齐小文

(中州大学信息管理中心,郑州 450044)

目前高校电子校务系统普遍存在着“信息孤岛”现象,即各部门同构或异构系统之间信息流通不畅、数据交换困难、资源不能共享等问题。迫切需要设计一个平台来实现跨部门、跨系统、跨异构数据库的数据交换,从而实现校内信息畅通和资源共享,进而实现高校之间的信息交流和共享,为校领导管理、决策和师生大众提供信息支持与服务。为此,设计的数据交换平台要采用统一的数据交换标准,能规范沟通相关业务系统,充分整合不同系统的数据信息资源,发掘其内在联系和规律,拓展数据资源的分析应用,对价值的信息加以提炼和发布,从而最大程度发挥数据资源的作用。

一、设计原则与目标

(一)设计原则

数据交换平台将应用于各应用系统中,涉及的部门多,接入应用复杂,各部门数据异构,而且将来需要为更多的部门提供交换服务,因此数据交换平台的设计应遵循以下原则:松散耦合、通用性、可靠性、容错性、可扩展性、安全性[1,2]。

(二)设计目标

数据交换平台通过数据交换技术实现异构数据的集成,在应用集成中将发挥重要作用。其需要实现的目标有以下几个方面:

一是提供一个基于消息传输和处理的应用集成框架,可以实现从一个系统采集数据,对数据进行加工处理,将需要的数据提交给另一个系统使用;二是提供不同系统间的数据安全可靠的传输,支持不同地域中的应用系统的集成,在继承框架中应用系统可以在一个系统中,也可以分布在不同的地域;三是支持多种数据格式 (如普通文本,XML,关系数据库等),数据交换平台提供数据格式转换功能;四是支持简单的平台管理事务功能,提供故障恢复能力,当数据处理失败时,提供重新处理功能;五是提供方便易用的平台配置工具,降低实现数据交换的工作量[3,4]。

二、总体架构及功能模块

(一)总体构架

以 XML为通用数据模型,可实现异构关系数据库之间数据交换,也为关系型数据库与其他数据结构模式的集成转换提供了便利[5]。

数据交换平台最基本的功能就是能够完成异构数据系统之间的数据交换,所以一个数据交换平台,首先起码应该能够从任意数据源按照一定的抽取规则抽取数据,然后再按照对应的规则将数据插入到目的数据库中。同时为了构建一个灵活可扩充的平台系统,平台的管理与配置功能是必不可少的;为了保证数据的安全性和平台的安全性,异构数据库数据交换平台还应该具有一定的安全保护措施。

图 1 电子校务数据交换平台总体架构

依照前述原则设计高校电子校务系统数据交换平台的总体架构如图 1所示,该设计基本能够满足:基于消息传输和处理的应用集成;提供不同系统间的数据安全可靠的传输;支持多种数据格式之间的无缝转换;支持简单的平台管理和必要的安全保障。

在该数据交换平台中,实现基于 XML的异构数据交换,采用基于模型驱动的数据映射方法,结合基于缓存的消息机制,为异构系统之间资源共享提供可靠高效的途径。同时,采用基于角色的权限访问模式,设计相应的安全保护模块,为数据交换平台的安全提供必要的安全保障。以之前对该数据交换平台的总体概述为目标,设计其功能模块如图 2所示。从图中可以清晰地看到基于 XML的异构数据交换平台主要由以下几个部分组成:

1.数据交换。主要负责在异构数据交换过程中,实现XML文档与关系数据库之间的数据抽取、数据转换和数据映射等功能。

2.平台管理。在数据交换平台中,负责日志的管理和维护,数据交换、资源的监控,以及系统维护等功能。

3.平台配置。提供注册集成、数据匹配、文件校验等功能,为数据交换平台的灵活性、可扩展性提供支持。

4.安全保障。利用身份认证、授权以及数据信息的安全存储、数字签名、加密和安全传输等机制,为数据交换平台提供可靠的安全保障。

(二)数据交换

通用异构数据库系统的信息交换,必须有一个公共数据转换模型,将关系模型映射到该公共数据模型,再将公共数据模型映射回关系模型。其数据交换原理如图 3所示。

图 3 电子校务系统数据交换示意图

图 2 电子校务数据交换平台功能模块

由于 XML纯文本与平台的无关性满足了解决异构关系数据源所需要的跨平台性;XML强大的结构性和良好的语义性满足了表达关系数据库结构和各种约束的需要;XML优良的交互性为数据转换提供了方便,使得数据易于操纵;XML的易于扩展性使得应用可以进一步扩展;XML的可格式化让转换出的结果有更多的表现形式。并且由于 XML己成为事实上的数据交换标准,因此,将 XML作为异构数据库转换的公共数据模型。

基于 XML的数据交换主要完成以下三个过程。

1.数据抽取。数据抽取采用增量的抽取方式,即当数据库中某一记录的内容修改时才会触发数据抽取,进而进行数据库内容到 XML文件数据的转换。

2.数据转换。数据抽取完成后,调用数据转换核心模块,根据源数据分别按数据类型和数据格式的转换形成XML格式文档,完成向 XML数据格式的转换。

3.数据映射。要实现基于 XML数据转换,也就是需要实现从 XML到关系型数据库的双向模式转换。

此外,数据交换平台中的数据适配器主要用于连接各种异构数据源 (包括 XML文件、部门私有格式文件、关系数据库等),针对每种不同数据源的需要开发不同的数据适配器(数据库适配器、文件适配器),通过这些适配器可以获取数据源中用于交换的数据信息并将其转化成 XML格式文档,把 XML文档转换到目标数据源中。

数据库适配器允许直接对数据库进行访问。通过数据库适配器,可以直接从数据库中获取需要的数据,并把数据转换为一条消息放到消息队列中去,或者从消息队列中获取消息之后,通过数据库适配器直接把消息解析成数据转换到数据库相应的表中。

(三)平台配置

根据用户需求的不同,系统配置也要进行相应改变。通过灵活地修改系统方案配置,可以满足不同用户的应用需求。平台配置模块结构如图 4所示。

图 4 平台配置模块结构

1.注册集成。配置各个需要集成的应用系统,将配置信息按照统一格式写入 XML文档中。

2.数据匹配。当传输的数据中包含其它表的数据信息时,配置数据匹配规则,完成数据的转换。

3.辅助信息配置。针对特定的外部系统、特定的单据或特定的接收系统,通过辅助信息配置模块在数据交换平台中进行统一配置。

4.校验文件配置。定义数据校验规则,修正因为数据规则变更而引起的数据导入错误,成功导入数据,实现各个版本的良好兼容。

(四)平台管理

平台管理是指对在数据交换平台的日常运行进行相应的维护和管理,包括日志管理、交换监控、资源监控、系统维护等模块。模块结构如图 5所示。

图 5 平台管理模块结构

1.日志管理。管理数据报送和接收的历史记录、用户操作的记录以及系统故障档案等。

2.交换监控。交换监控包括订阅数据监控、比对异常监控、换入数据监控和换出数据交换四类。

3.资源监控。监控的资源包括 CPU、内存、硬盘三类。

4.系统维护。系统维护是指数据交换平台根据需要对数据接收库进行日常维护和管理。包括数据库清理、数据的引入与引出、密钥管理、索引优化等。

[1]彭其华.网络环境下基于 XML的异构数据交换的研究[J].云南民族大学学报,2003,29(6):756-758.

[2]宋誉德,何栋,梅雪莲.在 J2EE体系结构上构建基于XML的数据交换系统[J].小型微型计算机系统,2004,24(4):778-780.

[3]邓芳.XML文档到数据库数据转换研究[J].北京邮电大学学报,2004,27(1):84-88.

[4]金世双,程景云.基于 XML的数据交换系统的研究与实现[J].计算机辅助工程,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.