杜月云++邢文凱

摘 要：本文針對(duì)異構(gòu)環(huán)境下在線考試系統(tǒng)的集成提出的一種解決方案，在不影響原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫到XML格式文件的轉(zhuǎn)換，使得異構(gòu)環(huán)境下的在線考試系統(tǒng)可以共享數(shù)據(jù)。重點(diǎn)論述集成異構(gòu)在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成的需求、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)、XML數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)。包括包裝器、查詢處理模塊、結(jié)構(gòu)處理模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)由不同數(shù)據(jù)庫到XML格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換集成，實(shí)現(xiàn)了在線考試信息系統(tǒng)中異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享。

關(guān)鍵詞：集成；異構(gòu)數(shù)據(jù)源；在線考試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

目前，我們已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)的典型特征就是海量的信息資源和復(fù)雜的異構(gòu)信息資源。高校作為先進(jìn)技術(shù)的開創(chuàng)者，一直走在信息化發(fā)展的前列。但是伴隨著信息化的發(fā)展和教育改革的不斷深化，傳統(tǒng)的考試形式很難滿足高校發(fā)展的需求，于是形形色色的在線考試系統(tǒng)如雨后春筍般涌現(xiàn)。但是由于前期缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，導(dǎo)致在線考試系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)異化、相互之間不能兼容，嚴(yán)重影響了在線考試系統(tǒng)的發(fā)展。如何集成異構(gòu)的在線考試系統(tǒng)，提高在線考試系統(tǒng)的效率成為高校需要迫切解決的關(guān)鍵問題之一。

2 異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)[1，2]（Heterogeneous data

integration technology）

隨著對(duì)數(shù)據(jù)集成技術(shù)的日趨成熟，現(xiàn)在既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的集成，也能夠處理文本文件等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；不僅能夠集成文本類型的常見數(shù)據(jù)，也可以集成圖片、聲音、動(dòng)畫、視頻等多媒體形式的數(shù)據(jù)；經(jīng)過數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)都具有完整性、一致性和集成性三大特征。隨著XML等新技術(shù)的發(fā)展，異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成技術(shù)的發(fā)展也從未停歇。

中間件模式通過中間件進(jìn)行異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成，它無需變動(dòng)原有系統(tǒng)中的信息管理和存儲(chǔ)方法。該模式下中間件類似于一個(gè)服務(wù)接口，它位于異構(gòu)數(shù)據(jù)源和信息管理系統(tǒng)之間。對(duì)于異構(gòu)數(shù)據(jù)中間件可以協(xié)調(diào)他們之間的關(guān)系，使異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；對(duì)于各個(gè)信息管理系統(tǒng)的用戶中間件能夠提供一個(gè)統(tǒng)一的訪問接口供用戶使用。其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

集成（Mediation）模式是中間件體系結(jié)構(gòu)的核心[3]。采用該模式我們能夠?qū)悩?gòu)數(shù)據(jù)源的各種數(shù)據(jù)信息通過專用的封裝器進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的格式，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和資源共享。用戶在該模式下可以實(shí)現(xiàn)跨異構(gòu)數(shù)據(jù)源的信息查詢功能，其實(shí)現(xiàn)過程大致如下：首先系統(tǒng)將用戶的請(qǐng)求自動(dòng)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的格式，再將這些標(biāo)準(zhǔn)的格式找到對(duì)應(yīng)的封裝器，利用封裝器將其轉(zhuǎn)化為其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源能夠識(shí)別的查詢語句，數(shù)據(jù)源經(jīng)過相應(yīng)的查詢處理后，將查詢結(jié)果交給包裝器進(jìn)行提取，最后通過集成處理后將最終結(jié)果反饋給發(fā)出查詢請(qǐng)求的用戶，普通用戶查詢時(shí)非常方便，幾乎感覺不到使用的是異構(gòu)數(shù)據(jù)源。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) （System design and implementation）

3.1 異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成的需求

目前，高校自建了很多形式各樣的在線考試系統(tǒng)，在為高?？荚囆畔⒒母镒龀鼍薮筘暙I(xiàn)的同時(shí)也存在很多問題，如各系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫多種多樣，版本也各不相同，導(dǎo)致相互之間難以兼容，給高?？紕?wù)工作帶來了很多不便，為了提高考務(wù)管理的效率，必須對(duì)異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成。主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：形成考試系統(tǒng)全局視圖；統(tǒng)一的查詢模式；實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)查詢；保持原有數(shù)據(jù)庫獨(dú)立和完整；實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的集成查詢。

3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本課題針對(duì)高校目前存在的體系結(jié)構(gòu)異化的在線考試系統(tǒng)進(jìn)行集成，首先要對(duì)目前正在使用的在線考試系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)很多是學(xué)院教師結(jié)合自己的技術(shù)和在線考試的需求自行開發(fā)，前期并沒有進(jìn)行深入的功能模塊劃分和UML建模，這就加大了數(shù)據(jù)集成的難度。為了更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，我們對(duì)所有的在線考試系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)主要有學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員三類用戶，按照功能具體可以分為題庫管理、試卷管理、成績管理、用戶管理等11個(gè)功能模塊。

3.3 XML數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)

首先，為所有異構(gòu)數(shù)據(jù)源設(shè)計(jì)自己特有的包裝器，它可以對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為能夠被識(shí)別的統(tǒng)一格式數(shù)據(jù)，并通過XML形式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。查詢處理器主要完成數(shù)據(jù)庫中最常用的查詢操作，比如查詢學(xué)生的成績。本文設(shè)計(jì)的查詢處理器能夠?qū)Σ樵冞M(jìn)行分解，將子查詢根據(jù)實(shí)際情況發(fā)放到各個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中。結(jié)果處理模塊能夠把查詢處理器得到的查詢結(jié)果進(jìn)行XML轉(zhuǎn)換，并將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行合并處理為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的XML文檔，即是將查詢結(jié)果以XML形式返回給相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

（1）包裝器

包裝器（Wrapper）處于邏輯層的最底層，它負(fù)責(zé)直接抽取數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，是XML進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的必要組件。一般情況下，所有數(shù)據(jù)源都需有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的包裝器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的提取工作。不管數(shù)據(jù)源是那種結(jié)構(gòu)化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，還是非結(jié)構(gòu)化的文本數(shù)據(jù)都要有一個(gè)包裝器使用XML將其進(jìn)行包裝，在包裝過程中不能影響原有數(shù)據(jù)源狀態(tài)，使得包裝器和數(shù)據(jù)源直接一直保持相互映射的關(guān)系。經(jīng)過包裝處理后的XML信息一般不能用于查詢條件復(fù)雜苛刻的數(shù)據(jù)，只能進(jìn)行一系列簡單的選擇。如果必須進(jìn)行詳細(xì)的信息查詢，需要XML和Xquery協(xié)同構(gòu)建一個(gè)針對(duì)數(shù)據(jù)源能夠識(shí)別的SQL查詢語句，然后使用該語句進(jìn)行查詢，當(dāng)查詢完成后需要將結(jié)果轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的XML數(shù)據(jù)模型供其他模塊使用。

包裝器還需要解決各種類型數(shù)據(jù)源與局部視圖之間的雙向映射。文中將使用XSL對(duì)用戶視圖定義，也就是用XML來解釋集成數(shù)據(jù)，用XML Schema表示集成模式中數(shù)據(jù)源間的映射。由相應(yīng)的包裝器把各數(shù)據(jù)源的本地視圖就全都溶入到全局視圖了。期間，為了方便對(duì)XML文檔進(jìn)行定位和解析，包裝器將數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DOM對(duì)象[4]。

關(guān)系數(shù)據(jù)到XML文檔的映射規(guī)則：列映射為屬性，表映射為元素[5]。屬性標(biāo)記及元素標(biāo)記都是自定義的，在Schema文件中都存放相關(guān)的描述，用來表示從關(guān)系表中所獲取的字段信息[6]。同時(shí)經(jīng)過使用屬性標(biāo)記和元素標(biāo)記，從而使得XML的文檔內(nèi)容具備了可識(shí)別性。

（2）查詢分配器設(shè)計(jì)

集成異構(gòu)數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一查詢系統(tǒng)能夠極大方便用戶對(duì)總體視圖進(jìn)行查詢，但要在后臺(tái)完成對(duì)相應(yīng)物理數(shù)據(jù)源的查詢還需要高效的查詢分析器來完成[7]。查詢分析器要能夠?qū)⒉樵兗皶r(shí)、高效并精準(zhǔn)的發(fā)送給物理數(shù)據(jù)源。高校在線考試系統(tǒng)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，并且有很多數(shù)據(jù)直接來源于實(shí)際數(shù)據(jù)庫，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的量還會(huì)進(jìn)一步增長?；谝陨锨闆r，我們需要盡早進(jìn)行權(quán)限的識(shí)別，以減少取出數(shù)據(jù)后再判斷產(chǎn)生的大量冗余數(shù)據(jù)，影響系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（3）查詢轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

查詢分配器分配到數(shù)據(jù)源的查詢采用的是統(tǒng)一的XML格式，而底層的數(shù)據(jù)源一般無法直接識(shí)別需要將其用SQL語句表示出來，這項(xiàng)工作由查詢轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)完成。查詢轉(zhuǎn)換器的工作和包裝器工作正好相反，其重點(diǎn)在于如何將XML文檔信息轉(zhuǎn)化為SQL語句。本文設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器能夠?qū)ML文檔中的相關(guān)查詢請(qǐng)求信息提取出來，并且結(jié)合底層數(shù)據(jù)源生成對(duì)應(yīng)的SQL語句。

（4）結(jié)果集成器的設(shè)計(jì)

查詢返回的信息不能被客戶端的瀏覽器直接識(shí)別，因此，需要我們對(duì)返回的查詢結(jié)果進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為瀏覽器能夠處理的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，這一過程的實(shí)現(xiàn)需要結(jié)果集成器來完成。集成異構(gòu)數(shù)據(jù)源的在線考試系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)通用查詢，并反饋全局?jǐn)?shù)據(jù)，這就涉及到針對(duì)某一個(gè)數(shù)據(jù)源的局部模式和對(duì)應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的全局模式進(jìn)行集成轉(zhuǎn)化，這個(gè)過程我們分三個(gè)過程來完成，首先進(jìn)行局部模式的比較，充分認(rèn)識(shí)局部模式的異同。其次進(jìn)行局部模式的調(diào)整，確保系統(tǒng)中模式的統(tǒng)一。最后進(jìn)行局部模式的集成，從而實(shí)現(xiàn)全局模式[8]。

（5）結(jié)果轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

結(jié)果轉(zhuǎn)換器的作用是轉(zhuǎn)換異構(gòu)數(shù)據(jù)源提供的子查詢結(jié)果為XML格式，把結(jié)果數(shù)據(jù)提供給結(jié)果集成器。結(jié)果數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換為XML Schema是設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)換器過程中重點(diǎn)要解決的問題。只有成功的構(gòu)造了的XML Schema，每個(gè)子查詢的結(jié)果以及含義才能無誤地提交給結(jié)果集成器，從而確保結(jié)果數(shù)據(jù)集成的順利完成。

結(jié)果數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換成為XML Schema的算法是這樣定義的：可以認(rèn)為異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的查詢結(jié)果體現(xiàn)為表的形式，結(jié)果表的第一行的每一列指定本列查詢的結(jié)果字段，結(jié)果表的第二行以下的數(shù)據(jù)指定每一個(gè)查詢字段所取的值。

4 結(jié)論（Conclusion）

本文通過研究傳統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成技術(shù)，以及XML技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成的方案。通過中間件技術(shù)建立XML數(shù)據(jù)集成中間件，并通過中間件來完成對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的查詢、訪問及結(jié)果合成。針對(duì)高校在線考試系統(tǒng)中普遍存在異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成問題進(jìn)行研究，提出了針對(duì)這些異構(gòu)數(shù)據(jù)做的集成方案，提出了系統(tǒng)中XML數(shù)據(jù)集成的設(shè)計(jì)方法，包括包裝器、查詢處理模塊、結(jié)構(gòu)處理模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)由不同數(shù)據(jù)庫到XML格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換集成，解決在線考試信息系統(tǒng)中異構(gòu)數(shù)據(jù)共享的問題。

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作者簡介：

杜月云（1975-），女，學(xué)士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)與研究.

邢文凱（1973-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)軟件教學(xué)與研究.