建设中国民航的数据交换平台

张 勇

（中国民航科学技术研究院，北京 100028）

2006年初，中国民航局提出了建设新一代航空运输系统的宏伟计划。行业综合性信息网络平台在新一代航空运输系统中具有十分重要的地位，它是其他7大领域系统的基础平台和信息交换枢纽。民航各信息系统的数据交换和共享又将成为信息网络平台的基础。

1 民航数据交换平台的必要性

目前中国民航信息技术领域的信息共享和交换水平与民航事业的发展不相适应，与国际水平还存在相当大的差距。近年来，在民航信息化的实施过程中出现了诸多问题，特别突出的是航空公司、机场、空管、政府主管部门等单位之前已经开发或购买的各应用系统的体系结构、操作系统平台和数据库平台之间存在差别，造成计算机系统之间互联度差，无法进行信息交互，系统信息的封闭和垄断严重，信息资源利用率低，从而形成了一系列信息孤岛，并导致许多计算机系统由于缺乏必要的数据源，不能很好地发挥作用，给民航的空管部门、航空公司、机场、信息服务企业和各级行政管理部门乃至民航行业信息化带来诸多限制。民航各种业务系统、应用平台之间的互联互通、信息共享、业务协同成了民航信息化建设中最迫切需要解决的问题，而解决这些问题的关键在于如何在民航各种应用系统间进行跨平台的有效的数据交换与共享。通过民航数据交换平台，可以实现大量异地、异构数据的共享和相互访问，通过交换相关的业务数据，为民航企业、管理部门和公众提供统一、一致的服务。

民航数据交换平台系统主要解决的是民航各业务系统互联、互通的问题，研制基于XML的民航数据交换平台系统。该数据交换平台将多种不同结构、物理位置分散的数据源组合在一起，共同组成一个松散耦合连接的数据系统。该系统可以做到跨硬件平台、跨操作系统，实现多平台、多协议、多操作系统之间的数据交换和共享，对应用系统彻底透明，确保系统之间的无缝连接。

通过民航数据交换平台系统，可以在一个异构环境下，用一种统一的方式来组织来自不同系统的数据，实现民航各单位信息系统间的数据交流和资源共享，这样既可以避免重新开发系统的重复投资，又充分利用现有的各种数据资源，不仅可以成为民航企业级应用开发的数据来源，也为民航企业之间、企业与政府职能部门之间提供数据交换，满足民航用户的需要。

民航数据交换平台系统将为民航企业、管理部门的应用系统提供一条更为通用、廉价和高效的信息交换通道，解决企业应用集成（EAI）和应用系统中数据的平滑、自动、实时数据交互需求，增强航空公司、机场、空管部门之间的信息交流，从而提高整个民航企业的市场竞争力，提高民航职能部门的管理水平和协调能力；可以为提高民航信息资源利用率、提升企业运营管理水平和政府科学决策提供重要的基础平台。

2 国内外技术现状分析

为解决跨平台交换这一信息共享的基本问题，业界提出了很多方案，通常的解决办法是为每一特定的系统或软件单独开发接口，采用传统传输协议FTP、EMAIL或编写专用传输接口如Web上传等。这些解决方案不仅效率低、工作量大，而且难以根据统一标准对软件进行集成。近年来提出采用分布式组件方式如 DCOM/EJB、RMI式，CORBA（common object request broker architecture）方式[1]，这些方案均在某一方面拥有独特的优势，但也不可避免地存在这样或那样的问题。其中共有的问题包括系统耦合性强，不适于松散系统的集成，连接传输成本较高，多数方案需要专门配置以穿越网络防火墙实现互连，个别情况下甚至需要专用线路或者特殊连接方式如VPN才能实现互连，其高昂的成本抑制了应用范围，特别是异地环境下的应用[2]。

XML、Web Service技术的出现为廉价、简单、有效的交换方式提供了技术基础[3]。其中，XML数据规范为运行于广域网不同节点的应用系统间进行数据交换奠定了基础；Web Service又使这些应用程序间进行功能调用成为可能。Web Service采用SOAP协议可以支持基于HTTP协议的通讯，由于HTTP在网络中广泛应用，为Web Service提供几乎无限的互连可能，使其可轻松地穿越绝大多数防火墙。Web Service与XML结合使其具有了数据交换能力。采用基于XML、Web Service技术实现跨网络异构数据交换，成为理想的交换方式，使跨网络协同的工作环境的建设成为可能[4]。

所以，在民航数据交换平台系统的建设中可采用标准XML技术规范、Web Service技术，利用成熟的中间件产品，开发具有通用性、安全性的数据交换系统，用于航空公司、机场等单位的重要信息系统，如TAMC、AOC、SOC系统间的数据交换和共享。

3 建设思路和总体目标

民航数据交换平台主要目的是实现民航各个应用系统之间数据的自动传递和转换。传递的数据包括具体的民航业务数据、相应的控制信息、业务流程确认信息；平台具有良好的扩展性，充分考虑未来信息量与业务量增长的需要。

民航数据交换平台建设的总体思路是：

1）借鉴W3C有关标准和国内外其他行业的数据交换标准、规范，制定民航的数据交换规范。

2）参考国内外有关行业的经验，在全面分析航空公司、机场、空管部门主要计算机系统基础上，从技术角度提出并实现数据交换平台的系统设计方案。

3）以Web Service作为跨平台数据交换的技术，以XML作为数据交换标准，以SOAP和安全认证作为安全通信基础，实现民航各应用系统间信息交换和共享。

4）尽量利用目前成熟的网络服务中间件、系统集成中间件和集成技术、软件实现技术、XML和相关标准设计并实现本系统。

5）针对机场运行监控系统、航空公司运行管理系统，进行数据交换平台的验证试验。

民航数据交换平台的建设目标主要包括：

1）为民航应用系统提供标准、可靠的数据交换平台系统，为各应用系统提供数据交换公共模块。

2）简化、规范民航各应用系统的开发。

3）为各种民航应用系统之间、异构数据库之间、不同网络系统之间的信息提供整合手段。

4）为业务内部系统与外部原有系统提供统一、安全、可靠的连接手段。

4 系统设计原则

根据中国民航局“十一五”期间对民航信息化建设的总体规划，按照统一建设、统一平台、统一管理的原则，开发和利用现有信息资源，加快对现有系统的信息整合。其主要设计原则包括以下内容：

1）先进性 系统建设立足先进技术，采用最新科学技术。服务器和网络方面以优化通讯流量，提高系统的管理性和安全性为重点。

2）成熟性 系统建设采用成熟的中间件技术，实现信息数据交换信息的比较全面的有机联系和汇集。

3）安全性 系统建设的实现结合成熟的网络安全技术措施，保障网络正常运行。一方面可以防范非法用户的访问，另一方面可以防止系统的一些重要数据被不合法用户所获取。

4）可扩展性 系统建设考虑到随着应用的逐步完善和今后应用的逐渐增加，系统还能够进行不断扩展的要求，保证现有的业务系统可以平滑地过渡到升级后的新系统中，最大限度的利用和保护现有投资，使之产生最大的应用效益。

5）标准性和开放性 从XML文档、网络协议到操作系统，全部遵循通用的国际或行业标准。

对于数据交换来说，最重要的是进行数据交换的双方要对数据的格式达成统一的认识。只有采用统一的数据格式，才能实现数据的自动流转、处理等功能。随着XML及其相关技术、应用的发展，XML已经成为Internet重要的信息发布标准和表示技术之一，越来越多的应用之间通过XML来进行数据交换。XML是W3C推荐的国际标准，特别适合于处理结构化信息，因此很容易设计和定义用户自己的数据规范，这些规范可用于统一处理、传输和共享，并使数据不仅是与平台无关的，而且是与厂商无关的。XML解决此类数据交换问题的关键是“面向消息的概要表”（message-ori ented communication scheme），实质就是基于一个双方认同的DTD或schema，用XML格式来交换消息载荷[5]。

根据中国民航的行业信息化现状，可以利用XML的跨平台性将其作为数据交换的中介，并重点针对实际需求定制相应的数据交换格式，有效避免传统技术方案中通过数据库接口转换技术进行信息共享所带来的数据转换工作量大、转换处理过程复杂等问题，能有效提高资源重构的效率。

5 技术措施

Web Service技术的目标就是提供跨平台的互操作性。可以提出利用最新的Web Service思想和XML技术建立统一的民航数据交换平台，通过标准网络协议和技术将不同平台、不同架构和不同功能的业务系统有机地连接起来，以达到充分整合原有资源的目的。通过Web Service，将应用功能封装成若干Web组件，并发布在网上供需要获得这些功能的应用系统访问，各应用系统间都能够通过这种方式互联互通[6]。在整个Web Service的实现过程中采用标准协议和技术。如 HTTP（hypertext transfer protocol）、SOAP（simple objectaccessprotocol）、XML（extensiblemarkuplanguage）等，因此按照Web Service架构设计的系统将具有很好的跨平台和兼容性。数据交换流程如图1所示。

图1 数据交换流程Fig.1 Data exchange flow

为实现不同应用系统中异构数据间的交换集成，可以研究并提出一种统一的数据转换文档模式和基于XML的数据交换规范。为XML文档制定一个DTD（document type definition）或XML Schema来对其结构和内容进行限制。以XML对处理过程的相关信息进行结构化描述，将各种异构信息转换成结构统一的标准XML文档，将标准化的文本信息转换成本地数据，进而完成信息的集成与共享。

由于每个结构不同的XML文档都有各自的主题模式，主题中定义相应XML文档的结构、元素（标记）、数据类型、属性等信息。利用XML文档内容受其主题模式约束的性质，可以给出应用系统间要交换信息的XML主题模式标准描述，作为信息集成时数据转换结构的定义，这样也就保证了各种应用系统间交流的XML数据文件都有标准的、统一的数据结构形式。

在数据转换标准结构和转换模式确定后，通过数据源数据到XML文件转换的中间件（数据泵），根据定义的映射关系就能实现异构数据源数据到XML标准结构文件的转换。再通过面向Internet/Intranet的数据传输通道，将XML数据文件传送到相应的企业应用环境。最后，通过当前应用系统的转换模式定义，利用中间件（数据泵）将接收到的XML数据文件转换成自身系统数据源中的数据信息，进而实现异构数据源间的数据交互。

民航数据交换平台系统包括若干数据节点和一个数据中心。可以采用Web表单的方式进行数据的传递，各个数据节点将数据源的数据发送给数据中心，同时各个数据节点搭载相应的数据库产品，用来记载相应的信息数据。采用Web方式将数据（包括请求）从数据节点发送给数据中心，数据中心接收到相应的XML形式的数据并进行处理后，暂时将其存储在数据中心，并产生相应的消息信息，发送到目标数据节点；目标数据节点接收到消息以后，根据这个信息到数据中心检索对应的XML文档，接收到本地后执行相应的操作，然后将相应的操作信息通过数据中心发送给源数据节点，完成整个数据交换过程。

利用已有的消息中间件服务器技术实现数据交换服务。采用中间件产品构建基于Browser/Web Application Server/Transaction Server/Database模式的三层次/多层次应用体系结构，数据交换业务分为实时交换和非实时（脱机）交换处理。

实时交换处理 实时交易处理部分中采用以WEB应用服务器websphere application server、交易服务器Txseries/CICS等中间件为核心的多层次体系结构，以确保系统在大数据量情况下的可靠性和快速响应速度。为了防止交换高峰期间对WEB应用服务器压力过大造成该部分处理能力的瓶颈，数据中心可同时配置多个 websphere application server组成群集（cluster）结构，共同承担来自于前台的业务处理请求。

脱机交换处理 对于所有脱机交易处理，在数据中心配置数据传输中间件作为全系统的数据交换中心，承担全系统数据交换的统一平台。将运行在基础传输系统之上的集成中间件作为全系统数据收发/转发的网关，专门负责整个网络环境下的数据传递，并作为批量处理系统的前置机接收民航信息系统数据。

实现完善的安全保障功能。调用成熟的中间件或API实现安全认证、加密、解密或压缩等功能。利用成熟的身份认证和授权管理机制控制用户的数据请求和访问权限，通过严格的身份验证和权限管理保证系统的安全。系统结构如图2所示。

6 结语

图2 民航数据交换平台的体系结构Fig.2 Architecture of CAAC data exchange platform

中国民航局正在研究建设新一代的航空运输系统，为消费者提供高效、便捷、安全、优质的航空运输服务。行业综合公共信息网络平台的建立，将为消费者提供更准确的航空旅行信息。打造中国民航的数据交换平台是行业综合公共信息网络平台建设的一个重要核心内容。在新一代航空运输系统中，以网络为核心的信息交换和共享成为其代表性标志之一。为此，中国民航局将充分利用民航业内外的技术力量和各种资源，采用先进、成熟的IT技术建设民航数据交换平台，为民航企事业单位、政府和公众提供优质的信息资源服务。

[1]林 涛.基于Web服务XML的跨网络异构数据交换技术研究[D].天津：河北工业大学，2004.

[2]杜立勋.基于XML的数据交换技术在Web Service中的应用[D].武汉：武汉大学，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]王俊红，郭荷清.J2EE平台上基于XML的数据交换系统的设计与实现[J].计算机应用与软件，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服务开发[M].北京:清华大学出版社，2004.