石文兵，葛 斌

安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)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(tái)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(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南，232001

針對(duì)傳統(tǒng)校園網(wǎng)站通常無法實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互，普遍存在設(shè)計(jì)重復(fù)和信息孤島等問題，對(duì)網(wǎng)站群管理平臺(tái)下的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)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(jìn)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(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該數(shù)據(jù)傳輸序列化模型對(duì)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(shí)，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(tái)是通過資源整合與信息共享實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺(tái)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(tái)不統(tǒng)一、規(guī)劃設(shè)計(jì)重復(fù)、信息孤島、工作流程和工作機(jī)制不合理以及維護(hù)升級(jí)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(shì)[1-2]。網(wǎng)站群管理平臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(duì)網(wǎng)站群管理平臺(tái)下的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)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?qiáng)系統(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(tái)的目標(biāo)是加強(qiáng)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(tái)的建設(shè)是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其核心任務(wù)主要包括兩個(gè)方面。

2.1 集中式統(tǒng)一站群平臺(tái)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(dú)開發(fā)設(shè)計(jì)導(dǎo)致校園網(wǎng)站建設(shè)質(zhì)量參差不齊、規(guī)劃設(shè)計(jì)重復(fù)、升級(jí)維護(hù)困難等問題，與數(shù)字化校園的發(fā)展趨勢(shì)相背離，對(duì)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(chǔ)，提供標(biāo)準(zhǔn)化的建站接口和分級(jí)管理權(quán)限。在該模式下，通過設(shè)計(jì)集中式數(shù)據(jù)傳輸層負(fù)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(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將整個(gè)系統(tǒng)遷移到集中式統(tǒng)一的站群平臺(tái)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(duì)這類系統(tǒng)或網(wǎng)站最佳的管理方式是實(shí)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(dú)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(shí)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(gè)方面的分析，網(wǎng)站群管理平臺(tái)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(chǔ)格式完全獨(dú)立于開發(fā)語言，在不同的計(jì)算機(jī)語言中可以被理解為記錄類型、結(jié)構(gòu)體或?qū)ο蟮龋瑢?duì)應(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(jí)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(duì)象,對(duì)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(hào)括起來的字符串、數(shù)值、true、false、null、對(duì)象或數(shù)組

3.2 數(shù)據(jù)對(duì)象的序列化

在數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺(tái)中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)均為POJO對(duì)象，數(shù)據(jù)對(duì)象符合簡(jiǎn)單Java對(duì)象的規(guī)范。在集中式站群結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)象為節(jié)點(diǎn)，客戶端瀏覽器的JavaScript引擎將無法直接解析，并且不能實(shí)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(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象構(gòu)建序列化模型，實(shí)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(duì)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(jiǎn)單數(shù)據(jù)；POJO類型的數(shù)據(jù)是實(shí)體對(duì)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(jìn)一步描述為以下狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。

輸入集合I={Scalar,Object}對(duì)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(duì)象；狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)f(x)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)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(shí)例，圖3所示為服務(wù)器端生成的數(shù)據(jù)對(duì)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(chǔ)在中心數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)傳輸層的對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶的劇增，對(duì)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(duì)XML數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)XML數(shù)據(jù)進(jìn)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(jí)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(duì)XML的解析過程轉(zhuǎn)換為樹形結(jié)構(gòu)的遍歷，根節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)直接解析為L(zhǎng)ist對(duì)象集合，子節(jié)點(diǎn)解析為L(zhǎng)ist集合中對(duì)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(duì)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(duì)象。

圖5 XML數(shù)據(jù)序列化為JSON對(duì)象

圖6 集中式結(jié)構(gòu)下數(shù)據(jù)對(duì)象序列化輸出顯示耗時(shí)對(duì)比

4 仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境因素的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一些波動(dòng)，最終數(shù)據(jù)取多次試驗(yàn)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(duì)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(duì)象和原始數(shù)據(jù)對(duì)象輸出顯示到模擬終端的耗時(shí)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)隨機(jī)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(shí)間更短，校新聞網(wǎng)數(shù)據(jù)量較大，對(duì)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(duì)象的字符數(shù)對(duì)比，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(tái)和開放式實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jià)值。

5 結(jié)束語

數(shù)字化校園中信息量增長(zhǎng)迅速，網(wǎng)站群管理平臺(tái)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(xì)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(yùn)行現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)在模擬終端進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，站群管理平臺(tái)下的數(shù)據(jù)傳輸序列化模型對(duì)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(shí)也為站群管理平臺(tái)下的數(shù)據(jù)共享和融合提供了理論支持。

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(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(xiàng)目“基于J2EE的數(shù)字化校園網(wǎng)站群管理平臺(tái)的研究”(2012QNY30)。

石文兵(1982-)，安徽安慶人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)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