基于EMIF架构的区域集成服务器（ZIS）的设计与实现
2008-07-31
作者：陶再平
摘 要: 教育管理信息系统" title="管理信息系统">管理信息系统互操作" title="互操作">互操作规范（EMIF）旨在解决不同教育管理信息系统之间的信息资源共享和交换问题。在分析EMIF框架基础上，重点对EMIF框架中的区域集成服务器" title="区域集成服务器">区域集成服务器（ZIS）的功能需求和结构模型做了深入的研究，设计并实现了满足教育管理信息系统互操作规范的区域集成服务器，从而实现了不同教育管理信息系统之间的数据交换" title="数据交换">数据交换。
关键词: 教育管理信息；区域集成服务器；代理；教育管理信息系统互操作
随着计算机技术和通信技术的快速发展，教育信息化建设与应用也越来越广泛和深入。很多高校和各级教育管理部门都纷纷建立了自己的教育管理信息系统(EMIS)以满足日常业务管理的需要，提高工作效率和决策水平。但这些系统往往由于开发商的不同，开发平台的差异使得各系统之间缺乏统一的标准，其兼容性、规范性和互操作性都较差，导致学校内部各部门之间、学校与上级主管部门之间的信息资源很难实现数据交换和信息共享，从而形成一个个“信息孤岛”。这显然和网络“共享”的潮流格格不入，以至于学校在信息资源利用方面，存在低水平徘徊，使学校与上级管理部门之间的数据交换困难且耗时，从而严重影响到学校和教育管理部门的决策。因此，制定一套能够实现与网络无关，有着统一数据规范、数据共享和交换机制的教育管理信息系统互操作规范是十分必要的。为此，全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会制定了《教育管理信息系统互操作框架》（Education Management Information System Interoperability Framework），并于2002年10月发布了征求意见稿，以期解决上述问题。
1 EMIF简介
针对教育管理信息系统互操作问题，国外已经有很多科研机构、大学和公司从不同层面对此进行了深入的研究和实践。其中SIF(School Interoperability Framework)是由美国一些企业组织发起制定的中小学学校管理信息系统互操作框架。在借鉴美国SIF思想的基础上，全国信息技术标准化技术委员会教育技术分技术委员会制定了我国教育管理信息系统互操作规范EMIF(Education Management Interoperability Framework)。该规范提出了教育管理信息系统互操作的概念，通过对框架及其组件的描述，展现了一个由多个教育管理信息系统组成的开放型网络，任何符合规范的教育管理信息系统都可以成为EMIF框架的一部分，并与EMI框架内的任意一个系统交换和使用彼此的信息。EMIF框架有两种不同的架构模式：单区域架构模型和多区域架构模型。单区域的EMIF架构模式如图1所示。
单区域架构模式是由一个或多个应用程序" title="应用程序">应用程序及其代理（Agent）通过一台区域集成服务器（ZIS）相连，每个应用程序都与ZIS发生连接，应用程序之间并不直接通信，而是通过ZIS进行信息的转发。ZIS是一个信息流控制中心，也是代理之间进行通信的中介。它主要负责把报文交给指定的组件，或根据需要向某个组件索取报文。组件可以是本区域的Agent，也可以是另一个区域的ZIS。而Agent则是应用程序的延伸，是EMIS与ZIS的通信接口，Agent的主要作用就是把EMIS的数据绑定成符合EMIF规范的XML报文，或者把接收到的XML报文解释成EMIS可以理解的格式。
多区域架构模式则是由多个单区域通过ZIS互联而成，其数据传输控制原理与单区域架构相同，用于完成学校与学校之间，学校与上级主管部门之间的信息共享和数据交换。
EMIF规范由体系结构、报文规范、数据规范三部分组成。其中，数据规范是最基本的规范，它是EMIF报文规范的基础，对教育管理信息系统导出的数据模式进行了规定。报文规范建立在数据规范基础之上，通过报文将数据包装起来。体系结构则描述了构成整个互操作框架的各类组件、组件各自的功能以及互操作框架的实现模式。EMIF框架的最终建立必须以框架内各组件对报文规范和数据规范的遵守为前提。
为了实现组件之间的信息共享和数据交换，EMIF制定了两种数据传递模式：一个是“请求与应答模式”，另一个是“发布与预约模式”。例如，想要获取数据的系统（图书管理信息系统）向ZIS发出请求报文，ZIS根据存取控制列表查找数据的提供者（学生管理信息系统），并将请求报文转发给数据提供者。当数据提供者向ZIS发回相应的应答报文后，ZIS再将其返回给数据的请求者。这样的数据传递模式为“请求应答模式”。而“发布与预约模式”则是一个系统（图书管理信息系统）向ZIS发出“预约”报文，预约某数据的更新，当被预约数据对象在系统（学生管理信息系统）数据发生更新时，该系统向ZIS发布“事件”报文，ZIS迅速将事件报文根据存取控制列表发送给数据的预约者，从而实现数据的快速更新。
为了保证互操作性，EMIF定义了一组用于代理程序和ZIS之间交流的报文。XML作为一种与平台无关、与应用程序无关的数据交换格式成了EMIF数据交换的理想格式。另外，为了确保系统的可伸缩性和可靠性，EMIF要求数据交换采用异步通信方式，以避免报文的丢失。为了提高通信的安全性，EMIF提供了可靠的安全机制。
2 基于EMIF的ZIS设计与实现
EMIF规范对ZIS的功能进行了定义：ZIS的功能主要是与Agent或其他ZIS之间建立连接，接收Agent或ZIS传输过来的报文，进行处理，根据报文处理结果的不同转发或回复报文。ZIS对报文处理的过程为：当ZIS接收到报文时，首先对报文进行预处理，预处理包括身份验证和有效性验证，如果报文是符合EMIF规范的有效报文，则根据报文类型的不同进行相应的处理。根据EMIF规范的要求，ZIS应该具备的功能如图2所示。
(1)系统配置与维护：主要确定可以与当前ZIS建立连接的Agent或ZIS的配置信息，定义每个Agent可以对数据对象的存取控制权限，包括数据对象的提供、预约、请求和应答等。另外，系统配置与管理还将对数据对象的提供者、预约者的信息进行管理。
(2)连接管理：对每个代理（Agent）提供连接管理，并对Agent的每个请求进行身份验证，连接管理将维护每个连接的状态。
(3)报文处理：首先对收到的报文进行预处理，包括合法性验证和报文有效性检查，根据报文的类型不同进行相应的处理，并向Agent发送应答报文。
(4)报文转发：将接收到的请求报文、事件报文和应答报文存储到报文队列当中，然后发送给相应的代理（Agent）。
(5)报文队列管理：由于EMIF规范数据传输采用异步传输模式，为了确保数据的可靠性，防止死锁现象发生，ZIS必须建立报文队列管理机制及报文超时失效机制。
根据上述功能需求，ZIS的功能结构模型如图3所示。
由于SQL Server2000、Visual C#..NET和ASP.NET对XML都有很好的支持,本文利用Mircorsoft Visual Studo.Net 2003实现了EMIF ZIS1.0，ZIS1.0基本完成了EMIF中规定的ZIS基本功能， 能够处理EMIF规范中的各种报文，实现ZIS与Agent以及不同ZIS之间的数据和信息交换。
EMIF规范的提出对于解决不同教育管理信息系统之间的互操作问题，实现不同EMIS之间的数据和信息交流与共享是十分重要的。本文在分析和研究EMIF框架的基础上，明确了基于EMIF的ZIS的功能需求，设计并实现了ZIS的基本功能。但在设计过程中没有涉及到报文加密的问题，需要进一步完善和提高系统的安全性。
参考文献
[1] 张忠杰.基于EMIF规范实现多区域集成服务器的设计研究[J].教育信息化，2003,(6).
[2] 刘伟翔.基于EMIF的消息服务集成平台研究：[硕士论文]. 江苏：河海大学计算机及信息工程学院，2004.
[3] 杨琰华.教育管理信息系统互操作标准化研究[J]. 开发教育研究，2003,(1):38-41.
[4] 余 亮，邹 荣，黄勇,等. 基于EMIF区域教育管理信息系统互操作的设计方案[J].中国电化教育，2005,(4).
[5] 牛红星，李钢江，张忠能,等.基于Web的中小学校教育管理信息互操作平台的设计[J].计算机工程，2005,(5).
[6] 教育部.教育管理信息系统互操作规范（征求意见稿）CELTS-40 WD1.0, 2003.