基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)研究

劉忠東，張 千

（1.中國鐵路總公司 信息技術(shù)中心，北京 100844；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局 專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190）

基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)研究

劉忠東1，張 千2

（1.中國鐵路總公司 信息技術(shù)中心，北京 100844；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局 專利審查協(xié)作北京中心，北京 100190）

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及業(yè)務(wù)需求的不斷變化升級，信息系統(tǒng)日趨復(fù)雜，企業(yè)需要一套科學(xué)、有效的信息化建設(shè)方法，從整體高度對企業(yè)信息化進(jìn)行全面指導(dǎo)。本文闡述了企業(yè)架構(gòu)和SOA架構(gòu)的基本概念，借鑒TOGAF企業(yè)架構(gòu)方法對基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)進(jìn)行了研究。

企業(yè)架構(gòu)；信息化架構(gòu)；SOA；TOGAF

隨著鐵路不斷改革和發(fā)展，鐵路信息化建設(shè)與應(yīng)用也取得了較大成績，為鐵路改革與發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。然而在鐵路信息化過程中，信息化建設(shè)以需求為驅(qū)動，雖然加快了信息化建設(shè)和實施的速度，但是“信息孤島”和“應(yīng)用孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)兼容性、可擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)共享等方面的問題日益突出。為加快鐵路信息化建設(shè)，消除信息化孤島現(xiàn)象，充分開發(fā)利用信息資源，必須從頂層設(shè)計入手，進(jìn)行鐵路信息化規(guī)劃和鐵路信息化企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計，避免“重實施、輕規(guī)劃，重技術(shù)、輕管理”的認(rèn)識誤區(qū)造成信息化主線的缺乏，實現(xiàn)IT與業(yè)務(wù)的一致性，促進(jìn)鐵路信息化發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

1 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)

1.1 企業(yè)架構(gòu)簡介

企業(yè)架構(gòu)（EA，Enterprise Architecture）是國際上普遍采用的信息化規(guī)劃、管理、實施的方法論。企業(yè)架構(gòu)分業(yè)務(wù)架構(gòu)和信息化架構(gòu)2部分。業(yè)務(wù)架構(gòu)是企業(yè)將業(yè)務(wù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為日常運(yùn)營的基礎(chǔ)平臺，包括業(yè)務(wù)組件、業(yè)務(wù)流程、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。業(yè)務(wù)戰(zhàn)略決定業(yè)務(wù)架構(gòu)，企業(yè)戰(zhàn)略通過業(yè)務(wù)架構(gòu)來分解。信息化架構(gòu)是指導(dǎo)IT投資、設(shè)計決策以及建立企業(yè)信息系統(tǒng)的綜合藍(lán)圖，包括數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)3部分。

目前國際上比較流行的企業(yè)架構(gòu)框架主要包括：Zachman、TOGAF、FEAF、DoDAF等，其中TOGAF是目前最主流的企業(yè)架構(gòu)方法之一，為企業(yè)信息化架構(gòu)開發(fā)提供包括架構(gòu)開發(fā)方法（ADM，Architecture Development Method）及參考模型、資源庫等。本文以TOGAF作為架構(gòu)框架對基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)進(jìn)行研究。

1.2 SOA簡介

SOA（Software-Oriented Architecture），即面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，是一種以業(yè)務(wù)為驅(qū)動，以面向服務(wù)為原則的企業(yè)信息化架構(gòu)模式，通過建立可組合、可重用的服務(wù)體系提高企業(yè)業(yè)務(wù)的靈活性、保證信息化系統(tǒng)的適用性、減少IT業(yè)務(wù)冗余并加快項目開發(fā)的進(jìn)程。SOA具有以下特點：

（1）服務(wù)模塊化。服務(wù)模塊化就是把業(yè)務(wù)功能進(jìn)行分解，打包成具有自包含和自描述特點的服務(wù)。

（2）服務(wù)封裝與共享。服務(wù)封裝是將服務(wù)內(nèi)部的實現(xiàn)和復(fù)雜性隱藏，對用戶只公開開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，實現(xiàn)服務(wù)功能的調(diào)用。SOA支持服務(wù)的重用或共享，并可根據(jù)需求將服務(wù)進(jìn)行組裝、編排成一個新的、復(fù)雜的服務(wù)。SOA還能通過集成適配器，將既有應(yīng)用封裝成統(tǒng)一的服務(wù)，實現(xiàn)既有應(yīng)用的改造與復(fù)用。

（3）松耦合。松耦合是指降低應(yīng)用系統(tǒng)部件之間的依賴關(guān)系，部件之間保持相對獨(dú)立性，不會因為某個部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)方式發(fā)生改變而影響其他部件，有利于系統(tǒng)維護(hù)及擴(kuò)展。SOA松耦合包括服務(wù)間的松耦合，服務(wù)與編程語言、操作系統(tǒng)、硬件平臺、傳輸協(xié)議間的松耦合。

（4）聯(lián)合控制。SOA可以實現(xiàn)聯(lián)合的、基于策略的安全、管理和部署。

（5）支持開放標(biāo)準(zhǔn)。SOA支持Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，XML，SOAP等開放標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 SOA參考架構(gòu)

SOA參考架構(gòu)（Reference Architecture）相當(dāng)于SOA模板，通過SOA參考架構(gòu)可快速最佳地實現(xiàn)SOA，指導(dǎo)部署基礎(chǔ)設(shè)施，同時指導(dǎo)面向服務(wù)應(yīng)用的開發(fā)和管理。因此規(guī)劃SOA架構(gòu)必須從SOA 參考架構(gòu)開始，本文采用TOGAF SOA參考架構(gòu)（The Open Group SOA Reference Architecture），它是一個靈活且可擴(kuò)展的架構(gòu)框架，分2部分共9層：

（1）傳統(tǒng)功能部分，包括操作系統(tǒng)層，服務(wù)組件層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)流程層和消費(fèi)接口層。操作系統(tǒng)層即組織基礎(chǔ)架構(gòu)，代表實際運(yùn)行時的基礎(chǔ)架構(gòu)及IT資產(chǎn)。服務(wù)組件層即服務(wù)提供者（Service Providor），通過使用操作系統(tǒng)中的一個或多個應(yīng)用程序來實現(xiàn)。服務(wù)層表示已部署到環(huán)境中的服務(wù)，多個服務(wù)可組裝成一個新組合服務(wù)。業(yè)務(wù)流程層將服務(wù)拼裝成滿足具體業(yè)務(wù)需要，與業(yè)務(wù)目標(biāo)保持一致的業(yè)務(wù)流程。消費(fèi)接口層是服務(wù)消費(fèi)入口，是訪問業(yè)務(wù)流程、服務(wù)及應(yīng)用程序的通道。

（2）非功能部分，包括整合層、服務(wù)質(zhì)量層、信息架構(gòu)層和治理層。整合層即集成層，包括服務(wù)組件層、服務(wù)層和業(yè)務(wù)流程層的集成，整合層一般由企業(yè)服務(wù)總線ESB提供。服務(wù)質(zhì)量層定義安全、性能、可靠性等一些非功能的質(zhì)量屬性。信息架構(gòu)層包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、商業(yè)智能、元數(shù)據(jù)架構(gòu)以及數(shù)據(jù)交換協(xié)議等。治理層確保一個組織中的服務(wù)和SOA解決方案遵守先期定義的策略、指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)，包括對SOA整個生命周期的治理管控。TOGAF SOA參考架構(gòu)層次與企業(yè)架構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 TOGAF SOA參考架構(gòu)與企業(yè)架構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系

2 基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)設(shè)計

SOA的目標(biāo)是構(gòu)建靈活可變的企業(yè)信息系統(tǒng)，通過服務(wù)組件的封裝、復(fù)用、編排等手段保證企業(yè)信息化架構(gòu)的一致性，并通過SOA治理來保證SOA架構(gòu)實施符合企業(yè)治理需求。SOA與企業(yè)架構(gòu)在概念、活動、流程、結(jié)果等方面緊密契合、相互滲透，企業(yè)架構(gòu)是SOA落地的最佳利器，因此可以使用TOGAF架構(gòu)開發(fā)方法ADM進(jìn)行SOA架構(gòu)規(guī)劃。

依據(jù)TOGAF SOA參考模型，結(jié)合鐵路的實際情況，制定出企業(yè)服務(wù)器總線（ESB）模式的鐵路信息化總體架構(gòu)，如圖2所示。

總體架構(gòu)為4層結(jié)構(gòu)，從下至上依次為：信息技術(shù)設(shè)施層（包括網(wǎng)絡(luò)及硬件基礎(chǔ)設(shè)施平臺，操作系統(tǒng)平臺，軟件基礎(chǔ)架構(gòu)平臺等），業(yè)務(wù)軟件層、企業(yè)服務(wù)總線層和企業(yè)應(yīng)用層。

ESB通過提供標(biāo)準(zhǔn)的底層架構(gòu)，使得各應(yīng)用程序組件能夠以服務(wù)單元的方式靈活編排，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信方式實現(xiàn)交互，可以有效地避免傳統(tǒng)“點對點”應(yīng)用集成方式下復(fù)雜度高、可管理性差、可復(fù)用性差、系統(tǒng)脆弱等問題。

圖2 鐵路信息化總體架構(gòu)圖

根據(jù)TOGAF ADM方法及鐵路信息化總體架構(gòu)圖，分別完成基于SOA的鐵路信息化業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、信息資源（數(shù)據(jù)）架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)的規(guī)劃和制定。

2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

業(yè)務(wù)架構(gòu)（EBA，Enterprise Business Archi-tecture）是企業(yè)信息化戰(zhàn)略與架構(gòu)的基礎(chǔ)，同時也是應(yīng)用、數(shù)據(jù)、技術(shù)架構(gòu)的決定因素。在業(yè)務(wù)架構(gòu)階段，主要實現(xiàn)將鐵路業(yè)務(wù)目標(biāo)分解轉(zhuǎn)換為可操作的業(yè)務(wù)組件模型，從鐵路業(yè)務(wù)主線和管理級別2個方面對整體戰(zhàn)略目標(biāo)進(jìn)行分解，獲得了各個業(yè)務(wù)組件，如圖3所示。

圖3 鐵路信息化業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

根據(jù)實際需要，業(yè)務(wù)組件可進(jìn)行多層多次分解，從而形成便于應(yīng)用、實施的鐵路業(yè)務(wù)組件模型。

2.2 信息架構(gòu)

信息架構(gòu)（EIA，Enterprise Information Architecture）從總體角度描述企業(yè)數(shù)據(jù)資源與信息流結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)分類、定義、存儲、管理以及企業(yè)信息模塊與模型等，并定義企業(yè)數(shù)據(jù)管理與維護(hù)的策略和原則。

鐵路信息化經(jīng)過多年的發(fā)展，建設(shè)了許多信息系統(tǒng)，每個系統(tǒng)面向不同的數(shù)據(jù)，分別有各自不同的數(shù)據(jù)庫。為開展鐵路信息化數(shù)據(jù)架構(gòu)規(guī)劃，需首先對數(shù)據(jù)按主題進(jìn)行分類，基于數(shù)據(jù)倉庫平臺對各業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、存儲、整合與集中管理，建立集中的主數(shù)據(jù)管理平臺，并作為鐵路的企業(yè)數(shù)據(jù)中心為各應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、深度挖掘等數(shù)據(jù)服務(wù)。鐵路信息化信息架構(gòu)如圖4所示。

圖4 鐵路信息化信息架構(gòu)圖

2.3 應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)（EAA，Enterprise Application Architecture）主要依據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)模型，將企業(yè)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化為面向應(yīng)用服務(wù)的系統(tǒng)功能，并描述各應(yīng)用系統(tǒng)之間以及與外圍系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系、應(yīng)用的分布模式、接口定義以及數(shù)據(jù)流向等。基于SOA的鐵路信息化應(yīng)用架構(gòu)如圖5所示，通過ESB實現(xiàn)了各系統(tǒng)之間標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議的交互，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的全面支撐。

2.4 技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)（ETA，Enterprise Technic Architecture）是應(yīng)用架構(gòu)和信息架構(gòu)的支撐，主要描述應(yīng)用功能和數(shù)據(jù)傳輸與交換的技術(shù)實現(xiàn)，保證技術(shù)層面的組件與企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、業(yè)務(wù)架構(gòu)等領(lǐng)域的實際需求保持一致，為信息化建設(shè)提供全程的技術(shù)指導(dǎo)。技術(shù)架構(gòu)包括執(zhí)行架構(gòu)、開發(fā)架構(gòu)、運(yùn)維架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)和安全技術(shù)等內(nèi)容?；赟OA的鐵路信息化應(yīng)用架構(gòu)如圖6所示。

圖5 鐵路信息化應(yīng)用架構(gòu)圖

圖6 鐵路信息化應(yīng)用架構(gòu)圖

執(zhí)行架構(gòu)是指信息系統(tǒng)運(yùn)行和部署的支撐環(huán)境，包括用戶交互、應(yīng)用邏輯、應(yīng)用集成與信息共享4個方面。

運(yùn)維架構(gòu)是指為維持信息系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種服務(wù)，包括運(yùn)維安全管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障、服務(wù)管理、配置管理和物理環(huán)境管理以及相關(guān)的規(guī)章制度和管理流程等。

開發(fā)架構(gòu)是指支持信息系統(tǒng)開發(fā)所需的環(huán)境、工具和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。采用SOA開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時，仍然經(jīng)歷軟件開發(fā)生命周期中的各主要階段，但SOA應(yīng)用開發(fā)更強(qiáng)調(diào)對已有資產(chǎn)的封裝、管理與有效重用，強(qiáng)調(diào)建模和設(shè)計階段的重要性，對于整個系統(tǒng)需要有一個更好的業(yè)務(wù)分析和規(guī)劃，需要建立業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，需要對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理和優(yōu)化，以更好地實現(xiàn)服務(wù)復(fù)用。

基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)是指支撐應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的硬件、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟件以及相關(guān)安全性、可用性和性能等。

安全技術(shù)包括執(zhí)行架構(gòu)中身份和訪問管理、開發(fā)安全管理、運(yùn)維安全管理和集成架構(gòu)安全等方面。

3 結(jié)束語

本文通過對SOA體系架構(gòu)和TOGAF的研究，結(jié)合鐵路信息化實際，根據(jù)作者多年鐵路信息化工作經(jīng)驗，提出了一種基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)，供從事鐵路信息化的各位同仁參考。基于SOA的鐵路信息化架構(gòu)體現(xiàn)了以業(yè)務(wù)流程為中心的體系結(jié)構(gòu)，可以簡化應(yīng)用系統(tǒng)部署，降低IT運(yùn)維技術(shù)人員的維護(hù)復(fù)雜性，并能有效整合鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用，有效發(fā)揮現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的價值。

[1] 顧春紅，于萬欽. 面向服務(wù)的企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

責(zé)任編輯 方 圓

Railway informationization architecture based on SOA

LIU Zhongdong1, ZHANG Qian2
( 1. Information Technology Centre, China Railway, P.R.C., Beijing 100844, China; 2. Patent Examination Cooperation Center, State Intellectual Property Off i ce, Beijing 100190, China )

enterprise architecture; informationization architecture; SOA; TOGAF

With the rapid development of information technology and the continuous change of business needs, information system was becoming more and more complicated, the enterprise needed a set of scientif i c, effective information construction method to guide the enterprise informationization from the overall height. This paper introduced the basic concepts of the Enterprise Architecture and SOA. The railway informationization architecture based on SOA was studied with the TOGAF Enterprise Architecture method.

2014-07-24

劉忠東，教授級高級工程師；張 千，助理研究員。

U29∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0020-04