基于SOA的区港联动集成信息系统

徐红霞，杜彦华，董绍华

（北京科技大学 机械工程学院 物流工程系，北京 100083）

基于SOA的区港联动集成信息系统

徐红霞，杜彦华，董绍华

（北京科技大学 机械工程学院 物流工程系，北京 100083）

针对当前区港联动各异构系统间互操作性及交互性较差的问题，提出了基于SOA的区港联动集成系统框架，分析了各层实现的具体功能。在此基础上，阐述了遗留系统的封装方法，并通过一个应用实例证明了基于SOA的区港联动集成系统及遗留系统封装方法的可行性及有效性。通过本系统可以有效实现异构系统的无缝集成，有助于提高遗留系统的重用性，从而提升整体运作效率并加快新业务的发展。

区港联动；SOA；Web服务；面向服务工作流

1 引言

在物流服务过程中，港口在运输方式转换与衔接方面有着无可替代的地位，已在国际贸易及物流中发挥着重要作用。随着港口的发展，其腹地必定需要大型的物流园区作为其后援。纵观世界港口城市的发展，港区伴生发展己成为国际通行的自由贸易区的常见模式，如：德国汉堡自由贸易区设在汉堡港内、美国的新奥尔良对外贸易区设在新奥尔良港内等。区港联动作为向自由贸易区转型的前奏，是我国根据世界自由贸易区的发展经验和前景趋势，结合我国经济发展的现状和国情而推进的新兴事物，是提升我国港口在国际贸易与物流中的核心竞争力、推进国际航运中心建设的有力举措，目前已经在国内八个重点口岸进行试点运行，包括：上海外高桥、天津、青岛、大连、宁波、张家港、厦门象屿、深圳盐田港[1]。

在这种业务模式下,目前区港联动各业务实体，包括：港口、保税物流园、海关、国检以及企业等，基本形成了各自的应用系统。然而，各应用系统的异构性使得跨组织信息交互不畅，进而导致运作效率低，物流成本居高不下。因此，有效地整合异构的应用系统，消除“信息孤岛”，实现应用系统之间数据、功能、流程和各种系统资源上的集成，已成为推进区港联动产业升级并加速与国际接轨的有效途径之一，也将为向自由贸易区转型奠定良好的基础。

信息领域中的面向服务架构（SOA）具有松散耦合、极高的灵活性、以及有助于提高企业应用系统的可扩展性和互操作能力等优点[2]，可以很好地应用于区港联动集成信息系统中。本文针对区港联动业务及应用系统的现状，提出基于SOA的区港联动集成系统框架，分析了各层实现的具体功能，并阐述了遗留系统的封装方法。最后，通过一个应用实例证明了基于SOA的区港联动集成系统及遗留系统封装方法的可行性及有效性。

2 区港联动业务及信息系统现状分析

所谓“区港联动”，即在毗邻保税区的港区划出专门供发展仓储物流产业的区域（不含码头泊位），为了充分发挥保税区的政策优势和港口企业的区位优势，形成“前港后区”格局的一种联系紧密的区域经济安排[1]。具体如图1所示，区港联动主要业务模式包括:一是国际中转，即对国际、国内货物在园区内进行分拆、集拼后,转运至境内外其他目的港；二是国际配送，对进口货物进行分拣、分配或进行简单的临港增值加工后,向国内外配送；三是国际采购，对采购的国际货物和进口货物进行综合处理和简单的临港增值加工后,向国内外销售；四是国际转口贸易，进口货物在园区内存储后不经加工即采取转口贸易方式直接出口到其他国家和地区。

经过近几年的建设,区港联动在应用系统、网络建设、信息集成等方面均有较大提高，信息化框架已经基本形成。具体如图2所示，就是国际转口贸易中的保税物流园内仓储企业的入境进区业务流程：海关确认企业申报的转入清单，并将核放信息发送至园区；园区将信息发送园区卡口及港区卡口；企业港口提货，港区卡口核放载货车辆及货物；园区卡口核实抵达的载货车辆的转入信息，车辆进入园区；企业确认货物入库，并根据转入清单形成进境备案清单后向海关申报、放行，增加电子账册库存数据。

可以看出：区港联动涉及港口、保税物流园区、海关、国检以及企业等多个实体，应用系统种类繁多，导致跨平台之间的数据难以共享以及系统间的信息交互和互操作性困难等问题，具体表现在以下几个方面：

（1）各应用系统的实时性及灵活性较低，对业务的响应不够及时；未形成实时的供应链一体化管理。同时，随着各应用系统对业务信息数据的统一查询、提取及共享需求的提升，跨平台、跨系统、跨领域之间的数据交换越来越频繁，而异构系统间的兼容性及集成性已成制约；

（2）当组织机构或人员权限发生变化、工作流程优化升级或新增工作流程时，多个应用系统的对外接口发生变化，需要对所有相关系统的软件模块、数据源及消息逐个进行修改，重用性较差；

（3）各应用系统的衔接较多采用API接口，超出系统边界流程时，经常需要开放特殊的接口；另外，当一个客户端需要同时使用多个应用系统时，需频繁地切换用户，跟踪每一个系统内部运转的情况，使得操作及应用较为繁琐。

因此，如何利用现代IT技术集成区港联动内外部的异构系统、应用以及数据源，从而满足各系统间无缝共享和交换数据的需要，已成为区港联动信息化发展亟待解决的问题。

3 基于SOA的系统体系架构

构建基于SOA的区港联动集成信息系统涉及海关、国检、港口、保税物流园区、企业等多个应用系统，集成系统能够实现服务在不同的环境和平台下方便地共享，使异构系统达到无缝集成和交互。也就是说，遗留的企业应用在不修改原有系统架构的情况下，可以迅速将现有系统应用打包成服务进行系统交互，从而快速响应企业变化[3]。

如图3所示，基于SOA区港联动集成系统可分为五层：信息源层、应用连接层，应用整合层，业务编排层和用户交互层。

信息源层：由区港联动各应用系统信息平台及数据库组成，具体包括:（1）海关系统包括各联检单位应用系统，包括海关的H2000系统、国检的CIQ2000系统以及作为海关及国检的公共数据库和企业电子申报信息平台的电子口岸系统；（2）园区系统是保税物流园区业务及行政管理的综合信息平台；（3）港区系统包括与区港联动联系较为紧密的卡口管理、生产管理等功能模块；（4）企业系统包括园区内企业及涉及区港联动业务的区外企业等各类异构的ERP、SCM、CRM及WMS等应用系统。

应用连接层：该层要解决的是应用集成服务器与被集成系统间的连接和数据接口问题，包括用于通信服务的消息代理和适配器服务。其中，适配器主要是把包含输入变量的标准格式文件转成相应应用程序能够识别的文件格式，同时亦可以把应用程序产生的结果文件转化成标准的文件格式（例如XML），供客户查看和更改。所有适配器的通信操作都通过应用连接层，负责在各个应用服务间进行数据传输和交换。

应用整合层：该层的主要功能是数据整合服务与目录服务。它作为一个中介层,用来整合不同的应用、数据和其他服务。应用整合层数据模型是在服务请求者和服务提供者间共享的，为请求者和提供者提供了一种双方都能理解的交换格式与结构[4]。应用整合层交互模式有请求/响应、请求/回调、单项/存储转发的消息传递、发布/订阅等[5]。应用整合层的服务注册库与服务发现设施确保了业务编排层可以根据需要动态找到并访问服务；应用整合层的数据模型也是根据服务业务领域定义的，而且独立于特定应用的数据模型；应用整合层安全模型提供了单点登录和基于角色的访问控制，这确保了任务可以使用服务的授权，并令业务编排层免于处理各种下层应用及技术平台提供的安全接口；应用整合层还提供目录服务，为各类应用服务的存储、查找提供功能。

业务编排层：主要是对区港联动的信息进行综合管理应用,进行协同工作，包括业务过程建模、流程控制、性能监控和事务控制。也就是说，根据区港联动的业务需求，以园区系统功能为主线，将业务划分为企业基础信息、出入库管理、运输车辆及卡口管理、通关申报、减免税备案等模块。各不同模块之间可通过业务层接口,使区港联动各组织成员间的业务数据集中起来,保证当某个企业需要园区、海关、港区或其他企业或机构的数据时可以及时获取,从而达到信息资源的共享和交互。同时,当其他实体需要访问、调用企业信息时,通过提供对外开放的Web服务,供请求者调用,从而为企业数据提供了一层保护壁垒,保证了私有数据的安全。

用户交互层：包括区港联动用户统一管理、权限管理、以及单点登陆等功能，在界面上为用户提供一个统一的信息服务功能入口，保证用户能够从统一的渠道访问其所需的信息。

总之，区港联动应用集成的实现实际就是各层服务之间的相互调用以及各层之间交互的结果，各种Web服务的相互组合形成了业务的逻辑执行过程，具体如图4所示。

4 遗留系统的封装

对于SOA环境下以重用为目的的系统集成而言，服务化封装作为一种轻量级技术成为实现遗留系统重用的首选方法[6]。封装是在遗留系统基础上开发新的对外接口，使系统对外呈现新的特性，而保持其本质结构不变[7]。SOA环境下的遗留系统封装中的“黑箱技术”（Black-box）是一种通过封装遗留的编码及数据的适配器使应用可以作为服务来调用而实现系统集成的方法，能够在保持系统原有平台不变的前提下最大限度地实现遗留系统功能和数据再用，因而成为目前实现遗留系统封装的主流技术[8]。

具体如图5所示，“黑箱技术”中服务的实现不是通过一个简单请求/响应接口，而是由遗留系统需暴露的一项Web Service提供此项功能，它需要将原来系统的接口转化为一个请求/响应接口，这一转化过程需要一个“封套”将使用者接口与遗留系统进行有效地封装[9]。

以园区系统中报关申请服务的封装为例（如图6所示），首先是对园区遗留系统进行“黑箱分析”的细粒度服务及状态的抽取，从而产生遗留系统的交互模型。这一分析是通过储存在应用系统的输入数据及数据状态的运行而输出所有可能交互的情况。交互的情况是通过交互状态（Interaction State）、变迁（Transition）、屏幕模板（Screen Template，即Interface）表示。我们可以得出：过程包含19个交互状态、22个变迁以及13个不同的屏幕模板。屏幕模板少于交互状态是因为有一些交互状态（如13、14、15、16、17）采用相同屏幕模板。

关于园区系统中的报关申请服务封装的详细描述见表1。

通过上述封装方法形成的报关申请服务既可以被企业或海关等实体独立地调用，也可以组合成更大的服务以实现重用。也就是说，区港联动各遗留系统中的每一项需暴露或交互的服务均可以通过上述方法进行封装，这些可重用、可组合的服务使得各遗留系统间的交互变得具有弹性和灵活性，对于流程上的各种变化，均可通过新增、删减或变更封装的服务实现快速响应，而无需关注系统底层实现。

5 应用示例

下面仍以图2所示的入境进区业务流程为例进行分析，在基于SOA的区港联动集成信息系统中，这一流程的实现就是依次调用已封装的Web服务而实现的，具体见表2。

上述流程调用Web服务的示意图如图7所示。首先可由企业的报关员登陆区港联动集成系统的统一操作界面，以触发整个业务流程的运行；集成系统将按业务流程依次调用相应的已封装的Web服务，协同其他使用者共同完成整个业务流程。Web服务的封装及执行的细节对于操作者来说是不可见的，而只是得到预期的结果。

集成后的区港联动应用系统在保持系统原有平台不变的前提下最大限度地实现了遗留系统功能和数据再用，克服了异构系统间的兼容性及互操作性等瓶颈问题，实现了跨组织、跨平台的交互，从而使区港联动业务的各项KPI指标有了明显的改善。目前，区港联动信息集成系统已初步完成，其中部分项目已在秦皇岛港、保税区及部分企业进行了试运行。从近三个月的运行数据分析来看：物流效率提高15%；通关效率提高20%；客户满意提升5%；客户投诉率降低12%。

6 结论

随着全球性港口竞争的日益加剧，区港联动在我国的国际贸和物流中越来越发挥着举足轻重的作用。本文针对区港联动应用系统繁多、跨组织信息交互不畅的现状，研究了基于SOA的区港联动集成系统框架,提出了遗留系统的封装方法，为区港联动的业务综合处理、信息集成等提供了新的思路和技术手段。以面向服务的设计思想,融合Web Service及封装等技术，实现了跨区域异构系统的综合集成,屏蔽各系统内部的变化,突破了平台、语言、防火墙等约束,其中服务资源管理调度、服务质量管理以及流程异常处理仍需进一步完善。在区港联动信息化需求的强大推动下，基于SOA的应用集成系统将会继续得到完善，并成为未来重要的应用模式。

[1]董维忠.区港联动试点在我国八个港口城市全面展开[J].中国港口，2004，（9）:20-21.

[2]饶元.面向服务体系结构的企业资源计划系统应用模型与集成策略[J].计算机集成制造系统,2006,12（10）:1570-1576.

[3]杨立熙,李世其,黄夏宝.订单履行流程集成及其实现框架模型研究[J].计算机集成制造系统,2009,15（8）:1555-1561.

[4]麻志毅,陈泓婕.一种面向服务的体系结构参考模型[J].计算机学报, 2006,29（7）:1011-1019.

[5]王杰生,李舟军,李梦君.用描述逻辑进行语义Web服务组合[J].软件学报,2008,19（4）:967-980.

[6]姜峰,范玉顺.服务环境下基于数据约束的遗留系统形式化封装[J].高技术通讯,2008,18（10）:1059-1065.

[7]Bovenzi D,Canfora G,Fasolino AR.Enabling legacy system accessibility by web heterogeneous clients[A].Proceedings of the Seventh European Conference On Software Maintenance And Reengineering[C].Washington DC: IEEEComputer Society Press,2003.73-81.

[8]Zhang Z,Yang H.Incubating services in legacy systems for architectural migration[A].Proceedings of the11th Asia-Pacific Software Engineering Conference[C].IEEECS Press,2004.196-203.

[9]CanforaG,FasolinoAR,FrattolilloG,TramontanaP.Awrappingapproach for migrating legacy system interactive functionalities to Service Oriented Architectures[J].TheJournalofSystemsand Software,2008，81：463-480.

Integrated Information System of Port-Bonded Zone Collaboration Based on SOA

XU Hong-xia,DU Yan-hua,DONG Shao-hua
（School ofMachinery Engineering,Beijing University of Science&Technology,Beijing100083,China）

In view of the poor interoperability and interactivity between the heterogeneous systems in port-bonded zone collaboration（PBZC）,the paper proposes an SOA-based framework of system integration and analyzes the specific functions of each layer,on the basis of which,it elaborates on the web service encapsulation of the legacy systems and,through a case study,illustrates the feasibility and effectiveness of the system integration and encapsulation.It is found that the system presented in the paper can realize the seamless integration of heterogeneous systems,improve the reusability of the legacy systems,and enhance the overall operation efficiency and the development of new businesses.

port-bonded zone collaboration;SOA;web service;service-oriented workflow

TP315;TP391

A

1005-152X（2010）16-0132-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2010.16.040

2010-06-24

徐红霞（1972-），女，山东烟台人，北京科技大学机械工程学院物流工程系博士研究生，主要从事面向服务架构、工作流、供应链管理等的研究。