楊冬菊 ，王 菁， 蔣貴凰

(1.北方工業(yè)大學(xué)云計(jì)算研究中心,北京100041;2.北方工業(yè)大學(xué)經(jīng)管學(xué)院,北京 100041)

eGovCloud：一種基于云服務(wù)的電子政務(wù)框架*

楊冬菊1，王 菁1， 蔣貴凰2

(1.北方工業(yè)大學(xué)云計(jì)算研究中心,北京100041;2.北方工業(yè)大學(xué)經(jīng)管學(xué)院,北京 100041)

針對(duì)電子政務(wù)建設(shè)過程中涉及的異構(gòu)資源即時(shí)共享和跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同等核心問題，提出一種基于云服務(wù)的電子政務(wù)框架eGovCloud，其核心思想是通過“虛擬資源中心”實(shí)現(xiàn)資源物理上的分布存儲(chǔ)和邏輯上的集中管理，并建立政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范作為統(tǒng)一的語義基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而支持跨部門異構(gòu)信息資源的共享和統(tǒng)一管理，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步提出支持跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的“政務(wù)虛擬組織”。探討了eGovCloud體系結(jié)構(gòu)以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并展示了其在構(gòu)建電子政務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

電子政務(wù)；云服務(wù)；電子政務(wù)框架；資源共享；跨部門協(xié)同辦公

1 引言

隨著政府信息資源公開程度的不斷提高以及不斷的網(wǎng)絡(luò)化，電子政務(wù)系統(tǒng)中資源整合、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、提供公共服務(wù)變得越來越重要。為了打破不同部門信息孤島之間的壁壘，從而支持用戶安全、透明、靈活和一致地使用開放環(huán)境下的共享資源，電子政務(wù)必須解決一系列挑戰(zhàn)性問題：

(1)屏蔽資源異構(gòu)性：由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，不同政府機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)有很大不同，其開發(fā)環(huán)境、開發(fā)語言、接口形式等存在很大差異，而且資源也可能是文件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等多種形式，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)跨地域、跨行業(yè)、跨部門的信息資源共享存在很大困難，因此必須要有一種開放的架構(gòu)屏蔽資源異構(gòu)性。

(2)建立統(tǒng)一的語義標(biāo)準(zhǔn)：不同的政府機(jī)關(guān)之間標(biāo)準(zhǔn)混亂、各自為政、體系眾多，各種資源因?yàn)椴捎貌煌恼Z義標(biāo)準(zhǔn)而難以互通，而且業(yè)務(wù)層面的資源之間因?yàn)榻涌?、輸入輸出格式等問題難以進(jìn)行互操作，因此需要建設(shè)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)規(guī)范以消除資源存在的語義差異。

(3)建立跨部門業(yè)務(wù)流程之間的協(xié)作模型：政府的很多業(yè)務(wù)涉及多個(gè)部門和單位，需要不同的部門之間進(jìn)行多次溝通，才能完成業(yè)務(wù)處理，因此要實(shí)現(xiàn)政府部門的有效協(xié)作，首先要對(duì)這些多樣、復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程建立合理、有效的協(xié)作模型。

總之，電子政務(wù)需要通過開放的架構(gòu)屏蔽資源異構(gòu)特性，提供資源的統(tǒng)一訪問和一體化管理，進(jìn)而滿足跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同需求。云計(jì)算技術(shù)[1～4]為電子政務(wù)提供了一種解決跨部門信息資源共享和協(xié)同辦公問題的新途徑，它能夠利用虛擬化技術(shù)連通不同組織之間的信息孤島，把來自不同組織的資源有機(jī)地整合起來，形成統(tǒng)一的資源池，從而使得用戶能夠安全、透明、靈活和一致地使用云環(huán)境下的資源。云計(jì)算與電子政務(wù)的結(jié)合逐漸成為新的研究熱點(diǎn)[5,6]。云服務(wù)[7]使用服務(wù)作為核心支撐，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得云環(huán)境下的資源。所以，本文提出基于云服務(wù)的電子政務(wù)框架eGovCloud (Cloud-Service-Based E-Government Framework)，旨在通過“虛擬資源中心”實(shí)現(xiàn)資源物理上的分布存儲(chǔ)和邏輯上的集中管理，并建立政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范作為統(tǒng)一的語義基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而支持跨部門異構(gòu)信息資源的共享和統(tǒng)一管理，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步提出支持跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的“政務(wù)虛擬組織”，從而解決電子政務(wù)建設(shè)過程中涉及的異構(gòu)資源即時(shí)共享和跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同等核心問題。本文重點(diǎn)討論其設(shè)計(jì)思想、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。

2 eGovCloud設(shè)計(jì)思想

為了打破不同部門之間的信息壁壘，建立部門之間資源的共享共建模式，需要對(duì)這些分布的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。虛擬資源中心采用了物理上分布、邏輯上集中的資源整合方式，既不影響原有資源的使用，又支持邏輯上的按需集成。同時(shí)建立了部門之間統(tǒng)一的業(yè)務(wù)規(guī)范確保業(yè)務(wù)行為的正確性，消除不同部門共享資源之間存在的語義差異。

跨部門協(xié)同辦公需要多個(gè)部門根據(jù)既定的協(xié)作規(guī)則以共同完成協(xié)作任務(wù)為目標(biāo)，同時(shí)部門要有一定的自治性，在完成協(xié)作任務(wù)同時(shí)不能影響部門內(nèi)部業(yè)務(wù)執(zhí)行。虛擬組織的“資源自主性”和“目標(biāo)驅(qū)動(dòng)性”兩大特點(diǎn)[7]使其能夠滿足跨部門協(xié)同辦公的需求。首先，參與到虛擬組織中的資源由資源提供者完全控制，資源提供者決定資源的訪問控制權(quán)限并能夠決定是否加入和退出虛擬組織；其次，在某些任務(wù)來臨時(shí)，需要?jiǎng)討B(tài)選取相關(guān)的資源，即時(shí)集成、協(xié)同以進(jìn)行問題求解。

eGovCloud的設(shè)計(jì)思想如圖1所示。

Figure 1 Theory of eGovCloud圖1 eGovCloud設(shè)計(jì)思想

(1)首先對(duì)政務(wù)領(lǐng)域的基本概念及其關(guān)系、接口、類型等進(jìn)行規(guī)范化描述和定義，構(gòu)建統(tǒng)一的業(yè)務(wù)規(guī)范，從而建立共享協(xié)同環(huán)境的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)共享資源時(shí)各部門首先利用開放、標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)接口對(duì)部門內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫、文件、網(wǎng)站、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等基礎(chǔ)資源進(jìn)行封裝，并參照業(yè)務(wù)規(guī)范添加必要的語義信息描述資源提供的服務(wù)能力，注冊(cè)到虛擬資源中心成為物理服務(wù)；其次由政務(wù)領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)通用的領(lǐng)域需求和業(yè)務(wù)規(guī)范定義一些能反映業(yè)務(wù)功能、滿足一定業(yè)務(wù)需求的業(yè)務(wù)服務(wù)；通過服務(wù)虛擬化機(jī)制實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)和物理服務(wù)的動(dòng)態(tài)映射，從而完成服務(wù)提供和服務(wù)需求之間的匹配。通過業(yè)務(wù)服務(wù)建立一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的資源業(yè)務(wù)級(jí)視圖，方便各種跨部門的政務(wù)應(yīng)用對(duì)資源的使用。

(3)以虛擬資源中心為基礎(chǔ)，將滿足各部門內(nèi)部業(yè)務(wù)需求的相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)按照某種邏輯關(guān)系組織在一起形成業(yè)務(wù)流程，并根據(jù)跨部門協(xié)同任務(wù)，即時(shí)將部門、用戶、資源、流程等組織起來形成政務(wù)虛擬組織，通過多個(gè)部門業(yè)務(wù)流程的交互實(shí)現(xiàn)跨部門協(xié)同辦公。

3 eGovCloud體系結(jié)構(gòu)

eGovCloud采用分層結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)資源層、資源整合層、業(yè)務(wù)協(xié)作層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層，如圖2所示。

基礎(chǔ)資源層指需要整合的、分散在各部門的基礎(chǔ)資源，包括各部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、文件、數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)頁等資源。

資源整合層包含業(yè)務(wù)規(guī)范及虛擬資源中心的核心實(shí)現(xiàn)模塊。它負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)規(guī)范的描述、構(gòu)建及管理，建立統(tǒng)一的語義基礎(chǔ)設(shè)施；負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)服務(wù)及物理服務(wù)的描述、構(gòu)建、組織、管理及兩者的虛擬化，并通過服務(wù)執(zhí)行與交互引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)資源的調(diào)用。

業(yè)務(wù)協(xié)作層包含政務(wù)虛擬組織的核心實(shí)現(xiàn)模塊。它負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的構(gòu)建及管理、流程結(jié)點(diǎn)的共享，各部門共享的流程結(jié)點(diǎn)自動(dòng)注冊(cè)到虛擬協(xié)同空間；在其上以協(xié)同任務(wù)為核心構(gòu)建政務(wù)規(guī)則描述各部門流程服務(wù)結(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作關(guān)系，動(dòng)態(tài)形成面向任務(wù)的“政務(wù)虛擬組織”，通過業(yè)務(wù)協(xié)作引擎實(shí)現(xiàn)各部門業(yè)務(wù)流程獨(dú)立啟動(dòng)，協(xié)作運(yùn)行，共同完成協(xié)同任務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括對(duì)規(guī)范、服務(wù)、流程及協(xié)同任務(wù)等對(duì)象的瀏覽、管理及執(zhí)行等操作的訪問入口，以及以此為基礎(chǔ)構(gòu)造的應(yīng)用。

接下來將重點(diǎn)討論eGovCloud涉及的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：業(yè)務(wù)規(guī)范描述及構(gòu)建方法、虛擬資源中心和政務(wù)虛擬組織。

Figure 2 Architecture of eGovCloud圖2 eGovCloud體系結(jié)構(gòu)圖

3.1 業(yè)務(wù)規(guī)范描述及構(gòu)建

規(guī)范是政府各個(gè)部門之間交互的語義基礎(chǔ)，如果沒有統(tǒng)一的規(guī)范，不同的部門之間難以理解對(duì)方所表達(dá)的內(nèi)容，也就難以實(shí)現(xiàn)部門之間資源的有效共享和業(yè)務(wù)協(xié)作。eGovCloud通過政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)來描述業(yè)務(wù)規(guī)范，包括電子政務(wù)中涉及的基本概念、概念之間的繼承關(guān)系和概念的組成要素，構(gòu)成電子政務(wù)領(lǐng)域統(tǒng)一的語義描述體系，作為資源共享的語義基礎(chǔ)，用于規(guī)范各部門共享的服務(wù)資源，描述其輸入、輸出、功能屬性及非功能屬性信息等。對(duì)政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)我們利用本體語言O(shè)WL-S[5]進(jìn)行描述，由概念、屬性、關(guān)系、實(shí)例以及約束五個(gè)部分組成。圖3是一個(gè)政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范的例子。

Figure 3 Example of e-Government metadata圖3 政務(wù)領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范的例子

3.2 虛擬資源中心

政務(wù)資源的多樣性和異構(gòu)性阻礙了資源在部門之間的共享使用。虛擬資源中心利用標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)對(duì)基礎(chǔ)資源進(jìn)行封裝，參照業(yè)務(wù)規(guī)范對(duì)其服務(wù)能力進(jìn)行描述，并通過服務(wù)虛擬化機(jī)制實(shí)現(xiàn)其和業(yè)務(wù)服務(wù)的動(dòng)態(tài)映射，從而在業(yè)務(wù)層面呈現(xiàn)給用戶相對(duì)穩(wěn)定的統(tǒng)一資源視圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的統(tǒng)一管理，通過業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)物理服務(wù)的間接尋址實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)資源的訪問。虛擬資源中心通過服務(wù)能力和業(yè)務(wù)需求兩方面對(duì)資源的描述，能夠有效地解決服務(wù)供需之間的矛盾，使得以業(yè)務(wù)服務(wù)為基本元素的政務(wù)應(yīng)用在運(yùn)行時(shí)能夠透明地使用網(wǎng)絡(luò)上動(dòng)態(tài)、分布的服務(wù)資源。

3.2.1 業(yè)務(wù)服務(wù)構(gòu)建及描述

業(yè)務(wù)服務(wù)是業(yè)務(wù)人員根據(jù)需求在業(yè)務(wù)層對(duì)資源的一種描述方式。它屏蔽了業(yè)務(wù)人員不關(guān)心的技術(shù)細(xì)節(jié)(例如WSDL、數(shù)據(jù)類型等)，添加并細(xì)化了業(yè)務(wù)人員關(guān)心的業(yè)務(wù)語義信息(例如功能屬性、非功能屬性等)，使得業(yè)務(wù)人員可以根據(jù)需求，自己定義所在部門需要使用的業(yè)務(wù)服務(wù)。業(yè)務(wù)服務(wù)的特點(diǎn)是業(yè)務(wù)用戶可理解、可直接使用，并可按需組合。對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)需要從呈現(xiàn)信息Presentation(名稱、描述、有效范圍等)、功能屬性FP(操作、操作實(shí)體、服務(wù)能力等)、非功能屬性NFP(服務(wù)質(zhì)量、提供商等)、輸入Input、輸出Output和實(shí)現(xiàn)信息Implementation等幾方面進(jìn)行描述。業(yè)務(wù)服務(wù)BS可以用六元組進(jìn)行描述：

BS=(Presentation,FP,NFP,

Input,Output,Implementation)

其中，Input、Output都是完成業(yè)務(wù)功能所需的多個(gè)參數(shù)的集合，Input={in1,in2,…,inm}，Output={out1,out2,…,outn}，m、n都是整數(shù)。

3.2.2 物理服務(wù)構(gòu)建及描述

采用標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)對(duì)基礎(chǔ)資源進(jìn)行封裝，參照業(yè)務(wù)規(guī)范添加必要的語義信息，注冊(cè)到虛擬資源中心成為物理服務(wù)。物理服務(wù)的描述采用在WSDL基礎(chǔ)上添加語義描述的方式，具體包括操作OP、輸入Input和輸出Output，物理服務(wù)WS可以用一個(gè)三元組表示：

WS=((op1,Input1,Output1),…,

(opn,Inputn,Outputn))

其中，opi表示W(wǎng)S的第i個(gè)操作，針對(duì)每一個(gè)opi，都會(huì)有一組輸入輸出和其對(duì)應(yīng)。Inputi={ini1,ini2,…,inij}，Outputi={outi1,outi2,…,outik}，i、j、k都是整數(shù)。

3.2.3 服務(wù)虛擬化機(jī)制

根據(jù)物理服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)的屬性描述，利用服務(wù)虛擬化機(jī)制可以將一個(gè)或者多個(gè)物理服務(wù)映射到業(yè)務(wù)服務(wù)，表示有多個(gè)服務(wù)能夠滿足該業(yè)務(wù)需求。目前服務(wù)虛擬化機(jī)制主要考慮服務(wù)的功能屬性及輸入輸出。

映射規(guī)則可以表示為：如果物理服務(wù)WS有n個(gè)操作WS.op1,WS.op2,…,WS.opn，?i∈{1,2,…,n},使得WS.opi=BS.FP∩WS.Inputi?BS.Input∩BS.Output?WS.Outputi，則WS可以映射到BS，WS→BS。

也就是說，物理服務(wù)映射到業(yè)務(wù)服務(wù)的必要條件是，物理服務(wù)中有一個(gè)操作滿足業(yè)務(wù)服務(wù)的功能需求，并且該操作的所有輸入包含在業(yè)務(wù)服務(wù)的輸入集合內(nèi)，該操作的輸出集合包含業(yè)務(wù)服務(wù)的所有輸出。業(yè)務(wù)服務(wù)執(zhí)行時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選取一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的物理服務(wù)執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)資源的訪問。

3.3 政務(wù)虛擬組織

政務(wù)需求的復(fù)雜性常常需要將不同的業(yè)務(wù)服務(wù)組合起來形成業(yè)務(wù)流程，并通過業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行及流程之間的互操作來滿足需求。為方便政府辦公人員組合業(yè)務(wù)服務(wù)，eGovCloud提供可視化的業(yè)務(wù)流程建模工具，支持政務(wù)領(lǐng)域?qū)＜一蛘咦罱K用戶通過拖拽的方式組合來自不同部門的業(yè)務(wù)服務(wù)，構(gòu)建業(yè)務(wù)流程。以此為基礎(chǔ)，各部門將業(yè)務(wù)流程中需要對(duì)外交互的流程服務(wù)結(jié)點(diǎn)共享構(gòu)建虛擬協(xié)同空間，根據(jù)協(xié)同任務(wù)需求在虛擬協(xié)同空間上構(gòu)建政務(wù)規(guī)則，描述結(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作關(guān)系，從而在所有部門的流程之間建立一張網(wǎng)狀圖，形成以任務(wù)為核心，包含部門、人員、流程的“政務(wù)虛擬組織”。通過“政務(wù)虛擬組織”的運(yùn)作、演進(jìn)實(shí)現(xiàn)跨部門即時(shí)協(xié)同。這種支持跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的政務(wù)虛擬組織可以從部門內(nèi)業(yè)務(wù)視圖和部門間業(yè)務(wù)視圖兩方面進(jìn)行描述，如圖4所示。

Figure 4 Virtual organization of e-Government圖4 支持跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的政務(wù)虛擬組織示意

從部門內(nèi)業(yè)務(wù)視圖來看，這種跨部門協(xié)同業(yè)務(wù)并沒有改變?cè)袠I(yè)務(wù)流程的運(yùn)行方式，對(duì)外協(xié)作任務(wù)對(duì)部門內(nèi)用戶是透明的；從部門間業(yè)務(wù)視圖來看，看到的是一個(gè)個(gè)松散的服務(wù)結(jié)點(diǎn)，通過即時(shí)構(gòu)建政務(wù)規(guī)則在這些服務(wù)結(jié)點(diǎn)之間建立關(guān)聯(lián)，從而在多個(gè)業(yè)務(wù)流程之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過各部門業(yè)務(wù)流程獨(dú)立啟動(dòng)協(xié)作運(yùn)行實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同辦公。

接下來將介紹支持跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的政務(wù)虛擬組織的構(gòu)建及運(yùn)行支撐體系，其特點(diǎn)如下：

(1)虛擬組織成員之間的協(xié)作關(guān)系可以在業(yè)務(wù)層面靈活定制，使得業(yè)務(wù)人員不必關(guān)心軟件層的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

(2)政務(wù)虛擬組織運(yùn)行支撐環(huán)境支持業(yè)務(wù)級(jí)流程協(xié)作模型到軟件級(jí)流程協(xié)同模型的即時(shí)轉(zhuǎn)換并進(jìn)一步生成可執(zhí)行代碼自動(dòng)部署，實(shí)現(xiàn)虛擬組織成員之間的松耦合集成。

(3)業(yè)務(wù)需求變化導(dǎo)致虛擬組織成員之間的協(xié)作關(guān)系變化時(shí)，只需重新定制業(yè)務(wù)層的協(xié)作關(guān)系，軟件層模型自動(dòng)發(fā)生變化，不需要軟件開發(fā)人員重新修改代碼，提高了系統(tǒng)對(duì)變化的適應(yīng)性。

(4)業(yè)務(wù)流程是自治的，可以分別啟動(dòng)獨(dú)立運(yùn)行，無論該流程是否加入虛擬組織都不影響流程的原有運(yùn)行方式。

3.3.1 政務(wù)虛擬組織構(gòu)建及運(yùn)行過程

由圖5可以看到，政務(wù)虛擬組織構(gòu)建和運(yùn)行過程分為準(zhǔn)備階段、構(gòu)建階段和運(yùn)行階段。

(1)在虛擬組織準(zhǔn)備階段，各部門需要將業(yè)務(wù)流程中需要對(duì)外交戶的結(jié)點(diǎn)主動(dòng)共享，這些結(jié)點(diǎn)自動(dòng)構(gòu)成虛擬協(xié)同空間，在eGovCloud中，目前虛擬協(xié)同空間只有一個(gè)。

(2)在虛擬組織構(gòu)建階段，由協(xié)同任務(wù)的發(fā)起者首先構(gòu)建一個(gè)空的虛擬組織，描述其要完成的協(xié)同任務(wù)需求，然后在虛擬協(xié)同空間上選擇虛擬組織成員及其共享的流程任務(wù)結(jié)點(diǎn)，并在這些結(jié)點(diǎn)之間定制政務(wù)規(guī)則，建立結(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作關(guān)系。

(3)在虛擬組織運(yùn)行階段，不需要人為干預(yù)和指定。各部門運(yùn)行自己內(nèi)部的業(yè)務(wù)流程，如果該部門及流程結(jié)點(diǎn)加入某個(gè)虛擬組織，則根據(jù)政務(wù)規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行協(xié)同任務(wù)。

Figure 5 Construction and execution of virtual organization圖5 政務(wù)虛擬組織構(gòu)建及運(yùn)行過程

3.3.2 政務(wù)規(guī)則

面向任務(wù)的政務(wù)規(guī)則是構(gòu)建“政務(wù)虛擬組織”的基礎(chǔ)。eGovCloud中定義了如下幾種政務(wù)規(guī)則：

(1)邏輯規(guī)則：定義協(xié)作任務(wù)之間的邏輯順序，如a結(jié)點(diǎn)必須在b結(jié)點(diǎn)和c結(jié)點(diǎn)之前執(zhí)行；a結(jié)點(diǎn)必須和b結(jié)點(diǎn)同時(shí)執(zhí)行；a結(jié)點(diǎn)必須在b結(jié)點(diǎn)之后執(zhí)行等等。

(2)警告規(guī)則：對(duì)協(xié)作任務(wù)的完成時(shí)間做一些限制，主要包括兩類：第一類是定義相對(duì)時(shí)間：relative(相對(duì)時(shí)間值)，第二類是定義絕對(duì)時(shí)間：absolute(絕對(duì)時(shí)間值)。

(3)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)規(guī)則：定義協(xié)作任務(wù)之間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，可以設(shè)置一個(gè)服務(wù)結(jié)點(diǎn)的某一項(xiàng)輸出給另一個(gè)服務(wù)結(jié)點(diǎn)的某一項(xiàng)輸入；或者一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)結(jié)點(diǎn)的輸出的和(差)給另一個(gè)服務(wù)結(jié)點(diǎn)的輸入。

3.3.3 政務(wù)虛擬組織運(yùn)行支撐環(huán)境

為了支持政務(wù)虛擬組織穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，eGovCloud中構(gòu)造了政務(wù)虛擬組織運(yùn)行支撐環(huán)境，能夠?yàn)檎?wù)虛擬組織提供解析和運(yùn)行時(shí)支持，對(duì)參與協(xié)同的部門、流程及服務(wù)進(jìn)行有效組織、協(xié)調(diào)和控制，支持業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行、同步和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。通過政務(wù)虛擬組織運(yùn)行支撐環(huán)境，要能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分屬不同部門的業(yè)務(wù)流程獨(dú)立啟動(dòng)、協(xié)作運(yùn)行。

eGovCloud中，充分利用開源的ActiveBPEL引擎作為軟件層BPEL流程的解析執(zhí)行環(huán)境，利用聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層政務(wù)虛擬組織模型轉(zhuǎn)化為軟件層流程模型并進(jìn)一步生成可執(zhí)行代碼的方法。圖6是政務(wù)虛擬組織運(yùn)行支撐環(huán)境示意圖。

(1)業(yè)務(wù)級(jí)流程協(xié)作模型：將政務(wù)虛擬組織的兩層業(yè)務(wù)視圖垂直投影到同一平面即可得到業(yè)務(wù)級(jí)流程協(xié)作模型，此模型是對(duì)政務(wù)虛擬組織的簡單抽象。圖中P1和P2代表分屬于兩個(gè)部門的業(yè)務(wù)流程，虛線表示業(yè)務(wù)活動(dòng)之間的協(xié)作關(guān)系，即政務(wù)規(guī)則。

(2)軟件級(jí)流程協(xié)同模型：通過聚合技術(shù)，將業(yè)務(wù)流程和政務(wù)規(guī)則作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)化成軟件層的多個(gè)可并行執(zhí)行的BPEL流程，并且根據(jù)結(jié)點(diǎn)特性及交互需要加入了用戶交互服務(wù)和結(jié)點(diǎn)同步服務(wù)。

(3)將軟件級(jí)流程協(xié)同模型轉(zhuǎn)換成可運(yùn)行的軟件代碼，并自動(dòng)部署。

4 eGovCloud應(yīng)用

隨著管理型政府向服務(wù)型政府的轉(zhuǎn)變，各級(jí)政府需要聯(lián)合起來向公眾和企業(yè)提供更方便快捷的服務(wù)，所以政府必須實(shí)時(shí)有效地組織部門內(nèi)部以及其他部門的資源。本文提出的eGovCloud以廣東某市建設(shè)電子政務(wù)的實(shí)際需求為目標(biāo)進(jìn)行研究，并在該市低成本電子政務(wù)系統(tǒng)(COGES)中進(jìn)行了示范應(yīng)用。該系統(tǒng)的用戶為政府各委辦局內(nèi)部人員，以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)業(yè)務(wù)作為核心，實(shí)現(xiàn)了政府四套班子辦公室及各委辦局、鎮(zhèn)之間的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)按需共享和即時(shí)上報(bào)，連通分布在各部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并以制定經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)劃為案例實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同辦公。

分析該市電子政務(wù)建設(shè)情況，發(fā)現(xiàn)主要存在以下需求：

(1)集成框架需要具有開放性和擴(kuò)展性：調(diào)研的政府各部門，只有少數(shù)幾個(gè)部門有自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，大多數(shù)部門只采用Word、Excel等作為部門辦公的主要處理系統(tǒng)。這就要求進(jìn)行資源整合時(shí)不僅要能兼顧現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)及Word、Excel等文件，還要采用開放的架構(gòu)為未來業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口和規(guī)范，使其和現(xiàn)有系統(tǒng)能夠互聯(lián)互通。

(2)屏蔽基礎(chǔ)資源的異構(gòu)特性，對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理：由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都是自行設(shè)計(jì)開發(fā)的，在數(shù)據(jù)格式、接口等方面存在很大差異，所以部門之間在交換數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)格式不同需要進(jìn)行人工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致工作效率較低，也人為地增加了出錯(cuò)可能性。所以，需要消除資源在表現(xiàn)形式、接口等方面的異構(gòu)性，通過對(duì)資源的統(tǒng)一訪問和一體化管理實(shí)現(xiàn)部門之間數(shù)據(jù)的無縫交換。

(3)滿足跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同需求：在政府辦公中，一個(gè)事務(wù)常常涉及到多個(gè)部門，需要部門之間協(xié)同進(jìn)行處理。例如，制定市下年度的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)劃需要黨委辦、市府辦等多個(gè)部門按照既定流程協(xié)作完成。目前部門之間的協(xié)同工作完全通過人工方式實(shí)現(xiàn)，很難保證其規(guī)范性和有效性，所以其電子政務(wù)系統(tǒng)要能在資源和業(yè)務(wù)連通基礎(chǔ)上支持跨部門協(xié)同應(yīng)用的即時(shí)構(gòu)造。

為了解決以上問題，支持跨部門的資源共享和協(xié)同，我們根據(jù)該市需求定制并部署了eGovCloud，搭建該市統(tǒng)一的政務(wù)云平臺(tái)，具體實(shí)施包括以下幾個(gè)階段：

(1)規(guī)范構(gòu)建階段。業(yè)務(wù)專家對(duì)政府工作過程中涉及的基本業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，抽象出基本概念、概念之間的關(guān)系，以及部門之間數(shù)據(jù)交換的業(yè)務(wù)模型，然后使用業(yè)務(wù)規(guī)范構(gòu)建工具(如圖7a所示)通過規(guī)范的語義描述建立領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范，例如公文、年度計(jì)劃報(bào)表、經(jīng)濟(jì)計(jì)劃等。通過業(yè)務(wù)規(guī)范可以消除不同部門資源之間存在的語義差異，規(guī)范部門之間的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。

Figure 7 Construction tool of business rule, physical services, and collaborate application圖7 業(yè)務(wù)規(guī)范、物理服務(wù)和協(xié)同應(yīng)用構(gòu)建工具

(2)共享資源階段。各部門業(yè)務(wù)人員首先使用物理服務(wù)構(gòu)建工具(如圖7b所示)進(jìn)行資源的服務(wù)化封裝，并注冊(cè)到虛擬資源中心，參照相應(yīng)的領(lǐng)域元數(shù)據(jù)規(guī)范為服務(wù)資源的輸入、輸出、功能等屬性定制語義，從而描述其服務(wù)能力，成為物理服務(wù)；業(yè)務(wù)人員根據(jù)對(duì)共享資源的需求，將需求建模，構(gòu)造業(yè)務(wù)服務(wù)；利用服務(wù)虛擬化機(jī)制在物理服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)之間建立映射關(guān)系。通過業(yè)務(wù)服務(wù)建立資源的業(yè)務(wù)級(jí)抽象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理資源的共享使用。目前，該市政務(wù)系統(tǒng)中提供資源服務(wù)的單位可以分為兩類：一類是上報(bào)單位有自己的數(shù)據(jù)管理中心，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和管理，例如統(tǒng)計(jì)局、經(jīng)貿(mào)局；另一類是上報(bào)單位只是定期將數(shù)據(jù)上報(bào)給主管部門，數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理都在接受數(shù)據(jù)部門進(jìn)行，例如鎮(zhèn)及企業(yè)會(huì)定期向統(tǒng)計(jì)局、經(jīng)貿(mào)局上報(bào)數(shù)據(jù)，本地不需要維護(hù)和處理數(shù)據(jù)。相對(duì)應(yīng)地，構(gòu)建的業(yè)務(wù)服務(wù)也分為兩類：數(shù)據(jù)共享服務(wù)和數(shù)據(jù)收取服務(wù)。對(duì)于第一類數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)上報(bào)部門在數(shù)據(jù)層或者系統(tǒng)層封裝服務(wù)，注冊(cè)到虛擬資源中心成為數(shù)據(jù)共享服務(wù)，供其他部門進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢及使用，數(shù)據(jù)的維護(hù)管理依然在數(shù)據(jù)上報(bào)部門進(jìn)行；對(duì)于第二類數(shù)據(jù)，由收取數(shù)據(jù)部門在數(shù)據(jù)層或者系統(tǒng)層進(jìn)行服務(wù)封裝，注冊(cè)到虛擬資源中心成為數(shù)據(jù)收取服務(wù)，上報(bào)數(shù)據(jù)部門只需要調(diào)用該服務(wù)上報(bào)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理依然在數(shù)據(jù)收取部門進(jìn)行。

(3)協(xié)同應(yīng)用構(gòu)建階段。各部門分別將相應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)按照一定規(guī)則組織起來構(gòu)建部門內(nèi)部業(yè)務(wù)流程，并將流程中需要對(duì)外交互的流程結(jié)點(diǎn)共享到協(xié)同空間，然后由協(xié)同任務(wù)發(fā)起者利用協(xié)同應(yīng)用構(gòu)建工具(如圖7c所示)在協(xié)同空間內(nèi)構(gòu)建政務(wù)規(guī)則，設(shè)置各結(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作關(guān)系，從而構(gòu)建政務(wù)虛擬組織。系統(tǒng)中以協(xié)同制定年度經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)劃為例，實(shí)現(xiàn)了市府辦、發(fā)改局、黨委辦、人大辦、經(jīng)貿(mào)局等多部門協(xié)同辦公。

(4)共享資源使用及協(xié)同辦公階段。政府辦公人員在使用電子政務(wù)系統(tǒng)時(shí)，首先通過統(tǒng)一的門戶登錄，通過虛擬資源中心瀏覽其他部門共享的服務(wù)資源，通過直接執(zhí)行服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢或者上報(bào)；可以觸發(fā)部門內(nèi)部業(yè)務(wù)流程完成業(yè)務(wù)操作，可以通過觸發(fā)協(xié)同應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同辦公。圖8是電子政務(wù)系統(tǒng)使用模式示意圖。

Figure 8 Application of eGovCloud圖8 電子政務(wù)系統(tǒng)使用模式

利用eGovCloud搭建該市的政務(wù)云平臺(tái)，取得了以下效果：

(1)利用業(yè)務(wù)規(guī)范作為語義基礎(chǔ)進(jìn)行分布、異構(gòu)資源整合，可以有效避免資源提供者和需求方的差異，提高服務(wù)有效性；

(2)支持業(yè)務(wù)用戶自主共享資源，符合政務(wù)云接入標(biāo)準(zhǔn)的資源的共享不再需要軟件專業(yè)人員參與，借助工具用戶可以自行將資源發(fā)布到虛擬資源中心；

(3)通過政務(wù)云平臺(tái)能夠?qū)⒍鄠€(gè)部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)，避免了以前由于數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一進(jìn)行人工轉(zhuǎn)換帶來的工作量，大大提高了工作效率；

(4)確保了資源實(shí)時(shí)、按需使用，服務(wù)“使用而不擁有”的特點(diǎn)使得資源使用者總是能夠獲取最新信息，而不用對(duì)這些信息進(jìn)行維護(hù)；

(5)從資源服務(wù)能力和業(yè)務(wù)需求兩方面對(duì)資源進(jìn)行描述，能夠有效解決資源供需之間的矛盾，提高服務(wù)可用性。

5 結(jié)束語

本文提出的基于云服務(wù)的電子政務(wù)框架eGovCloud是這方面的一個(gè)有益的嘗試，它不僅僅應(yīng)用了云服務(wù)技術(shù)及理念，更是對(duì)其中涉及到的業(yè)務(wù)規(guī)范、虛擬資源中心及政務(wù)虛擬組織等一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入探討，形成了一套完整的方法體系。與現(xiàn)有電子政務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)方式相比，eGovCloud框架更關(guān)注電子政務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，注重系統(tǒng)的開放性、擴(kuò)展性及動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。

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YANGDong-ju,born in 1975,PhD,associate research fellow,CCF member(E200028384M)，her research interests include internet of Things,cloud storage,and cloud computing.

EGovCloud:Acloud-servicebasede-governmentframework

YANG Dong-ju1,WANG Jing1,JIANG Gui-huang2

(1.Research Center for Cloud Computing,North China University of Technology,Beijing 100041;2.School of Economics and Management,North China University of Technology,Beijing 100041,China)

In order to facilitate on demand resource sharing and cross-organizational collaboration in E-Government systems,the paper proposes a cloud-service based framework(EGovCloud),which utilizes the virtual resource repository to realize resource physically distributed storage and logically centralized management.E-Government metadata specifications are constructed as a unified semantic infrastructure and therefore support cross-organizational heterogeneous resource sharing and management.We explore the architecture of EGovCloud and the key technologies involved,and demonstrate the applications in constructing E-Government systems.

e-government;cloud service;e-government framework;resource sharing;cross-organization collaboration

1007-130X(2014)11-2067-07

2014-06-16;

：2014-08-25

北京市屬高等學(xué)校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)與教師職業(yè)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(IDHT20130502);北方工業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金、優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目

TP311

：A

10.3969/j.issn.1007-130X.2014.11.004

楊冬菊(1975),女，河北秦皇島人，博士，副研究員，CCF會(huì)員(E200028384M)，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)與云計(jì)算。E-mail:yangdongju@ncut.edu.cn

通信地址：100041 北京市石景山區(qū)晉元莊路5號(hào)北方工業(yè)大學(xué)云計(jì)算研究中心

Address:Research Center for Cloud Computing,North China University of Technology,5 Jinyuanzhuang Rd,Shijingshan District,Beijing 100041,P.R.China