齊小文

(中州大學信息管理中心,鄭州 450044)

目前高校電子校務系統(tǒng)普遍存在著“信息孤島”現(xiàn)象,即各部門同構(gòu)或異構(gòu)系統(tǒng)之間信息流通不暢、數(shù)據(jù)交換困難、資源不能共享等問題。迫切需要設計一個平臺來實現(xiàn)跨部門、跨系統(tǒng)、跨異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換,從而實現(xiàn)校內(nèi)信息暢通和資源共享,進而實現(xiàn)高校之間的信息交流和共享,為校領導管理、決策和師生大眾提供信息支持與服務。為此,設計的數(shù)據(jù)交換平臺要采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準,能規(guī)范溝通相關業(yè)務系統(tǒng),充分整合不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息資源,發(fā)掘其內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律,拓展數(shù)據(jù)資源的分析應用,對價值的信息加以提煉和發(fā)布,從而最大程度發(fā)揮數(shù)據(jù)資源的作用。

一、設計原則與目標

(一)設計原則

數(shù)據(jù)交換平臺將應用于各應用系統(tǒng)中,涉及的部門多,接入應用復雜,各部門數(shù)據(jù)異構(gòu),而且將來需要為更多的部門提供交換服務,因此數(shù)據(jù)交換平臺的設計應遵循以下原則:松散耦合、通用性、可靠性、容錯性、可擴展性、安全性[1,2]。

(二)設計目標

數(shù)據(jù)交換平臺通過數(shù)據(jù)交換技術實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成,在應用集成中將發(fā)揮重要作用。其需要實現(xiàn)的目標有以下幾個方面:

一是提供一個基于消息傳輸和處理的應用集成框架,可以實現(xiàn)從一個系統(tǒng)采集數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行加工處理,將需要的數(shù)據(jù)提交給另一個系統(tǒng)使用;二是提供不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸,支持不同地域中的應用系統(tǒng)的集成,在繼承框架中應用系統(tǒng)可以在一個系統(tǒng)中,也可以分布在不同的地域;三是支持多種數(shù)據(jù)格式 (如普通文本,XML,關系數(shù)據(jù)庫等),數(shù)據(jù)交換平臺提供數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能;四是支持簡單的平臺管理事務功能,提供故障恢復能力,當數(shù)據(jù)處理失敗時,提供重新處理功能;五是提供方便易用的平臺配置工具,降低實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的工作量[3,4]。

二、總體架構(gòu)及功能模塊

(一)總體構(gòu)架

以 XML為通用數(shù)據(jù)模型,可實現(xiàn)異構(gòu)關系數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)交換,也為關系型數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式的集成轉(zhuǎn)換提供了便利[5]。

數(shù)據(jù)交換平臺最基本的功能就是能夠完成異構(gòu)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換,所以一個數(shù)據(jù)交換平臺,首先起碼應該能夠從任意數(shù)據(jù)源按照一定的抽取規(guī)則抽取數(shù)據(jù),然后再按照對應的規(guī)則將數(shù)據(jù)插入到目的數(shù)據(jù)庫中。同時為了構(gòu)建一個靈活可擴充的平臺系統(tǒng),平臺的管理與配置功能是必不可少的;為了保證數(shù)據(jù)的安全性和平臺的安全性,異構(gòu)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交換平臺還應該具有一定的安全保護措施。

圖 1 電子校務數(shù)據(jù)交換平臺總體架構(gòu)

依照前述原則設計高校電子校務系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換平臺的總體架構(gòu)如圖 1所示,該設計基本能夠滿足:基于消息傳輸和處理的應用集成;提供不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸;支持多種數(shù)據(jù)格式之間的無縫轉(zhuǎn)換;支持簡單的平臺管理和必要的安全保障。

在該數(shù)據(jù)交換平臺中,實現(xiàn)基于 XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換,采用基于模型驅(qū)動的數(shù)據(jù)映射方法,結(jié)合基于緩存的消息機制,為異構(gòu)系統(tǒng)之間資源共享提供可靠高效的途徑。同時,采用基于角色的權(quán)限訪問模式,設計相應的安全保護模塊,為數(shù)據(jù)交換平臺的安全提供必要的安全保障。以之前對該數(shù)據(jù)交換平臺的總體概述為目標,設計其功能模塊如圖 2所示。從圖中可以清晰地看到基于 XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換平臺主要由以下幾個部分組成:

1.數(shù)據(jù)交換。主要負責在異構(gòu)數(shù)據(jù)交換過程中,實現(xiàn)XML文檔與關系數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)映射等功能。

2.平臺管理。在數(shù)據(jù)交換平臺中,負責日志的管理和維護,數(shù)據(jù)交換、資源的監(jiān)控,以及系統(tǒng)維護等功能。

3.平臺配置。提供注冊集成、數(shù)據(jù)匹配、文件校驗等功能,為數(shù)據(jù)交換平臺的靈活性、可擴展性提供支持。

4.安全保障。利用身份認證、授權(quán)以及數(shù)據(jù)信息的安全存儲、數(shù)字簽名、加密和安全傳輸?shù)葯C制,為數(shù)據(jù)交換平臺提供可靠的安全保障。

(二)數(shù)據(jù)交換

通用異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息交換,必須有一個公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型,將關系模型映射到該公共數(shù)據(jù)模型,再將公共數(shù)據(jù)模型映射回關系模型。其數(shù)據(jù)交換原理如圖 3所示。

圖 3 電子校務系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換示意圖

圖 2 電子校務數(shù)據(jù)交換平臺功能模塊

由于 XML純文本與平臺的無關性滿足了解決異構(gòu)關系數(shù)據(jù)源所需要的跨平臺性;XML強大的結(jié)構(gòu)性和良好的語義性滿足了表達關系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和各種約束的需要;XML優(yōu)良的交互性為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了方便,使得數(shù)據(jù)易于操縱;XML的易于擴展性使得應用可以進一步擴展;XML的可格式化讓轉(zhuǎn)換出的結(jié)果有更多的表現(xiàn)形式。并且由于 XML己成為事實上的數(shù)據(jù)交換標準,因此,將 XML作為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換的公共數(shù)據(jù)模型。

基于 XML的數(shù)據(jù)交換主要完成以下三個過程。

1.數(shù)據(jù)抽取。數(shù)據(jù)抽取采用增量的抽取方式,即當數(shù)據(jù)庫中某一記錄的內(nèi)容修改時才會觸發(fā)數(shù)據(jù)抽取,進而進行數(shù)據(jù)庫內(nèi)容到 XML文件數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)抽取完成后,調(diào)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換核心模塊,根據(jù)源數(shù)據(jù)分別按數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換形成XML格式文檔,完成向 XML數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

3.數(shù)據(jù)映射。要實現(xiàn)基于 XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,也就是需要實現(xiàn)從 XML到關系型數(shù)據(jù)庫的雙向模式轉(zhuǎn)換。

此外,數(shù)據(jù)交換平臺中的數(shù)據(jù)適配器主要用于連接各種異構(gòu)數(shù)據(jù)源 (包括 XML文件、部門私有格式文件、關系數(shù)據(jù)庫等),針對每種不同數(shù)據(jù)源的需要開發(fā)不同的數(shù)據(jù)適配器(數(shù)據(jù)庫適配器、文件適配器),通過這些適配器可以獲取數(shù)據(jù)源中用于交換的數(shù)據(jù)信息并將其轉(zhuǎn)化成 XML格式文檔,把 XML文檔轉(zhuǎn)換到目標數(shù)據(jù)源中。

數(shù)據(jù)庫適配器允許直接對數(shù)據(jù)庫進行訪問。通過數(shù)據(jù)庫適配器,可以直接從數(shù)據(jù)庫中獲取需要的數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一條消息放到消息隊列中去,或者從消息隊列中獲取消息之后,通過數(shù)據(jù)庫適配器直接把消息解析成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)庫相應的表中。

(三)平臺配置

根據(jù)用戶需求的不同,系統(tǒng)配置也要進行相應改變。通過靈活地修改系統(tǒng)方案配置,可以滿足不同用戶的應用需求。平臺配置模塊結(jié)構(gòu)如圖 4所示。

圖 4 平臺配置模塊結(jié)構(gòu)

1.注冊集成。配置各個需要集成的應用系統(tǒng),將配置信息按照統(tǒng)一格式寫入 XML文檔中。

2.數(shù)據(jù)匹配。當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含其它表的數(shù)據(jù)信息時,配置數(shù)據(jù)匹配規(guī)則,完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

3.輔助信息配置。針對特定的外部系統(tǒng)、特定的單據(jù)或特定的接收系統(tǒng),通過輔助信息配置模塊在數(shù)據(jù)交換平臺中進行統(tǒng)一配置。

4.校驗文件配置。定義數(shù)據(jù)校驗規(guī)則,修正因為數(shù)據(jù)規(guī)則變更而引起的數(shù)據(jù)導入錯誤,成功導入數(shù)據(jù),實現(xiàn)各個版本的良好兼容。

(四)平臺管理

平臺管理是指對在數(shù)據(jù)交換平臺的日常運行進行相應的維護和管理,包括日志管理、交換監(jiān)控、資源監(jiān)控、系統(tǒng)維護等模塊。模塊結(jié)構(gòu)如圖 5所示。

圖 5 平臺管理模塊結(jié)構(gòu)

1.日志管理。管理數(shù)據(jù)報送和接收的歷史記錄、用戶操作的記錄以及系統(tǒng)故障檔案等。

2.交換監(jiān)控。交換監(jiān)控包括訂閱數(shù)據(jù)監(jiān)控、比對異常監(jiān)控、換入數(shù)據(jù)監(jiān)控和換出數(shù)據(jù)交換四類。

3.資源監(jiān)控。監(jiān)控的資源包括 CPU、內(nèi)存、硬盤三類。

4.系統(tǒng)維護。系統(tǒng)維護是指數(shù)據(jù)交換平臺根據(jù)需要對數(shù)據(jù)接收庫進行日常維護和管理。包括數(shù)據(jù)庫清理、數(shù)據(jù)的引入與引出、密鑰管理、索引優(yōu)化等。

[1]彭其華.網(wǎng)絡環(huán)境下基于 XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換的研究[J].云南民族大學學報,2003,29(6):756-758.

[2]宋譽德,何棟,梅雪蓮.在 J2EE體系結(jié)構(gòu)上構(gòu)建基于XML的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)[J].小型微型計算機系統(tǒng),2004,24(4):778-780.

[3]鄧芳.XML文檔到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換研究[J].北京郵電大學學報,2004,27(1):84-88.

[4]金世雙,程景云.基于 XML的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].計算機輔助工程,2003(4):66-69.

[5]Elisa Bertino,Elena Ferrari,Vijay Atluri.The Specification and Enforcementof Authorization Constraints in Workflow Management Systems[J].ACM Transactions on Information and System Securit,1999(2):65-104.