建設中國民航的數據交換平臺

張 勇

（中國民航科學技術研究院，北京 100028）

2006年初，中國民航局提出了建設新一代航空運輸系統(tǒng)的宏偉計劃。行業(yè)綜合性信息網絡平臺在新一代航空運輸系統(tǒng)中具有十分重要的地位，它是其他7大領域系統(tǒng)的基礎平臺和信息交換樞紐。民航各信息系統(tǒng)的數據交換和共享又將成為信息網絡平臺的基礎。

1 民航數據交換平臺的必要性

目前中國民航信息技術領域的信息共享和交換水平與民航事業(yè)的發(fā)展不相適應，與國際水平還存在相當大的差距。近年來，在民航信息化的實施過程中出現了諸多問題，特別突出的是航空公司、機場、空管、政府主管部門等單位之前已經開發(fā)或購買的各應用系統(tǒng)的體系結構、操作系統(tǒng)平臺和數據庫平臺之間存在差別，造成計算機系統(tǒng)之間互聯度差，無法進行信息交互，系統(tǒng)信息的封閉和壟斷嚴重，信息資源利用率低，從而形成了一系列信息孤島，并導致許多計算機系統(tǒng)由于缺乏必要的數據源，不能很好地發(fā)揮作用，給民航的空管部門、航空公司、機場、信息服務企業(yè)和各級行政管理部門乃至民航行業(yè)信息化帶來諸多限制。民航各種業(yè)務系統(tǒng)、應用平臺之間的互聯互通、信息共享、業(yè)務協同成了民航信息化建設中最迫切需要解決的問題，而解決這些問題的關鍵在于如何在民航各種應用系統(tǒng)間進行跨平臺的有效的數據交換與共享。通過民航數據交換平臺，可以實現大量異地、異構數據的共享和相互訪問，通過交換相關的業(yè)務數據，為民航企業(yè)、管理部門和公眾提供統(tǒng)一、一致的服務。

民航數據交換平臺系統(tǒng)主要解決的是民航各業(yè)務系統(tǒng)互聯、互通的問題，研制基于XML的民航數據交換平臺系統(tǒng)。該數據交換平臺將多種不同結構、物理位置分散的數據源組合在一起，共同組成一個松散耦合連接的數據系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以做到跨硬件平臺、跨操作系統(tǒng)，實現多平臺、多協議、多操作系統(tǒng)之間的數據交換和共享，對應用系統(tǒng)徹底透明，確保系統(tǒng)之間的無縫連接。

通過民航數據交換平臺系統(tǒng)，可以在一個異構環(huán)境下，用一種統(tǒng)一的方式來組織來自不同系統(tǒng)的數據，實現民航各單位信息系統(tǒng)間的數據交流和資源共享，這樣既可以避免重新開發(fā)系統(tǒng)的重復投資，又充分利用現有的各種數據資源，不僅可以成為民航企業(yè)級應用開發(fā)的數據來源，也為民航企業(yè)之間、企業(yè)與政府職能部門之間提供數據交換，滿足民航用戶的需要。

民航數據交換平臺系統(tǒng)將為民航企業(yè)、管理部門的應用系統(tǒng)提供一條更為通用、廉價和高效的信息交換通道，解決企業(yè)應用集成（EAI）和應用系統(tǒng)中數據的平滑、自動、實時數據交互需求，增強航空公司、機場、空管部門之間的信息交流，從而提高整個民航企業(yè)的市場競爭力，提高民航職能部門的管理水平和協調能力；可以為提高民航信息資源利用率、提升企業(yè)運營管理水平和政府科學決策提供重要的基礎平臺。

2 國內外技術現狀分析

為解決跨平臺交換這一信息共享的基本問題，業(yè)界提出了很多方案，通常的解決辦法是為每一特定的系統(tǒng)或軟件單獨開發(fā)接口，采用傳統(tǒng)傳輸協議FTP、EMAIL或編寫專用傳輸接口如Web上傳等。這些解決方案不僅效率低、工作量大，而且難以根據統(tǒng)一標準對軟件進行集成。近年來提出采用分布式組件方式如 DCOM/EJB、RMI式，CORBA（common object request broker architecture）方式[1]，這些方案均在某一方面擁有獨特的優(yōu)勢，但也不可避免地存在這樣或那樣的問題。其中共有的問題包括系統(tǒng)耦合性強，不適于松散系統(tǒng)的集成，連接傳輸成本較高，多數方案需要專門配置以穿越網絡防火墻實現互連，個別情況下甚至需要專用線路或者特殊連接方式如VPN才能實現互連，其高昂的成本抑制了應用范圍，特別是異地環(huán)境下的應用[2]。

XML、Web Service技術的出現為廉價、簡單、有效的交換方式提供了技術基礎[3]。其中，XML數據規(guī)范為運行于廣域網不同節(jié)點的應用系統(tǒng)間進行數據交換奠定了基礎；Web Service又使這些應用程序間進行功能調用成為可能。Web Service采用SOAP協議可以支持基于HTTP協議的通訊，由于HTTP在網絡中廣泛應用，為Web Service提供幾乎無限的互連可能，使其可輕松地穿越絕大多數防火墻。Web Service與XML結合使其具有了數據交換能力。采用基于XML、Web Service技術實現跨網絡異構數據交換，成為理想的交換方式，使跨網絡協同的工作環(huán)境的建設成為可能[4]。

所以，在民航數據交換平臺系統(tǒng)的建設中可采用標準XML技術規(guī)范、Web Service技術，利用成熟的中間件產品，開發(fā)具有通用性、安全性的數據交換系統(tǒng)，用于航空公司、機場等單位的重要信息系統(tǒng)，如TAMC、AOC、SOC系統(tǒng)間的數據交換和共享。

3 建設思路和總體目標

民航數據交換平臺主要目的是實現民航各個應用系統(tǒng)之間數據的自動傳遞和轉換。傳遞的數據包括具體的民航業(yè)務數據、相應的控制信息、業(yè)務流程確認信息；平臺具有良好的擴展性，充分考慮未來信息量與業(yè)務量增長的需要。

民航數據交換平臺建設的總體思路是：

1）借鑒W3C有關標準和國內外其他行業(yè)的數據交換標準、規(guī)范，制定民航的數據交換規(guī)范。

2）參考國內外有關行業(yè)的經驗，在全面分析航空公司、機場、空管部門主要計算機系統(tǒng)基礎上，從技術角度提出并實現數據交換平臺的系統(tǒng)設計方案。

3）以Web Service作為跨平臺數據交換的技術，以XML作為數據交換標準，以SOAP和安全認證作為安全通信基礎，實現民航各應用系統(tǒng)間信息交換和共享。

4）盡量利用目前成熟的網絡服務中間件、系統(tǒng)集成中間件和集成技術、軟件實現技術、XML和相關標準設計并實現本系統(tǒng)。

5）針對機場運行監(jiān)控系統(tǒng)、航空公司運行管理系統(tǒng)，進行數據交換平臺的驗證試驗。

民航數據交換平臺的建設目標主要包括：

1）為民航應用系統(tǒng)提供標準、可靠的數據交換平臺系統(tǒng)，為各應用系統(tǒng)提供數據交換公共模塊。

2）簡化、規(guī)范民航各應用系統(tǒng)的開發(fā)。

3）為各種民航應用系統(tǒng)之間、異構數據庫之間、不同網絡系統(tǒng)之間的信息提供整合手段。

4）為業(yè)務內部系統(tǒng)與外部原有系統(tǒng)提供統(tǒng)一、安全、可靠的連接手段。

4 系統(tǒng)設計原則

根據中國民航局“十一五”期間對民航信息化建設的總體規(guī)劃，按照統(tǒng)一建設、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一管理的原則，開發(fā)和利用現有信息資源，加快對現有系統(tǒng)的信息整合。其主要設計原則包括以下內容：

1）先進性 系統(tǒng)建設立足先進技術，采用最新科學技術。服務器和網絡方面以優(yōu)化通訊流量，提高系統(tǒng)的管理性和安全性為重點。

2）成熟性 系統(tǒng)建設采用成熟的中間件技術，實現信息數據交換信息的比較全面的有機聯系和匯集。

3）安全性 系統(tǒng)建設的實現結合成熟的網絡安全技術措施，保障網絡正常運行。一方面可以防范非法用戶的訪問，另一方面可以防止系統(tǒng)的一些重要數據被不合法用戶所獲取。

4）可擴展性 系統(tǒng)建設考慮到隨著應用的逐步完善和今后應用的逐漸增加，系統(tǒng)還能夠進行不斷擴展的要求，保證現有的業(yè)務系統(tǒng)可以平滑地過渡到升級后的新系統(tǒng)中，最大限度的利用和保護現有投資，使之產生最大的應用效益。

5）標準性和開放性 從XML文檔、網絡協議到操作系統(tǒng)，全部遵循通用的國際或行業(yè)標準。

對于數據交換來說，最重要的是進行數據交換的雙方要對數據的格式達成統(tǒng)一的認識。只有采用統(tǒng)一的數據格式，才能實現數據的自動流轉、處理等功能。隨著XML及其相關技術、應用的發(fā)展，XML已經成為Internet重要的信息發(fā)布標準和表示技術之一，越來越多的應用之間通過XML來進行數據交換。XML是W3C推薦的國際標準，特別適合于處理結構化信息，因此很容易設計和定義用戶自己的數據規(guī)范，這些規(guī)范可用于統(tǒng)一處理、傳輸和共享，并使數據不僅是與平臺無關的，而且是與廠商無關的。XML解決此類數據交換問題的關鍵是“面向消息的概要表”（message-ori ented communication scheme），實質就是基于一個雙方認同的DTD或schema，用XML格式來交換消息載荷[5]。

根據中國民航的行業(yè)信息化現狀，可以利用XML的跨平臺性將其作為數據交換的中介，并重點針對實際需求定制相應的數據交換格式，有效避免傳統(tǒng)技術方案中通過數據庫接口轉換技術進行信息共享所帶來的數據轉換工作量大、轉換處理過程復雜等問題，能有效提高資源重構的效率。

5 技術措施

Web Service技術的目標就是提供跨平臺的互操作性?？梢蕴岢隼米钚碌腤eb Service思想和XML技術建立統(tǒng)一的民航數據交換平臺，通過標準網絡協議和技術將不同平臺、不同架構和不同功能的業(yè)務系統(tǒng)有機地連接起來，以達到充分整合原有資源的目的。通過Web Service，將應用功能封裝成若干Web組件，并發(fā)布在網上供需要獲得這些功能的應用系統(tǒng)訪問，各應用系統(tǒng)間都能夠通過這種方式互聯互通[6]。在整個Web Service的實現過程中采用標準協議和技術。如 HTTP（hypertext transfer protocol）、SOAP（simple objectaccessprotocol）、XML（extensiblemarkuplanguage）等，因此按照Web Service架構設計的系統(tǒng)將具有很好的跨平臺和兼容性。數據交換流程如圖1所示。

圖1 數據交換流程Fig.1 Data exchange flow

為實現不同應用系統(tǒng)中異構數據間的交換集成，可以研究并提出一種統(tǒng)一的數據轉換文檔模式和基于XML的數據交換規(guī)范。為XML文檔制定一個DTD（document type definition）或XML Schema來對其結構和內容進行限制。以XML對處理過程的相關信息進行結構化描述，將各種異構信息轉換成結構統(tǒng)一的標準XML文檔，將標準化的文本信息轉換成本地數據，進而完成信息的集成與共享。

由于每個結構不同的XML文檔都有各自的主題模式，主題中定義相應XML文檔的結構、元素（標記）、數據類型、屬性等信息。利用XML文檔內容受其主題模式約束的性質，可以給出應用系統(tǒng)間要交換信息的XML主題模式標準描述，作為信息集成時數據轉換結構的定義，這樣也就保證了各種應用系統(tǒng)間交流的XML數據文件都有標準的、統(tǒng)一的數據結構形式。

在數據轉換標準結構和轉換模式確定后，通過數據源數據到XML文件轉換的中間件（數據泵），根據定義的映射關系就能實現異構數據源數據到XML標準結構文件的轉換。再通過面向Internet/Intranet的數據傳輸通道，將XML數據文件傳送到相應的企業(yè)應用環(huán)境。最后，通過當前應用系統(tǒng)的轉換模式定義，利用中間件（數據泵）將接收到的XML數據文件轉換成自身系統(tǒng)數據源中的數據信息，進而實現異構數據源間的數據交互。

民航數據交換平臺系統(tǒng)包括若干數據節(jié)點和一個數據中心。可以采用Web表單的方式進行數據的傳遞，各個數據節(jié)點將數據源的數據發(fā)送給數據中心，同時各個數據節(jié)點搭載相應的數據庫產品，用來記載相應的信息數據。采用Web方式將數據（包括請求）從數據節(jié)點發(fā)送給數據中心，數據中心接收到相應的XML形式的數據并進行處理后，暫時將其存儲在數據中心，并產生相應的消息信息，發(fā)送到目標數據節(jié)點；目標數據節(jié)點接收到消息以后，根據這個信息到數據中心檢索對應的XML文檔，接收到本地后執(zhí)行相應的操作，然后將相應的操作信息通過數據中心發(fā)送給源數據節(jié)點，完成整個數據交換過程。

利用已有的消息中間件服務器技術實現數據交換服務。采用中間件產品構建基于Browser/Web Application Server/Transaction Server/Database模式的三層次/多層次應用體系結構，數據交換業(yè)務分為實時交換和非實時（脫機）交換處理。

實時交換處理 實時交易處理部分中采用以WEB應用服務器websphere application server、交易服務器Txseries/CICS等中間件為核心的多層次體系結構，以確保系統(tǒng)在大數據量情況下的可靠性和快速響應速度。為了防止交換高峰期間對WEB應用服務器壓力過大造成該部分處理能力的瓶頸，數據中心可同時配置多個 websphere application server組成群集（cluster）結構，共同承擔來自于前臺的業(yè)務處理請求。

脫機交換處理 對于所有脫機交易處理，在數據中心配置數據傳輸中間件作為全系統(tǒng)的數據交換中心，承擔全系統(tǒng)數據交換的統(tǒng)一平臺。將運行在基礎傳輸系統(tǒng)之上的集成中間件作為全系統(tǒng)數據收發(fā)/轉發(fā)的網關，專門負責整個網絡環(huán)境下的數據傳遞，并作為批量處理系統(tǒng)的前置機接收民航信息系統(tǒng)數據。

實現完善的安全保障功能。調用成熟的中間件或API實現安全認證、加密、解密或壓縮等功能。利用成熟的身份認證和授權管理機制控制用戶的數據請求和訪問權限，通過嚴格的身份驗證和權限管理保證系統(tǒng)的安全。系統(tǒng)結構如圖2所示。

6 結語

圖2 民航數據交換平臺的體系結構Fig.2 Architecture of CAAC data exchange platform

中國民航局正在研究建設新一代的航空運輸系統(tǒng)，為消費者提供高效、便捷、安全、優(yōu)質的航空運輸服務。行業(yè)綜合公共信息網絡平臺的建立，將為消費者提供更準確的航空旅行信息。打造中國民航的數據交換平臺是行業(yè)綜合公共信息網絡平臺建設的一個重要核心內容。在新一代航空運輸系統(tǒng)中，以網絡為核心的信息交換和共享成為其代表性標志之一。為此，中國民航局將充分利用民航業(yè)內外的技術力量和各種資源，采用先進、成熟的IT技術建設民航數據交換平臺，為民航企事業(yè)單位、政府和公眾提供優(yōu)質的信息資源服務。

[1]林 濤.基于Web服務XML的跨網絡異構數據交換技術研究[D].天津：河北工業(yè)大學，2004.

[2]杜立勛.基于XML的數據交換技術在Web Service中的應用[D].武漢：武漢大學，2004.

[3]PEISHUN，TRAPPEY，TRAPPEY.Data interchange services:use of XML hub approach for the aerospace supply chain [J].International Journal of Technology Management，2004，28:227-242.

[4]王俊紅，郭荷清.J2EE平臺上基于XML的數據交換系統(tǒng)的設計與實現[J].計算機應用與軟件，2005，22（3）：78-82.

[5]CURRAN，KEVIN，GALLAGHER.The deployment of protocol stack components using web services[J].International Journal of Web Services Research，2005（6）：1-18.

[6]NIKAPAN.Java Web服務開發(fā)[M].北京:清華大學出版社，2004.