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        基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)架構(gòu)設(shè)計

        2014-02-03 03:14:13王令群何世鈞袁小華張術(shù)臺
        實驗室研究與探索 2014年1期
        關(guān)鍵詞:架構(gòu)智慧社區(qū)

        王令群, 何世鈞, 袁小華, 張術(shù)臺

        (上海海洋大學(xué) 信息學(xué)院, 上海 201306)

        0 引 言

        智慧社區(qū)的建設(shè)目的是對內(nèi)提供社區(qū)業(yè)務(wù)管理,對外提供社區(qū)宣傳,而住戶則于安全居家的同時,既能獲取信息資訊,還能處理相關(guān)業(yè)務(wù)。為此,在智慧社區(qū)建設(shè)中,需對:智慧社區(qū)需滿足社區(qū)管理和住戶對社區(qū)安防、設(shè)備管理和信息通訊等的多種需求;社區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)在不斷革新和變化;智慧社區(qū)多在現(xiàn)有硬件設(shè)施和管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行,涉及到對現(xiàn)有信息資源的整合和集成等,提出有效方案。

        在現(xiàn)有智慧社區(qū)建設(shè)中,文獻[1-2]將智慧社區(qū)劃分為設(shè)備控制和信息兩個模塊,文獻[3-5]劃分為安防、設(shè)備管理和信息通信系統(tǒng)三個組成,文獻[6]按功能將智慧社區(qū)劃分為感知、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、業(yè)務(wù)層等四個層次;針對社區(qū)控制,文獻[2,4,7]認為分布式控制存在諸多不足,提出了基于LonWorks的現(xiàn)場總線控制,文獻[7]還給出基于LonWorks的社區(qū)測控系統(tǒng)控制節(jié)點的信號采集和設(shè)備管理實現(xiàn)過程;針對硬件集成,文獻[3,8]提出的網(wǎng)絡(luò)集成模式主張成本低但抗干擾能力弱的的多網(wǎng)合一,文獻[2,4,7]主張采用成本高但安防性能強的現(xiàn)場總線控制;針對軟件集成,文獻[5]提出基于多平臺集成,其中C/S模式用于構(gòu)建小區(qū)安防和物業(yè)管理系統(tǒng),B/S用于建立信息通信系統(tǒng),在基于Web Services[2,9-10]的系統(tǒng)集成方面,主要有J2EE[2]和ROR[9]的兩種集成方案,前一方案過于簡略,后者基于的ROR尚不能承載大型系統(tǒng)設(shè)計。在智慧社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入方式上,主要有xDsL、HFC、寬帶無線(LMDS) HomePNA和以太網(wǎng)等接入方案[8,11]。

        總體看來,現(xiàn)有解決方案主要考慮的是對第一個問題的解決,對第二和第三個問題考慮較少。考慮到J2EE支持對復(fù)雜、可移植性、安全和可再用軟件體系的設(shè)計開發(fā),是廣泛被采用的技術(shù)框架,云計算虛擬化技術(shù)則支持信息系統(tǒng)對基礎(chǔ)資源的動態(tài)管理,因此基于J2EE和云計算對智慧社區(qū)進行架構(gòu)設(shè)計,對智慧社區(qū)建設(shè)的上面三個問題,提出了系統(tǒng)的解決方案。

        1 總體設(shè)計

        在分析了智慧社區(qū)的建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,將給出基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)云平臺總體架構(gòu)。

        1.1 智慧社區(qū)建設(shè)目標(biāo)

        智慧社區(qū)云平臺不僅對內(nèi)實現(xiàn)社區(qū)管理和信息服務(wù),對外作為智慧城市的組成部分,還為智慧城市提供構(gòu)件服務(wù),因此智慧社區(qū)主要需求如圖1所示。

        圖1 智慧社區(qū)需求

        依據(jù)上述需求,智慧社區(qū)建設(shè)要實現(xiàn)業(yè)務(wù)和技術(shù)兩個方面的目標(biāo):在業(yè)務(wù)方面,實現(xiàn)社區(qū)業(yè)務(wù)管理、安防、信息通訊等豐富功能;在技術(shù)方面,整合社區(qū)現(xiàn)有信息資源,建立穩(wěn)定運行的、方便擴展和開放的平臺。

        1.2 智慧社區(qū)的總體架構(gòu)

        依據(jù)智慧社區(qū)的建設(shè)目標(biāo),基于業(yè)務(wù)驅(qū)動、現(xiàn)有資源整合、適應(yīng)集成和擴展的原則,對智慧社區(qū)的內(nèi)部組成、外部環(huán)境及相互關(guān)系,進行了設(shè)計,形成如圖2所示的社區(qū)總體架構(gòu)。

        1.2.1內(nèi)部組成

        為方便開發(fā)和管理,對智慧社區(qū)由頂向下,分為應(yīng)用層(SaaS),計算和集成與交換層(PaaS),以及軟平臺支撐層(IaaS)等三層。其中:

        (1) SaaS層提供智慧社區(qū)的應(yīng)用。包括:構(gòu)建智慧社區(qū)的多個門戶,實現(xiàn)社區(qū)管理、小區(qū)服務(wù)等;智慧社區(qū)的平臺用戶可訂購相應(yīng)門戶及應(yīng)用。

        (2) PaaS層支持構(gòu)件開放和第三方的應(yīng)用接入。包括:為SaaS的功能開發(fā)提供BI支持類、應(yīng)用引擎類等多種構(gòu)件服務(wù);通過ESB實現(xiàn)平臺內(nèi)外部應(yīng)用整合;通過數(shù)據(jù)存儲的分層,提供數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)共享。該層包含的基礎(chǔ)軟件為操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和中間件等。

        (3) IaaS向居民、物業(yè),提供智慧社區(qū)的訪問通道。該層部署于包含了各種基礎(chǔ)設(shè)施云的云平臺上。

        1.2.2外部環(huán)境

        智慧社區(qū)與外部環(huán)境間的關(guān)系為:電信系統(tǒng)為智慧社區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)接入和信息通訊;智慧社區(qū)與國家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換;以及為智慧城的其他項目提供應(yīng)用接入。

        3 架構(gòu)設(shè)計

        基于J2EE和省級的云計算中心,給出了智慧社區(qū)的軟件、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)及基礎(chǔ)平臺的架構(gòu)。因篇幅限制,智慧社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)與安全架構(gòu)省略。

        2.1 軟件架構(gòu)

        智慧社區(qū)的軟件架構(gòu)上需解決三個特殊問題:① 需考慮軟件平臺內(nèi)部多個子系統(tǒng)的集成,以及與外部的協(xié)調(diào);② 平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用需調(diào)用若干基礎(chǔ)構(gòu)件,而基礎(chǔ)構(gòu)件存在交集;③ 需求的變化和技術(shù)革新。

        對此,基于先進性、靈活性和可擴展性等原則,我們對智慧社區(qū)平臺的軟件的思路是:對復(fù)雜的軟件體系進行分層設(shè)計,以解決第1個問題;對基礎(chǔ)構(gòu)件建進行抽取,形成一個通用的公共服務(wù)層,以解決第2個問題;采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA,Service Oriented Architecture),通過對現(xiàn)有服務(wù)的復(fù)用和新業(yè)務(wù)需求擴展的支持,以解決第3個問題,從而形成如圖3所示的分層式的、可抽取和替換的智慧社區(qū)軟件架構(gòu)設(shè)計。

        在智慧社區(qū)軟件的分層設(shè)計中,各層向下依賴。其中:

        (1) 展現(xiàn)層。展現(xiàn)層是智慧社區(qū)平臺的用戶入口,負責(zé)接收輸入和呈現(xiàn)輸出,進行用戶驗證,處理功能模塊和平臺通信間的交互。該層設(shè)計中采用MVC三層體系,并融入了Web2.0的Web3.0的理念,特別是AJAX特性,以實現(xiàn)豐富的用戶體驗;選用技術(shù)成熟Struts2框架做為技術(shù)實現(xiàn)。

        (2) 服務(wù)層。服務(wù)層中包含了智慧社區(qū)業(yè)務(wù)所需的各種服務(wù),依據(jù)業(yè)務(wù)邏輯,完成服務(wù)的組裝。該層的設(shè)計中我們采用接口與實現(xiàn)分離的思路。具體說:① 基于面向?qū)ο蟮乃枷?,由抽象層中的抽象類及接?即圖中的“服務(wù)接口”)規(guī)定具體類的特征,而由抽象類的派生類(圖中的“服務(wù)實現(xiàn)”)定制各自的行為。② 采用IoC框架提供的依賴注入(Dependency Injection),實現(xiàn)服務(wù)接口與具體實現(xiàn)的分離;③ 由事務(wù)管理(Transaction Manager)模塊管理被整合的服務(wù)的有效性。

        圖2 智慧社區(qū)的系統(tǒng)架構(gòu)

        圖3 智慧社區(qū)的軟件架構(gòu)設(shè)計

        (3) 業(yè)務(wù)邏輯層。該層是軟件架構(gòu)的核心層,負責(zé)業(yè)務(wù)規(guī)則的制定和業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)。該層在數(shù)據(jù)訪問層與服務(wù)層之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,是前者的調(diào)用者,被后者調(diào)用,如何實現(xiàn)兩種依賴關(guān)系的解耦,是軟件架構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵,對此,我們在業(yè)務(wù)邏輯層的幾個模塊中,分別:依賴IoC框架定義業(yè)務(wù)邏輯接口和其具體實現(xiàn);采用JBoss Rules(Drools )作為規(guī)則引擎;采用JBoss jBPM(Java Business Process Management)實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程。

        (4) 數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層隱藏對數(shù)據(jù)庫的操作細節(jié),隔離業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)庫,增加代碼的重用。該層的各模塊中: 數(shù)據(jù)訪問組件建立應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系,我們采用JDBC對其實現(xiàn);對象關(guān)系映射(ORM)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)形式,解決面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫間的匹配問題,我們采用Hibernate對其實現(xiàn);而連接池創(chuàng)建和管理連接的緩沖池,以改善用戶應(yīng)用程序的性能,其實現(xiàn)采用dbcp。

        (5) 公共組件服務(wù)層。公共服務(wù)層提供與業(yè)務(wù)無關(guān)的基礎(chǔ)公共服務(wù),相應(yīng)服務(wù)以構(gòu)件方式組裝,通過平臺服務(wù)目錄對外提供服務(wù)。

        (6) IoC框架??刂品崔D(zhuǎn)(Inversion of Control,IoC),關(guān)注組件的依賴性、配置以及生命周期,在設(shè)計中,我們采用IOC:描述創(chuàng)建各類對象的方式;描述各個組件所需的服務(wù)。在智慧社區(qū)平臺軟件架構(gòu)中,我們選用主流的Spring做為IoC框架。

        2.2 智慧社區(qū)的數(shù)據(jù)架構(gòu)

        在智慧社區(qū)中,我們將所包含的實體和關(guān)系劃分為5個主題域,包括:參與者、服務(wù)、內(nèi)容、交互和地域。各個主題域之間的關(guān)系如圖4所示。其中:

        (1) 參與者主題域。指系統(tǒng)的所有用戶,包括居民、社區(qū)管理者、商家等多種實體,其中居民以計生委為準,按民政、公安的需求加以細化,其他以系統(tǒng)需求為準。

        (2) 服務(wù)主題域。指參與者提供的所有服務(wù),包括志愿者服務(wù)、商品、產(chǎn)品等,其中志愿者服務(wù)按照社區(qū)提供的需求設(shè)計和細化,另兩者分別依據(jù)電信和商家的需求設(shè)計和細化。

        圖4 智慧社區(qū)信息的主題域及其關(guān)系

        (3) 內(nèi)容主題域。是指系統(tǒng)內(nèi)的所有信息,包括新聞、通知公告、文檔等,其中,通知公告以社區(qū)需求為準,其他以可快速檢索和可擴展為原則設(shè)計。

        (4) 交互主題域。是指參與者之間所關(guān)聯(lián)的事件,包括交易、共享、信息推送等。主要設(shè)計居民之間、以及居民與商家、社區(qū)管理者等間的交互過程。

        (5) 地域主題域。是指社區(qū)所在的地域空間,可

        按行政區(qū)域劃分、郵政與電信區(qū)域劃分等需求,進行設(shè)計。

        2.3 業(yè)務(wù)功能

        智慧社區(qū)為用戶提供通訊和信息資源共享,并支持社區(qū)的業(yè)務(wù)協(xié)同管理和設(shè)施管控,為此我們設(shè)計了門戶、業(yè)務(wù)和能力等三方面的功能。

        2.3.1門戶群功能

        在智慧社區(qū)門戶網(wǎng)站群中,主要包括從省到社區(qū)及部落的各級社區(qū)門戶網(wǎng)站。其中:社區(qū)門戶網(wǎng)站欄目包括社區(qū)政務(wù)、便民服務(wù)等;部落門戶網(wǎng)站為由相同興趣愛好的居民提供在線交流;“智慧社區(qū)平臺管理門戶網(wǎng)站”定制門戶模板的欄目和信息,自助建網(wǎng),并對用戶、運行和系統(tǒng)進行管理;“智慧社區(qū)平臺運營門戶網(wǎng)站”則作為平臺運營的門戶,主要負責(zé)用戶(商家)注冊、用戶行為分析等。門戶網(wǎng)站群的組成與邏輯關(guān)系,如圖5所示。

        圖5 智慧社區(qū)門戶網(wǎng)站群架構(gòu)

        2.3.2應(yīng)用功能

        應(yīng)用分為專有應(yīng)用和公共應(yīng)用兩類。其中:專有應(yīng)用專門為居委會、居民、商家和第三方等提供管理服務(wù);公共應(yīng)用面向所有用戶提供各種通訊和信息服務(wù)。

        2.3.3能力

        能力是指智慧社區(qū)系統(tǒng)中的各類構(gòu)件的功能實現(xiàn)。相應(yīng)構(gòu)件作為可復(fù)用的軟件模塊,可提供給系統(tǒng)內(nèi)部和第三方調(diào)用。本系統(tǒng)能力包含的主要控件類別如圖6所示。

        圖6 智慧社區(qū)的能力架構(gòu)

        2.3.4云平臺設(shè)計

        基于云計算的虛擬化技術(shù),設(shè)計了智慧社區(qū)云平臺,該平臺內(nèi)各種物理資源,分別被虛擬化為計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)的資源池,以支持對社區(qū)物理資源管理上的動態(tài)架構(gòu)和調(diào)配。智慧社區(qū)的云平臺架構(gòu)如圖7所示。

        3 實現(xiàn)實例

        在福建廈門的四個智能社區(qū)建設(shè)中,采用了我們提出的基于J2EE和云計算的解決方案,其中,建成后的廈門某智慧社區(qū)信息平臺。因其內(nèi)容和功能完整,技術(shù)先進和系統(tǒng)管理方便,已在我國智能社區(qū)建設(shè)中被推薦加以推廣。

        圖7 智慧社區(qū)云平臺架構(gòu)

        4 結(jié) 語

        建設(shè)智慧社區(qū)需要考慮復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求,需求變化與技術(shù)擴展,以及對現(xiàn)有信息資源的整合等問題。現(xiàn)有的智慧社區(qū)解決方案尚未對這三個問題系統(tǒng)地解決,為此,基于J2EE和云計算虛擬化技術(shù),我們提出一個較為系統(tǒng)的智慧社區(qū)解決方案,對智慧社區(qū)的總體結(jié)構(gòu),以及軟件、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和設(shè)施平臺的架構(gòu)等,進行了設(shè)計,其中對一些關(guān)鍵技術(shù)的選型進行了說明。本解決方案在福建廈門智慧社區(qū)的成功應(yīng)用,說明其可資參考。

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