基于一卡通的數字化校園資源整合研究與實(shí)現
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：段智敏 王如龍 孫美青 余維 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月23日
1 引言
我國高校信息化建設從網(wǎng)絡(luò )硬件平臺的搭建到核心業(yè)務(wù)管理系統的廣泛應用，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，已逐漸步人數字化校園建設階段。許多學(xué)校形成了較好的基礎硬件環(huán)境，各類(lèi)教學(xué)與管理業(yè)務(wù)系統逐步得到應用，為數字化校園的建設積累了資源和經(jīng)驗。從整體上看，數字校園建設取得了一些成績(jì)，但存在一些關(guān)鍵問(wèn)題需要我們認真研究和解決。比較突出的問(wèn)題有：缺乏數字化校園的總體規劃和部署、信息資源分散、共享程度低、缺乏公共基礎數據平臺、重復建設、信息標準不統一等。
新一代數字校園需要建立整體數字校園解決方案，在建設目標上要把學(xué)校建設成面向校園內外的超越時(shí)間和空間的虛擬校園；在建設途徑要貫徹整體規劃分步實(shí)施的原則；在實(shí)現手段上要采用web Services、LOAP等方法。應用平臺建設、資源整合和數據服務(wù)的一體化整合是其核心和重點(diǎn)。
2 資源整合概述
資源整合“是依據一定的需要，對各個(gè)相對獨立的數字資源系統中的數據對象、功能結構及其互動(dòng)關(guān)系進(jìn)行融合、類(lèi)聚和重組，重新結合為一個(gè)新的有機整體，形成一個(gè)效能更好、效率更高的新的數字資源體系”。資源整合包含兩個(gè)層面，即源整合和數據整合。源整合是針對數據庫入口，按各種分類(lèi)原則進(jìn)行標引，提供給用戶(hù)統一的數據庫檢索入口，即平臺整合。數據整合是深入到數據結構，通過(guò)統一的檢索機制實(shí)現異構庫的檢索，有本地和網(wǎng)絡(luò )兩種整合模式。
校園信息資源的整合針對分散的異構信息資源體系，兼顧現有信息資源配置與管理狀況，實(shí)現無(wú)縫集成，在新的信息交換與共享平臺上開(kāi)發(fā)新應用，實(shí)現信息資源的最大增值。信息資源整合對異構分散的非結構化數據(如文件、聲音、圖像等)、異構的結構化數據(如數據庫等)進(jìn)行管理和應用，集成不同應用系統(如教務(wù)系統、財務(wù)系統、科研系統、教育平臺等)，為用戶(hù)提供更高的資源管理、挖掘、展現手段的過(guò)程和方法，其目標就是消滅信息孤島，提供內容管理、數據整合、門(mén)戶(hù)整合、應用整合等功能。
內容管理平臺是一個(gè)將不同類(lèi)型信息統一存儲、管理、綜合檢索、發(fā)布的系統平臺。數據整合是數字校園信息系統的核心部分之一，其目的是形成完整、統一的數據視圖，其數據模型在邏輯上是統一的，而在物理上是可以分布存儲的。門(mén)戶(hù)整合通過(guò)集中認證技術(shù)實(shí)現應用系統的用戶(hù)集中管理和統一認證，徹底改變各自為政、管理松散的用戶(hù)管理模式，規范用戶(hù)操作行為，實(shí)現用戶(hù)管理、權限管理、身份認證和單點(diǎn)登錄等功能。應用整合以流程驅動(dòng)技術(shù)為核心，通過(guò)流程與服務(wù)的有機配合達到在不同系統直接的分工合作，有效地解決不同系統數據模型的一致性、技術(shù)路線(xiàn)以及軟硬件平臺的異構問(wèn)題。
3 傳統資源整合模式與“1+X"整合模式
3．1 傳統資源整合模式
(1)建立全新的中央數據中心模式。該模式是針對原有各個(gè)信息系統的數據格式不統一和重復定義的弊病，按照《教育管理信息化標準》建立的統一的數據中心。它具有規范的數據定義，是校園各個(gè)應用子系統的超集。 該模式的局限性是：因幾乎是構建一個(gè)全新的超級系統，不僅放棄了原有系統，而且需對原有系統進(jìn)行重新定位。這涉及全校教學(xué)、業(yè)務(wù)和生活的方方面面，投入巨大，造價(jià)昂貴，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，失敗的風(fēng)險大。這種模式適合校園原有應用子系統較少、校園網(wǎng)應用系統建立尚不完善的學(xué)校。
(2)統一授權，單點(diǎn)登陸模式。該模式采用統一身份認證、統一授權、單點(diǎn)登陸、跨系統漫游的方式，認為各個(gè)子系統的生命周期不同，沒(méi)有必要進(jìn)行整合。它不對各個(gè)應用子系統進(jìn)行數據庫底層的重新構建，也不進(jìn)行整合。該模式的局限性在于各個(gè)子系統不相關(guān)，不能進(jìn)行深層次的數據挖掘，無(wú)法提供精確的統計數據，存在信息冗余、信息重疊甚至是信息不一致的現象。這種模式比較適合于應用子系統都是自主開(kāi)發(fā)的學(xué)校。
3．2 “1+X”整合模式
一個(gè)“數字化”基礎平臺：以校園一卡通系統為基礎，構建統一的身份認證平臺，繼而構建統一的數據交換平臺、門(mén)戶(hù)接入平臺和用戶(hù)管理平臺。
X個(gè)應用系統：X個(gè)應用系統包括校園網(wǎng)中的所有應用系統和校園卡的所有子系統。這些系統在一個(gè)基礎平臺、統一身份認證以及統一門(mén)戶(hù)的支撐下，實(shí)現真正的集成整合、數據共享和傳遞。
“1+X，’模式如圖1所示，虛擬數據中心是采用元數據管理形成的“邏輯數據庫”，為用戶(hù)屏蔽下層分散異構的各種數據。邏輯數據庫是物理數據經(jīng)由元數據定義、映射而成的統一數據管理中心，而不需要改變原來(lái)的數據結構。這種關(guān)鍵技術(shù)的采用無(wú)疑可以避免以上兩種模式的局限性。
圖I “1+X”模式層次結構圖
基于“1+X” 模式的資源整合系統采用Web Service技術(shù)的多層體系結構，如圖2所示。
圖2 “1+X”模式體系結構圖
4 基于一卡通應用平臺資源整合的實(shí)現
數字化校園應用平臺是為數字化校園提供的—種應用操作平臺，由一個(gè)中心(校園一卡通)、兩個(gè)平臺(系統核心平臺和校園網(wǎng)應用平臺)組成，通過(guò)系統安全策略和第三方接入解決方案，實(shí)現用戶(hù)身份認證與管理作用、電子錢(qián)包消費結算、信息共享與統一管理三大功能。
“一卡通”以校園網(wǎng)為載體，以電子和信息技術(shù)為手段，集身份識別、校務(wù)管理以及各項校園服務(wù)為一體的系統。通過(guò)校園一卡通的應用，形成一個(gè)跨平臺、跨數據庫、可自我發(fā)展的數字化校園應用平臺。通過(guò)統一訪(fǎng)問(wèn)入口，用戶(hù)可以方便地訪(fǎng)問(wèn)門(mén)戶(hù)中集成的各種資源，數字校園以一個(gè)整體的形象呈現在用戶(hù)面前；通過(guò)應用系統集成技術(shù)提供統一的應用系統管理工具，實(shí)現校園網(wǎng)應用系統的集中管理；通過(guò)統一的用戶(hù)管理，提供完整的用戶(hù)權限管理工具，實(shí)現用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)權限的集中管理。
4．1 基于Portlet信息門(mén)戶(hù)
門(mén)戶(hù)(Porta1)是IT領(lǐng)域的新興技術(shù)，屬于網(wǎng)格技術(shù)的分支，其核心是分布式計算與資源管理。校園信息門(mén)戶(hù)(CIP)是整個(gè)數字化校園的訪(fǎng)問(wèn)入口點(diǎn)，通過(guò)Portlet技術(shù)構建的校園信息門(mén)戶(hù)可以集成已有的信息系統和Web應用程序；同時(shí)，通過(guò)可訂制的門(mén)戶(hù)渠道傳遞繼承的內容、應用程序和服務(wù)，允許從校外訪(fǎng)問(wèn)校園信息門(mén)戶(hù)，而且不需要額外的客戶(hù)端軟件來(lái)安裝和維護，降低了門(mén)戶(hù)實(shí)現和管理的成本，提高了工作效率，解決了數字校園建設中系統集成、信息整合和個(gè)性化信息服務(wù)的問(wèn)題。
在具體的實(shí)現中，采用基于開(kāi)發(fā)源代碼的JetSpeed系統。JetSpeed按照MVC模型來(lái)構建，由Portlet、ServletEngine、Http Server等構件組成。Portle．t的校園信息門(mén)戶(hù)的框架設計分為界面和服務(wù)兩個(gè)部分。門(mén)戶(hù)的界面由各個(gè)預先構造的Portlet組成，每個(gè)Portlet占用瀏覽器的一塊區域顯示信息，用戶(hù)與具體的Portlet交互，Portlet的顯示內容由Portlet的內部邏輯所決定。門(mén)戶(hù)的功能設計從而轉化為設計實(shí)現單獨的Portlet，用戶(hù)在定制自己的顯示頁(yè)面時(shí)，從注冊的Portlet選擇可用且有權限訪(fǎng)問(wèn)的Portlet。
用戶(hù)在訪(fǎng)問(wèn)本信息門(mén)戶(hù)時(shí)，通過(guò)瀏覽器發(fā)送HTTP請求，Web服務(wù)器將收到的請求傳遞給Sezvlet容器，Servlet容器調用門(mén)戶(hù)引擎(t-J戶(hù)服務(wù)器Servlet)，門(mén)戶(hù)引擎將請求轉換為Portlet請求，依次調用Portlet容器，根據需要經(jīng)過(guò)多次調用后將多個(gè)Portlet的輸出合成起來(lái)生成結果頁(yè)面。
4．2 統一身份認證技術(shù)
統一身份認證是校園應用平臺實(shí)現資源整合、提供個(gè)性化服務(wù)的前提和基礎，由認證服務(wù)系統接管各自的認證模塊，各應用系統只需要遵循統一認證服務(wù)調用接口，即可實(shí)現用戶(hù)身份的認證。系統利用身份認證服務(wù)提供的安全認證協(xié)議來(lái)保證用戶(hù)身份信息、密碼的存儲以及在網(wǎng)絡(luò )上傳輸的安全性，同時(shí)通過(guò)傳輸層安全(TLS)與簡(jiǎn)單認證和安全層(SASL)認證機制來(lái)保護數據的完整性和私密性。統一身份認證包括認證整合、統一用戶(hù)授權及單點(diǎn)登錄(SSO)。
隨著(zhù)數字校園的深入建設，需要對學(xué)校的身份認證體系重新規劃，將卡作為統一身份認證的載體，把原有一卡通系統的用戶(hù)管理、用戶(hù)組管理模塊和統一身份認證系統集成，使統一身份認證系統作為添加用戶(hù)和獲取身份信息的唯一人口。針對學(xué)校的組織結構和安全性策略，對其所有用戶(hù)進(jìn)行分組，并基于學(xué)校業(yè)務(wù)模塊的應用權限為組和用戶(hù)統一分配角色。通過(guò)LDAP目錄服務(wù)將校內的用戶(hù)或組織的信g(稱(chēng)為屬性)以層次結構、面向對象數據庫的方式加以收集和管理，對用戶(hù)信息進(jìn)行統一管理，保證數據的一致性和完整性，為校園各類(lèi)應用系統提供用戶(hù)信息的共享?？紤]到校園一卡通系統的特殊應用場(chǎng)景，根據專(zhuān)網(wǎng)設計和脫機使用的要求，統一身份認證中心支持一卡通系統建立單獨的數據庫，定制開(kāi)發(fā)后臺數據復制的服務(wù)，使校園一卡通系統可以保持和統一身份認證數據的一致；對于校園一卡通系統的Web應用部分，將其納入信息發(fā)布門(mén)戶(hù)體系，使用統一身份認證系統接口，自然地支持單點(diǎn)登錄。
4．3統一的數據交換中心
數字化校園有其階段性建設的特點(diǎn)，各應用系統松耦合、相對獨立。為了使目前的應用系統得到有效利用，在結構上統一數據中心和其他應用系統也應是松耦合的關(guān)系。數據層面所需的信息集中存儲，各應用子系統共享，可以有效防止信息的冗余和不一致，保證數據的準確性和可靠性，實(shí)現核心數據的集中管理、備份，提高系統的安全性，減少設備的投資和管理的人力成本。數據中心在數據級對“一卡通”和其他系統的數據進(jìn)行無(wú)縫集成，便于信息的共享、交流和各項業(yè)務(wù)的協(xié)作。
一卡通系統使用統一數據交換中心提供的公共數據編碼、身份信息等數據，同時(shí)一卡通系統擁有自己的業(yè)務(wù)數據庫，將其他應用系統需要的信息納入共享數據庫的統一設計中，實(shí)現校園一卡通系統數據對整個(gè)數字化校園的共享。
(1)XML數據交換引擎的設計與實(shí)現。XML數據交換引擎是數據交換系統的核心部分，主要負責異構數據信息的轉換。在數據轉換過(guò)程中，引擎根據系統中已注冊的傳人源文件與輸出目標文件，從XLST"映射文件庫中調用與之對應轉換映射文件XLST(Sourse--D)將源文件轉換為系統標準XML文檔。隨后，引擎再次調用XLST (Destination)文件，將系統標準XML文檔轉換為目標文件，完成一次轉換過(guò)程。引擎采用多線(xiàn)程處理機制，主要由數據轉換模塊與XSLT數據轉換映射文件庫組成。
(2)XML數據交換接口的設計與實(shí)現。數據交換接口主要實(shí)現兩個(gè)方面的功能：(1)將待交換數據映射為XML文檔，即數據的輸出。數據輸出根據各系統后臺數據庫的具體情況與其建立連接，從數據庫中獲取需要轉換的數據生成DataSet數據集，并將數據轉換為XML文檔，完成轉換后關(guān)閉與數據庫的連接。(2)對轉換后的輸入XML文檔進(jìn)行合法性檢查，通過(guò)檢查的數據被讀人數據庫實(shí)現數據的更新，即數據的輸入。輸人數據的身份驗證主要驗證傳人數據是否為系統的合法數據、數據的來(lái)源及目標是否有效。利用XSD架構定義語(yǔ)言進(jìn)一步對轉換后的XML輸人數據進(jìn)行結構及合法性檢查，確保輸入數據的完整性及正確性。然后，建立與數據庫的連接，將數據讀人系統，并對數據庫進(jìn)行更新。數據輸入流程如圖3所示。
圖3 數據輸入流程圖
4．4 統一的用戶(hù)管理
一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)應用系統都擁有獨立的用戶(hù)信息管理功能，用戶(hù)信息的格式、命名與存儲方式也多種多樣。在數據同步的過(guò)程中，既有上行也有下行。所以，對于統一數據交換中心應建立一套任務(wù)調度機制，保證在系統運行的過(guò)程中產(chǎn)生的差異數據能被準確地捕獲和復制。解決用戶(hù)數據同步問(wèn)題的根本辦法是建立統一用戶(hù)管理系統(UUMS)。UUMS統一存儲所有應用系統的用戶(hù)信息，應用系統對用戶(hù)的相關(guān)操作全部通過(guò)UUMS完成，而授權等操作則由各應用系統完成，即統一存儲、分布授權。
UUMS分為兩大子系統：用戶(hù)集中管理和用戶(hù)信息服務(wù)。用戶(hù)集中管理子系統通過(guò)JNDI訪(fǎng)問(wèn)LDAP目錄服務(wù)，進(jìn)行人員信息的集中管理、更新和查詢(xún)。當組織結構變化時(shí)，只需在這里修改一次，無(wú)需去維護每個(gè)相關(guān)的應用系統。用戶(hù)信息服務(wù)子系統提供應用系統訪(fǎng)問(wèn)統一用戶(hù)管理服務(wù)的接口，采用簡(jiǎn)單對象訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議(SOAP)實(shí)現的用戶(hù)信息遠程查詢(xún)接口和采用ServletFilter代理技術(shù)實(shí)現的認證服務(wù)是其中兩種核心服務(wù)。
圖4 UUMS實(shí)現框圖
基于LDAP目錄服務(wù)開(kāi)發(fā)統一用戶(hù)管理系統，實(shí)現校園網(wǎng)用戶(hù)權限的分級、分層管理，并充分利用目錄服務(wù)的樹(shù)狀信息存儲結構、快速響應大容量查詢(xún)和分布式復制信息的特性，一方面降低數字化校園應用系統中用戶(hù)管理的成本，提高新應用系統的開(kāi)發(fā)效率，尤其提供包括單點(diǎn)登陸在內的認證服務(wù)；另一方面，有了通用的用戶(hù)信息基礎結構，可以集中地管理用戶(hù)角色，制定安全政策，大大減少了各個(gè)應用系統權限管理的維護量。
5 結束語(yǔ)
依托數字化校園應用平臺的建設，對一卡通和校園資源進(jìn)行“1+x”整合，將校園網(wǎng)原來(lái)的單一服務(wù)轉為多元化服務(wù)，為“數字化校園”提供全面的數據采集網(wǎng)絡(luò )平臺。通過(guò)一卡通系統，實(shí)現校園網(wǎng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)權限的集中管理，統一控制用戶(hù)對信息資源和應用系統的訪(fǎng)問(wèn)，為用戶(hù)提供集成的訪(fǎng)問(wèn)人口，并根據用戶(hù)身份提供滿(mǎn)足其需求的特定信息資源和業(yè)務(wù)數據，為用戶(hù)提供個(gè)性化的服務(wù)。一卡通系統在身份認證和密碼識別以及用戶(hù)授權方面具有優(yōu)良的特性，因此整合高?，F有一卡通和校園網(wǎng)資源是構建數字化校園概念下的校園網(wǎng)應用平臺關(guān)鍵的第一步。目前，學(xué)校新聞發(fā)布系統、學(xué)生管理系統、機房管理系統、食堂消費系統等網(wǎng)絡(luò )應用系統已實(shí)現基于Web Service的“1+X”整合。通過(guò)一卡通，對各種資源的有效集成、整合和優(yōu)化，實(shí)現了資源的有效配置和充分利用，實(shí)現了校務(wù)管理和后勤服務(wù)的改進(jìn)，實(shí)現了教學(xué)、學(xué)習、生活過(guò)程的優(yōu)化，從而提高了各種管理和服務(wù)工作的效率和效果，很好地解決了校園復雜網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )應用的統一身份認證、數據同步、用戶(hù)權限管理等問(wèn)題。
作者簡(jiǎn)介：
段智敏(1979-)，男，湖南郴州人，碩士生，系統分析師，研究方向為校園信息化和IT項目管理；
王如龍，研究員，研究方向為企業(yè)信息化、IT項目管理和軟件工程。
通訊地址：410004湖南省長(cháng)沙市長(cháng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院；
Tel：13875854603；E-mail：superdzm@tom.com
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