一个人口普查信息网格系统的设计

摘　要：科技的进步带动了人类社会飞速发展，同时给国家政府部门的工作提出了快捷、高效的要求，发展电子政务已是大势所趋。但是目前的电子政务系统在面临着很多问题，其中一个主要的难题就是信息源异构。本文以人口普查信息网格系统为例，给出了一个解决异构问题的系统模型架构和模式集成方法，从理论上实现了对系统全局管理、统一访问的需求。

关键词：网格；模式集成；人口普查；电子政务
引言
　　随着网格计算神秘的面纱被逐渐地揭开，网格计算的含义随之丰富起来，它对人类生产生活的推动作用也愈发明显。网格集成了各种计算资源，并将这些计算资源转化为可靠的、标准的、抽象的计算能力；网格集成了各种数据资源，并将这些数据资源转化为统一的、完善的、方便人们使用的信息；网格还集成了各种设备，将这些设备作为网格资源在整个虚拟组织中共享，为人们提供一整套完善的实验、教学、办公抑或商务平台。
　　在人口普查信息领域（以山东省为例），各市所使用的人口普查信息系统为各自独立的基于异构数据源的自治系统，独立处理本地市的事务没有问题，但是涉及跨地市的业务，如人员调动、异地业务处理、全局数据统计查询等处理起来就非常繁琐，需大量手工操作，效率较低，可靠性差。在此背景下，CIGrid（Census Information Grid）是网格技术在人口普查信息领域内的一个应用，它的出现可以成功地解决数据的分布、自治、异构等问题[1]。
1.人口普查信息网格系统要实现的功能
　　对于CIGrid来说，其主要功能主要包括三个方面：
　　（1）统一的数据资源访问接口。针对地理上分布的独立、异构的数据库资源，网格为它们定义了包括数据库元信息获取在内的统一的资源层访问元语。异构的数据库系统可以通过一致的服务接口进行封装，抽象成对等的网格数据库资源。除了为原有的DBMS提供网格接口外，数据库资源层的设计还引入了新的机制，以支持网格动态的海量数据传输、数据互联等应用需求[2]。
　　（2）基于语义的资源（服务）注册与发现机制。资源发现的本质是将用户需求与资源的特征参数进行匹配，在多个候选资源中筛选可用对象。对于数据库资源而言，数据库资源语义是数据库资源发现过程中的一个重要的资源特征，用户希望能够根据资源语义信息来鉴别网格上数据库资源是否符合自己的兴趣要求或者是否达到预期的性能[3]。
　　（3）动态数据整合支持。这实际上是CIGrid的核心功能，数据库资源的整合是在多个分散独立的数据库模式基础上，形成统一的数据视图，支持用户通过单一的访问入口对分散的数据进行集中操纵。各分布式数据库模式与全局模式之间需要建立映射，在这一映射的基础上网格完成查询的分解和分发，并且对得到的结果进行综合[4]。
2. 人口普查信息网格系统设计
　　为了对系统进行模式集成，需要做两个基本工作：模式映射和查询分解。模式映射（Schema Mapping）是异构数据库系统中全局模式与局部模式、局部模式与本地模式之间联系的集合。下面我们给出集成的框架，系统将通过相关原语操作构造一系列模式映射表，从而完成模式映射。之后通过查询分解算法通过模式映射表对全局任务分解，进而实现完整的模式集成。
   
        图2-1人口普查信息网格系统框架                图2-2  CIGrid模式集成架构
2.1 系统架构设计
　　整个人口普查信息网格系统分为5个部分，如图2-1所示：
　　（1）全局服务器：系统的中心节点。其中，规则库是业务规则库和查询分解规则库的统称。业务规则库包括全局业务的工作流信息，为用户访问系统提供基本业务参数，向业务处理器提供业务分解规则；查询分解规则库提供全局查询分解规则。业务处理器负责业务的查询分解，结果处理器负责对各网格节点返回查询结果的汇总。
　　（2）各地网格节点：系统中各地已经存在本地数据库，使用Wrapper实现对本地数据库的封装，通过全局模式和本地模式间的映射完成对异构数据库的统一访问。整个节点以统一的Web Service形式对外发布。同时，Wrapper的使用确保了数据的独立性和安全性。
　　（3）本体服务器：存储全局本体，负责为全局的元数据提供标准，同时用于直接消除命名冲突等造成的模式冲突。由全局管理员创建并维护，并对其它网格节点提供本体查询服务。
　　（4）UDDI（服务注册中心）：对所有网格节点的Web Service提供注册、注销、查询服务。每个本地网格节点并入系统时，需要在此登记注册，离开时需要注销，当长时间没有相应时，UDDI负责注销。查询功能体现为，由业务处理器根据服务名称和要求返回服务接口。
　　（5）Portal：系统对外的门户，用户通过Portal访问网格。Portal为系统提供个性化设置、单一登陆，从不同数据源分别获取数据，并且将返回信息放在网页之中组合而成的呈现平台。当不同等级的使用者使用将获得不同的信息内容。
　　其中，1－4都是网格节点，它们对外展现Web Service。全局管理员负责规则库和全局本体库的维护，每个网格节点（如济南节点）都由本地管理员负责局部本体库和映射表的维护。
2.2 系统运作流程
　　（1）用户通过Portal访问网格系统，对系统提供业务请求，业务处理器根据用户的业务选择，从规则库读取业务参数，返回给用户，供用户填写具体业务需求。
　　（2）用户依据Portal的参数提示，向全局服务器提出正式业务请求，业务处理器根据业务规则和查询分解规则，对全局业务进行分解，分解后的子查询，通过查询UDDI获取网格服务节点相应信息，进而实现对网格节点相应Web Service的访问。同时业务处理器制定相应结果处理规则并等候返回结果。
　　（3）各网格节点接收并实现业务处理器子查询的业务请求，将结果以SOAP消息的形式返回给结果处理器。
　　（4）结果处理器依据业务处理器提出的结果处理规则，对各节点的返回结果进行综合处理，将最终结果通过Portal返回给用户。
2.3 模式集成架构设计
　　从数据的角度出发，系统的模式集成架构如图2-2所示。
　　用户通过Portal，感觉自己看到的是统一的全局数据库（全局模式），只需关心业务即可，其它细节都是透明的。以全局模式展现的业务，首先由业务处理器根据业务规则划分为服务，进而按照查询分解规则分解为提交给各个网格节点的服务请求。
　　各个服务请求在网格节点对相应的Web Service进行服 务请求，此时服务请求面对的是局部模式。局部模式通过映射表的转换，与本地数据库（本地模式）对应起来。
3. 结束语
　　本章从理论层面介绍了人口普查信息网格中的模式集成的实现原理，设计了人口普查信息网格环境下的模式集成框架，将网格中分布的、独立和异构这三个特征对用户透明化，让用户感觉到的系统只是一个本地单一系统，并能将分散在各地异构系统中的信息，也有机地融合在一起，用户无需知道各数据源的细节，就可以像操作一个本地数据库一样综合使用所有的分布式数据库。
　　参考文献：
　　[1]闵惜琳.发展电子政务系统工程[M].系统工程，2002,20 (5): 1～5.
　　[2] M Cannataro, D Talia, P Trunfio. Knowledge Grid: High performance knowledge discovery services on the Grid. In Proceedings of GRID 2001, LNCS, Springer-Verlag, 2001, 38～50 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/xinxianquan/225529.html