基于SOA的铁路信息化架构研究

刘忠东，张 千

（1.中国铁路总公司 信息技术中心，北京 100844；2.国家知识产权局 专利审查协作北京中心，北京 100190）

基于SOA的铁路信息化架构研究

刘忠东1，张 千2

（1.中国铁路总公司 信息技术中心，北京 100844；2.国家知识产权局 专利审查协作北京中心，北京 100190）

随着信息技术的飞速发展以及业务需求的不断变化升级，信息系统日趋复杂，企业需要一套科学、有效的信息化建设方法，从整体高度对企业信息化进行全面指导。本文阐述了企业架构和SOA架构的基本概念，借鉴TOGAF企业架构方法对基于SOA的铁路信息化架构进行了研究。

企业架构；信息化架构；SOA；TOGAF

随着铁路不断改革和发展，铁路信息化建设与应用也取得了较大成绩，为铁路改革与发展作出了积极贡献。然而在铁路信息化过程中，信息化建设以需求为驱动，虽然加快了信息化建设和实施的速度，但是“信息孤岛”和“应用孤岛”现象严重，系统兼容性、可扩展性、数据共享等方面的问题日益突出。为加快铁路信息化建设，消除信息化孤岛现象，充分开发利用信息资源，必须从顶层设计入手，进行铁路信息化规划和铁路信息化企业架构规划与设计，避免“重实施、轻规划，重技术、轻管理”的认识误区造成信息化主线的缺乏，实现IT与业务的一致性，促进铁路信息化发展方式的转变。

1 面向服务的体系结构

1.1 企业架构简介

企业架构（EA，Enterprise Architecture）是国际上普遍采用的信息化规划、管理、实施的方法论。企业架构分业务架构和信息化架构2部分。业务架构是企业将业务战略转化为日常运营的基础平台，包括业务组件、业务流程、组织结构等内容。业务战略决定业务架构，企业战略通过业务架构来分解。信息化架构是指导IT投资、设计决策以及建立企业信息系统的综合蓝图，包括数据架构、应用架构和技术架构3部分。

目前国际上比较流行的企业架构框架主要包括：Zachman、TOGAF、FEAF、DoDAF等，其中TOGAF是目前最主流的企业架构方法之一，为企业信息化架构开发提供包括架构开发方法（ADM，Architecture Development Method）及参考模型、资源库等。本文以TOGAF作为架构框架对基于SOA的铁路信息化架构进行研究。

1.2 SOA简介

SOA（Software-Oriented Architecture），即面向服务的体系结构，是一种以业务为驱动，以面向服务为原则的企业信息化架构模式，通过建立可组合、可重用的服务体系提高企业业务的灵活性、保证信息化系统的适用性、减少IT业务冗余并加快项目开发的进程。SOA具有以下特点：

（1）服务模块化。服务模块化就是把业务功能进行分解，打包成具有自包含和自描述特点的服务。

（2）服务封装与共享。服务封装是将服务内部的实现和复杂性隐藏，对用户只公开开放的标准接口，实现服务功能的调用。SOA支持服务的重用或共享，并可根据需求将服务进行组装、编排成一个新的、复杂的服务。SOA还能通过集成适配器，将既有应用封装成统一的服务，实现既有应用的改造与复用。

（3）松耦合。松耦合是指降低应用系统部件之间的依赖关系，部件之间保持相对独立性，不会因为某个部件内部结构或实现方式发生改变而影响其他部件，有利于系统维护及扩展。SOA松耦合包括服务间的松耦合，服务与编程语言、操作系统、硬件平台、传输协议间的松耦合。

（4）联合控制。SOA可以实现联合的、基于策略的安全、管理和部署。

（5）支持开放标准。SOA支持Web服务标准，XML，SOAP等开放标准。

1.3 SOA参考架构

SOA参考架构（Reference Architecture）相当于SOA模板，通过SOA参考架构可快速最佳地实现SOA，指导部署基础设施，同时指导面向服务应用的开发和管理。因此规划SOA架构必须从SOA 参考架构开始，本文采用TOGAF SOA参考架构（The Open Group SOA Reference Architecture），它是一个灵活且可扩展的架构框架，分2部分共9层：

（1）传统功能部分，包括操作系统层，服务组件层、服务层、业务流程层和消费接口层。操作系统层即组织基础架构，代表实际运行时的基础架构及IT资产。服务组件层即服务提供者（Service Providor），通过使用操作系统中的一个或多个应用程序来实现。服务层表示已部署到环境中的服务，多个服务可组装成一个新组合服务。业务流程层将服务拼装成满足具体业务需要，与业务目标保持一致的业务流程。消费接口层是服务消费入口，是访问业务流程、服务及应用程序的通道。

（2）非功能部分，包括整合层、服务质量层、信息架构层和治理层。整合层即集成层，包括服务组件层、服务层和业务流程层的集成，整合层一般由企业服务总线ESB提供。服务质量层定义安全、性能、可靠性等一些非功能的质量属性。信息架构层包括数据结构、商业智能、元数据架构以及数据交换协议等。治理层确保一个组织中的服务和SOA解决方案遵守先期定义的策略、指导方针和标准，包括对SOA整个生命周期的治理管控。TOGAF SOA参考架构层次与企业架构的对应关系如图1所示。

图1 TOGAF SOA参考架构与企业架构的对应关系

2 基于SOA的铁路信息化架构设计

SOA的目标是构建灵活可变的企业信息系统，通过服务组件的封装、复用、编排等手段保证企业信息化架构的一致性，并通过SOA治理来保证SOA架构实施符合企业治理需求。SOA与企业架构在概念、活动、流程、结果等方面紧密契合、相互渗透，企业架构是SOA落地的最佳利器，因此可以使用TOGAF架构开发方法ADM进行SOA架构规划。

依据TOGAF SOA参考模型，结合铁路的实际情况，制定出企业服务器总线（ESB）模式的铁路信息化总体架构，如图2所示。

总体架构为4层结构，从下至上依次为：信息技术设施层（包括网络及硬件基础设施平台，操作系统平台，软件基础架构平台等），业务软件层、企业服务总线层和企业应用层。

ESB通过提供标准的底层架构，使得各应用程序组件能够以服务单元的方式灵活编排，并通过标准化的通信方式实现交互，可以有效地避免传统“点对点”应用集成方式下复杂度高、可管理性差、可复用性差、系统脆弱等问题。

图2 铁路信息化总体架构图

根据TOGAF ADM方法及铁路信息化总体架构图，分别完成基于SOA的铁路信息化业务架构、应用架构、信息资源（数据）架构、技术架构的规划和制定。

2.1 业务架构

业务架构（EBA，Enterprise Business Archi-tecture）是企业信息化战略与架构的基础，同时也是应用、数据、技术架构的决定因素。在业务架构阶段，主要实现将铁路业务目标分解转换为可操作的业务组件模型，从铁路业务主线和管理级别2个方面对整体战略目标进行分解，获得了各个业务组件，如图3所示。

图3 铁路信息化业务架构图

根据实际需要，业务组件可进行多层多次分解，从而形成便于应用、实施的铁路业务组件模型。

2.2 信息架构

信息架构（EIA，Enterprise Information Architecture）从总体角度描述企业数据资源与信息流结构，主要包括数据分类、定义、存储、管理以及企业信息模块与模型等，并定义企业数据管理与维护的策略和原则。

铁路信息化经过多年的发展，建设了许多信息系统，每个系统面向不同的数据，分别有各自不同的数据库。为开展铁路信息化数据架构规划，需首先对数据按主题进行分类，基于数据仓库平台对各业务应用数据进行建模、存储、整合与集中管理，建立集中的主数据管理平台，并作为铁路的企业数据中心为各应用系统提供数据查询、统计分析、深度挖掘等数据服务。铁路信息化信息架构如图4所示。

图4 铁路信息化信息架构图

2.3 应用架构

应用架构（EAA，Enterprise Application Architecture）主要依据企业的业务模型，将企业的业务转化为面向应用服务的系统功能，并描述各应用系统之间以及与外围系统的关联关系、应用的分布模式、接口定义以及数据流向等。基于SOA的铁路信息化应用架构如图5所示，通过ESB实现了各系统之间标准化接口和协议的交互，实现对业务的全面支撑。

2.4 技术架构

技术架构（ETA，Enterprise Technic Architecture）是应用架构和信息架构的支撑，主要描述应用功能和数据传输与交换的技术实现，保证技术层面的组件与企业战略规划、业务架构等领域的实际需求保持一致，为信息化建设提供全程的技术指导。技术架构包括执行架构、开发架构、运维架构、基础设施架构和安全技术等内容。基于SOA的铁路信息化应用架构如图6所示。

图5 铁路信息化应用架构图

图6 铁路信息化应用架构图

执行架构是指信息系统运行和部署的支撑环境，包括用户交互、应用逻辑、应用集成与信息共享4个方面。

运维架构是指为维持信息系统运行所需的各种服务，包括运维安全管理、网络系统管理、业务连续性保障、服务管理、配置管理和物理环境管理以及相关的规章制度和管理流程等。

开发架构是指支持信息系统开发所需的环境、工具和相关标准与规范。采用SOA开发应用系统时，仍然经历软件开发生命周期中的各主要阶段，但SOA应用开发更强调对已有资产的封装、管理与有效重用，强调建模和设计阶段的重要性，对于整个系统需要有一个更好的业务分析和规划，需要建立业务标准，需要对业务流程进行梳理和优化，以更好地实现服务复用。

基础设施架构是指支撑应用系统运行的硬件、网络、系统软件以及相关安全性、可用性和性能等。

安全技术包括执行架构中身份和访问管理、开发安全管理、运维安全管理和集成架构安全等方面。

3 结束语

本文通过对SOA体系架构和TOGAF的研究，结合铁路信息化实际，根据作者多年铁路信息化工作经验，提出了一种基于SOA的铁路信息化架构，供从事铁路信息化的各位同仁参考。基于SOA的铁路信息化架构体现了以业务流程为中心的体系结构，可以简化应用系统部署，降低IT运维技术人员的维护复杂性，并能有效整合铁路业务应用，有效发挥现有业务应用系统的价值。

[1] 顾春红，于万钦. 面向服务的企业应用架构[M].北京：电子工业出版社，2013.

责任编辑 方 圆

Railway informationization architecture based on SOA

LIU Zhongdong1, ZHANG Qian2
( 1. Information Technology Centre, China Railway, P.R.C., Beijing 100844, China; 2. Patent Examination Cooperation Center, State Intellectual Property Off i ce, Beijing 100190, China )

enterprise architecture; informationization architecture; SOA; TOGAF

With the rapid development of information technology and the continuous change of business needs, information system was becoming more and more complicated, the enterprise needed a set of scientif i c, effective information construction method to guide the enterprise informationization from the overall height. This paper introduced the basic concepts of the Enterprise Architecture and SOA. The railway informationization architecture based on SOA was studied with the TOGAF Enterprise Architecture method.

2014-07-24

刘忠东，教授级高级工程师；张 千，助理研究员。

U29∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0020-04