量导入用户、课程、和各种组织等数据信息。《图原有系统数据集成》实时的数据交换集成数据中心支持在数据库层与学校原有系统的后台进程进行实时数据交换。通讯协议由基于XML的交易请求和响应构成，并可经由https和http/ftp在互连网上执行实时数据交换。基于SOA的ESB服务集成SOA架构如下图：ESB是面向服务的体系结构中消息、数据、控制传递的媒介，是SOA的核心组成部分。企业服务总线（ESB）：是一个基于消息的通信模块。ESB的作用：实现企业内部信息的准确、高效和安全传递。它还可以消除不同应用之间的技术差异，让不同的应用服务协调运作，实现不同服务之间的通信与整合。ESB是连接企业各种纷繁复杂应用的骨干神经系统，种种不同应用通过它整合在一起，以合理、符合业务需要的节奏连接应用程序和调节消息流量，从而达到提高效率和可靠性、加快响应速度的目的。ESB的角色分析：工具、产品VS方法、模块、模式ESB的组成模块①通道：一个sender到receiver的虚拟管道。一个初始的服务总线架构不包含任何channel；我们必须知道各个应用需要怎样通讯，然后才能建立channel来完成它。这是一种半集成化的消息传递思想，因为实质上它建立的还是点对点的调用接口，在我们的项目中不建议采用。②消息或信息：是在总线上传输的不可分割的包，是ESB乃至SOA的基础单元。为了传输数据，应用必须将数据打包成一个或多个packets，将每个packet包装成一个message，然后将其传输到一个总线上。同样的，一个receiver应用在接受到message后必须从message中提取出数据才能使用。总线应该能重复的传输message，直到它成功为止。③内部通道：最简单的情况下，总线将一个消息直接从sender传送到receiver。然而，通常在消息从sender中发出后，receiver接受到之前，有一些动作需要对message执行。举例来说，message也许需要验证或者转换。内部通道架构使用channel将多个处理步骤连接起来。④转换模块：不同的应用的数据格式很可能不同。为了调节sender和receiver之间的数据格式不同的问题，message必须经过一个中介的模块，它执行MessageTranslation的工作，将message从一个格式转换成另外一个格式，或转换成一个公共的格式。⑤服务或接收封装：大多数的既有应用程序没有内建的能力来同一个message系统交互。因此实现SOA或ESB时必须包含一个中间层，它知道应用系统如何工作，也知道服务总线如何工作，并桥接两个系统。在Bus的上下两端各有一组并列的封装，它能够使得应用发送和接受message。⑥EventD&P：由于SOA实质上是时间驱动的系统架构，任何包装好的服务只有在实际应用发生时才会被调用，所以事件检测和处理模块是服务总线的核心处理模块。Bus或系统管理：作为一个大型的消息集成系统，其面向消息的、异步、低耦合的本质使得系统更加难以调试，运行期的状态也难以跟踪，所以，我们必须有强有力的手段进行系统的运行期管理和监控，同时最好能够在运行进行动态更新，以保障系统的强壮性。组件接口规范CIS也是IEC61970标准的重要组成部分，规定组件(或应用程序)为了能够以一种标准方式和其它的组件(或应用程序)交换信息和/或访问公开数据而应该实现的各种接口。这些组件接口描述可以被应用程序用于这一目的特定的事件、方法和属性。组件接口规范定义了以下几个接口：公共服务（CommonServices，CS）给出了数据访问的一般标准，其主要内容来源于OMG组织颁布的UMSDataAccessFacilitySpecification，简称数据访问设施(DataAccessFacility,DAF)。通用数据访问（GenericDataAccess，GDA）对标准的第402部分进行了一定的扩展。高速数据访问（HighSpeedDataAccess,HSDA）描述了基于OMGDAIS的在线实时数据访问接口事项及订阅（GenericEventingandSubscription，GES）服务历史数据访问(TimeSeriesDataAccess，TSDA)服务应用安全体系应用系统在开发和使用中将受到许多来自外部使用不当、恶意攻击、破坏性使用和系统本身内部的一些缺陷带来的干扰，因此，在进行应用系统建设时，要从设计、开发、使用和维护等几个方面考虑应用系统的安全问题。具体参见安全体系描述。性能参数按照企业公司投标方案的配置，数字化校园平台的总体性能参数如下：系统运行支持>10000用户量；页访问并发用户支持1000人同时访问；系统保证7*24小时运行；平均延时：小于3秒，最大延时不超过30秒；单点登录及认证响应时间为3-4秒；支持负载均衡、可扩展性；支持远程管理。系统软件平台建设本次设计采用纯JAVA设计，支持跨平台服务，所适应的主要应用环境如下：操作系统服务器操作系统：支持主流的UNIX/Linux/Windows系统，如SUNSolaris/HP-UX/AIX客户端操作系统：支持windows2000/xp/2003/vistaIE6.0以上数据库管理系统支持Oracle9i/10g/11g数据库管理系统，建议Oracle11g应用服务器支持主流商用应用服务器，如IBMWEBSPHERE/ORACLEIAS、WEBLOGIC/SUNJES等，建议WEBLOGIC。开发平台简介本期建设项目的目标定位是建立一个统一、可持续发展的应用系统整体架构，支持业务系统的快速建模，使用户在一定程度上构建和修改完善应用业务的业务流程，实现学校内部、学校之间的业务整合、流程整合和数据整合，最终实现学校的整个立体化应用模型。因此，平台在设计上必须支持应用系统的快速构建，提供业务建模工具，采用工作流管理平台的设计开发思想并提供方便的报表生成工具，能够对新增业务或原有业务的变更进行快捷方便的开发实现，使新业务和变更业务能够无痕地融入，平滑过渡。“大学数字化校园”将以UniEAP平台作为基础，在此之上通过插件的方式插入一些组件，如我们公司现有的UniFlow、FormDesigner、NeuQuery、InfoServices、UniDRM组件；UniEAP平台提供SPI(ServiceProviderInterface)支持新的组件开发。下面就UniEAP作一些介绍。UniEAP平台是大学数字化校园平台的核心，它相当于计算机的主板，起到了最基本支撑作用；其它的组件可以方便的在其上插拔，并通过它进行通信和交流。下面分概述、UniEAP平台体系结构和UniEAP平台典型组件对UniEAP平台进行介绍。UniEAP概述UniEAP的定位UniEAP的全称是“UniversalEnterpriseApplicationPlatform”，译成汉语是“通用企业应用平台”，如果从更广义的角度来讲，可以理解为“组件框架”即(ComponentFrameWork)。UniEAP是构建于B/S架构的，以J2EE为核心技术实现模型的多层应用开发、运行的框架和平台；但它不仅仅是一个框架，它还提供了一系列的组件和工具以及相应的开发方法，进而达到快速建设应用系统的根本目的。近年来IT行业技术方向变幻莫测，技术发展一日千里，能正确理解技术、运用技术为企业构建解决方案的人员为数不多，而在实际的项目的需求中又要求用尽可能短的时间满足用户的复杂需求，这样导致一个应用系统很难在效率、稳定性、易维护性方面取得最佳平衡。UniEAP正是基于这样一种考虑而构建的一个基于Web等多种接入方式的三层结构的分布式对象模型系统。UniEAP的目标使应用系统的设计和开发人员从激烈变化的“技术洪水”中解放出来，避免重复性的劳动，避免不必要的代码维护和升级，集中精力了解用户需求，搞好业务系统的设计和开发。UniEAP平台面向业务，为应用系统提供一个分布式企业核心应用支撑平台，保证安全高速地开发系统，平台的开发遵循业界标准，具有扩展（开放）性强、高强壮性、高稳定性，屏蔽业务开发人员对基础技术的了解，促进业务模块的再利用，能针对用户需求在多种环境下应用。UniEAP不是ApplicationServer，它与BEAWeblogicApplicationServer、IBMWebSpereApplicationServer、SunJESApplicationServer、Tomcat、JBOSS均不属于同等性质产品。它是一个基于组件技术的快速开发和运行平台，它的部分组件最终同业务应用组件一起部署到ApplicationServer上。它的定位如图所示：《图UniEAP在系统层次图中的定位示意》《图MVC三层结构的框架示意》上图是典型的MVC三层结构的框架示意图，框架由逻辑隔离层和层次之间的通讯规则组成。有了框架，建设一个应用系统的主要任务就是开发各个层次上的组件，这些组件按框架约束好的“游戏规则”进行通讯协作，共同完成一笔业务逻辑，如下图所示：《图MVC三层结构组件分布》如果我们将所有的组件进行抽象、封装、抽取、归类，会发现：大部分组件都是可复用的通用组件——包括通用技术组件和通用业务组件；只能一小部分是业务专用组件。那么UniEAP到底是什么呢？UniEAP就是一个稳定的框架加一系列通用组件。如下图所示：《图UniEAP的作用》UniEAP代替不了ApplicationServer，因为UniEAP提供的所有组件都是基于J2EE规范的组件，组件本身不能运行，它们必须置身于组件容器——ApplicationServer——中才具备生命力；但ApplicationServer同样代替不了UniEAP，因为ApplicationServer所提供的功能都是最基本的功能，它不可能提供有行业特色的通用组件，UniEAP恰恰提供了ApplicationServer之上、具体业务应用之下的基础平台。有了UniEAP，B/S/S结构的工程有了一个统一的结构框架和许多可利用的组件，而且组件的家族会随着UniEAP在行业内的推广而变得越来越丰富，所有的这一切使得应用系统的开发得到了最大程度的简化，使开发人员可以完全不必在乎复杂的底层技术实现，而“聚精会神”地处理业务逻辑。UniEAP的价值面对协作范围越来越大的信息应用领域，很多人会说，J2EE不正是解决这一问题的最佳选择吗？不错，J2EE是一个卓越的多层架构技术平台。J2EE体系包括JavaServerPages(JSP)，JavaServlet，EnterpriseJavaBean，WebService等技术，这些技术的出现给应用程序的开发提供了一个非常有竞争力的选择。但怎样把这些技术组合起来形成一个适应项目需要的稳定架构是项目开发过程中一个非常重要的步骤。因此有必要实现一个优秀的系统框架，以达到如下目标：使企业级应用程序具有更好的稳定性、健壮性、高效性。使企业级应用程序具有更好的可重用性、可扩展性和可维护性。使整个系统易于增加新的功能、易于修改已有功能，将程序的改动对系统的影响降至最小。使系统调用、系统处理具有统一的流程；通过规范各层类的位置、职责来规范各个层次的开发。各个任务在架构图上都有比较好的定位，任何人能借助它很快地熟悉整个项目，把握系统的核心。使团队开发更加协调一致，通过类调用层次的分工，规范各层调用之间的接口，使团队开发的分工明确、调用方法统一。因此，一个专业的软件开发公司必须构建一个基于Web等多种接入方式的分布式对象模型系统，以及相应的开发环境和定制工具。企业集团作为中国最大的IT解决方案供应商之一，从1999年开始即研发自主产权的通用企业应用开发平台UniEAP，历经8年的开发，应用，推广，升级，现在已达到功能强大完善的V3.0。面向业务，UniEAP提供一个分布式企业核心应用支撑平台，保证：安全高速地开发系统遵循业界标准扩展（开放）性强 高强壮性、高稳定性屏蔽业务开发人员对基础技术的了解促进业务模块的再利用能针对用户需求在多种环境下应用面向未来，UniEAP保证：技术的变化不会影响业务模型业务的变化通过对系统的配置来实现UniEAP的价值可以用下图表示出来：《图UniEAP的价值》UniEAP的特点分布式体系架构技术采分布、并行的处理方式，大大减小平台的实施成本，是现在主流技术，也是典型的系统构架形式。各层间有着清晰的职责的划分，相互之间通过定义良好的接口进行访问，耦合度较低，可以相对独立的维护、修改和升级。平台的多应用支持技术，采用Web事件响应机制、负载均衡等技术统一的用户管理和权限管理遵循业界标准为了保证系统的良好开放性及代码复用率，整个UniEAP的开发遵循如下业界标准：JAVA1.4/1.5，JSP1.0/1.1，Servlet2.2/2.3，XML2.0，EJB2.0，JDBC2.0，SOAP1.1……支持多种应用环境跨操作系统（Unix、Linux、WinNT/2000/98/95…）跨数据库（Oracle、Sybase、DB2、SQLServer…）跨中间件（BEAWeblogic/Tuxido，IBMWebsphere/CICS，Tomcat，…）多种人/机交互方式（Browser、PC、MobilePhone、FAX…）提供丰富的功能组件将公用服务抽取出来，为各业务逻辑提供通用功能组件，保证系统的重用性。以组件的模式构建各层的逻辑功能，组件间通过标准接口相互协作，可以相对独立的开发各个逻辑层。UniEAP的整体结构UniEAP在整体框架上采用典型的MVC模式，在WebFramework上以当前最为流行的struts为支撑，集中了大量功能强大、灵活易用的功能组件。整个平台的结构如图所示：《图UniEAP整体结构》统一的商业逻辑模型层设计《图UniEAP中商业逻辑层设计》商业逻辑层以EJB/JavaBean技术为实现手段，提供了对象持久化及打印、邮件等商业逻辑组件。设计要点如下：用EJB和JavaBean做商业逻辑；通过统一的服务组件基类调用安全、日志、工作流、规则等引擎式服务构件；在管理管理信息系统中对象持久化是一个关键性服务，单一的数据库接口解决全部问题并不现实，因此采用由OP层统一包装，统一管理，但暴露多种操作接口的方式来解决。对象持久化接口提供面向对象和面向过程两大类，具体支持四种方式：得到connection简单的sqlexecute封装可持久化的数据总线DataSet，通过其xml接口可发送到页面）DAO（单表抽成的可持久化的实体类对象）平台在商业逻辑层还提供了许多通用业务组件，如打印、报表组件。C/S/S结构的视图层和控制层设计《图UniEAP在C/S/S结构中视图层和控制层设计》C/S/S结构的框架设计是一套经过验证是健壮稳定的架构。由于业务逻辑层采用企业公司统一的通用企业应用平台，所以在控制层最后一道任务分发环节Event调用业务逻辑服务组件时，是通用BSFactory利用“工厂”模式来获取服务组件对象的。这样做的好处是可以以透明的方式处理EJB和JavaBean的服务对象。C/S/S结构中客户端的设计要点是：GUI采用传统的Window界面，以Delphi为开发工具；客户端通过统一的动态库函数与服务端的门户MainServlet通讯，通讯的内容以XML为数据格式，整个通讯协议完全模拟SOAP协议；客户端的设计在分层基础上对类进行了适当的归类。做到类之间的调用关系明确。类的责任单一。类之间的依赖关系简单。编程实现较为方便。下面简略的介绍一下编程常用的调用关系。为了说明上的方便，图中把框架完成的调用关系去掉了。调用关系简图如下：《图客户端中类的调用关系》C/S/S结构中控制层的设计要点是：整个控制层的设计思路参考B/S/S结构中的Struts框架。MainServlet可以映射到Struts的ActionServlet，而RequstProcesser+Event可映射到Struts的Action；但与Struts不同的是它与客户端之间传递的均是XML，没有表现语义，因此它要增加XML信息过滤器、转换器等功能；B/S/S结构的视图层和控制层设计《图UniEAP在B/S/S结构的视图层和控制层设计》界面层以JSP/XML/XSL/JS技术为主要实现手段，为系统开发提供了一系列功能强大的组件，主要有以下几大类：轻型控件：封装所有的HTMLForm元素和按钮，提供显示、标准行为控制和校验功能；重型控件：包括DataWindow，目录树，Tab页等具有复杂功能属性的控件；局部刷新和对话框：采用微软提供的局部刷新控件，提供局部刷新功能，并封装通用的页面对话框；Object：Applet和COM，用于复杂界面操作和客户端本地化操作。请求控制层以Servlet技术为实现手段，综合运用struts框