淺談SOA環(huán)境下數字教育資源協(xié)同共享框架及實(shí)現研究的術(shù)論論文
【論文關(guān)鍵詞】SOA Web服務(wù) 數字教育資源 一站式 協(xié)同
【論文摘 要】充分利用網(wǎng)絡(luò )共享優(yōu)質(zhì)教育資源，是當前教育數字化深入發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文對分布式數字教育資源協(xié)同的需求進(jìn)行了分析，提出了SOA環(huán)境下數字教育資源協(xié)同共享框架模型（MERSCA），論述了系統的主要架構和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現。希望在對現有各資源站點(diǎn)改動(dòng)最小的基礎上解決資源的共享和增值應用問(wèn)題，創(chuàng )新數字教育資源公共服務(wù)模式，提高資源的利用效率。
一、引言
數字教育通過(guò)實(shí)現教育從環(huán)境、資源到應用的數字化，使現實(shí)校園環(huán)境憑借信息系統在時(shí)間和空間上得到延伸[1]。SOA(Service Oriented Architecture，面向服務(wù)架構)是為解決分布式互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的資源共享和重用而提出的一種新型軟件系統架構，它允許不同系統能夠進(jìn)行無(wú)縫通信和異構資源共享。
傳統的網(wǎng)絡(luò )教育資源使用模式降低了遠程教育系統中的資源通用性能力，造成了大量資源浪費。建設開(kāi)放共享的數字教育公共服務(wù)體系是國家實(shí)施現代遠程教育工程的核心組成部分，也是《國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要（2006-2020年）》的重要主題[2]。SOA（面向服務(wù)架構）為數字教育服務(wù)體系建設提供了最佳支持，為構建開(kāi)放的數字教育公共服務(wù)支撐平臺，建立新型的面向數字教育的公共服務(wù)機制，國家支持實(shí)施了“數字化學(xué)習港與終身學(xué)習社會(huì )的建設與示范”、“數字教育公共服務(wù)示范工程”等多項重大項目，目前已經(jīng)初步建立了“奧鵬”、“弘成”和“知金”三個(gè)覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò )教育公共服務(wù)體系[3]。
在分布式教育資源服務(wù)的集成應用中，信息的交互、共享和數據的安全訪(fǎng)問(wèn)是關(guān)鍵內容[4]。設計一個(gè)全局的資源協(xié)同和訪(fǎng)問(wèn)框架來(lái)屏蔽資源平臺差異，實(shí)現分布式資源的共享，以支持優(yōu)質(zhì)教育資源增值應用，構建開(kāi)放和便捷的資源整合服務(wù)，成為SOA環(huán)境下教育資源數字化建設需要解決的首要問(wèn)題。
本文在對分布式環(huán)境下數字教育資源協(xié)同的需求進(jìn)行分析的基礎上，設計了SOA環(huán)境下數字教育資源協(xié)同共享框架模型（MERSCA, Model of E-learning Resources Sharing andCoordination Architecture），然后從協(xié)同數字教育資源一站式訪(fǎng)問(wèn)和數字教育資源服務(wù)基于序關(guān)系的協(xié)同兩個(gè)方面討論了MERSCA實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐研究表明，MERSCA模型是分布式數字教育資源協(xié)同共享系統建構中一種可行和實(shí)用的方案。
二、分布式數字教育資源協(xié)同需求分析
數字教育要達到的重要目標是信息共享和應用集成，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)長(cháng)期的建設和完善過(guò)程[5]，涵蓋資源建設、資源集成、知識處理、平臺接入和運行、質(zhì)量監控和資源評價(jià)等多個(gè)方面，所以在建設之初就應融入基于全局觀(guān)點(diǎn)、具有可擴展性和新技術(shù)兼容等多個(gè)方面的考量。
SOA環(huán)境下數字教育資源協(xié)同共享框架及實(shí)現涉及資源協(xié)同的可擴展性、資源訪(fǎng)問(wèn)的便捷性、用戶(hù)身份的管理以及認證、授權、加密等多項技術(shù)，框架的整體設計應滿(mǎn)足以下目標：
�。�1）靈活性
數字教育服務(wù)架構通過(guò)通用性的服務(wù)接口調用來(lái)實(shí)現資源的`跨域整合，個(gè)體原子服務(wù)獨立于實(shí)現平臺，具有松耦合、可擴展等特點(diǎn)，它們往往在不同時(shí)期由不同廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)，設計方法和開(kāi)發(fā)技術(shù)也有所不同，各自擁有獨立的用戶(hù)認證體系，也因此導致了目前各個(gè)系統的用戶(hù)數據分散，不能統一管理，難以共享數據的現狀[6]。數字教育資源一站式協(xié)同架構需要從整體上靈活地鑒別用戶(hù)，為這些多類(lèi)型的安全服務(wù)提供基于整體訪(fǎng)問(wèn)的跨域安全集成，提供統一訪(fǎng)問(wèn)入口，從而提高優(yōu)質(zhì)資源整合的敏捷性。
�。�2）信任遷移
面向服務(wù)的思想使得資源應用逐漸趨向于分布式和相互合作的形式，用戶(hù)的身份和授權也不再局限于某一特定的信任域。當資源來(lái)源于多個(gè)安全域，為保證資源交互活動(dòng)安全，每次訪(fǎng)問(wèn)都需要對用戶(hù)進(jìn)行身份和權限準入確認，降低了資源使用效率[7]。因此需要一種信任遷移機制，能夠提供一個(gè)整體的、運行時(shí)身份驗證盡可能少的安全信息共享方案。資源訪(fǎng)問(wèn)主體只需要在某個(gè)安全域中進(jìn)行一次身份認證，就可以訪(fǎng)問(wèn)其被授權的當前安全域其他資源或被當前安全域信任的其他域中的資源，不必通過(guò)多次身份驗證操作來(lái)獲得授權。
�。�3）可伸縮
模型應當能夠提供開(kāi)放式體系結構，實(shí)現可擴展的安全訪(fǎng)問(wèn)機制，框架應當將信息系統所面對的教育企業(yè)或機構從整體應用的角度統一對待，保持通過(guò)增加資源使服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生線(xiàn)性增長(cháng)的能力。當有新的應用需要部署或增加時(shí)，不需要對應用程序本身進(jìn)行大量修改，通過(guò)考量安全方案規劃技術(shù)發(fā)展因素，使新的安全技術(shù)和規范可以很方便地融入[8]。
三、數字教育資源一站式協(xié)同
架構模型（MERSCA）
SOA環(huán)境下數字教育資源協(xié)同共享框架模型結構如圖1所示。MERSCA采用層次結構建模方法，從數字教育資源服務(wù)中協(xié)同資源一站式訪(fǎng)問(wèn)與基于序關(guān)系的動(dòng)態(tài)協(xié)同兩個(gè)核心技術(shù)構建資源的安全整合，把握用戶(hù)對于教學(xué)設計邏輯和資源訪(fǎng)問(wèn)等個(gè)性化需求，在進(jìn)行異構數字教育資源協(xié)同架構規劃中兼顧目前和未來(lái)的發(fā)展。MERSCA模型從下至上分為資源管理層、通信層、資源組合層、資源協(xié)同層和應用層。
�。�1）資源管理層
我國教育數字化建設中的一個(gè)重要組成部分就是網(wǎng)絡(luò )教育資源開(kāi)發(fā)。為促進(jìn)網(wǎng)絡(luò )教育資源建設，國家投入了大量的人力、物力和財力，目前已經(jīng)建立起了媒體素材、在線(xiàn)題庫、網(wǎng)絡(luò )課件、網(wǎng)上教學(xué)案例、網(wǎng)絡(luò )課程等多種類(lèi)型的數字教育資源[9]。
在MERSCA中，資源管理層從分布式的優(yōu)質(zhì)教育資源中提取類(lèi)型資源共性，參照已定義好的統一接口標準，將資源屬性對應于標準屬性用XML格式字符串描述出來(lái)，形成統一的資源描述規范和服務(wù)接口。同時(shí)通過(guò)WSDL協(xié)議描述數字教育資源的服務(wù)，實(shí)現標準的接口綁定和異構資源的服務(wù)封裝，并進(jìn)行注冊和功能分類(lèi)的集中管理，在對現有各資源站點(diǎn)改動(dòng)最小的基礎上解決資源的共享和增值應用問(wèn)題。資源管理層為通信層和資源服務(wù)組合層提供了資源的預處理功能，通過(guò)服務(wù)接口對外提供教育資源服務(wù)。
�。�2）通信層
通信層使用基于XML的SOAP協(xié)議（Simple Object Access Protocol,簡(jiǎn)單對象訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議）對教育資源交互信息進(jìn)行描述。應用程序之間基于SOAP進(jìn)行相互溝通時(shí)，不需要知道彼此是在哪一種操作平臺上操作或是各自如何實(shí)現等細節信息。SOAP代表了一套資源如何呈現與延伸的共享規則，它是一個(gè)獨立的信息，可以獨自運作在不同的操作系統上面，并可以使用各種不同的通訊方式來(lái)傳輸，例如SMTP、MIME，或是HTTP等。
無(wú)論基于.net技術(shù)開(kāi)發(fā)的教育資源系統，還是應用java技術(shù)開(kāi)發(fā)的教育資源系統，通過(guò)SOAP協(xié)議，系統之間能夠相互進(jìn)行溝通和資源共享，資源系統之間的平臺架構和實(shí)現細節是彼此透明的。
�。�3）教育資源服務(wù)組合層
資源組合層基于BPEL4WS業(yè)務(wù)流，在Web服務(wù)組合引擎所提供的質(zhì)量控制、消息路由、信息管理、事務(wù)管理和流程管理等功能的支持下進(jìn)行資源服務(wù)集成。通過(guò)可視化編排方式，資源組合層將不同的教育資源原子服務(wù)依據教學(xué)設計者設定的邏輯組合在一起，屏蔽底層信息基礎設施的變遷，合理地安排這些服務(wù)的運行順序，以形成大粒度的、具有內部流程邏輯的教育資源整合，充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教育資源服務(wù)的潛力，形成“1+1>2”的服務(wù)資源集成增值效果。
BPEL4WS基于XML Schema、XPath及XSLT等規范，提供了一套標準化語(yǔ)法對業(yè)務(wù)流程所綁定的Web服務(wù)交互特性及控制邏輯進(jìn)行描述。通過(guò)對業(yè)務(wù)流程中教育服務(wù)資源的交互行為建模，BPEL4WS以可視化和有序的方式協(xié)調它們之間的交互活動(dòng)達成教育資源服務(wù)的組合應用目標。
�。�4）教育資源協(xié)同層
異構數字教育資源服務(wù)的協(xié)同應用過(guò)程涉及處于不同計算域下的多個(gè)資源提供者，當用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)分布式的多域數字教育資源時(shí)，就會(huì )涉及安全邊界跨越問(wèn)題，需要登陸不同系統，接受多次安全身份驗證，安全與訪(fǎng)問(wèn)效率都無(wú)法得到保證。
安全聲明標記語(yǔ)言SAML是信息標準化促進(jìn)組織（OASIS）為產(chǎn)生和交換使用者認證而制定的一項標準規范，它基于XML架構在不同的在線(xiàn)應用場(chǎng)景中決定請求者、請求內容以及是否有授權提出需求等，同時(shí)為交易的雙方提供交換授權和確認的機制，達到可轉移的信任。安全協(xié)同層基于SAML實(shí)現用戶(hù)在多個(gè)資源提供者之間身份和安全信息的遷移，通過(guò)數字加密和簽名技術(shù)保證系統消息之間的保密性。用戶(hù)只需在網(wǎng)絡(luò )中主動(dòng)地進(jìn)行一次身份認證登陸，不需再次登陸就能夠在達成信任關(guān)系的成員單位之間無(wú)縫地訪(fǎng)問(wèn)授權資源。資源安全協(xié)同層所采用的一站式訪(fǎng)問(wèn)形式減少了認證次數，同時(shí)也降低了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)資源時(shí)的時(shí)間成本。
�。�5）應用層
應用層是系統功能和使用者交互的接口，提供安全管理入口、資源展示、資源新聞發(fā)布、知識宣傳等功能。E-learning學(xué)習信息門(mén)戶(hù)是應用層信息資源集成界面與終端使用者之間進(jìn)行信息交互的橋梁，它通過(guò)一站式服務(wù)為學(xué)習者提供分布式數字教育資源集成服務(wù)中的核心業(yè)務(wù)。學(xué)習者通過(guò)信息門(mén)戶(hù)模塊進(jìn)入學(xué)習環(huán)境，依據自身的需要和意愿選擇合適的學(xué)習資源，來(lái)完成通過(guò)多個(gè)安全域中的分布式資源整合而形成的系列課程學(xué)習。
四、MERSCA模型的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現
依托國家“十一五”科技支撐計劃課題“數字教育公共服務(wù)示范工程”，MERSCA模型已在實(shí)踐應用環(huán)境中得到成功實(shí)施。MERSCA通過(guò)分布式的數字教育資源服務(wù)整合來(lái)凝聚分布于網(wǎng)絡(luò )中的各種教育資源，實(shí)現了教育資源的共享和協(xié)同，并提供安全方便的資源訪(fǎng)問(wèn)模式。MERSCA的成功實(shí)施依賴(lài)于協(xié)同數字教育資源一站式訪(fǎng)問(wèn)和資源服務(wù)基于序關(guān)系的協(xié)同兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
1．協(xié)同教育資源的一站式訪(fǎng)問(wèn)
協(xié)同資源一站式訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)通過(guò)使用SAML安全信牌確�？梢浦驳男湃芜w移，在分布式的教育資源提供者之間共享用戶(hù)身份驗證信息和授權信息，同時(shí)又保證資源提供者對資源的控制權。SAML安全信牌由身份認證權威生成，它的生命周期也由身份認證權威來(lái)管理。完整的一站式訪(fǎng)問(wèn)安全認證實(shí)現過(guò)程如圖2所示，主要由六個(gè)步驟組成：
�。�1）學(xué)習者向身份認證權威的SOAP安全Agent提交身份驗證信息，請求確認身份的合法性；
�。�2）在確認學(xué)習者身份為合法后，身份認證權威為學(xué)習者創(chuàng )建含有SAML合法性判決標識文件的安全信牌，并將該信牌返回給學(xué)習者；
�。�3）學(xué)習者在教學(xué)設計業(yè)務(wù)流程邏輯的引導下，通過(guò)點(diǎn)擊目標資源地址的URL來(lái)試圖訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)協(xié)同學(xué)習資源，同時(shí)將合法性標識文件作為URL的一部分發(fā)送給資源站點(diǎn)，然后被重新定向到資源提供者；
�。�4）學(xué)習資源提供者的SOAP安全Agent收到步驟（3）傳遞來(lái)的信息，從合法性標識文件中解析出身份認證權威的地址信息，然后向身份認證權威的SOAP安全Agent發(fā)送包含合法性標識文件的SAML請求；
�。�5）身份認證權威的SOAP安全Agent收到SAML請求后，從請求中包含的合法性引用信息找到相關(guān)認證，然后將認證信息封裝在SOAP包中，以SAML響應方式傳送給資源提供者；
�。�6）資源提供者的SOAP安全Agent檢查學(xué)習者安全信牌信息，如果檢查成功則將學(xué)習者重新定向到數字學(xué)習資源所在的URL，并將所需資源發(fā)送到學(xué)習者瀏覽器，否則將拒絕用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)。
在步驟（2）～（6）中，由于在重定位URL后附有與學(xué)習者認證相關(guān)的安全信息，可采用簽名和加密的方式來(lái)保障認證信息的機密性和完整性。為確保發(fā)送方和接收方身份的真實(shí)性，步驟（4）和（5）中資源提供者和身份認證權威需要進(jìn)行雙向認證，它們在傳輸身份聲明的過(guò)程中對學(xué)習者是透明的。
協(xié)同資源一站式訪(fǎng)問(wèn)的實(shí)現讓學(xué)習者在訪(fǎng)問(wèn)不同的服務(wù)資源時(shí)避免身份重復認證，節省了學(xué)習者的學(xué)習時(shí)間，提高了系統資源的服務(wù)效率。
2. 資源服務(wù)基于序關(guān)系的協(xié)同
資源服務(wù)基于序關(guān)系的協(xié)同技術(shù)將分布式環(huán)境下的教育資源服務(wù)看作獨立的功能模塊，通過(guò)BPEL4WS（Web服務(wù)業(yè)務(wù)流程執行語(yǔ)言）流程活動(dòng)綁定這些資源模塊，通過(guò)結構化業(yè)務(wù)流程活動(dòng)來(lái)定義資源服務(wù)活動(dòng)之間基于序的邏輯關(guān)系，實(shí)現數字教育資源協(xié)同，組成大粒度增值應用服務(wù)。BPEL4WS流程引擎為業(yè)務(wù)流程所綁定的資源提供了控制與管理支持。教育資源設計者可以方便地依據教學(xué)設計思想采取可視化的方式編排資源協(xié)同關(guān)系，更方便地適應學(xué)習者的個(gè)性化學(xué)習需求。
圖3展示了一個(gè)基于BPEL4WS的簡(jiǎn)易資源協(xié)同實(shí)例，BPEL4WS業(yè)務(wù)該流程通過(guò)三個(gè)基本活動(dòng)分別綁定了由不同提供者提供的“C語(yǔ)言基本知識和測試服務(wù)”、“C語(yǔ)言高階知識服務(wù)”和“C語(yǔ)言基本知識鞏固服務(wù)” 分布式資源，基于教學(xué)設計序邏輯組成“C語(yǔ)言知識集成服務(wù)”組合服務(wù)。當E-learning學(xué)習門(mén)戶(hù)接收到學(xué)習者的服務(wù)請求時(shí)，組合服務(wù)資源主要協(xié)同過(guò)程描述如下：
�。�1）流程“Receive”協(xié)同服務(wù)接口接收開(kāi)始信息啟動(dòng)業(yè)務(wù)流程，啟動(dòng)一個(gè)資源協(xié)同實(shí)例；
�。�2）“C語(yǔ)言基本知識和測試服務(wù)”通過(guò)基礎知識服務(wù)接口為學(xué)習者提供C語(yǔ)言基礎知識學(xué)習資源，通過(guò)測試接口對學(xué)習者進(jìn)行知識測試；
�。�3）“C語(yǔ)言基本知識和測試服務(wù)”將測試結果得分提交給BPEL4WS學(xué)習流程；
�。�4）BPEL4WS流程對學(xué)習者的學(xué)習績(jì)效進(jìn)行邏輯判決；
�。�5）當學(xué)習者得分小于60時(shí)，學(xué)習流程引導學(xué)習者進(jìn)入“知識鞏固服務(wù)”，進(jìn)行知識鞏固；當學(xué)習者得分大于60時(shí)，學(xué)習流程將引導學(xué)習者進(jìn)行高階知識學(xué)習；
�。�6）學(xué)習者知識學(xué)習結束，學(xué)習流程通過(guò)“Reply”協(xié)同服務(wù)輸出接口發(fā)送終止信息終止業(yè)務(wù)流程，結束學(xué)習過(guò)程。
五、結論與展望
屏蔽資源平臺差異、構建便捷的一站式數字教育資源整合服務(wù)是開(kāi)放環(huán)境下數字教育服務(wù)建設需要解決的核心問(wèn)題之一。本文提出了一種面向SOA環(huán)境的數字教育資源一站式協(xié)同架構模型MERSCA，MERSCA采用分層結構，通過(guò)對數字教育資源的服務(wù)包裝，實(shí)現了資源的共享和可重用；通過(guò)基于SAML的安全信息共享技術(shù)，實(shí)現了一站式訪(fǎng)問(wèn)；通過(guò)BPEL4WS綁定，實(shí)現數字教育資源基于教學(xué)設計思想的增值協(xié)同。MERSCA具有良好的擴展性、集成性以及與平臺無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，適用于數字教育資源跨部門(mén)協(xié)同應用中的信息共享和資源整合。模型的實(shí)現過(guò)程證明，該方案具有可行性和實(shí)用性。這些特點(diǎn)在筆者參與的國家科技支撐計劃課題“數字教育公共服務(wù)示范工程”實(shí)踐應用中得到了證明。未來(lái)的工作將主要集中在業(yè)務(wù)流程級別安全性的設計與實(shí)現方面，以便提供一個(gè)更完善的數字教育資源集成服務(wù)安全體系。
參考文獻:
[1] 余勝泉. 從知識傳遞到認知建構、再到情境認知——三代移動(dòng)學(xué)習的發(fā)展與展望[J]. 中國電化教育，2007，（6）：07-19.
[2] 馮琳，郝丹. 現代教育服務(wù)業(yè)與數字化學(xué)習港——第十五次“中國遠程教育學(xué)術(shù)圓桌”綜述[J]. 中國遠程教育，2007，（9）：05-17.
[3] 楊宗凱. 數字教育服務(wù)體系和環(huán)境的構建[J]. 中國遠程教育，2007，（10）：57-58.
[4] 鐘志賢，王覓，林安琪. 論遠程學(xué)習者的資源管理[J]. 遠程教育雜志，2008，（6）：48-52.
[5] 羅勇為. 基于生態(tài)學(xué)視角的基礎教育信息化可持續發(fā)展研究[J].中國遠程教育，2010，（6）：22-26.
[6] Shang Chao wang,Liu Qing tang,etc.Requirement Driven Learning Management Architecture Based on BPEL [J].Journal of DongHua University,2010,(02): 263- 267.
[7] 楊宏宇，孫宇超，姜德全. 基于SAML和PMI的授權管理模型[J].吉林大學(xué)學(xué)報，2008，（6）：1321-1325.
[8] 任為民. “數字化學(xué)習港”項目的初步實(shí)踐與研究[J]. 中國遠程教育，2007.（10）：58-59.
[9] 夏洪文，侯鳳芝. 基于知識網(wǎng)格的教育知識管理體系架構[J]. 電化教育研究，2010，（8）：61-65.
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