李 珺， 張 貴， 譚三清

(中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

林業(yè)信息共享中云計(jì)算應(yīng)用

李 珺， 張 貴， 譚三清

(中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

分析了當(dāng)前林業(yè)信息共享中存在的主要問題和林業(yè)信息共享需求；簡述了云計(jì)算的定義和服務(wù)模式；提出了林業(yè)信息共享“云”的架構(gòu)思路，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了林業(yè)信息“云”的體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)共享模式和運(yùn)行模式，指出了林業(yè)信息“云”實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

林業(yè)信息； 信息共享； 云計(jì)算； 虛擬化； SOA

全面推進(jìn)現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的基本要求，信息化建設(shè)是現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)的重要突破口，而實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息共享則是充分開發(fā)和利用林業(yè)信息資源的有效途徑，是林業(yè)信息化的核心戰(zhàn)略[1]。一些發(fā)達(dá)國家的林業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)庫的建立與共享，對其國家科技進(jìn)步與創(chuàng)新、社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長起到了重要作用[2]。然而，在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息共享已成為必然趨勢。“云計(jì)算”(Cloud Computing)作為一種新興的信息技術(shù),它的出現(xiàn)給林業(yè)信息共享建設(shè)帶來了契機(jī)。它將突破傳統(tǒng)信息共享理念，最大限度地解決林業(yè)信息用戶關(guān)于計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)等資源的束縛[3]。在林業(yè)信息共享建設(shè)中引入云計(jì)算共享模式，可以擴(kuò)大林業(yè)信息共享的服務(wù)內(nèi)容和范圍，也必會大大推進(jìn)林業(yè)信息化進(jìn)展。

1 林業(yè)信息共享現(xiàn)狀

隨著信息社會的不斷發(fā)展，信息共享已經(jīng)成為建設(shè)信息化社會的重要內(nèi)容。我國林業(yè)信息化建設(shè)跟其他行業(yè)相比起步較晚，以往林業(yè)信息利用多局限于單向、單方面、靜態(tài)層次上，林業(yè)信息系統(tǒng)的應(yīng)用多停留在單機(jī)處理階段，這些問題都給林業(yè)信息共享 造成了困難。當(dāng)前林業(yè)信息共享中存在以下主要問題。

(1) 林業(yè)信息數(shù)據(jù)間關(guān)系復(fù)雜、形式多樣、數(shù)據(jù)量龐大，信息共享難度較大。

(2) 林業(yè)信息的來源渠道多而混雜，信息獲取方式不明確，入口不統(tǒng)一?？v向上層次關(guān)系復(fù)雜，橫向上數(shù)據(jù)不一致，原始數(shù)據(jù)多，增生信息少，林業(yè)信息共享水平低，信息資源重復(fù)建設(shè)，無法最優(yōu)化利用[4]。

(3)林業(yè)信息共享基本都是采用“分布式存儲、分布式訪問”的模式，用戶要訪問不同數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容需要檢索不同的數(shù)據(jù)庫。不同數(shù)據(jù)庫之間沒有集成統(tǒng)一管理，林業(yè)信息共享效率不高，信息共享范圍受到局限。

(4)當(dāng)前林業(yè)信息共享應(yīng)用多停留在服務(wù)器管理端向客戶端單向提供服務(wù)的層次上，缺少林業(yè)信息共享的交互服務(wù)和個性化服務(wù)發(fā)布訂制功能。

基于目前林業(yè)信息共享存在的諸多問題，“云計(jì)算”的出現(xiàn)給林業(yè)信息共享提出了新的模式?！霸朴?jì)算”能提供動態(tài)資源池、虛擬化和高可用性的下一代計(jì)算平臺的核心技術(shù)。它以用戶為中心,提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù),使互聯(lián)網(wǎng)成為每一個用戶的數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心,使用戶使用各種應(yīng)用的平臺從桌面轉(zhuǎn)向Web[5]。

2 林業(yè)信息共享需求

2.1數(shù)據(jù)共享需求

林業(yè)信息是指反映林業(yè)生產(chǎn)、管理和林業(yè)經(jīng)營對象的特征、狀況、內(nèi)在聯(lián)系及規(guī)律等的數(shù)據(jù)[6]，包括空間信息和屬性信息?？臻g信息包括林業(yè)資源空間地理分布結(jié)構(gòu)及其規(guī)律的一切數(shù)據(jù)，屬性信息是指空間信息的屬性表，具體表現(xiàn)形式有數(shù)字、文字、各種不同比例尺的圖片和遙感影像，如森林分布圖、林相圖、林火監(jiān)測影像等[7]。

林業(yè)信息的最大化共享應(yīng)支持大容量、多種類的數(shù)據(jù)共享需求，實(shí)現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。林業(yè)信息的主要共享數(shù)據(jù)(見圖1)分2類： ①基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，包括全要素的數(shù)字化地形圖、數(shù)字遙感影像以及數(shù)字高程模型等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)；②林業(yè)專題數(shù)據(jù)，包括森林資源數(shù)據(jù)和園林綠化數(shù)據(jù)、林政數(shù)據(jù)、生態(tài)公益林?jǐn)?shù)據(jù)、營造林?jǐn)?shù)據(jù)、森林火災(zāi)數(shù)據(jù)、林業(yè)有害生物數(shù)據(jù)、野生動植物數(shù)據(jù)等。林業(yè)信息共享的內(nèi)容根據(jù)用戶級別權(quán)限的不同，選擇性地共享部分或全部林業(yè)信息數(shù)據(jù)?；诹謽I(yè)信息數(shù)據(jù)的保密性和安全性，有些數(shù)據(jù)只供部分用戶享用。

圖1 林業(yè)信息共享的主要數(shù)據(jù)Fig.1 The main shared data of the forestry information

2.2用戶需求

林業(yè)信息的最大化共享應(yīng)滿足不同用戶的共享需求，并對不同類型用戶設(shè)置不同級別的權(quán)限。林業(yè)信息共享用戶根據(jù)業(yè)務(wù)需求的不同劃分為以下5類：林業(yè)相關(guān)部門用戶、管理員、林業(yè)部門業(yè)務(wù)人員、公眾用戶以及其他政府相關(guān)部門等。管理員根據(jù)權(quán)限的不同分為高級管理員和一般管理員。管理員可以對林業(yè)信息共享數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化管理，將林業(yè)信息封裝成服務(wù)進(jìn)行定制和發(fā)布，同時還可以分配用戶權(quán)限。林業(yè)相關(guān)部門用戶可以通過林業(yè)信息共享服務(wù)內(nèi)網(wǎng)調(diào)用和查看不同的林業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，也可上傳林業(yè)信息數(shù)據(jù)等。林業(yè)部門業(yè)務(wù)人員可以對林業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、管理和更新等工作。

2.3功能需求

林業(yè)信息共享應(yīng)提供最全面、快捷的共享服務(wù)，主要包括對各類數(shù)據(jù)的高效管理更新、公共服務(wù)應(yīng)用功能、信息查詢分析、服務(wù)定制發(fā)布等。滿足不同用戶的功能需求，各取所需。

3 云計(jì)算定義與服務(wù)模式

3.1云計(jì)算的定義

自從“云計(jì)算”被提出，許多專家、研究組織以及相關(guān)廠家從不同的研究視角給出了“云計(jì)算”的定義,目前關(guān)于“云計(jì)算”的定義已有上百種[8]。廣義的云計(jì)算是一種服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。

我們綜合各種定義認(rèn)為: 利用非本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器集群的分布式計(jì)算機(jī)為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供計(jì)算、存儲、軟硬件等服務(wù)，以獲得超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲等功能，有效提高軟硬件設(shè)備資源的利用效率，真正實(shí)現(xiàn)按需計(jì)算、隨時獲取、按需使用、隨時擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的信息共享服務(wù)。

3.2云計(jì)算的服務(wù)模式

當(dāng)前比較典型的商業(yè)化云平臺主要有Amazon公司的Amazon EC2(即Amazon彈性計(jì)算云)、Google公司的Google App Engine、微軟公司的Windows Azure云平臺和IBM推出的藍(lán)云(Blue Cloud)計(jì)算平臺[9]。歸納起來，云的服務(wù)模式主要有以下3種。

(1)軟件即服務(wù)(Software as a service，SaaS)。它是專為網(wǎng)絡(luò)交付而設(shè)計(jì), 通過網(wǎng)頁瀏覽器把程序和功能上傳，便于用戶通過Internet托管、部署及接入,實(shí)現(xiàn)按需求定購所需的服務(wù)，如ArcGIS Online Sharing。

(2)平臺即服務(wù)(Platform as a service，PaaS)。它把開發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來提供。允許開發(fā)者進(jìn)行創(chuàng)建、測試和部署應(yīng)用，即使用中間商的設(shè)備來開發(fā)自己的程序并通過互聯(lián)網(wǎng)和其服務(wù)器傳到用戶手中，如Google App Engine、Windows Azure。

(3)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a service，IaaS)。它是將大量的計(jì)算、存儲等資源利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分割、動態(tài)調(diào)整資源的功能, 并作為服務(wù)為用戶提供，如Amazon EC2。

4 林業(yè)信息“云”的架構(gòu)

4.1林業(yè)信息“云”的架構(gòu)思路

架構(gòu)林業(yè)信息“云”的主要目的就是實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息最大范圍和最便捷的服務(wù)共享。鑒于目前云計(jì)算的應(yīng)用還處于起步階段，結(jié)合林業(yè)信息共享的實(shí)際需求和云計(jì)算的應(yīng)用特點(diǎn)，林業(yè)信息“云”架構(gòu)應(yīng)遵從系統(tǒng)工程和平臺架構(gòu)的思路進(jìn)行。依據(jù)云計(jì)算提供的云服務(wù)模式，結(jié)合林業(yè)信息共享的需求，選取數(shù)據(jù)即服務(wù)(DaaS)和平臺即服務(wù)(Paas)的模式構(gòu)建林業(yè)信息“云”，其架構(gòu)思路如下。

(1) 林業(yè)共享信息的封裝規(guī)范化處理。由于當(dāng)前林業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，形式復(fù)雜多樣，這些都給林業(yè)信息共享“云”的構(gòu)建造成了障礙，為此在架構(gòu)林業(yè)信息“云”的過程中，首先應(yīng)該對現(xiàn)有的林業(yè)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的封裝處理，形成規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的林業(yè)信息共享數(shù)據(jù)庫。

(2) 搭建服務(wù)集群，有效提高計(jì)算、存儲等能力，形成計(jì)算、存儲和數(shù)據(jù)資源池。

(3) 運(yùn)用SOA架構(gòu)，采用相關(guān)的平臺開發(fā)軟件(Microsoft Visual Studio 10 + .net)開發(fā)林業(yè)信息共享服務(wù)平臺，將林業(yè)信息以服務(wù)的方式進(jìn)行發(fā)布，實(shí)現(xiàn)信息共享。

(4) 搭建林業(yè)信息共享的“云”接入平臺(如 Windows Aure 平臺)，將林業(yè)信息共享服務(wù)平臺部署至云端。

4.2林業(yè)信息“云”的體系架構(gòu)

根據(jù)云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合林業(yè)信息共享的需求分析，林業(yè)信息“云”的體系架構(gòu)分為資源層、平臺層和應(yīng)用層3層，如圖2所示。

圖2 林業(yè)信息“云”體系架構(gòu)圖Fig.2 The architecture of the forestry information cloud

(1) 資源層。該層是為資源層和平臺層提供計(jì)算、數(shù)據(jù)、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的。在該層通過虛擬化技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)和集群技術(shù)，對底層的硬件設(shè)備(包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)和林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫實(shí)行集中管理。構(gòu)建了服務(wù)器集群，并向上層提供計(jì)算資源池、存儲資源池和數(shù)據(jù)資源池。

(2) 平臺層。該層是林業(yè)信息“云”的核心層。該層主要是利用net技術(shù)和Web Service以及Memcached緩存技術(shù)等，通過Server 服務(wù)的方式發(fā)布林業(yè)服務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息的共享。該層主要包括服務(wù)查詢、服務(wù)注冊、服務(wù)認(rèn)證、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)刪除、服務(wù)拆分、服務(wù)聚合、服務(wù)監(jiān)控等一條龍的林業(yè)信息共享服務(wù)。同時還擁有用戶管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)管理、服務(wù)日志管理等功能。

(3) 應(yīng)用層。該層構(gòu)建在平臺層之上，通過平臺層的應(yīng)用接口，集成與林業(yè)信息共享服務(wù)相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，包括林政管理信息系統(tǒng)、森林資源管理信息系統(tǒng)、森林病蟲害管理信息系統(tǒng)、森林防火信息系統(tǒng)、野生動植物管理信息系統(tǒng)、營造林管理信息系統(tǒng)等。應(yīng)用系統(tǒng)的集成可按需隨時擴(kuò)展。

4.3林業(yè)信息“云”實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)將離散的硬件資源統(tǒng)一起來以創(chuàng)建共享動態(tài)平臺，同時為應(yīng)用程序提供可用性、安全性和可擴(kuò)展性高的平臺服務(wù)。通過虛擬化技術(shù),單個服務(wù)器可以支持多個虛擬機(jī)應(yīng)用并運(yùn)行多個操作系統(tǒng),從而大大提高服務(wù)器的利用率；通過虛擬化為應(yīng)用提供了靈活可變、可擴(kuò)展的平臺服務(wù)[10]。林業(yè)信息共享“云”的構(gòu)建利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，并以此達(dá)到負(fù)載均衡。

(2) 緩存技術(shù)。林業(yè)信息共享“云”主要是空間信息的共享，它的一個顯著特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，因此，如何實(shí)現(xiàn)高并發(fā)服務(wù)響應(yīng)顯得尤為重要。在林業(yè)信息共享“云”的構(gòu)建中采用Memcached緩存技術(shù)可以大大提高數(shù)據(jù)共享服務(wù)的響應(yīng)速度，避免了數(shù)據(jù)量大和訪問量大造成的系統(tǒng)滯慢。

(3) SOA技術(shù)。SOA技術(shù)是一種服務(wù)架構(gòu)技術(shù)。采用SOA技術(shù)可以方便地調(diào)用和發(fā)布服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。在林業(yè)信息共享“云”中，同樣也可以采用SOA服務(wù)架構(gòu)技術(shù)，利用RESTFUL服務(wù)接口來調(diào)用服務(wù)，接受服務(wù)方可以通過XML傳遞必要的參數(shù)到服務(wù)器端，就象調(diào)用本地接口一樣實(shí)現(xiàn)與自身業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的無縫集成。在SOA架構(gòu)下的云服務(wù)可以部署在各種分布式平臺上,也可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問各種服務(wù)。

4.4林業(yè)信息“云”的數(shù)據(jù)共享模式

根據(jù)林業(yè)信息“云”的體系結(jié)構(gòu)，可以利用云計(jì)算中的PaaS(平臺即服務(wù))云服務(wù)模式搭建林業(yè)信息共享服務(wù)平臺，將林業(yè)信息共享平臺封裝成服務(wù)供用戶使用。在林業(yè)信息共享服務(wù)平臺中，用戶可以按需定制和發(fā)布自己的服務(wù)，查詢和調(diào)用自己所需的信息，其數(shù)據(jù)共享服務(wù)模式如圖3所示。

圖3 林業(yè)信息云數(shù)據(jù)共享模式Fig.3 The data sharing mode of the forestry information cloud

4.5林業(yè)信息“云”的運(yùn)行模式

根據(jù)林業(yè)信息“云”的架構(gòu)思路，設(shè)計(jì)其運(yùn)行模式如圖4所示。林業(yè)信息“云”支持各種用戶(包括個人、部門單位和手持終端等)在任意位置、使用各種終端獲取林業(yè)信息共享服務(wù)，擴(kuò)大了林業(yè)信息共享范圍。在該運(yùn)行模式中，不同的用戶通過不同級別的權(quán)限受理與認(rèn)證，通過接入林業(yè)信息云平臺，可以登錄到林業(yè)信息“云”中，按需獲取自己所要的信息服務(wù)，同時也可以自己定制和發(fā)布林業(yè)信息相關(guān)服務(wù)。

在林業(yè)信息“云”服務(wù)的共享模式中運(yùn)行，可大大降低客戶端的要求。在該運(yùn)行模式中，用戶可以只需一臺筆記本或一個PDA，就可以隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來獲取林業(yè)信息“云”中提供的各種服務(wù)。

由于林業(yè)信息“云”是由多節(jié)點(diǎn)集群集成部署的，林業(yè)信息資源分布在“云”中的服務(wù)器集群中，林業(yè)信息“云”擁有大量服務(wù)器，包括縣、市、省等級林業(yè)管理部門的服務(wù)器。這些服務(wù)器通過云計(jì)算的虛擬機(jī)技術(shù)虛擬化成一個資源池，且這些服務(wù)器的資源都是互通共享，可以隨時分配和調(diào)用的。通過虛擬服務(wù)集群的方式，大大降低了以往各個地區(qū)林業(yè)部門硬件和軟件資源的重復(fù)建設(shè)，減少了資源浪費(fèi)，達(dá)到了資源利用的最大化。

如圖4所示，林業(yè)信息“云”由各省、市級區(qū)域云組成，省、市級的區(qū)域“云”由各個地方林業(yè)部門的私有“云”組成。各地方林業(yè)部門的私有“云”可以是對該部門林業(yè)信息數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合擴(kuò)充形成，由各個林業(yè)部門自行管理。各省、市地區(qū)的區(qū)域林業(yè)信息都是可以互通共享的，林業(yè)共享信息由統(tǒng)一的云管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理和分配。

圖4 林業(yè)信息“云” 的運(yùn)行模式Fig.4 The forestry information cloud

5 討論

云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)信息共享管理中具備理論和實(shí)踐的可行性，可以做進(jìn)一步的研究和實(shí)踐，將云計(jì)算應(yīng)用于林業(yè)信息共享研究中，在思維方式上是一種創(chuàng)新，但由于云計(jì)算技術(shù)暫不成熟，在云平臺的接入和實(shí)現(xiàn)問題上還有待深入研究和探索。云計(jì)算作為一種新興的服務(wù)共享模式，將其應(yīng)用到我國林業(yè)信息共享研究中，必將是我國林業(yè)信息化建設(shè)中的一個重大進(jìn)展，隨著云計(jì)算技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，也必將有更光明的未來。

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(文字編校：唐效容，龔玉子)

Thecloudcomputingapplicationinforestryinformation

LI Jun, ZHANG Gui, TAN Shan qing

(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan)

The main exist problems of the present forestry information sharing were directed, the sharing demand of the forestry information were analyzed. And the cloud computing current theoretical research and the service mode analysis were combined. The constructing thought of the forestry information sharing cloud is put forward. Based on this constructing thought, key techonolgy, and detailed designed its system architecture, data sharing and operating mode the paper has emphatically analyzed. And the key techniques of forestry information cloud were pointed out in the paper.

forestry information; information sharing; cloud computing; virtualization; SOA

2012-04-26

2012-05-28

廣州數(shù)字林業(yè)及大樹名木保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目(GZIT2010-ZB0533)。

李 珺(1986-)，女，江西省永新縣人，森林經(jīng)理碩士研究生，主要從事林業(yè)信息工程研究。

S 307.2; TP 3

A

1003-5710(2012)03-0010-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2012. 03. 003