基于SOA和Web服務(wù)的智能交通綜合信息平臺(tái)研究*

華 澤，陸 悠

(蘇州科技學(xué)院 電子學(xué)院，江蘇 蘇州215011)

智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)隨電子信息技術(shù)的發(fā)展得到了迅速發(fā)展。然而，在ITS建設(shè)方面表現(xiàn)為多部門各自研發(fā)和建設(shè)，其中公路交通的主體就涉及到公安局交警隊(duì)、交通局、公交公司、出租車公司[1]，其他 ITS系統(tǒng)還包括鐵路、航空、水路等。這些ITS系統(tǒng)雖然自身都掌握有一定的交通信息資源，但又無(wú)法完全滿足自身業(yè)務(wù)發(fā)展需求，存在較強(qiáng)的信息交換及聯(lián)網(wǎng)需求。但各自開發(fā)的不同交通實(shí)體間ITS系統(tǒng)彼此獨(dú)立，相互異構(gòu)，多層次的縱向分割，無(wú)法整合，彼此不能交互、共享，缺乏協(xié)作能力，難以面向一些綜合性、協(xié)作性要求較高的應(yīng)用，不能對(duì)各類交通數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的統(tǒng)計(jì)分析，不能發(fā)揮輔助決策作用，造成現(xiàn)有資源難以利用或不能充分利用以致出現(xiàn)“物流聯(lián)運(yùn)短路”[2]的尷尬局面。

為解決以上矛盾，推倒現(xiàn)有系統(tǒng)重新開發(fā)一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)，從成本、實(shí)施周期到難度上看都是一種不可行的解決方案。發(fā)達(dá)國(guó)家ITS建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)ITS發(fā)展到一定階段，就應(yīng)該擴(kuò)展高層次的交通信息服務(wù)，要選擇一個(gè)合適的集成平臺(tái)將各個(gè)分散的、孤立的ITS系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)[1]。ITS發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急是必須在技術(shù)上解決好系統(tǒng)整合、信息交換、共享和深加工的問(wèn)題，建立智能交通綜合信息平臺(tái)是解決該問(wèn)題的主要途徑，它可實(shí)現(xiàn)多個(gè)交通部門之間、多個(gè)ITS應(yīng)用系統(tǒng)間的有機(jī)整合，對(duì)來(lái)自各個(gè)不同ITS數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、共享、交互和綜合利用。智能交通綜合信息平臺(tái)是智能交通系統(tǒng)ITS的信息樞紐，是各組成部分之間信息互通的橋梁，是對(duì)整個(gè)地區(qū)交通信息系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和傳輸形式的一種規(guī)范化定義。

1 面向服務(wù)體系架構(gòu)SOA和Web服務(wù)及優(yōu)勢(shì)

1.1 面向服務(wù)體系架構(gòu)SOA

面向服務(wù)體系架構(gòu)SOA是一種在計(jì)算環(huán)境中設(shè)計(jì)、開發(fā)、部署和管理服務(wù)的組件模型，是粗粒度、松散耦合的服務(wù)架構(gòu)，它通過(guò)定義良好的接口和契約將應(yīng)用程序的不同功能單元聯(lián)系起來(lái)。接口采用中立的方式進(jìn)行定義，它獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言?；谶@種模型的應(yīng)用程序的不同功能單元可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，不必考慮其后臺(tái)具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和運(yùn)行平臺(tái)等，從而最大限度地重用了應(yīng)用程序中的服務(wù)，提高了IT適應(yīng)性和效率[3]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種原本封閉的資源將以服務(wù)的形式開放出來(lái)，并且互聯(lián)網(wǎng)上原有資源以及新出現(xiàn)的資源已經(jīng)或者正在以服務(wù)的形式存在，SOA的價(jià)值將更加巨大。SOA為解決異構(gòu)資源的統(tǒng)一訪問(wèn)提供了很好的架構(gòu)，是傳統(tǒng)的面向?qū)ο竽Ｐ偷奶娲Ｐ汀ＥcWeb服務(wù)和一系列公認(rèn)的面向服務(wù)的原則一起，發(fā)展成為嶄新的架構(gòu)平臺(tái)。SOA被譽(yù)為下一代Web服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)，目前已成為計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展方向[3]。構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種通用的方式進(jìn)行交互。

1.2 Web服務(wù)

Web Services已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)SOA的主要技術(shù)，是一個(gè)嶄新的分布式計(jì)算模型，是Web數(shù)據(jù)和信息集成的有效機(jī)制。 它基于 XML、SOAP、WSDL、UDDI等協(xié)議，動(dòng)態(tài)地描述、開發(fā)、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)的各種分布式應(yīng)用。Web Services包括 SOAP、WSDL、UDDI以及補(bǔ)充的Web Services規(guī)范等，是一套開放的標(biāo)準(zhǔn)，將促進(jìn)SOA被廣泛采納，并成為新一代面向服務(wù)開發(fā)的基礎(chǔ)，使各種網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)備通過(guò)XML文檔實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接，透過(guò)Web Services，任何應(yīng)用程序可在網(wǎng)絡(luò)上順利地整合在一起。由于Web Services利用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)傳送XML信息，因此可以使任何程序語(yǔ)言、中間層組件或平臺(tái)很容易地整合進(jìn)來(lái)，并且可以快速低成本地集成各部門、各應(yīng)用系統(tǒng)。Web服務(wù)的各種協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。

Web Services之前的分布式架構(gòu)技術(shù)主要包括 CORBA、DCOM、COM+、RMI等，這些技術(shù)要求服務(wù)客戶端與系統(tǒng)提供的服務(wù)本身之間必須進(jìn)行緊耦合，這將會(huì)導(dǎo)致如果一端的執(zhí)行機(jī)制發(fā)生變化，另一端便會(huì)崩潰[4]。而Web Services采用松散耦合的XML技術(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)的Internet協(xié)議訪問(wèn)，具有以組件為基礎(chǔ)的開發(fā)模式和Web的出色性能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式可以在不關(guān)心功能實(shí)現(xiàn)的情況下重復(fù)使用，并且Web服務(wù)的用戶可以使用任何語(yǔ)言在任何平臺(tái)上完成相應(yīng)的功能。隨著安全性、可靠性、事務(wù)性、元數(shù)據(jù)管理及編制等相應(yīng)的新的Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的提出，Web服務(wù)應(yīng)用必將擴(kuò)展到更廣的范圍。并且它可以始終如一地提供健壯的、可重用的服務(wù)，以促成信息技術(shù)與業(yè)務(wù)需求的配合與協(xié)調(diào)，更容易集成信息系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化，是實(shí)現(xiàn)SOA的理想平臺(tái)。

圖1 Web Services的協(xié)議結(jié)構(gòu)

1.3 基于Web Services和SOA構(gòu)建智能交通信息平臺(tái)

1.3.1 構(gòu)建思想

Web Services提供的是業(yè)務(wù)功能而非技術(shù)功能，并且能滿足公共需求且可在不同的應(yīng)用程序中重用，即SOA中的服務(wù)是無(wú)縫地提供給服務(wù)使用者使用的。通過(guò)組件對(duì)象的分布和運(yùn)行重用，在使用者連接到一個(gè)SOA實(shí)例后，服務(wù)使用者可以無(wú)縫地使用服務(wù)，所以在實(shí)現(xiàn)綜合信息平臺(tái)時(shí)將智能交通的各個(gè)子系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)服務(wù)作為SOA的構(gòu)建模型，實(shí)現(xiàn)工作流程和業(yè)務(wù)面向服務(wù)的轉(zhuǎn)化。

1.3.2 技術(shù)無(wú)關(guān)和跨平臺(tái)性

各個(gè)ITS子系統(tǒng)的平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)包含有.NET、J2EE,分布式技術(shù)有 EJB、CORBA、COM+等，傳輸機(jī)制有同步傳輸和異步傳輸，分布式體系架構(gòu)有用Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)等[5]。而使用SOA將自然地抽象和隱藏以上特殊平臺(tái)和技術(shù)的專有屬性，實(shí)現(xiàn)技術(shù)環(huán)境的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化。

1.3.3 數(shù)據(jù)共享和集成[6]

分布式的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式中，數(shù)據(jù)存放在應(yīng)用系統(tǒng)自有的數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)通過(guò)建立Web服務(wù)來(lái)展示自己所提供的數(shù)據(jù)模式，在接到數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)Web服務(wù)調(diào)用來(lái)向外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，在交換過(guò)程中使用XML來(lái)封裝數(shù)據(jù)。分布式的數(shù)據(jù)匯集，可以將需要共享的數(shù)據(jù)通過(guò)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上傳到數(shù)據(jù)中心并加以更新，平臺(tái)在接到數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，直接從平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心提供平臺(tái)服務(wù)。

1.3.4 支持異構(gòu)系統(tǒng)及其間的無(wú)縫對(duì)接

使用當(dāng)前的Web服務(wù)架構(gòu)，采用消息轉(zhuǎn)發(fā)的模式進(jìn)行系統(tǒng)間的通信，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)間可以采用不同的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。服務(wù)器端可以采用J2EE或IIS服務(wù)器、自身的軟件服務(wù)器，也可以是公開的服務(wù)器格式協(xié)議[6]。通過(guò)服務(wù)參數(shù)及調(diào)用模式間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的部署。同時(shí)，支持?jǐn)?shù)據(jù)以XML格式在各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無(wú)縫對(duì)接。

1.3.5 支持多種通信傳輸方式[7]

支持多種通信傳輸方式，通過(guò)相關(guān)技術(shù)，按照接口標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)間的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝、交換和共享，提供良好的互操作性。

2 智能交通綜合信息平臺(tái)及集成層次架構(gòu)

2.1 智能交通綜合信息平臺(tái)集成的難點(diǎn)分析

城市ITS涉及到多個(gè)部門的職能范圍，每一個(gè)部門既是ITS的數(shù)據(jù)源，又是其他部門以及在多部門數(shù)據(jù)之上進(jìn)行綜合加工處理所得到信息的需求者。只有各相關(guān)部門協(xié)調(diào)配合、協(xié)同行動(dòng)，在一定的機(jī)制和技術(shù)手段上充分實(shí)現(xiàn)部門間的信息共享，城市ITS才可能順利建設(shè)和發(fā)展，才能真正在提高城市交通管理與服務(wù)水平、提高城市交通系統(tǒng)運(yùn)行效率、緩解交通擁堵、站在城市大交通的高度提供科學(xué)的決策支持等方面發(fā)揮應(yīng)有的作用。

雖然各交通部門間業(yè)務(wù)聯(lián)系緊密，但由于我國(guó)管理體制的條塊分割，分屬不同部門的千差萬(wàn)別的ITS應(yīng)用系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)不同、業(yè)務(wù)流程不同、數(shù)據(jù)格式各異、實(shí)現(xiàn)技術(shù)不同。為提高交通各相關(guān)部門的業(yè)務(wù)協(xié)同處理能力和工作效率，需要對(duì)各部門的信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成智能交通綜合信息平臺(tái)，以便統(tǒng)一、透明地操作不同交通部門ITS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)，使用戶可以透明地訪問(wèn)各個(gè)不同應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，同時(shí)為交通部門數(shù)據(jù)的綜合利用和業(yè)務(wù)決策提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

通過(guò)智能交通綜合信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各交通部門間交通信息系統(tǒng)的有效集成，使面對(duì)來(lái)自不同部門、不同系統(tǒng)、不同設(shè)備、不同時(shí)段的性質(zhì)內(nèi)容各異、格式千差萬(wàn)別的海量數(shù)據(jù)通過(guò)智能交通綜合信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息交換和共享，是智能交通綜合信息平臺(tái)集成的難點(diǎn)，也是集成的重點(diǎn)所在。

2.2 智能交通綜合信息平臺(tái)集成層次架構(gòu)

針對(duì)智能交通綜合信息平臺(tái)集成的需求，提出了如圖2所示的基于Web Services和SOA的智能交通綜合信息平臺(tái)集成架構(gòu)，由分布異構(gòu)數(shù)據(jù)源層、業(yè)務(wù)邏輯層、應(yīng)用層三層構(gòu)成，可解決各部門ITS子系統(tǒng)間信息通信和數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題，并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合加工處理。

圖2 智能交通綜合信息平臺(tái)集成架構(gòu)

分布異構(gòu)數(shù)據(jù)源層包括多個(gè)采用了不同的開發(fā)技術(shù)、開發(fā)平臺(tái)和不同數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的不同ITS子系統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)源，將各系統(tǒng)不同的異構(gòu)的信息形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源。業(yè)務(wù)邏輯層根據(jù)SOA和Web Services提供的功能和良好的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將異構(gòu)數(shù)據(jù)源層提供的數(shù)據(jù)以Web服務(wù)方式進(jìn)行業(yè)務(wù)集成，并通過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理和存儲(chǔ)、訪問(wèn)和獲取，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交互查詢。應(yīng)用層將業(yè)務(wù)邏輯層的處理結(jié)果返回用戶，并可進(jìn)行Web發(fā)布。本集成方案的各個(gè)部分通過(guò)基于Web服務(wù)的消息總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了各部分間的松耦合關(guān)系，可協(xié)調(diào)解決不同系統(tǒng)、不兼容的技術(shù)的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)差別和數(shù)據(jù)交互模式。

3 基于Web Services和SOA的智能交通信息平臺(tái)

3.1 系統(tǒng)集成架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

在集成框架中，各智能交通子系統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)源對(duì)應(yīng)著集成體系結(jié)構(gòu)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)源層。為使欲集成的業(yè)務(wù)模塊能夠加入到信息集成平臺(tái)中，并了解和利用一些共享的信息，首先就要從資源系統(tǒng)中提取共享數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的XML文檔，并放在服務(wù)器上，通過(guò)Web服務(wù)對(duì)XML文檔進(jìn)行監(jiān)聽，Web服務(wù)將監(jiān)聽到的XML數(shù)據(jù)外置到互聯(lián)網(wǎng)，并且通過(guò)監(jiān)聽的方法監(jiān)聽數(shù)據(jù)的變化，及時(shí)反映到其他系統(tǒng)，通過(guò)這種監(jiān)聽方式保證數(shù)據(jù)的一致性。這樣就將共享系統(tǒng)與共享數(shù)據(jù)分離，又使它們保持有機(jī)聯(lián)系，從而減少了資源系統(tǒng)暴露在互聯(lián)網(wǎng)下的風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)務(wù)邏輯層則對(duì)所有信息實(shí)現(xiàn)總的控制，提供Web Service服務(wù)，并負(fù)責(zé)不同系統(tǒng)的共享服務(wù)資源的注冊(cè)、存儲(chǔ)、管理、查詢以及發(fā)布，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)全局的信息共享和數(shù)據(jù)交換。使得統(tǒng)一合作的子系統(tǒng)成為一個(gè)整體，不讓非合作組織的成員共享。同時(shí)集成平臺(tái)提供Web服務(wù)，將所有共享的信息通過(guò)Web服務(wù)的形式對(duì)外發(fā)布，使其可以通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層的功能，同時(shí)也保證了各系統(tǒng)的安全。

3.2 智能交通綜合信息平臺(tái)集成實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)

智能交通綜合信息平臺(tái)集成實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)體現(xiàn)在用Web Services實(shí)現(xiàn)信息集成和交互以及Web服務(wù)器的架構(gòu)兩點(diǎn)上。面向服務(wù)的集成提供了一個(gè)抽象的接口，系統(tǒng)通過(guò)該接口進(jìn)行交互，而不是使用底層的協(xié)議和自定義的接口來(lái)規(guī)定系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互。系統(tǒng)只需要以服務(wù)的形式出現(xiàn)，選擇與其交互的系統(tǒng)，能夠簡(jiǎn)單發(fā)現(xiàn)那些服務(wù)，在運(yùn)行時(shí)與其綁定，尤其是在分布式Web應(yīng)用服務(wù)中。Web系統(tǒng)間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)互訪時(shí)，數(shù)據(jù)都是基于XML形式訪問(wèn)的，當(dāng)獲得XML文檔后，只需要通過(guò)強(qiáng)類型轉(zhuǎn)化即可將XML文檔映射成數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表一樣的結(jié)構(gòu)，以供Web應(yīng)用程序以及其他子系統(tǒng)使用。在Web Service中添加一個(gè)Web方法即可外置XML文檔。在Web服務(wù)器架構(gòu)方面，采用Web服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。Web服務(wù)體系使用WSDL描述服務(wù)，使用UDDI發(fā)布和查找服務(wù)，采用SOAP協(xié)議執(zhí)行服務(wù)調(diào)用，其完全是低耦合的，只有在請(qǐng)求者需要服務(wù)時(shí)才動(dòng)態(tài)地綁定服務(wù)提供者。另外，Web服務(wù)是可組合和可重用的，并且采用SOAP執(zhí)行服務(wù)調(diào)用及XML作為消息格式。本文采用IIS服務(wù)器構(gòu)建SOA平臺(tái)，Web Services的實(shí)現(xiàn)采用了.net平臺(tái)。

對(duì)于圖2所示的集成架構(gòu)，無(wú)論原有的數(shù)據(jù)源系統(tǒng)是基于何種平臺(tái)采用何種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，在對(duì)外接口上都用統(tǒng)一的對(duì)象模型Web Services進(jìn)行封裝。新的功能可以直接設(shè)計(jì)為一個(gè)Web Services，已有的功能則可以進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換和封裝。在未來(lái)的業(yè)務(wù)需求變更后，不必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行修改，只需要變更相應(yīng)的模塊，并將其封裝成服務(wù)后發(fā)布。這樣減少了系統(tǒng)維護(hù)的工作量，更便于與其他系統(tǒng)的集成。通過(guò)定義Web Services的接口描述WSDL文檔，并把WDSL文檔描述的內(nèi)容映射到UDDI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中去注冊(cè)。當(dāng)服務(wù)請(qǐng)求者請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，首先需要到UDDI注冊(cè)庫(kù)訪問(wèn)該服務(wù)的注冊(cè)信息，然后訪問(wèn)該服務(wù)的WSDL文檔，并生成本地對(duì)象。然后各業(yè)務(wù)通過(guò)此對(duì)象與Web Services進(jìn)行交互，如果Web Services的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)發(fā)生了改變，只要WSDL描述保持不變，整個(gè)系統(tǒng)就不需要做任何變化。

SOA和Web Services為企業(yè)開發(fā)和集成提供了一個(gè)松耦合、可擴(kuò)展及互操作性強(qiáng)的軟件架構(gòu)思想。智能交通綜合信息平臺(tái)通過(guò)對(duì)這種思想的應(yīng)用，可有效解決各智能交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和交換問(wèn)題，擴(kuò)展和集成現(xiàn)有和未來(lái)的各交通管理系統(tǒng)的功能，提高交通系統(tǒng)的集成性和智能化水平，同時(shí)共享各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息，避免了信息的重復(fù)采集與低水平利用的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了多種交通信息的互連，并且能將綜合數(shù)據(jù)分析所獲得的有用信息發(fā)布出去，為政府和社會(huì)提供更廣泛的交通信息服務(wù)，緩解交通壓力，提高出行效率。還可以通過(guò)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，獲得有用知識(shí)，為交通管理提供輔助決策支持，減少環(huán)境污染，解決資源短缺問(wèn)題，提高辦公效率，減少事故發(fā)生，體現(xiàn)以人為本的理念，提高我國(guó)的信息化水平。此平臺(tái)為不同交通部門間的各子ITS系統(tǒng)的整合集成奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]陳茜,邱紅妹.全國(guó)智能交通系統(tǒng)示范城市建設(shè)示例-杭州ITS建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃[J].城市交通,2008,6(1)∶33-38.

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