任志鵬，崔廣才，王鵬

（長春理工大學(xué)，長春 130022）

隨著高校儀器設(shè)備規(guī)模不斷擴大，大型貴重儀器設(shè)備的數(shù)量逐漸增加，如何充分發(fā)揮資源共享，有效地提高設(shè)備的使用效益，為學(xué)校獲得更多的教學(xué)科研成果是一項重要的研究課題。針對大型儀器設(shè)備的使用和管理，僅加強對其維護與保養(yǎng)是不夠的，只有建立全校范圍的資源共享平臺系統(tǒng)和相應(yīng)的科學(xué)規(guī)范的管理制度，才能從根本上解決此問題［1］。大型儀器共享平臺在結(jié)合本校當前儀器管理規(guī)定及實際使用情況的基礎(chǔ)上，從儀器設(shè)備的基本信息維護、預(yù)約共享、維修保養(yǎng)、統(tǒng)計分析、Web功能及狀態(tài)顯示等方面進行了深入地分析研究，針對研究結(jié)果建立了一整套科學(xué)、完善的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了儀器設(shè)備的資源共享，提高了設(shè)備的使用效益。

1 平臺總體設(shè)計

整個平臺分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、預(yù)約申請、維修保養(yǎng)、統(tǒng)計分析、前端顯示、Web功能管理、系統(tǒng)維護統(tǒng)等七個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)通過嚴格的權(quán)限控制分別實現(xiàn)各角色之間的復(fù)雜業(yè)務(wù)，各項功能既相互獨立，又與整個平臺密切成為一體［2］。系統(tǒng)功能如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：包括大型儀器設(shè)備、單位、用戶、國標分類等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護。

（2）預(yù)約管理子系統(tǒng)：預(yù)約申請、預(yù)約使用、預(yù)約調(diào)配、預(yù)約信息交互等功能。

（3）維修保養(yǎng)子系統(tǒng)：維修申請、維修審批、智能提示、維修廠家資源等功能。

（4）統(tǒng)計分析子系統(tǒng)：預(yù)約情況統(tǒng)計、維修情況統(tǒng)計、保養(yǎng)情況統(tǒng)計、各種費用情況統(tǒng)計、設(shè)備使用情況統(tǒng)計、教學(xué)科研成果統(tǒng)計等功能。

（5）前端顯示子系統(tǒng)：信息傳輸管理、設(shè)備平面顯示、校區(qū)二維顯示、建筑物三維顯示、設(shè)備工作狀態(tài)動態(tài)顯示管理等功能。

（6）Web功能管理子系統(tǒng)：信息查詢、維修保養(yǎng)記錄、預(yù)約功能、維修基金申請、部門信息交流等功能。

（7）系統(tǒng)維護子系統(tǒng)：平臺參數(shù)設(shè)定、角色權(quán)限管理、各子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)控制等功能。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)加密技術(shù)

大型儀器設(shè)備共享平臺采用SSL體系結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)加密處理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全。

安全套接層協(xié)議（Secure Socket Layer，SSL）是指使用公鑰和私鑰技術(shù)組合的安全網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。SSL協(xié)議是網(wǎng)景公司（Netscape）推出的基于Web應(yīng)用的安全協(xié)議，SSL協(xié)議指定了一種在應(yīng)用程序協(xié)議（如Http、Telenet、NMTP和FTP等）和TCP/IP協(xié)議之間提供數(shù)據(jù)安全性分層的機制，它為TCP/IP連接提供消息完整性、服務(wù)器認證、數(shù)據(jù)電文安全傳輸以及合理的客戶端認證，其目的是保證數(shù)據(jù)電文的完整性與保密性，對信息傳遞中的資源進行加密和解密，確保數(shù)據(jù)安全完整不被改變［3］。

在TCP/IP模型的應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層中間采用SSL協(xié)議，使用TCP來作為一項穩(wěn)定的可靠保證，為了Client/Sever之間的信息交互不受到干擾和影響，并且能夠隨時地對Sever和Client進行認證。SSL協(xié)議首先完成加密操作、運行算法及加密認證，然后進入應(yīng)用層進行信息交互，所通信的數(shù)據(jù)均已經(jīng)被加密，不存在安全隱患。兩層共同工作的協(xié)議組成了SSL協(xié)議，SSL協(xié)議實際上是一個安全協(xié)議集合，由SSL存儲協(xié)議、SSL修訂密鑰協(xié)議、SSL報警協(xié)議和SSL信息交互協(xié)議組成。

SSL運行的過程中，最開始通過握手協(xié)議完成鑰匙和認證的信息互通，這個交換過程主要通過公鑰加密算法（RSA）和認證標準x.509來實現(xiàn)加密密鑰和認證的信息傳輸，在此對服務(wù)器和客戶端的信息進行合法的認證，從而開啟信息交互的道路。由于加密密鑰的算法復(fù)雜度非常高，運算范圍比較廣，僅僅采用對稱的密鑰交換，不能夠起到對整個全局數(shù)據(jù)進行加密處理的目的。所以，在執(zhí)行握手協(xié)議操作以后，要求信息交互雙方均采用對稱加密算法（3DES，AES等）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加密，進而實現(xiàn)了整個傳遞過程的全局保密性。為了防止數(shù)據(jù)被篡改、惡意回放等攻擊，在SSL進行分組包文處理的過程中引入了HMAC（Hash Message Authentication Codes），實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的進一步認證，這個環(huán)節(jié)采用的核心技術(shù)就是散列（Hash），利用了hash算法的單向性，其主要算法包括：MD5，SHA1等。

2.2 Web Service技術(shù)

Web Service也叫XML Web Service Web Service，是一項最基本的信息互通技術(shù)，它可以從網(wǎng)絡(luò)上的其它數(shù)據(jù)平臺或系統(tǒng)中接收信息和傳遞信號。使用UDDI進行身份的驗證，利用WSDL文件進行解釋表達，使用SOAP在網(wǎng)絡(luò)上提供的程序支持。

Web Service具有兩方面的意思：首先是指打包成一個信息元素并上傳到網(wǎng)絡(luò)上的各項性能的集合；其次是指各項性能的集合被指定使用后所提供的技術(shù)支持。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是一種資源共享，各用戶根據(jù)自己需要得到的資源和信息進行總體規(guī)劃，無需詳細研究資源如何而來，只需利用程序開發(fā)實現(xiàn)所需的功能即可。

Web Service的總體框架是由中介者、請求者、提供者三個角色和發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、綁定三個動作組成的。中介者把請求者和提供者的信息搜集起來，進行有序的管理和分配；提供者擁有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的資源信息，它的任務(wù)就是發(fā)布資源或提供信息給需要的用戶；請求者向提供者發(fā)送請求，利用SOAP技術(shù)進行消息傳遞，從提供者那里獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的資源信息。三個角色只是根據(jù)功能定義的，角色之間在資源信息傳遞過程中往往是重疊的，在某一個技術(shù)服務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)的提供者也可以是請求者，請求者同時也可以是提供者。發(fā)布是將某個資源信息上傳到網(wǎng)絡(luò)上，使得其它用戶能夠在網(wǎng)絡(luò)上找到該資源；發(fā)現(xiàn)則是要通過合理優(yōu)化的技術(shù)方法找到資源；綁定則是在資源的擁有者和資源的需求者中間建立的一種關(guān)聯(lián)［4］。Web Service體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Web service體系結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)接口

為促進校園信息化標準化建設(shè)，平臺各層數(shù)據(jù)接口均有明確的定義，完全支持數(shù)字校園門戶系統(tǒng)集成。平臺提供教育部及省財政廳各種系統(tǒng)的標準接口，靈活的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能，采用XML技術(shù)和其他系統(tǒng)實時通訊，參照XML數(shù)據(jù)交換格式和標準，通過數(shù)據(jù)庫級聯(lián)進行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)將部分數(shù)據(jù)接口作為Web Service對外開放，在與學(xué)校各部門使用的其它管理系統(tǒng)進行相互的信息傳遞時，也可方便快捷的在校園門戶信息平臺上實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)接口的設(shè)計實現(xiàn)，使得平臺中信息資源能夠共享到各行各業(yè)的專業(yè)軟件，聯(lián)合起來為用戶提供服務(wù)，為用戶準備了一個信息化的標準模型，從而大大地降低了工作量，提高了工作效率。平臺數(shù)據(jù)接口符合國家制定的標準，滿足用戶的的需求，讓數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的孤立的軟件形成一個整體，解決軟件格式差異所帶來的麻煩，方便用戶對系統(tǒng)進行操作，從而提高用戶使用軟件的感受。平臺具有強大的事務(wù)處理能力，接口在總體設(shè)計上不僅具有合理性，而且能夠針對各種角色的用戶，完整精確地提供信息資源服務(wù)。在錯誤數(shù)據(jù)的辨別和分析方面，也做出了較好預(yù)判，具有較強的容錯和錯誤處理功能，確保接口的安全使用，避免數(shù)據(jù)接口錯誤影響到平臺系統(tǒng)。并且接口具有可擴展性，隨著用戶的應(yīng)用程度提高可以不斷地升級。

3 平臺架構(gòu)方案

平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft SQL Server 2005，Microsoft SQL Server 2005是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺，使用集成的商業(yè)智能工具提供了企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理。前端Web服務(wù)器采用Windows NT系列操作系統(tǒng)配置IIS來布置應(yīng)用服務(wù)IIS是一種Web服務(wù)組件，其中包括Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、NNTP服務(wù)器和SMTP服務(wù)器，分別用于瀏覽數(shù)據(jù)信息、上傳下載數(shù)據(jù)、消息發(fā)送和郵件收發(fā)等方面，它使平臺能夠在互聯(lián)網(wǎng)或校園網(wǎng)上輕松簡單地發(fā)布信息。企業(yè)級的數(shù)據(jù)管理平臺應(yīng)用服務(wù)運行環(huán)境，操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Server版，其高效結(jié)構(gòu)可滿足用戶的全部功能需求，如數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性和可移植性等。

應(yīng)用UML建立模型，UML是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中一個重要的圖形化工具，它擁有易于理解、定義完善、功能多樣的特點。面向?qū)ο蟮姆治鲋饕谕晟聘鞑糠中畔⒔换?、加強對系統(tǒng)目的和任務(wù)的理解、與用戶需求保持相一致及軟件的重塑再利用等四個方面。在大型儀器設(shè)備共享平臺中應(yīng)用UML建模，就是用模型元素來組建整個系統(tǒng)的模型，模型元素包括系統(tǒng)中的類、類和類之間的關(guān)聯(lián)、類的實例相互配合實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)行為等。UML建模技術(shù)為大型儀器設(shè)備共享平臺按照儀器設(shè)備使用的實際情況及管理模式對其進行可視化，設(shè)計出一種充分展示平臺的結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造模型，對平臺模型做出科學(xué)的決策進行文檔化。

圖3 三層構(gòu)架設(shè)計

建立模型之后，對平臺進行三層架構(gòu)設(shè)計，如圖3所示。第一層是界面表現(xiàn)層，提供用戶與系統(tǒng)的友好訪問，是由用戶觸發(fā)事件驅(qū)動，在界面層編寫自定義方法對各種事件處理進行第一次代碼重構(gòu)；第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，邏輯層位于表示層與數(shù)據(jù)訪問層之間，用于業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)，每個對象擁有一個引用；第三層是數(shù)據(jù)訪問層，負責數(shù)據(jù)信息的存儲、訪問及其優(yōu)化，即對數(shù)據(jù)庫的操作都必須通過Data-Context數(shù)據(jù)基類來完成，該基礎(chǔ)類負責調(diào)用數(shù)據(jù)庫里面的所有存儲過程。由于業(yè)務(wù)邏輯被提取到Web Service上進行處理，非常有效地降低了客戶端負擔。平臺的邏輯分割降低了前期開發(fā)和后期維護的成本，系統(tǒng)的擴展性和安全性同時也大大增強［5］。

圖4 系統(tǒng)演示1

圖5 系統(tǒng)演示2

將科學(xué)合理的架構(gòu)設(shè)計，子系統(tǒng)化的平臺結(jié)構(gòu)應(yīng)用于校園網(wǎng)上，采用Browser/Server相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)既滿足大型儀器設(shè)備共享平臺用戶批量、集中申請使用系統(tǒng)，又能夠?qū)崿F(xiàn)管理員最大范圍地對數(shù)據(jù)進行操作訪問。

4 結(jié)論

基于三層構(gòu)架和校園網(wǎng)絡(luò)，通過開放式、研究性、實驗教學(xué)三種方式的設(shè)計思想，結(jié)合學(xué)校當前貴重儀器管理規(guī)定及實際使用情況，研發(fā)了大型儀器設(shè)備共享平臺，該平臺把管理權(quán)限合理分配到各角色用戶，采用先進的數(shù)據(jù)安全傳送技術(shù)和操作方便快捷的界面設(shè)計，實現(xiàn)了大型儀器設(shè)備的資源共享，提高了設(shè)備的使用效益，為學(xué)校獲得更多的教學(xué)、科研成果提供了堅實的保障。

大型儀器共享平臺的研究與實踐一方面對當前高校貴重儀器設(shè)備管理體制和管理方法進行了深入地研究，在此基礎(chǔ)上完善儀器設(shè)備管理制度，優(yōu)化儀器設(shè)備管理辦法；另一方面將研究結(jié)果運用到實際教學(xué)科研管理中，不但能夠最大限度地發(fā)揮儀器設(shè)備的使用效益，且能夠開發(fā)學(xué)生智力、啟迪學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、設(shè)計能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，極大地提高了學(xué)校的教學(xué)水平、科研水平和綜合管理水平，使學(xué)校各方面能夠得到快速發(fā)展，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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