数字校园中的统一数据交换技术研究

一、数字校园的基本构成

我国的数字校园建设虽然起步晚，但是由于政府的强力支持、各院校的积极参与并参照了国外数字校园的建设经验，数字校园建设发展迅猛。进入二十一世纪以来，伴随着“211”、“985”等重点工程的实施，大多数高校都建成了比较完善的网络基础，形成了具有一定数量及规模的服务器和数据存储的数据中心，建设了一批基础网络服务和业务应用系统以及一批各具特色的教育信息资源，数字校园建设与应用正方兴未艾。

从总体上来看，数字校园大致可以分为以下三大部分，即基础设施(信息网络、数据中心、信息终端)、基础平台(统一数据交换平台、统一身份认证平台、统一门户平台、统一基础数据库)和应用系统(如教务管理、学生工作、财务管理、人事管理、教学平台、公共服务、一卡通等)，如图1所示。

二、统一数据交换

开展信息化建设以来各院校开发部署了大量的应用系统，有很多系统至今仍在发挥着重要作用。但是由于历史的原因，这些应用系统大多偏重于本单位、自身业务的工作流程以及数据的信息处理，普遍缺乏有效的总体规划和统一的数据标准，因此这些系统通常是封闭、自治、异构的，形成了数据不一致、信息不共享、安全难保障、应用难集成的局面。

因此，必须建立一种能够有机、高效地整合应用系统的机制，包括新建设的以及过去不同时期建设的应用系统，解决教育信息化过程中应用系统之间的数据共享和信息互通问题。

数字校园的出现彻底改变了传统的业务系统建设模式，它实现了统一的数字校园门户、统一的身份认证、统一的数据交换与共享，能够有效地消除“信息孤岛”。

统一数据交换以校园网为基础，以国家和教育部的相关标准为依据，在涵盖全校共同业务的统一基础数据库(包括人员基本信息、设备基本信息、教学信息、科研信息等)上，构建通用、灵活、高效的数据交换体系，打破当前多部门基础数据分治、孤立的局面，实现基础数据的抽取、过滤、存储、管理，从而形成完整、统一的全校数据视图，为包括基于不同平台、采用不同技术、异构的应用系统提供松耦合的数据交换和信息共享，提高教学、科研、行政管理和决策分析的综合效率和公共服务水平。

统一数据交换应实现的主要功能包括：

(1)元数据管理。在数字校园中元数据是对数据结构、数据关系等的描述信息，是数据交换的基础。

(2)集中管理。控制各交换节点(应用系统、统一交换平台、应用系统数据库、统一基础数据库)间数据交换权限、规则、路径，提供数据交换全过程的可视化配置手段。

(3)支持主流的数据库，如Oracle、MS SQL Server 等，支持异构数据库间的数据集成与协同，并保证多数据库(异构或同构)之间的全局事务一致性。

(4)支持多种数据交换策略，如事件触发，定时任务、按需触发等以满足不同的交换需求。

(5)具备完善的日志管理机制。监控交换任务的全过程并记入日志，为管理人员进行性能分析和故障判断提供直观详实的数据。

(6)支持集群部署和负载均衡，确保无单点故障，提供可靠、高效服务。

三、数据交换的主要方式及性能分析

最早的数据交换为直接的“点对点”形式，在这种方式下必须为系统中的每个交换进行定制开发，但是随着集成的系统变多，开发及后期维护的工作量就会急剧增加，因此这种效率低下的方式无法满足数字校园中大量的应用系统间的数据交换需求。

随着EAI、SOA、ESB等技术的出现，以及各行业信息化进程的加速，数据交换、系统集成技术日益成为研究与应用的热点领域，出现了多种高效、通用的数据交换方式，主要有数据库ETL(Extract Transform Load)工具、第三方ETL工具和Web服务三种方式。

1.基于数据库ETL工具的数据交换

大型的商用数据库通常都会提供ETL工具(如Oracle的ODI、SQL Server的SSIS和人大金仓的KDI等)。以ODI为例，它可以提供灵活的数据获取方式，包括数据库变化的数据捕捉、触发器、自定义标志位、基于日志的Logminer等方式，并可以采用数据库的内置客户端命令抽取、过滤和加载数据，从而获得高性能、高质量的数据交换。

2.基于第三方ETL工具的数据交换

第三方ETL工具(如Informatica Powercenter、Kettle等)提供独立的数据交换引擎，支持多种通信协议，封装具体的数据访问、传输过程，实现数据交换节点(应用系统数据库与公共数据库，或者数据文件与公共数据库)之间的数据映射、转换、清洗、传输及存储功能。

3.基于Web服务的数据交换

基于Web服务的数据交换是一种采用SOA架构的、分布式环境下的异构系统集成技术，它采用了标准的XML、SOAP、WSDL、UDDI等协议，具有开放、分布、标准化等特点，实现了对数据交换功能的封装、注册、发布及调用。在统一数据交换平台中能根据元数据自动构建出基本的数据服务，实现高效、快捷的服务构建，从而达到异构应用系统间松散耦合、与平台无关的交互与协同。由于统一数据交换平台与业务系统的服务接口是规范、公开、稳定的，因而可将应用系统或数据平台升级对数据交换的影响降低到最小，整个体系具有良好的可扩展性。

以上三种数据交换平台均能完成同构、异构数据之间的数据抽取、格式转换、内容过滤、内容转换、可视化管理监控等方面功能，但是由于采用的技术不同，它们在数据交换效率、数据质量上的性能有所差异，如表1所示。

数据库ETL工具和第三方ETL工具都是实现源数据库(或前置机数据库)与目标数据库间的直接数据交换，是一种紧耦合方式，交换效率高，但前提是必须开放双方数据库的访问权限，存在较大的安全隐患;其次只有熟悉源数据库与公共数据库的人员才能创建与维护。但是这两种模式都不必改造参与交换的应用系统，适用于暂时不便改造的遗留系统和上级配发的系统。

基于Web服务的数据交换采用了标准的协议，实现应用系统与数据交换平台间的数据交换，是一种松耦合的方式，具有广泛适用性和良好的扩展性，能够实现大规模的集成，有利于建立高效、规范、统一的校级应用系统体系。但是必须在应用系统和数据交换平台中开发相应的服务，且交换效率较低。适应于在数字校园架构下的新建系统和计划改造系统。

四、结束语

随着技术的发展与融合，一些ETL工具中也结合了Web服务技术，而Web服务的效率也在不断提高，因此在建设数字校园统一数据交换平台时，应从本单位的现实情况和长远规划考虑，选择有针对性的、科学合理的技术方案，为数字校园提高一个高效、可靠、安全的数据交换与共享平台，为院校的教学、科研、管理、服务的信息化提供有力支撑。

参考文献：

[1]蒋东兴,付小龙.高校数字校园建设指南[M].北京:高等教育出版社,2012.

[2]俞春,袁芳,刘乃嘉,王茜.高校数据共享与交换技术的应用研究[J].实验技术与管理,2012(11).