基于SOA的数字校园应用建设与服务集成研究

王进华 陈火荣

摘要

数字校园是创新强校的核心工程，本文对其现状和传统模式进行总结，采用虚拟化技术和面向服务架构SOA进行数字校园的应用建设和服务集成。基于标准协议的Web服务技术对服务内部的实现细节进行封装，完成异构信息的交换，克服了结构复杂、兼容性差、厂商依赖性大的缺陷。基于SOA的数字校园建设将服务集成由业务重构模式转变为柔性扩充模式，解耦软硬件，实现了服务安全可靠、应用动态扩充、资源环保高效。

【关键词】面向服务架构 数字校园 Web服务服务集成 异构信息

1 数字校园应用建设与服务集成现状

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020年）》明确指出各级学校必须开展校园信息化建设，教育云平台是校园信息化的基础，构建基于教育云平台的数字化校园，是教育信息化的重要环节。

“数字化校园”概念由美国克莱蒙特大学教授凯尼斯·格林（KennethGreen）于1990提出，经过20多年的发展，数字化校园建设成效卓著。數字化校园是信息技术与教育教学的深度融合，包括数字资源、应用服务和基础设施，实现网络化的信息产生、管理、传播和使用方式，培育形成信息化、智能化的校园环境三个部分。

传统的数字化校园建设和应用会面临信息孤岛、高投入、低效率、高能耗、低可用等方面的问题，主要有：

1.1 服务集成困难

传统数字校园的建设模式主要有接口集成、应用集成和界面集成，采用的多是重构业务系统或部分系统集成的方式。

1.2 应用成本高

传统数字化校园往往是一套设备对应一个应用系统、分散管理，但应用系统种类繁多、规模庞大，每个应用系统需要配置专业管理人员，从而导致数字化校园的建设成本不断膨胀。另外，为了解决硬件单点故障的风险，关键应用系统通常采用主、备服务器来支持，这就需要更多的服务器资源，资金投入也就更多。

1.3 资源利用率低

传统数字化校园软件系统和的设备是紧耦合的，单机配置易出现高配或低配现象，硬件资源不能进行集中管理和性能调优，不能根据应用需求和运行状态进行动态配置和回收利用。根据统计，对于传统方式的服务器应用，其平均利用率在5-15%之间，造成资源的浪费。

1.4 扩展周期长，运维困难

传统数字化校园在扩展时需要根据应用重新进行设备和系统的规划设计、安装、部署，整个流程周期长、效率低，不利于教育信息化的推进。在这种模式下一个技术人员一般最多只能管理20台左右的服务器，众多服务器管理的工作量和工作难度常常让技术人员苦不堪

1.5 应用服务可靠性低

传统数字化校园服务器和应用系统面临着部件更换、系统升级、应用迁移造成的计划内宕机;以及由于硬件故障、软件故障、人为失误故障造成的计划外宕机。一旦发生宕机，应用服务全部失效;处理时间长短不可控，服务的终止与恢复具有不缺定性。

1.6 存在安全隐患

由于应用服务缺乏在线无中断热迁移功能，传统数字化校园服务器的容灾容错性能比较差，当系统出现宕机（例如硬盘损坏）时，会出现数据丢失的安全隐患。且不能集中管理，数字化校园信息系统的安全保护工作也不能协调一致。

通过采用SOA框架，将传统数字校园的集成模式转变为应用系统之间基于标准协议对话的模式，使应用系统可以通过校园网进行数据、信息及服务的交换。

另外一方面，面向服务架构SOA（ServiceOriented Architecture）是在多个应用和部门间共享业务逻辑和数据的一种设计风格;云计算技术则通过虚拟化实现了业务与硬件的解耦，具有超大规模、快速弹性部署、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、可量化按需服务、服务泛在访问、资源池化整合、廉价等特征，并得到高速发展，其特色是将所有服务器的计算、存储、网络等资源集中起来，运用虚拟化、动态迁移、自动化在内的诸多技术方法，整合已有资源，形成可以供用户按需索取的资源池。云计算技术安全可靠的数据存储和强大的计算服务能力对数字化校园的规划和建设产生积极的影响，解决传统数字化校园建设中的问题，优化资源配置及管理模式，推动教育资源的共建共享，方便师生快捷地获取所需资源和服务，更高效地开展学习和科研工作。

2 基于SOA的数字化校园建设需求和应用规划

经过前期建设，罗定职业技术学院校园网总出口带宽为3Gbs公网和100Mbs教育科研网，信息点数10995个，核心设备数2个，汇聚设备数9个。为解决传统建设中的问题，采用私有SOA构建方案进行建设和应用，实现硬件资源池化、分配动态化、在线扩展、应用迁移等功能;建设完整、统一的数字化校园云计算服务平台。从顶层设计出发，数字化校园拓扑结构如图1所示。

数字化校园服务平台要实现对全部计算资源的共享与协作、管理及动态分配，全面推广电子校务系统等深层次应用，形成以数字校园资源库为核心、教学服务系统为主导，行政管理服务系统为促进，面向教学、科研和管理服务平台，逐步实现以下目标：

（1）软硬件解耦：基于SOA的数字化校园，设备层通过云计算虚拟化技术疏通了数据中心，服务器，存储，网络，数据和物理设备之间的紧耦合，将软硬件进行分离，减少对数字化校园基础设施的总成本投入，并提高其弹性和灵活性。

（2）人性化服务：数字校园的用户能实现单点登录和统一认证服务，快速接入访问自己的业务系统，能定制自己的个性化门户。

（3）快速动态扩展：面对快速增长的业务需求，数字校园平台能够快速部署新应用，并确保应用的持续性和更新，缩短工期时间。

（4）高可靠性：基于云计算的数字化校园服务器超载时，可基于虚拟化技术将超载服务器的资源和服务迁移到另一台空闲服务器上，提高了服务的可靠性，消除安全隐患。

（5）增强安全性：数字化校园平台在建设过程中应遵循安全同步设计，并使用新的风险管理方法，为用户和服务系统提供全面的信息安全。

结合职业院校数字化校园建设规范，基于SOA的数字化校园架构如图2所示。

基于SOA的数字化校园充分整合现有资源，实现资源的共享与协作，消除信息孤岛，提供动态自适应的服务系统与集成机制，提高设备利用率和服务应用系统的可靠性、可用性。

3 罗定职业技术学院数字化校园应用建设与服务集成

数字化校园建设自2013年开始启动，现有图书馆管理系统、教育财务管理系统、一卡通系统、教务管理系统、以及学院门户网站等，各系统之间相对独立，未实现数据集成与共享。基于SOA的数字校园，对应用系统集成进行规划设计，拟定了《统一信息门户平台需求论证报告》和《数字化校园信息编码标准》，为现有应用系统与新建业务系统进行集成，包括应用发布、数据和身份认证集成等。其中数据集成需要制定相应的数据标准，从现有系统中提取合格关键数据到统一的数据中心中;身份认证集成则按照数字化校园建设标准，实现现有系统与新建系统的统一的身份认证，并保留与后续建设系统的对接。

3.1 数字化校园应用系统设计

数字校园建设的目标是要提供更好地服务，并能根据业务进行扩张和裁剪。根据学校教学、管理、科研以及安全的具体要求，基于SOA的数字校园建设对现有业务系统和新业务系统进行集成和接入调试，采用分布式架构将服务划分为用户接入层、信息服务层、资源管理和服务支撑层、安全防护层。

用户接入层的设计目标和性能主要是终端兼容性、数据安全性、用户管控等，投入运行的服务系统有：统一身份认证系统、单点登录系统、个性化门户定制和VPN入口，是用户进入数字化校园的门户，并可以快捷、安全、可靠地访问到各职能部门、业务机构所提供的应用服务，开展自己的数字校园业务。

信息服务层的设计目标和性能主要是满足业务扩展、角色权限管控和流程柔性配置，根据业务流和数据流该层投入运行的系统有：OA平台、制度文件管理系统、新闻发布管理系统、任务发布管理系统、邮件管理系统、图书馆管理系统、师资管理系统、教育财务管理系统、部门预算管理系统、工资查询管理系统、学籍管理系统、教务管理系统、课程与培养方案管理系统、专业建设电子书、听课管理系统、督导监控管理系统、学生评价管理系统、学工管理系统、就业与招聘管理、一卡通系统、资产管理系统、场地管理系统、后勤管理系统、学生社团管理系统、家长/学生手机版、教师手机版等。

资源管理和服务支撑层设计的目标是为信息服务层提供统一标准的数据资源接口，实现数据集成与共享，支持智能化的条件查询、分析统计和图形化显示。该层投入运行的应用系统有校园资源规划CRP包括共享数据中心）平台、数据监控管理系统（指挥与监控）、后勤监控管理系统，能实时提供反映学校教学、管理、学工、科研等工作项目的分类查询统计信息，为教学诊改和领导决策提供支持。

安全防护层的设计目标是有效隔离、安全防御、安全服务和内部审计功能，需要在数字校园建设的网络设计、组件开发、发布、运营、审计等环节同步实施，技术上可采用层次化的防护措施，包括物理安全、虚拟化安全、网络及存储安全、数据安全及身份和访问安全等，包括日志审计、可信云计算、网络隔离、数据隔离、用户认证与角色授权等安全措施和技术手段。

3.2 数字化校园服务集成方案

针对学校的数字化校园建设现状，将基于XML和Web Service技术的数据集成系统运用到实际中，解决各种业务系统异构数据集成问题，统一信息门户平台技术架构如图3所示。

应用系统集成中进行的数据交互和协同功能主要通过消息路由器和一系列Web服务静态客户桩（Stub）程序组成。不同应用的服务以松散耦合的方式来完成集成，不用考虑彼此的位置和实现技术，只要服务的接口描述不变，服务的使用者和提供者双方可自由演进而互不影响。对于基本用户数据共享采用了虚拟数据库中间表的方法，对于任何一张中间表的数据，应用集成系统拥有完全的读写权，同时及时地负责同步信息的最新版本;而外部系统对数据仅仅拥有标识字段的写权限以及其他字段的读权限。数字校园添加基本用户信息时，根据角色进行分三大类（学生、教工、外来人员），并把对该数据的操作保存在相对应的学生、教工、外来人员的中间表中，供各应用系统的身份管理系统使用，中间表内保持业务数据的最新状态，各应用系统的身份管理系统自行决定采用何种策略来保持同步，同步后会更新标识字段内容。一卡通系统通过对比数字校园中间表同步校内机构和用户的数据及其状态记录。

3 结束语

本文对传统数字化校园建设与应用现状进行梳理，将面向服务架构SOA，层次化安全防护、虚拟化技术应用到单位的数字校园应用建设和服务集成中，采用SOA架构将数字校园各应用系统的服务集成由传统模式转变为基于标准协议对话模式，通过采用Web服务（Web Service）技术，将服务内部的实现细节封装在SOAP/WSDL信息流之中，解决异构应用系统之间的信息交换和集成的难题，克服了结构复杂、兼容性差、厂商依赖性大的缺陷。

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