摘 要：在本文论述了基于任务管理模型的电子学习计算系统的设计问题。电子学习计算云的主要组成部分之一是控制器作为企业服务总线（ESB）充当外部参考的绝对模型抽象。 同时，View与Model完全分离，最终实现业务数据对象的隐私和安全。支持依赖注入模式的ESB增强了协议和消息转换，服务松耦合，全球服务契约，服务实现自主性，服务可重用性，服务模块化，无状态和动态可发现性服务等。ESB使用服务虚拟化将服务归档为一个单独的可部署单元，由Orchestration Engine作为中央控制台进行管理。这使用户可以通过采购各种电子学习的服务来定制私有的电子学习平台。
关键词：云计算；分布式系统；面向服务的体系结构；企业服务总线；依赖注入；电子学习；Web Services.
绪论
众所周知，近几年来各种技术在中飞速的进步着；根据思科的一项研究，预测2013年全球IP流量将是2008年的五倍，年均增长率达到40%。这项研究还强调：移动数据流量将以每年翻一倍的趋势在2013年达到131％的增长率[1]。这种增长趋势的主要原因有：（1）高速宽带的日益普及。（2）数字屏幕的表面积越来越大，分辨率越来越高。（3）网络设备的普及。（4）设备的计算能力和速度在增加。这些因素正在影响Web应用程序的角色，并将之前原始的基础架构转化到下一个新架构中。云计算由此而生，它被设想为按需自助服务，更广泛的网络访问，资源共享，快速弹性，测量服务等等的处理方法。
各种学习技术正在急剧发展，利用互联网提供的资源来替代传统的学习方式的已经变为现实。在文献4中，Dagger和O'Connor已经提出将电子学习系统的演变分为两代。在第一代中，学习平台被开发为特定领域的通用解决方案，但在支持架构灵活性方面面临巨大挑战。在此期间出现了几个标准，用于在内容级别提供不同系统之间的互操作性[2]。当前(第二代)包含基于模块化和面向服务架构（SOA）的设计范例。设计重点从内容共享扩展到学习对象，工作流程序列，学习者信息的交换，以及识别语义交换和平台独立性的需求。为了支持内容元数据的共享，建立了重要的标准，例如可共享内容对象参考模型（SCORM）。文献1提出了一个通过采用SCORM标准来支持互操作性的框架。新一代学习管理系统（LMS）支持交换工具，功能，语义和学习工作流程等功能。用户将能够通过定制各种电子学习服务来定制电子学习平台。新平台的构建是当前研究的主要目的。
电子学习应用程序和其子服务在发展中的技术和平台方面之间的差异性正在扩大。因此，为了减少这种差异，完全需要一个中间件来集成不同的电子学习应用程序和众多服务异构性。上述提到系统的灵活性和互通性可以归档为Web Services(WS)的一种形式[3]。为了实现这一点，现有的LMS应用程序可以通过接口进行封装，以便与新兴服务集成，从而使系统能够根据用户需求发展为复杂性和功能性。在文献13中，提出了一个提供定制功能的框架，以便通过将学习服务组装成建设性模块来设计LMS。
我们的研究致力于设计一个基于任务管理模型的电子学习计算系统[16]。云计算的吸引人的众多特性促使我们设计符合云计算的电子学习计算体系结构。它基于模型 - 视图 - 控制器（MVC）设计模式[6]进行了规范化，将表示层与实际业务处理分离。
WS(WebService)支持的SOA是云计算的流行实现技术。在本文中，我们将企业服务总线（ESB）作为依赖于注入（DI）设计模式的沟通交流中间件进行介绍。
通常，ESB是一个灵活的连接基础设施，用于集成利用WS，消息传递中间件，智能路由，转换和编排的服务。它由几个应用程序或模块组成。每个应用程序都集中在一个特定的功能中，如监视，安全和服务编排。基于ESB概念，本文提出的目标是设计一种方法，以减小接口的大小和复杂性，提供高度分布但可集中管理的服务托管和基础架构管理。它还通过服务虚拟化提供可靠的消息路由。依赖注入模式在服务调用中引入了解耦性优势，其中高级模块和低级模块相互独立，但两者都应依赖于抽象。
本文的其余部分安排如下。 第二节描述了一种消息转换和View和Model之间的解耦方法[7]。在第三部分介绍了电子学习计算云架构的主要元素。第四部分介绍了企业服务总线和依赖注入。第五节中进行讨论和总结。
2 视图与模型之间消息转换的解耦
MVC设计模式的实质就是通过接口集成层（Controller）来划分表示（View）和业务逻辑（Model）[7]。然而，在传统的MVC设计模式中，View和Model之间存在关联。 对这种关联的影响让数据模型的隐私和视图和模型之间不能完全解耦。因此，为了实现两者之间的解耦和数据模型层的数据隐私性，我们通过应用DI模式来模拟控制器中的控制反转，该模式确保了是在模型层上的抽象包装。View和Model都与Controller层联系[8]，而不是直接相互通信。图1显示了消息转换引擎的一部分，它也展示了当view层请求模型层服务时，如何从模型层中解耦。
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由于Model是业务处理层，因此它是划分了业务对象池和用于定义服务模式的数据模型的服务模型。服务模型使用数据模型作为本地数据库来处理给定请求[8]。在Controller端，定义了可扩展样式表语言转换（XSLT），用于将服务求映射到服务模型中部署的服务接口。控制器XSLT包含部分服务元数据描述包括服务合约，服务端点，接口，端点数据和端点功能。映射的数据是字符串格式，需要填充到服务模型的数据传输对象（DTO）中。然后Controller将一系列字节反序列化或解码成DTO对象。在服务请求执行完成后，Model会编组服务对象以可扩展标记语言（XML）的形式呈现响应消息，该消息通过Controller传递给View[9]。采用这种方式，从Model或View进行的更改只需要在Controller的一个位置进行修改。控制器充当了一个阀门，指引输入信息在模型和视图之间切换。
该模型的隐私只暴露给服务控制器，并保持远程引用或访问的保护。此外，控制器完全将视图与模型分离，并充当数据通信的主要容器。视图和模型之间的一般关联是通过将控制器依赖注入成视图和模型之间的抽层关联，从而实现控制反转。因此，我们以ESB的形式设计了控制器，为构建SOA应用程序提供了基础架构。
3 电子学习计算云的体系结构
遵循MVC的设计模式的设计思路，Controller可以看成一个ESB容器[10]。当前系统，我们使用SUN的J2EE框架开发一个电子学习计算云（eLC 2）。由于ESB的一个实质是SOA实现和灵活集成，所以让ESB作为SOA架构的云架构的骨干。
如图2所示的eLC 2具有企业对客户（B2C）和企业对企业（B2B）通信模式。 eLC 2包含建立在虚拟机群集（VM群集）上的控制器和模型。由于View与Model脱耦，eLC 2外包了View部分，并只呈现XML对Internet上的查看协议（如简单对象访问协议（SOAP））的响应[10]。B2C探索外部计算云，探索B2B交易的内部控制器云。这两个云通过使用代理端点Enterprise Java Beans（EJB）作为WS接口对外公开。在图2中，服务池（Service Pool），公式引擎（Formula engine），评分引擎（Grading engine），自然语言引擎（Human language engine），和警示引擎（Alert engine）是服务和数据模型的一部分，而其他组件是控制器的一部分。
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计算云和控制器云都使用通用骨干网络的公共控制器服务总线（CSB）。控制器云使用内部专有的插件服务总线（PSB）[11]，可将可重用应用程序作为服务无缝扩展和集成到服务模型中。CSB是与控制器组件通信的通用平台，例如会话控制器用于关联（或会话）ID生成，分配和验证。这个相关ID与相应的服务对象一起存储在数据模型中，以保持给定连接上后续事务的状态。当相应的关联或会话ID处于活动状态时，该对象序列化用于将服务请求消息保存到数据模型中；因此，服务请求/响应流量和跨信道消息的开销被最小化，从而可以使用无状态消息交换模式和无状态协议来获得更好的性能。视图模型服务请求绑定(VMSRB) 用于View和Model之间的消息转换，如图1所示。对象序列化/反序列化通过编码和解码务模型的DTO进行数据格式转换。VMSRB通过使用Internet Inter-ORB协议（IIOP）调用Controller Java云端点EJB（基于Java远程方法调用（RMI））来访问控制云服务[13]。
服务验证和认证授权引擎扮演安全角色并保护模型。服务事件控制器和业务委托是协调引擎的一部分，并遵循调解模式。协调引擎是eLC 2的核心组件。通过使用编排引擎，工作流程逻辑被抽象并易于维护，而不是嵌入单个解决方案组件中。由业务流程封装的工作流程逻辑可以在中央位置进行修改或扩展。协调通过标准化的服务模式建立了一种集中和控制大量内部和内部应用逻辑的方法。事务控制器管理跨分布式系统的事务，包括数据库，消息队列，外部云等，用于两阶段原子事物提交和并发控制。CSB是计算云与外部世界的单一接触点[12]。
我们正在扩展CSB以形成ESB，以进一步增强协议转换的CSB，包括同步和异步通信模式，复杂事件处理，消息路由和转换以及服务虚拟化。所有与CSB通信的组件都与其他ESB组件一起嵌入到ESB中。对于强大的通信，智能路由，复杂的翻译和服务转换，ESB是必不可少的。ESB中服务的可组合性处理组件的相互关系。ESB用于控制反转的DI模式。 组件可以独立更换和部署。
4 企业服务总线和依赖注入
依赖注入（DI）模式由Martin Fowler于1996年发起，并于2004年进一步扩展。Martin Fowler把这个想法追溯到Johnson和Foote's关于控制反转的提议。DI模式的关键在于高级模块不应该依赖于低级模块，并且两者都应该依赖于抽象。DI是服务定位非常很好的替代方案[13]。即使在传统的面向对象的例子中，如果在许多不同的类对象中存在一系列依赖，那么每个对象都应该都直接依赖序列中下一个对象的引用。这种协作导致对象之间的紧密耦合，并且序列修改需要对所有对象进行翻新。
因此，我们在服务调解和观察者模式之上引入了DI。DI的主要好处是它可以消除具体实现中的依赖关系。通过在控制反转中引入DI，管理对象与其合作者的任何硬编码依赖关系（包括昂贵的初始化逻辑）解耦[14]，从而可以轻松地单独测试对象。由于受管理对象与协作者查找的开销分离，所以对象不必担心被调用者引用的问题。我们正在使用Java实现来进行依赖关系外部化[16]。
正如第三部分所讨论的那样，CSB已经扩展到ESB的设备。在ESB中引入DI模式以形成处理引擎的连接通道，该引擎编排松散耦合服务之间的活动流。各种处理引擎例如 服务中介，存储库和注册中心，事件控制器，服务编排，协议转换和消息转换引擎负责确保相应的服务功能按正确的顺序进行调度和协调。DI使ESB能够根据网络所支持的网络和工作负载的需求进行增长或缩减。ESB以第三节讨论的协调引擎的形式持有DI[15]。编排引擎主要使用中介，代理和观察者模式在服务请求者和服务响应者之间形成抽象层。服务虚拟化是编排引擎的主要功能。
图3显示了ESB构建块的各自功能。 ESB充当实例化对象的容器，并保持这些对象在服务池中的引用以及注入依赖关系。客户声明它对服务的依赖性的描述。符合ESB的外部代码在客户端连接。每当需要客户端的动态服务的引用时，它就会提供。 该消息事件和所需服务的ESB响应从存储库和注册标识。
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在控制层中，在将请求移交给服务模型（即实现实际业务处理逻辑的对象池）以执行任务特定处理之前，需要执行某些操作。这个操作要按顺序的方式执行，如对象编组/解组，服务验证，事务上下文管理等。因此，每个相应的组件都依次依赖于其他组件。这种类型的一对一依赖关系需要在开发和调试时进行返工，只要在序列中引入一个新组件。 因此，所提出的服务总线将一对一调用控制反转为多对一，其中来自控制器的所有组件都只知道服务总线，并且服务总线知道所有注册的组件。
如图3所示，ESB具有一个内部消息总线，它是跨分布式系统的事件驱动消息传递的专有标准。 所有ESB组件都使用此通道在集群网络上进行信息交换。正如第三节所讨论的，控制器云的插件服务总线是ESB的内部消息总线的一部分。内部消息总线具有内置的消息队列数据结构来保存消息，如果有任何事情无法实现可靠性。这种面向消息的中间件（MOM）定义在ESB的核心[16]，以确保消息传递。由于MOM，异步通信模式也被使用，因为只有同步系统严重抵制高度的可扩展性。
服务虚拟化是一种服务管道，使开发人员能够专注于构建新功能，而不必担心功能如何被暴露，消耗或管理。像版本控制，协议映射，监控，路由和运行时策略执行等低级别服务约束都是抽象的。虚拟服务由服务库和注册表中的主要服务元数据之上的模型表示。这些模型由服务中介引擎转换为ESB编排引擎解释的服务行为，以执行该服务，而无需更改服务代码。因此，协调引擎通过使用服务调解以及存储库和注册表来标准化消息。服务虚拟化提供了透明的服务查找。 它将服务调用从实现中分离出来，而不管程序设计语言如何，也没有代理方法的性能影响。这利用了动态服务配置。
如图3所示，ESB向业务流程管理（BPM）层提供B2B和B2C通信模式，这是MVC设计模式中的一种视图。ESB通信的第一步是协议和消息的转换。协议转换引擎为通过超文本传输协议（HTTP），SOAP，文件传输协议（FTP），Java消息服务（JMS）等提供调用服务的传输绑定。消息转换引擎充当解释器来将请求参数与服务模型的相应DTO进行映射。正如第二部分所讨论的那样，我们采用了基于XSLT的消息转换，将View与Model分离开来[17]。 ESB使用XML标准交换消息。
我们使用消息路由来动态地调用服务，而不是基于名称空间的服务查找。它提供了消息和事件链接，以抽象消息流的形式引入工作流。有两种类型的消息路由，即基于内容的路由和基于行程的路由；ESB使用基于行程的消息路由，该路由基于预定义的活动序列。
基于行程的消息通过编排引擎路由到期望的服务；通过使用事件控制器和服务中介引擎，服务协调引擎可以绑定服务的WSDL接口。服务模型维护由ESB容器调用的端点服务对象池。在接口绑定之后，事务控制器为ESB容器与参与（端点）服务及其合作伙伴服务之间的协调生成事务上下文。因此，如图3所示，事务控制器，服务中介，存储库/注册表和服务模型是服务虚拟化方法的主要组成部分。
ESB的解耦直接远程调用模式，因此，ESB适用于潜在的安全底层模型。控制云的验证和认证/授权引擎在ESB中封装为安全引擎[18]。ESB还提供数据完整性和消息加密。 通过这种方式，ESB从远程访问保护数据模型和业务服务模型，并提供可配置的互操作性和安全的代理功能。安全引擎功能进一步分为以下三种类型：（1）传输级安全性：通过配置安全套接字层（SSL）来确保在传输过程中交换的消息的机密性和完整性。（2）消息级安全性：通过定义保护消息负载的策略来消除传输层上的开销。（3）自定义级别的安全性： 能够根据服务使用者和提供者的优先级来启动临时安全性度量标准。
服务存储库和注册管理机构根据服务水平协议（SLA）等管理元数据，包括服务合约，XML模式定义（XSD），接口描述，端点地址和策略。服务存储库形成一个所谓的服务库存，其中包含独立标准化和管理服务的集合。实时服务实施在模型的外围执行， 此类服务的注册表在维修库存形成服务组成内维护。 服务注册表是服务虚拟化的主要组成部分。
审计和记录引擎以及Monitor引擎通过监视ESB容器的健康状况来执行报告以跟踪数据并确保服务的可用性。审计跟踪日志是系统调试和故障检测的重要手段。 在出现故障的情况下，ESB容器还使用日志报告作为检查点来执行补偿和回滚事务。Monitor会引发一个事件以通知ESB容器的操作事件。监控器还会测量网络的心跳以确定跨渠道服务的可用性。
服务模型使用数据模型来定义服务处理的配置模式。因此，对服务行为的任何修改都只需要在存储在数据模型中的服务配置中进行更改。服务处理的配置模式包括服务定义，事务定义，服务会话（或相关）定义，服务验证和授权/认证定义等。
图4显示了与ESB相关的各种服务的协作。DI模式在Service Orchestration Engine中引发，该引擎也充当内部消息总线。视图云（View Cloud）和外部系统可以通过B2C和B2B界面来调用服务。这个调用是通过SOAP服务的XML消息通过Web服务接口进行的。根据请求消息，ESB实现基于行程的消息路由，从而调用适当的服务组件，包括协议和消息转换，Ad-hoc服务栈等。
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Ad-hoc服务栈是非强制性的辅助服务池。然而，这些服务可以被用来进一步丰富和筛选定制需求的服务请求。服务虚拟化调解服务请求以调用和执行模型中的所需服务。通过这种方式，集成逻辑与模型端部署的电子学习服务的业务逻辑分离开来。因此，各种各样的电子学习应用程序或客户端可以通过ESB设计模式访问电子学习服务，而不考虑平台或框架的异构性。
5 总结
支持DI模式的ESB增强了服务的松散耦合，全局服务契约，服务实现自治，服务可重用性，服务模块化，无状态和动态可发现性等特性。ESB将业务逻辑从集成逻辑和流程路由逻辑中分离出来，因此应用程序和服务彼此分离，并可通过总线连接在一起作为事件驱动型服务。
服务详细信息（如服务注册中心管理的元数据）允许集成专家和管理员创建和管理面向服务的解决方案。服务虚拟化具有抽象的对等服务，用于透明的服务查找。事件驱动的服务调用启用了可进一步扩展高度服务可靠性和可用性的异步通信。因此，ESB可以作为高度分布式系统中标准化的服务集成方式。因此，ESB可以作为高度分布式系统中标准化的服务集成方式。安全性嵌入ESB中，包含敏感的数据模型，从而为数据隐私提供更好的解决方案，这是适应云计算驱动应用程序的一个重要障碍。
同时自定义级别的安全选项使服务客户端能够根据客户端的优先级来定义所需的安全级别，并且服务提供商通过协商某些性能吞吐量来实现这些安全级别。因此，与安全相关的风险现在由服务提供商和服务消费者共同承担，这种安全性定制引起了对采用云驱动型经济的高度重视。
跨Web服务的数据交换发生在开放标准上。 因此，ESB可以连接到任何BPM，包括电子学习，电子商务，电子政务，它可以保护通信流量。ESB还无缝集成了不同的服务，并确保这些服务的可靠性，重用性和可用性。 简而言之，SOA承诺的敏捷性可以通过使用ESB来实现。
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附：原英文地址
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