教育管理信息系统互操作通信模型设计与实现样本.doc

教诲管理信息系统互操作通信模型设计与实现摘要：针对教诲行业信息系统互操作迫切需要，在分析既有解决方案局限性前提下，提出采用Web Services技术构建异构信息系统互操作框架，设计了异构信息系统互操作通信模型，并基于.Net平台对该模型可行性进行了实验验证与测试，同步通过对模型经济成本分析，论证了本设计是高效率低成本解决方案。核心词：教诲信息系统、互操作、通信模型、Web服务Design and Implementation on Communication Model of Education Management Information System InteroperabilityAbstract： Aiming at the urgent requirement of educational profession information system interoperability，in analyzing the deficiency of the on hand solution project，Proposes using Web Services technology to build interoperability frame of heterogeneous information system. The communication model of heterogeneous information system is designed；the feasibility of this model is conducted experimental verification and test according to the .Net platform，and demonstration this design is a high efficiency and low cost solution project，through the cost analysis of economy about the model.Keyword：Education Information System、Interoperability、Communication Model、Web Services1引言在教诲信息化发展过程中，建立了大量管理信息系统，但由于缺少关于教诲管理信息模型方面原则和规范，导致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。教诲部发布教诲管理信息化原则1正是为解决这一问题而制定，从原则已发布第1某些学校管理信息原则来看，其实质上是将国内教诲行业内各类信息进行分类，采用数据字典办法建立信息模型，以实现信息语义拟定性和一致性。与此相对，同样是针对教诲行业内信息系统互操作问题，国内外某些机构还提出了某些详细技术方案。如美国软件与信息工业协会在北美地区广泛履行了学校互操作框架（SIF，Schools Interoperability Framework）2。国内北京师范大学当代教诲技术研究所在非等效借鉴SIF基本上，提出了一种重要概念教诲管理信息系统互操作框架（EMIF，Specification for Education Management Information System Interoperability Framework）3。总结起来，既有解决方案问题在于：a无论是SIF还是EMIF，两者都是基于复杂系统对接模式来实现互操作框架通信模型，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。对于解决既有教诲MIS系统互操作问题，它不失为一种有效解决方案。但从发展来看，教诲管理信息系统需要挣脱独立解决方案实现模式，需要舍弃复杂系统连接实现办法。b规定信息语义与通信数据语义紧密耦合。正由于如此，这两种方案在设计时将信息模型和通信模型都作为原则重要内容，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大范畴修改。在这种状况下，咱们以教诲管理信息化原则1作为系统信息模型，基于Web服务技术，构建异构信息系统互操作通信模型，实现教诲管理信息系统建设中信息资源库与各单位、部门自治管理信息系统之间信息互换。2基于Web Services 异构信息系统通信模型设计在网络分布式环境下，异构信息系统“互操作性”（Interoperability）依赖两个基本：信息模型和通信模型。信息模型涉及模型构造和模型语义商定，重要解决数据互相理解问题；通信模型涉及通信系统体系构造和合同数据语义规范，重要解决数据互通问题。对于异构信息系统互操作，当前常规解决方案是基于复杂系统对接模式实现。针对每个应用，通过为其数据库编写连接代码来实现互操作性，该方案缺陷在于信息模型与通信模型间是一种紧密耦合关系，在实际应用中，一旦信息模型有变化，将直接导致通信模型大范畴修改。从发展来看，异构信息系统互操作需要挣脱独立解决方案实现模式，需要舍弃复杂系统连接实现办法。关于信息模型拟定，需要从行业自身特点出发，依照不同行业实际状况来制定原则或规范，如电力行业IEC 61850原则、教诲行业教诲管理信息化原则等。通过这些原则建立，实现信息语义拟定性和一致性。在此基本上，需要有适当通信模型来实现数据互通，基于XML技术Web Services正是建立异构系统通信模型有效手段，代表着发展方向。Web Services重要目的就是在既有各种异构平台基本上构建一种通用与平台无关，语言无关技术层，各种不同平台之上应用依托这个技术层来实现彼此连接和集成。4这样Web Services就可以将分布于不同平台上异构系统以一种柔性，松耦合方式集成为一种灵活系统，这个系统可以依照规定不同而灵活变化。2.1通信模型体系架构随着教诲信息数据中心建立，当前重要数据互操作问题存在于数据中心与下属单位信息系统之间、各单位信息系统之间、单位内部各部门信息系统之间等各种层次，为此，咱们设计如图1所示通信模型总体架构。图1 教诲异构信息系统互操作体系架构教诲信息互操作服务平台（EISP）服务注册中心（UDDI规范实现）数据互换代理A单位A信息系统数据互换节点A数据互换代理B单位B信息系统DEA数据互换节点B数据互换代理C单位C信息系统DEA数据互换节点C数据中心DEA安全模型嵌入其中该体系构造由教诲信息互操作服务平台（EISP）、服务注册中心（SRC）和数据互换代理（DEA）三个某些构成。（1）教诲信息互操作服务平台（EISP）教诲信息互操作服务平台完毕数据中心到下属单位信息系统数据互换、各单位信息系统间数据互换，它由一系列中间件、服务、Web服务接口构成。其核心组件涉及数据互换引擎、安全管理、系统管理以及Web服务接口。数据互换引擎：基于SOAP消息实现数据互换，提供数据互换模式管理、数据互换服务、基于元数据数据变换服务等。安全管理服务：重要解决数据互换过程中也许存在一系列安全问题，涉及SOAP消息安全通信、顾客统一身份管理、权限管理等。系统管理服务：实现对系统配备管理和状态监控。通过系统管理服务配备EISP各某些运营参数，服务启停控制，监控整个系统运营状态。Web服务接口：通过WSDL文档向外部应用程序和数据互换节点描述数据互换有关Web服务以及安全方略。（2）服务注册中心（SRC）服务注册中心提供针对Web服务注册管理和发布功能。各数据互换节点DEA通过EISP向SRC注册自己数据互换Web服务，EISP依照注册信息进行路由，积极调用数据互换节点数据访问服务来向数据互换节点传送数据或从数据互换节点获取数据。（3）数据互换代理（DEA）数据互换代理代表各单位信息系统来积极参加数据互换事务。依照应用需求，DEA应包括数据转换、服务发布与描述、安全方略应用等功能。数据转换：依照数据互换规定，基于元数据模型建立XML报文与关系数据库双向映射。服务发布与描述：发布本地信息系统数据互换服务，通过WSDL文档对服务接口和调用办法进行描述，并通过EISP向服务注册中心（SRC）进行注册。安全方略应用：依照EISP安全管理服务规定，建立相应安全方略执行机制，并将所使用品体安全方略通过WSDL进行描述。上述通信模型实现，重点在于数据互换机制建立。2.2 数据互换机制在异构信息系统互操作体系构造中，关于数据互换事务解决重要涉及两类：获取数据和更新数据。依照这两类数据互换，这里定义了两种数据互换机制，即“祈求应答模型”和“发布预约模型”。祈求应答模型是指当DEA需要数据时即生成一种祈求报文发送给EISP，EISP将祈求报文转发给应答方DEA，应答方DEA即反馈一种应答报文，并通过EISP转发给原祈求方DEA。发布预约模型是指当应用程序更新本地数据后即通过它DEA制作一种事件报文发送给EISP，EISP负责将该事件报文发布给所关于怀该数据其她DEA。（1）祈求应答机制当应用程序需要获取指定数据对象时，应通过DEA向EISP传递一种祈求报文。祈求报文中普通不需要指明谁是应答者，EISP就会去搜索服务注册中心，看哪些部门提供此方面服务。服务注册中心返回查询成果，接着EISP将查询到该数据对象服务所有提供者作为应答者，并将祈求报文传递给它们。在整个区域中，每一类数据对象都可以有各种应答者，并且非提供者也可以成为应答者。数据对象每一种应答者均有权等待和解决祈求，并返回一种或一组应答报文，通过EISP转发给原祈求者。DEA在发送祈求报文时也可以明确指定某DEA作为祈求应答者。这时祈求方DEA应在它祈求报文中指定应答者。EISP在收到祈求报文时会检查祈求报文中与否存在指定信息，如果存在，还要检查指定应答者与否具备应答权限。只有当上述条件满足，ZISC才会将祈求报文转发给这个指定应答者。下面举例阐明祈求应答机制实现。假设已有学生管理系统、图书馆管理系统和教学管理系统等三个数据互换节点，当前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，那么它们之间报文传递关系如下所述（见图2）：a、注册服务：各DEA通过EISP向发送注册服务报文，注册成为服务使用者。（已注册则不必重复此过程）b、提供：DEA3通过ZISC向服务注册中心发送提供服务注册报文（其中必要包括关于此服务WSDL文档描述或其URL地址），成为学生数据服务提供者。（已成为提供者则不必重复此过程）c、祈求：DEA1和DEA2分别向EISP发送祈求报文，祈求获取学生数据。d、转发：EISP接受DEA1祈求报文1，通过查询服务注册中心，指定DEA3为应答者，并将祈求报文1传递给它（同样解决祈求报文2）。e、应答：DEA3解决祈求报文1（涉及了和学生管理系统数据转换过程），返回应答报文1给EISP（同样解决祈求报文2）。f、转发：EISP接受DEA3应答报文1，将该报文转发给DEA1（同样解决应答报文2）g、转换：DEA1将接受到基于SOAP原则格式应答报文1转换为本系统内部数据格式（同样解决应答报文2）祈求报文1祈求报文2应答报文1应答报文2EISP注册服务图书馆管理系统教学管理系统服务注册中心（UDDI）本地数据和制定原则数据格式转换DEA1DEA2同上DEA3 图2祈求应答机制学生管理系统DEA3事件报文事件报文预约报文1预约报文2EISP搜索服务提供者服务注册中心（UDDI）本地数据和制定原则数据格式转换DEA2DEA1同上图3 发布预约机制学生管理系统教学管理系统图书馆管理系统（2）发布预约机制数据对象更新事件涉及数据添加、修改和删除。当应用系统更新了它数据对象时，应通过事件报文将更新事件传递给EISP。数据对象使用者（其他应用程序）如果但愿及时获取数据更新状况，应向EISP预约数据对象更新事件。预约通过向EISP发送预约报文实现。事件发布者将数据对象更新事件传递给EISP后，EISP负责将它传递给所有预约该数据对象更新事件预约者。EISP转发事件报文时不会告知原事件发布者，因而事件发布者在完毕事件发布后，就无需关怀将有哪些应用程序接受更新事件，以及更新事件与否已传递给预约者。在整个体系中，每一类数据对象都可以有各种事件发布者，但谁可以获得事件发布权限则取决于EISP访问控制管理。下面举例阐明发布预约机制实现。假定已有学生管理系统、图书馆管理系统和教学管理系统三个数据互换节点，当前图书馆管理系统和教学管理系统需要与学生管理系统数据更新同步，那么它们之间报文传递关系如下所述（见图3）：a、预约：DEA1和DEA2分别发送预约报文给EISP，预约学生数据更新事件。b、发布：DEA3在更新学生数据后即向EISP发送事件报文，发布学生数据更新事件。c、 转发：EISP将DEA3事件报文分别转发给各预约者DEA1和DEA2d、转换：各个DEA负责把网络传播中原则SOAP格式通信报文转换为各个本系统内部数据格式。3 通信模型实现与测试针对前面设计通信模型，笔者对其中核心问题进行了编程实现，重要涉及Web服务发现与注册模块、基于SOAP6和WSDL8通信模块两大某些。而后，分别对两大模块进行了实验测试与分析。本通信模型实现选取开发平台是Microsoft公司提供.NET开发平台，而选取开发语言是Microsoft公司专为网络开发定制C#语言。 3.1 基于UDDI服务发现模块实现作为一种完整通信模型，一方面需要对既有Web服务进行发现与定位，找到相应WSDL文档，再由此解析WSDL文档，从而构造相应SOAP消息实现通信。因而，咱们一方面设计了服务发现模块。本模块实现涉及到UDDI规范9。它通过向UDDI接入点（也叫做UDDI注册中心，如Microsoft、IBM等均有提供）查询提供指定Web 服务实体，获得其Web 服务描述语言（WSDL）文档，而后客户端依照这些信息，祈求相应服务。本模块中对UDDI注册中心数据库查询是通过SOAP进行通信，收到成果也是基于XML格式SOAP消息。其原理如下图4 。服务器端查找服务发布服务通过SOAP互相通信图4服务发现模块原理图UDDI注册中心（如Microsoft和IBM等均有提供）客户端图5 搜索到符合规定信息成果WSDL文挡位置上图5显示是查询某一指定服务所获得XML文档，通过计算机进一步解析，可以获得此Web 服务WSDL文挡，从而向服务器发送基于SOAP格式，且符合WSDL原则祈求消息。3.2 基于SOAP和WSDL通信模块设计和实现在本模块中，设计了一种通用客户程序端，这个通用客户端可以依照顾客所输入WSDL文献网络位置（URL）（通过上面模块获得）、或在本地磁盘位置，或者顾客直接输入WSDL字符串来进行解析WSDL文挡，进而自动生成一种或各种访问服务器端相应服务代理客户端对象。它应用就是，不论服务器端是提供什么样服务，咱们只要依照提供服务描述语言（WSDL文挡）就可以自动生成相应祈求对象，去和远端服务器通信，即一种通用界面可以访问不同部门提供不同服务，只要她给出WSDL文档。同步在本模块中还做了在应用层服务器端和客户端通信信息加密和解密扩展，以保证信息安全性。 图6 基于客户代理访问通信模式SOAPH T T PSoap祈求服务器客 户序列化反序列化XMLSoap消息客户代理SOAPXMLSoap消息序列化反序列化SOAPXMLSoap消息Soap响应XML WebServices对象启用解密启用加密Http消息(Http头+XML负载)H T T P启用加密SOAPXMLSoap消息启用解密WSDL文档通过各种方式Internet环境解析WSDL文档动态生成客户代理UDDI注册中心发布服务从上图6可以看出，本模块设计是基于解析WSDL文档来动态生成客户代理来与服务器相应服务对象通信。这也是本模块思路和重点所在，尚有一种重点就是运用了SOAP扩展技术来实现SOAP消息应用层加密，解密。也就是把封装在SOAP体中敏感信息通过SOAP扩展技术来实现加密，让加密后消息在网络中传播，再分别在客户端和服务器实行解密和其他解决。此原理图中客户端与服务器通信大体过程是：1、发布服务：服务器提供某种服务，在UDDI注册中心注册为某种服务提供者；2、发现服务：客户端想得到某种服务，通过查询此服务，而获得关于此服务WSDL文献；3、解析服务：通过解析WSDL文献，而获得关于此服务详细信息，如接口参数，访问服务地址等；4、生成代理客户端：依照获得详细信息而生成相应代理客户端。5、生成本地消息并序列化消息：产生本地格式消息（它是基于某种平台和编程语言特定格式消息），并予以序列化为所有平台都遵守统一消息格式SOAP消息格式；6、加密SOAP消息：依照需要在序列化之后加密SOAP消息中敏感信息；7、消息绑定：SOAP消息和HTTP通信合同绑定；8、服务器端祈求消息解决和响应：服务器接受消息，对需要解密消息予以解密，然后反序列化，生成本地格式祈求消息，并予以解决之后生成本地响应消息，然后又序列化为SOAP格式原则消息，接着对SOAP消息中敏感信息予以加密，并发送响应消息；9、客户端响应消息解决：客户端接受响应消息，进行解密和反序列化解决，生存本地格式数据消息。正常码图7客户端通用模块启动解密模块后接受SOAP响应消息 图8 客户端通用模块没有启动解密模块时接受SOAP响应消息乱码上面两图显示了在服务器启动了加密扩展，对发送SOAP消息加密。而客户端分别在启动解密扩展和没有启动解密扩展状况下，收到SOAP消息比较，其中一种是正常消息，一种是加密后乱码。对于此模块，它是依照获得WSDL文档，自动解析此文档，获得服务提供方提供服务有关信息，然后自动生成代理客户端。顾客通过此代理客户端和其进行通信。此方案长处是：可扩展性和伸缩性强，可以把位于不同服务器上提供各种不同服务集成在统一代理客户端下，对于那些同步需要用到位于几种不同系统上提供服务协同工作时才干完毕任务，采用此模块能较好解决问题。同步在此模块中融合了对敏感信息加解密模块，以提高通信安全性能。3.3 异构信息系统互操作性联调测试基于UDDI、WSDL、SOAP等合同，笔者设计并实现了以上模块，构建了异构信息系统互操作通信模型主体。该模型能否在互操作中获得良好通信效果，还需要进一步实验验证。依照前面设计通信模型，笔者针对国家水平考试考务解决系统中存在异构信息系统互操作问题，和笔者所在学校教师教学质量调查系统，进行了应用实现。在自助式考务解决过程中，往往存在不同部门使用异种数据库状况，如教务系统也许使用Access数据库，而图书馆数据库也许使用SQL Server，这两个部门信息系统之间存在互操作需求。通过对本方案应用，获得了不错互操作效果，实现了数据互通。3.4 经济成本分析从经济成本角度分析，采用基于Web Services 技术异构系统通信模型能很大节约成本，全面提高各个部门办事效率。由于此前解决异构信息系统通信，普遍采用为异构系统数据库编写连接代码复杂对接模式，因而对于任何两个异构系统要实现通信，就必要为其编写特定连接代码。开发好后还要针对特定系统编写对接代码进行维护管理人员培训。并且每一种系统中要部属针对不同系统对接应用特定代码，显然增长了维护成本和出错率。而采用本文中设计通信模型来解决部门异构信息系统间互相通信，能极大地节约成本，由于它规定所有系统遵循统一原则格式来传播和表达数据。并开发了一种能解析此原则格式组件，把它布置到这不同系统中，实现本地数据和原则数据之间转换，极大减少了编写代码量，从而节约了成本，减轻了系统维护工作量和出错率，同步减少了培训费用，增进了部门之间信息交流，进而提高了各个部门办事自动化效率。4 结束语本文以教诲信息化原则作为解决互操作信息模型，基于Web服务技术构建了适合教诲系统数据资源共享与交互通信模型，并详细设计了通信模型数据交互机制。本模型设计并不是采用类似于复杂系统对接办法，可以较好满足信息模型与通信模型间松散耦合规定。同步针对该模型对其核心某些进行了实现与应用测试，并获得了比较好效果。此模型设计和实现对于国内教诲信息化建设应当具备重要借鉴意义。参照文献1 JYGLBZ-XX-. 教诲管理信息化原则第1某些：学校管理信息原则. 中华人民共和国教诲部发布. .2 Schools Interoperability Framework. Schools Interoperability Framework Implementation Specification，Version 1.5. March 5，3 CELTS-40- CD 1.1. 教诲管理信息系统互操作规范（草案）. 教诲部教诲信息化技术原则委员会发布. .4 柴晓路等编著.Web Services技术、架构和应用.电子工业出版社.5 Web Services ArchitectureS. W3C Working Group. 6 Seely著. SOAP：跨平台Web Services开发技术.机械工业出版社. 7 SOAP Implementation directory EB/OL. ， 8 Steve Graham 等编著.Building Web Services With Java：Making Sense of XML，SOAP，WSDL and UDDI.机械工业出版社. 9 柴晓路.Web服务架构与开放互操作技术.清华大学出版社. 10 Russ Basiura，Mike Batongbacal. Professional ASP.NET Web Services. 清华大学出版社.11 Frank P.Coyle.XML，Web Services，and the Data Revolution.清华大学出版社.12 Ashish Banerjee Aravind Corera等.C# Web ServicesBuilding Web Services With.NET Remoting and ASP.NET.清华大学出版社.13 刘晓华. Net Web服务开发指南.电子工业出版社.14 Scott Short. Building XML Web Services For The Micosoft.NET Platform.清华大学出版社.15 Kacsuk P，Vajda F. Network-based Distributed Computing (Metacomputing) A. ERCIMC.199916 刘勇，宋继斌.应用SOAP实现. 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