數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺下數(shù)據(jù)傳輸序列化模型的研究

石文兵，葛 斌

安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南，232001

數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺下數(shù)據(jù)傳輸序列化模型的研究

石文兵，葛 斌

安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南，232001

針對傳統(tǒng)校園網(wǎng)站通常無法實現(xiàn)站點間的數(shù)據(jù)交互，普遍存在設(shè)計重復(fù)和信息孤島等問題，對網(wǎng)站群管理平臺下的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)進行了分析，對集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸模式進行了研究，采用數(shù)據(jù)序列化算法構(gòu)建了一種數(shù)據(jù)傳輸序列化模型，并且在模擬終端進行了仿真實驗，實驗數(shù)據(jù)表明，該數(shù)據(jù)傳輸序列化模型對站群間的信息共享和數(shù)據(jù)融合具有很好的效果，為站群間的數(shù)據(jù)傳輸層構(gòu)建了一種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)傳輸模型。

數(shù)據(jù)傳輸；序列化模型；網(wǎng)站群管理；數(shù)字化校園

1 問題提出

目前，Web應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展迅速，它在為用戶提供高效快捷的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的同時，也面臨異構(gòu)信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互頻繁所帶來的數(shù)據(jù)傳輸效率低下、數(shù)據(jù)傳輸格式不兼容的情況。數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺是通過資源整合與信息共享實現(xiàn)統(tǒng)一平臺網(wǎng)站集群化管理系統(tǒng)。當(dāng)前,高等學(xué)校的Web應(yīng)用系統(tǒng)普遍存在技術(shù)平臺不統(tǒng)一、規(guī)劃設(shè)計重復(fù)、信息孤島、工作流程和工作機制不合理以及維護升級困難等問題，網(wǎng)站群管理模式將是未來數(shù)字化校園的發(fā)展趨勢[1-2]。網(wǎng)站群管理平臺下,Web應(yīng)用系統(tǒng)之間通常存在數(shù)據(jù)互訪問、互傳輸?shù)挠脩粜枨?，如開放式實驗預(yù)約系統(tǒng)要獲取教務(wù)管理系統(tǒng)中學(xué)生的基本信息和選課信息等。本文將對網(wǎng)站群管理平臺下的數(shù)據(jù)傳輸進行分析，提出一種應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蛄谢Ｐ停訌娤到y(tǒng)間的信息融合，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

2 數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)

構(gòu)建網(wǎng)站群管理平臺的目標(biāo)是加強信息資源的共享和融合，消除數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。網(wǎng)站群管理平臺的建設(shè)是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其核心任務(wù)主要包括兩個方面。

2.1 集中式統(tǒng)一站群平臺的構(gòu)建

在數(shù)字化校園中，很多部門網(wǎng)站結(jié)構(gòu)和功能相同，存在的差異主要是網(wǎng)站欄目、布局和主題風(fēng)格不同，這類網(wǎng)站的單獨開發(fā)設(shè)計導(dǎo)致校園網(wǎng)站建設(shè)質(zhì)量參差不齊、規(guī)劃設(shè)計重復(fù)、升級維護困難等問題，與數(shù)字化校園的發(fā)展趨勢相背離，對這類網(wǎng)站可以采用集中式統(tǒng)一站群架構(gòu)模式，數(shù)據(jù)集中存儲，提供標(biāo)準(zhǔn)化的建站接口和分級管理權(quán)限。在該模式下，通過設(shè)計集中式數(shù)據(jù)傳輸層負責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸，可以提高站群間數(shù)據(jù)的共享與融合[3]。

2.2 分布式站群的信息融合

在數(shù)字化校園網(wǎng)站群中，存在一些比較特殊或重要的Web應(yīng)用系統(tǒng)，其運行時間長、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將整個系統(tǒng)遷移到集中式統(tǒng)一的站群平臺難度較大，并且系統(tǒng)遷移導(dǎo)致的不可預(yù)期的不穩(wěn)定因素可能影響正常的業(yè)務(wù)處理，對這類系統(tǒng)或網(wǎng)站最佳的管理方式是實施分布式站群的信息融合，保持各應(yīng)用系統(tǒng)物理上的獨立性，在邏輯上構(gòu)建共享集中的數(shù)據(jù)傳輸層，通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)傳輸序列化模型，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互訪問、互傳輸[4]。

通過以上兩個方面的分析，網(wǎng)站群管理平臺下的數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)包括兩大模塊：集中式數(shù)據(jù)傳輸層和分布式數(shù)據(jù)傳輸層，如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)傳輸序列化模型

3.1 JSON數(shù)據(jù)模式

在Web系統(tǒng)中，瀏覽器是數(shù)據(jù)傳輸與交互的客戶端，JSON是一種能夠使瀏覽器支持的JavaScript透明地處理服務(wù)器端傳輸數(shù)據(jù)的交互格式，它是JavaScript的子集，其數(shù)據(jù)存儲格式完全獨立于開發(fā)語言，在不同的計算機語言中可以被理解為記錄類型、結(jié)構(gòu)體或?qū)ο蟮?，對?yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為“Name：Value”的有序列表，能很好地被JavaScript瀏覽器和高級語言支持，JSON數(shù)據(jù)成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐霐?shù)據(jù)交換格式，其主要的文法描述如表1所示。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)

類型語法格式描述說明object{},{members}object對象,對象可以包含成員membersstring:valuemembers,string:value成員可以是“name:value”或其他成員array[],[elements]數(shù)組中包含元素elementsvaluevalue,elements元素可以是基本類型或其他元素valuestring,number,array,object,true,false,null值可以是雙引號括起來的字符串、數(shù)值、true、false、null、對象或數(shù)組

3.2 數(shù)據(jù)對象的序列化

在數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺中，系統(tǒng)的設(shè)計采用J2EE架構(gòu)，數(shù)據(jù)持久層采用Hibernate數(shù)據(jù)持久化技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)部邏輯層次之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點均為POJO對象，數(shù)據(jù)對象符合簡單Java對象的規(guī)范。在集中式站群結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)存儲在中心數(shù)據(jù)庫中，站群之間的數(shù)據(jù)傳輸如果以Java數(shù)據(jù)對象為節(jié)點，客戶端瀏覽器的JavaScript引擎將無法直接解析，并且不能實現(xiàn)站群間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化，因此在客戶端瀏覽器和服務(wù)器端構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸層就顯得十分必要[5-6]。集中式數(shù)據(jù)傳輸層的主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)對象構(gòu)建序列化模型，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)傳輸，從而提高站群間的通信效率和數(shù)據(jù)的融合，數(shù)據(jù)傳輸模型如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)序列化傳輸模型

在以上數(shù)據(jù)傳輸模型中，服務(wù)器端生成的數(shù)據(jù)主要包括兩大類：基本數(shù)據(jù)類型和POJO對象數(shù)據(jù)類型，其中基本數(shù)據(jù)類型主要包括int、long、float、double、boolean、String等類型的簡單數(shù)據(jù)；POJO類型的數(shù)據(jù)是實體對象的封裝，包括私有的屬性和公有的get/set方法。該數(shù)據(jù)傳輸模型可進一步描述為以下狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。

輸入集合I={Scalar,Object}對應(yīng)服務(wù)器端的兩種數(shù)據(jù)類型，Scalar代表基本數(shù)據(jù)類型，Object為POJO數(shù)據(jù)對象；狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)f(x)對應(yīng)數(shù)據(jù)對象的序列化模塊，數(shù)據(jù)狀態(tài)集合D={JSS,JSO}表示JSON數(shù)據(jù)流，其中JSS為基本數(shù)據(jù)類型的JSON序列化格式，JSO為POJO對象的數(shù)據(jù)序列化格式。輸入數(shù)據(jù)和JSON數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：f(Scalar)=JSS，f(Object)=JSO。下面給出數(shù)據(jù)傳輸序列化的實例，圖3所示為服務(wù)器端生成的數(shù)據(jù)對象，得到的JSON序列化數(shù)據(jù)如圖4所示。

3.3 XML數(shù)據(jù)序列化

在數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸包括集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)，集中式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在中心數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)傳輸層的對象序列化模塊很好地解決了站群間數(shù)據(jù)的共享與融合，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)傳輸。在分布式結(jié)構(gòu)中，各應(yīng)用系統(tǒng)在物理上是異構(gòu)的，系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸存在一定的障礙，但這類應(yīng)用系統(tǒng)通常具有XML格式的數(shù)據(jù)訪問接口。XML數(shù)據(jù)具有良好的可讀性，側(cè)重于對信息內(nèi)容的描述，通常成為應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的有效手段，但XML數(shù)據(jù)存在大量冗余的標(biāo)簽，對系統(tǒng)間高效率的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生很大的影響，特別是移動互聯(lián)網(wǎng)用戶的劇增，對數(shù)據(jù)的傳輸效率提出了更高的要求。因此，分布式數(shù)據(jù)傳輸層的核心任務(wù)是對XML數(shù)據(jù)進行序列化，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)間高效率的數(shù)據(jù)傳輸模式。

XML數(shù)據(jù)序列化主要對XML數(shù)據(jù)進行壓縮，通過解析算法，將XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為JSON數(shù)據(jù)，消除冗余的XML標(biāo)記。JSON數(shù)據(jù)格式是一種輕量級的數(shù)據(jù)傳輸格式，JSON數(shù)據(jù)流與瀏覽器的JavaScript引擎具有很好的融合性[7]。XML數(shù)據(jù)可以采用樹形結(jié)構(gòu)定義，對XML的解析過程轉(zhuǎn)換為樹形結(jié)構(gòu)的遍歷，根節(jié)點的子節(jié)點直接解析為List對象集合，子節(jié)點解析為List集合中對象元素的屬性(屬性可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是復(fù)合對象類型)，XML數(shù)據(jù)序列化算法描述如圖5所示，輸出數(shù)據(jù)為JSON對象。

圖5 XML數(shù)據(jù)序列化為JSON對象

圖6 集中式結(jié)構(gòu)下數(shù)據(jù)對象序列化輸出顯示耗時對比

4 仿真實驗分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)序列化模型的論述，在構(gòu)建的仿真模擬實驗環(huán)境下，模擬終端挑選安徽理工大學(xué)校園網(wǎng)中具有代表性的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行測試，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境因素的影響，實驗數(shù)據(jù)存在一些波動，最終數(shù)據(jù)取多次試驗的平均值。

圖7 分布式結(jié)構(gòu)下XML數(shù)據(jù)序列化數(shù)據(jù)量對比

圖6所示為集中式結(jié)構(gòu)下數(shù)據(jù)傳輸層序列化的JSON數(shù)據(jù)對象和原始數(shù)據(jù)對象輸出顯示到模擬終端的耗時對比，實驗隨機選擇網(wǎng)站頁面，通過100次模擬取平均值可以看出，通過數(shù)據(jù)傳輸層序列化后，數(shù)據(jù)輸出顯示的響應(yīng)時間更短，校新聞網(wǎng)數(shù)據(jù)量較大，對比更加明顯。圖7所示為分布式結(jié)構(gòu)下XML數(shù)據(jù)序列化為JSON數(shù)據(jù)對象的字符數(shù)對比，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以看出，圖書查詢服務(wù)、校園云視頻、電子政務(wù)平臺和開放式實驗預(yù)約系統(tǒng)的XML數(shù)據(jù)都有不同程度的壓縮，序列化為JSON數(shù)據(jù)對象提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，因此數(shù)據(jù)傳輸序列化模型在站群信息共享與融合方面有很好的應(yīng)用價值。

5 結(jié)束語

數(shù)字化校園中信息量增長迅速，網(wǎng)站群管理平臺提高了數(shù)字化校園的信息化水平，站群管理模式擺脫了各自為政的管理狀況，消除了信息孤島。本文詳細分析了站群管理模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)，根據(jù)校園網(wǎng)站的運行現(xiàn)狀，設(shè)計了集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸序列化模型，通過仿真實驗在模擬終端進行了數(shù)據(jù)測試，實驗數(shù)據(jù)表明，站群管理平臺下的數(shù)據(jù)傳輸序列化模型對數(shù)據(jù)的共享與融合具有很好的效果，為高等學(xué)校的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，同時也為站群管理平臺下的數(shù)據(jù)共享和融合提供了理論支持。

[1]李春子.網(wǎng)站集群式管理在高校中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010(5):81-82

[2]高新成,李蘇龍,王燕.校園網(wǎng)站群內(nèi)容更新監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2013,29(6):16-17

[3]王臻,聞星火,謝素萍,等.基于網(wǎng)站群的實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].中山大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2009,48(3):156-157

[4]杜義華,張亞.中國科學(xué)院網(wǎng)站群建設(shè)的系統(tǒng)工程方法[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2012,21(1):18-19

[5]高靜,段會川.基于移動設(shè)備的JSON數(shù)據(jù)傳輸效率研究[J].信息技術(shù)與信息化,2011(1):13-15

[6]王鵬,吳曉東,楊華民.基于不同數(shù)據(jù)傳輸格式對Ajax實時性響應(yīng)影響的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011,34(2):148-149

[7]谷方舟,沈波.JSON數(shù)據(jù)交換格式在異構(gòu)系統(tǒng)集成中的應(yīng)用研究[J].鐵路計算機應(yīng)用,2012,21(2):2-3

(責(zé)任編輯：汪材印)

2014-05-18

安徽理工大學(xué)青年教師科學(xué)研究基金項目“基于J2EE的數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺的研究”(2012QNY30)。

石文兵(1982-)，安徽安慶人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)與智能信息系統(tǒng)。

10.3969/j.issn.1673-2006.2014.09.025

TP391

A

1673-2006(2014)09-0082-04