基于SOA的開放式車務綜合信息平臺架構研究

鄭秋寧，嚴余松

（1.西南交通大學 信 息科學與技術學院，成都 6 10031；2.西南交通大學 交 通運輸學院，成都 6 10031）

隨著信息技術在鐵路運輸生產中的不斷應用，鐵路內部信息系統(tǒng)彼此間呈現出多樣化的趨勢。由于這些信息系統(tǒng)開發(fā)時期不同，開發(fā)時采用相對獨立的開發(fā)模式，導致目前車務系統(tǒng)內部各信息系統(tǒng)之間存在異質性問題，信息孤島[1]情況突出。有效地解決方法是在既有企業(yè)內部信息系統(tǒng)的基礎上，通過在技術層面上搭建基礎性綜合信息平臺，對現有的運輸生產數據及信息系統(tǒng)中的業(yè)務功能整合進平臺中。其核心內容是以面向服務架構（Service Oriented Architecture，SOA）思想為理論指導，在技術標準上，運用既有的XML及Web服務等相關計算機技術，對企業(yè)內部的業(yè)務功能及運輸生產數據按照統(tǒng)一的傳輸模式及數據交換標準進行封裝[2]，使綜合信息平臺基礎架構在獨立于原有信息系統(tǒng)的邏輯層的基礎上，形成一個開放式的軟件基礎架構，以期達到不斷滿足車務系統(tǒng)運輸生產要求的最終目的。

1 面向服務架構(SOA)概述

SOA是一個軟件架構，它包含4個關鍵概念：應用程序前端、服務、服務庫和服務總線。一個服務包含一個合約、一個或多個接口以及一個實現[3]。SOA組成結構如圖1。“應用程序前端”是業(yè)務流程的所有者；“服務”提供業(yè)務功能，可供應用程序前端和其他服務使用；服務的“實現”提供業(yè)務邏輯和數據；服務的“合約”為服務客戶指定功能、使用和約束；服務的“接口”物理地公開功能；“服務庫”存儲SOA中各個服務的服務合約；“服務總線”將應用程序前端和服務連在一起。SOA概念的重心是定義業(yè)務基礎結構。

2 實現SOA的主要技術

SOA的實現有賴于一個SOA的實現平臺，Web服務技術是當前SOA的主流實現方式。Web服務技術體系是以可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）為基礎的。SOA軟件架構中的4個主要技術：Web服務、SOAP、WSDL、UDDI都是依賴于XML語法的[4]。分別簡介如下：

（1）XML語言：XML是一門創(chuàng)建結構化數據的技術。XML意味著以一種明確的、無二義性的方式標識信息各個單獨部分[5]。XML Schema是定義XML文檔數據模型的標準。

（2）Web服務：Web服務是支持網絡上不同機器與機器共同操作的軟件系統(tǒng)，它提供的接口能用機器所識別和處理的格式語言（WSDL）所描述[6]。Web服務的架構基于3種角色之間的交互，它們是服務提供者（Service provider）、服務注冊中心（Service registry）、服務請求者（Service requestor）。它們之間交互的操作有：發(fā)布（pubulish）、查找（find）和綁定（bind）[7]。

如圖2 ，它們主要執(zhí)行3個操作：

發(fā)布（Publish）：為了服務能夠被訪問，服務的描述信息必須被發(fā)布以便服務請求者發(fā)現和調用之。

查找（Find）：服務請求者通過查詢服務注冊中心去定位符合其需求標準的服務。

綁定（Bind）：在獲得服務描述信息之后，服務請求者據此去調用服務。

（3）簡單對象訪問協(xié)議（Simple Object Access Protocol，SOAP）：SOAP是一種簡單的基于XML的協(xié)議，它使應用程序通過HTTP來交換信息.它可以在Web上交換結構化的信息[8]。

（4）Web服務描述語言（Web Service Description Language，WSDL）：WSDL采用XML語言來描述Web服務的屬性，其中包括Web服務做什么、位置、怎么調用等。

（5） 統(tǒng)一描述、發(fā)現和集成（Universal Description，Discovery and Integration，UDDI）：UDDI為Web Service提供信息注冊的標準規(guī)范，以便對Web Service進行注冊發(fā)布供使用者查找。

3 鐵路車務段綜合信息平臺架構設計

3.1 鐵路車務綜合信息平臺架構設計方案

SOA是一種構建系統(tǒng)基礎架構的思想，它將業(yè)務服務作為協(xié)調技術與業(yè)務需求的關鍵組織原則[9]。以SOA思想為指導，在車務綜合信息平臺基礎架構項目中，以XML及Web Service技術作為系統(tǒng)集成的核心標準，構建出如圖3所示的鐵路車務綜合信息平臺架構設計方案。

3.2 建設過程中遇到的問題

（1）緩解“信息孤島”：Web Service服務器端與綜合信息平臺內部客戶端及外部客戶端通過基于HTTP的SOAP消息進行通訊，消息內容基于XML標準。

（2）業(yè)務為主導：利用Web Service技術，對于企業(yè)內部原有的信息系統(tǒng)，按照實際需求將功能包裝成Web服務，提供統(tǒng)一的、簡單可靠的Web服務接口調用方式?；谶@些標準的Web服務，能夠更加容易地實現客戶端系統(tǒng)集成。體現出“業(yè)務驅動服務，服務驅動技術”的業(yè)務為主導的思想[9]。

（3）松散耦合：由于Web服務接口的定義和描述獨立于實現的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，從而不同的服務以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。這樣，服務請求者與服務提供者之間的綁定以及服務之間是松散耦合的。

（4）接口定義標準統(tǒng)一：SOA中的服務的交互接口必須是被明確定義和描述的。服務提供者應該使用標準的服務描述語言（WSDL）來定義接口，用于描述服務請求者要求綁定到服務所需要的細節(jié)。

（5）不同系統(tǒng)間數據交換：通過以Web服務接口的形式將企業(yè)內部相關業(yè)務數據進行公布，使得客戶端可以更加方便地獲得所需業(yè)務數據，達到數據集成的目的。

（6）遠程調用及兼容性：通過利用“服務”，搭建起車務系統(tǒng)內部信息系統(tǒng)之間的橫向溝通橋梁，從而提高了整個綜合信息平臺架構的靈活性。

（7）服務統(tǒng)一管理：統(tǒng)一采用標準Web 服務接口作為功能模塊接口，便于權限管理和服務內部技術調整。

3.3 車務綜合信息平臺的基本結構

主要劃分為7層：如圖4。

3.4 數據存儲方案主要應用

數據存儲方案是綜合信息平臺架構中的一個重要部分，數據庫是被集中控制和管理的存儲數據的完整集合。目前廣泛應用的是關系數據庫和面向對象數據庫[10]。本文首先選擇以主流的關系數據庫技術為數據存儲方案方式之一。

關系數據庫技術到目前也出現了很多不夠完善的問題：對于較復雜的數據結構，在數據建模時技術能力有限；在異構應用數據交換時，難以實現計算機基于語義自動進行正確數據的檢索與應用。XML是一組規(guī)則和準則集合，用于以無格式文本（非二進制）來描述結構化數據。隨著時間的推移，基于文本的XML技術在數據存儲方面得到了長足發(fā)展并具備了相當的優(yōu)勢。同時XML是平臺無關的、標準化的一組規(guī)則集合，得到眾多廠商的廣泛支持，數據庫與XML結合的理由對任何使用過這兩者的人來說都是不言而喻的[11]。

綜上所述，在數據存儲方案中采用了關系數據庫技術與XML數據文檔相結合的數據存儲方案，主要應用在以下3個方面：

（1）對于如工號、密碼等基礎性的需要頻繁操作的強結構化的數據，采用關系數據表的方式保存于數據庫中。

（2）對于文本文檔（如Word文檔）等半結構化的數據，以XML文檔形式保存在數據庫的XML字段中，并采用XPath和XQuery等技術對其進行檢索、更新、刪除等操作。

（3）對于大批量結構化數據（如報表文件）需要進行輸入輸出操作時，直接使用For XML子句將數據表中的數據行集轉換成結構化文檔（如Excel文件），而使用Open XML子句直接將結構化文檔轉換成關系行集。

在車務綜合信息平臺的開發(fā)及部署方面，本文采用微軟公司的系列產品作為開發(fā)及部署平臺支撐。其中，開發(fā)平臺以微軟的.NET軟件開發(fā)平臺為主，部署平臺以Windows Server 2003操作系統(tǒng)及IIS6.0為主。

4 服務器端解決方案

綜合信息平臺的基礎架構部分主要包括了圖5中所示的組件和程序包。

在圖5中將基本組件共分成了6個區(qū)域，分別對應圖3中的各個層，其中：A對應業(yè)務邏輯層中Web服務層；B對應業(yè)務邏輯層中業(yè)務集成模塊及業(yè)務實體、業(yè)務規(guī)則層、業(yè)務外觀層；C對應業(yè)務邏輯層中安全驗證模塊；D對應數據傳輸層；E對應數據訪問層；F對應業(yè)務邏輯層中系統(tǒng)框架層。下面對各個模塊進行簡單介紹。

4.1 Microsoft Enterprise Library

本系統(tǒng)在開發(fā)過程中充分利用Microsoft Enterprise Library中的類庫，主要包括數據訪問、數據加密等。

4.2 Web.config文件

Web.config是系統(tǒng)運行配置文件，主要用于保存系統(tǒng)相關配置信息，如數據庫連接字符串、安全驗證方式等，是系統(tǒng)運行的基礎。Web.config本質上是XML文件格式的，因此，除使用.NET平臺所提供的配置功能以外，還可以使用多種方式在配置文件中保存自定義配置信息。

4.3 系統(tǒng)框架包

（1）定義服務組件的抽象基類和接口，為后續(xù)開發(fā)者開發(fā)新的服務組件預留接口；

（2）配置文件管理，提供管理配置文件的相關服務；

（3）簡單SQL語句生成器，主要用于生成簡單的SQL語句。將在業(yè)務邏輯開發(fā)過程中簡單而重復的SQL語句（如實現簡單的插入、刪除等操作的SQL語句）通過生成器自動生成，減少代碼冗余，提高開效率。

4.4 數據訪問包

數據訪問包主要為系統(tǒng)中其他組件訪問數據庫提供服務。通過數據訪問組件，將上層的業(yè)務邏輯與數據庫隔離開來，使系統(tǒng)在數據庫方面具有較好的可移植性，此外，數據訪問程序包充分利用了Microsoft Enterprise Library中的Data Access Application Block中所提供的功能，并將數據庫的連接字符串寫入配置文件中，在更改數據庫連接時，只需修改配置文件相應配置信息，便于系統(tǒng)的移植和維護。

4.5 數據加密組件

數據加密組件主要實現SOAP消息的加密和解密功能。同樣，數據加密組件使用了Microsoft Enterprise Library的相關類庫。

4.6 安全驗證組件

安全驗證組件主要實現系統(tǒng)的身份驗證功能，將非法的用戶拒之于系統(tǒng)邊界之外。

4.7 服務組件

服務組件是系統(tǒng)中核心組件，主要實現服務器端所能提供服務的業(yè)務邏輯。

4.8 服務接口

由業(yè)務集成中的各個服務組件提供的服務接口構成，主要實現服務器端提供的服務接口集合。供用戶界面層使用服務器提供的服務功能。

5 服務器端使用的關鍵技術

5.1 基于異常處理的故障診斷

為了方便進行異常處理，本系統(tǒng)定義了異?；怋aseException，系統(tǒng)框架中其余使用的異常類都繼承于該基類。車務綜合信息平臺可以部署成一個分布式的系統(tǒng)，將各項服務分布于多個的服務器上，其穩(wěn)定性依賴于各個服務器以及網絡連接是否穩(wěn)定。在基礎架構中，充分利用.NET框架提供的跟蹤偵聽機制，由Trace類發(fā)布跟蹤信息，再通過注冊在配置文件中的偵聽器偵聽并處理。將跟蹤信息寫入Windows事件日志中。實現系統(tǒng)的故障診斷，以降低系統(tǒng)維護的難度。

5.2 配置文件管理

（1）系統(tǒng)運行時所需要的基本信息：如數據庫連接字符串，客戶端程序登錄信息等。

（2）個性化客戶端信息：將客戶端程序的配色、字體等相關信息保存在配置文件中，使用戶獲得個性化的用戶體驗。

（3）功能模塊配置信息：這主要用于客戶端程序，實現功能模塊的熱插拔效果。

5.3 數據訪問

在數據訪問方面，本系統(tǒng)設計了數據訪問組件（OrionIsDataAccessor），并采用基于ADO.NET和Microsoft Enterprise Library（Data Access Application Block）相結合的數據訪問方案。

5.4 傳輸安全與安全驗證

為保證系統(tǒng)的安全性，本系統(tǒng)開發(fā)了一個安全通信組件，以SOAP擴展模塊的形式集成到系統(tǒng)中，在SOAP消息頭中實現數據的加密和解密，以保證數據通信安全；并在此基礎上開發(fā)了一個安全驗證組件（模塊）以HTTP模塊的形式集成到系統(tǒng)中，以保證系統(tǒng)身份驗證安全。

5.5 業(yè)務集成

業(yè)務集成是本系統(tǒng)的核心。業(yè)務集成是運行在系統(tǒng)支撐結構之上的封裝了業(yè)務邏輯的服務組件。一個功能模塊即一個服務組件，服務器端提供了多個功能模塊，即包含多個服務組件。

5.6 基于角色和用戶組的權限管理

由于車務綜合信息平臺的開放式特性，客戶端可能是多種形式的，用戶的數目龐大并不確定，不同的用戶群體的特征也各自不一樣。因此，需要有一個良好的管理機制來管理用戶，保證精確的權限管理，并提高管理效率。本文采用了基于帳戶、角色和賬戶組的權限管理邏輯，并將相關驗證信息保存在數據庫中。在進行身份驗證時，系統(tǒng)根據客戶端輸入的職工工號檢索LaborInfo表，查找相應的賬戶信息，將客戶端輸入的密碼與LaborInfo表相應的密碼進行比較，如果存在這樣的用戶名并相應的密碼相同，則通過身份驗證。賬戶組則將具備類似權限的賬戶歸類為一組，統(tǒng)一進行管理。賬戶組的成員可以是賬戶，也可以是其他的賬戶組。系統(tǒng)管理員可增設新的組，或者對已經存在的組中增減賬戶、子賬戶組或角色。

5.7 啟用緩存的用戶驗證

在客戶端與服務器端的交互過程中，往往會出現在較短的時間內客戶端需要多次調用Web服務方法。如果每調用一次Web服務方法就在HTTP模塊中訪問一次數據庫，進行員工工號和密碼的比對操作，將會消耗過多的系統(tǒng)資源，降低運行效率。為了避免以上情況，車務綜合信息平臺將經過首次驗證的客戶端所生成的Principle對象保存在系統(tǒng)緩存中，并產生一個GUID來標識該Principle對象，同時將GUID返回給客戶端，在以后的請求中，只需以此GUID來從緩存中讀取Principle對象。這樣一來，避免了對同一用戶的多個請求進行不必要的多次用戶驗證。

6 結 束語

SOA是一種面向服務的軟件體系架構思想，基于SOA的一系列技術及標準具有松耦合、平臺無關、粗粒度服務接口等優(yōu)點?；赟OA的思想對目前企業(yè)內部信息系統(tǒng)進行集成，不僅解決諸如信息孤島、異質性、數據交換這樣的問題，還可以大大節(jié)省企業(yè)內部信息系統(tǒng)的維護和管理費用。隨著相關技術的不斷進步，SOA系統(tǒng)集成思想在今后鐵路信息化的發(fā)展道路上必定能不斷發(fā)揮更加重要的作用。

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