王 蕊

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

王 蕊

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

隨著云計(jì)算的發(fā)展，智慧校園的建設(shè)得到了更好的發(fā)展。文章在對(duì)智慧校園用戶的需求分析的基礎(chǔ)上，介紹了基于云計(jì)算智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則、體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境及群集部署、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的方法等。

智慧校園；云計(jì)算；服務(wù)模式；體系結(jié)構(gòu)

智慧校園是在數(shù)字化校園的延伸，智慧校園概念被提出后，先后有很多高校加入到智慧校園的建設(shè)之中。所謂的智慧校園，就是利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等Web 3.0技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的校務(wù)管理、創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、豐富的校園文化和方便的校園生活的智慧校園［1］，其具有環(huán)境智能化、服務(wù)全面化、決策科學(xué)化、資源共享化等典型特征。

1　需求分析

需求分析的任務(wù)是通過(guò)詳細(xì)地調(diào)查平臺(tái)要處理的對(duì)象，充分了解原校園信息化建設(shè)的狀況，明確不同用戶的各種需求，在此基礎(chǔ)之上確定新系統(tǒng)的功能。智慧校園服務(wù)平臺(tái)是為高校的師生服務(wù)的。在設(shè)計(jì)之前，確定用戶的角色、用戶的需求分析、功能性需求分析及非功能性需求分析。

1.1 用戶組和角色

（1）用戶組。按照高校的機(jī)構(gòu)設(shè)置，把用戶組設(shè)為三級(jí)。一級(jí)用戶組為各學(xué)院、學(xué)生處、教務(wù)處、圖書(shū)館等一級(jí)管理部門(mén)，二級(jí)用戶組為一級(jí)管理部門(mén)的下屬組織，三級(jí)用戶組為個(gè)人用戶。

（2）角色。角色分為管理員和普通用戶。和用戶組相對(duì)應(yīng)的有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)管理員；普通用戶為學(xué)生、教師等實(shí)際操作者。

1.2 用戶需求分析

不同的用戶根據(jù)實(shí)際工作的需要對(duì)系統(tǒng)的需求不同。如：教師或?qū)W生在使用智慧校園系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)，輸入用戶名和密碼一次便可以訪問(wèn)所有的應(yīng)用；系統(tǒng)需要提供足夠大的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)空間服務(wù)，可以下載、上傳、共享教學(xué)文件。高校管理者的需求是系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比，智慧校園平臺(tái)的資源整合、訪問(wèn)控制等。

1.3 功能性需求分析

（1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能性需求包括數(shù)據(jù)的上傳下載，數(shù)據(jù)的刪除、復(fù)制、剪切、粘貼等基本操作，數(shù)據(jù)詳細(xì)信息的獲取、更改，數(shù)據(jù)共享及權(quán)限等。

（2）數(shù)據(jù)計(jì)算。用戶只需要將計(jì)算任務(wù)上傳至服務(wù)器，由服務(wù)器執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，返回計(jì)算的結(jié)果或狀態(tài)。

（3）Web服務(wù)統(tǒng)一管理。平臺(tái)上所有的Web 服務(wù)會(huì)隨著校園平臺(tái)的建設(shè)逐漸增多，需要集中管理。具體包括服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查詢(xún)、服務(wù)更新等。

（4）統(tǒng)一身份認(rèn)證。身份認(rèn)證統(tǒng)一由認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行身份識(shí)別。

1.4 非功能性需求分析

非功能性需求分析包括性能需求、可靠性需求、擴(kuò)展性需求、易用性需求等。

2　基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是：整合并共享高?，F(xiàn)有的校園信息化建設(shè)的軟、硬件資源，利用先進(jìn)的云計(jì)算功能，通過(guò)云計(jì)算提供的服務(wù)模式，進(jìn)行智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1 設(shè)計(jì)的原則

智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)基于先進(jìn)的云技術(shù)，采用主流的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本著先進(jìn)性、實(shí)用性、健壯性、可擴(kuò)展性的原則，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，極大程度滿足用戶的需求。

2.2 體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)

云計(jì)算提供的服務(wù)模式分為3類(lèi)：軟件即服務(wù)（SaaS），平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）［2］。所以在進(jìn)行智慧校園服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)劃分時(shí)，把整個(gè)體系架構(gòu)分為基礎(chǔ)層、平臺(tái)層、軟件層。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1　智慧校園服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)

2.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在確定采用云架構(gòu)后，DSCP，WSAP，UAP等服務(wù)，需要不同的底層硬件支撐，統(tǒng)一由云技術(shù)將基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化而提供。云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)可以分為公有云、私有云和混合云3類(lèi)。出于對(duì)數(shù)據(jù)安全的考慮，智慧校園服務(wù)平臺(tái)采用私有云。所謂的私有云就是將云基礎(chǔ)設(shè)施與相應(yīng)的軟、硬件資源在校園內(nèi)部防火墻內(nèi)建立，僅供內(nèi)部人員使用，同時(shí)提供外部訪問(wèn)的方式。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3　平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境及群集部署

智慧校園服務(wù)平臺(tái)使用8臺(tái)通用計(jì)算機(jī)組建小型的Hadoop［3］集群來(lái)搭建云計(jì)算環(huán)境。Hadoop是云計(jì)算中比較熱門(mén)的技術(shù)，專(zhuān)門(mén)用來(lái)設(shè)計(jì)處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的計(jì)算框架，它可以為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)處理的接口，穩(wěn)定、可靠，通過(guò)接口，開(kāi)發(fā)者不需要關(guān)心底層框架的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。部署Hadoop需要在Linux系統(tǒng)上，所以將其作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，Java作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，云計(jì)算集群部署如下：

（1）節(jié)點(diǎn)配置。設(shè)置八臺(tái)節(jié)點(diǎn)的IP地址，將第一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為主節(jié)點(diǎn)NameNode，其它7個(gè)節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)DataNode。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝UbuntuLinux12.04系統(tǒng)，之后在其上建立Hadoop用戶賬戶，并在NameNode集群節(jié)點(diǎn)上安裝Hadoop-1.0.4。

（2）NameNode和DataNode 配置。修改每臺(tái)計(jì)算機(jī)的hosts文件。

（3）SSH免密碼遠(yuǎn)程登錄配置。Hadoop集群中各個(gè)節(jié)點(diǎn)彼此之間進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，訪問(wèn)時(shí)要進(jìn)行安全性驗(yàn)證，換句話說(shuō)就是要進(jìn)行遠(yuǎn)程安全登錄，是使用SSH通過(guò)密鑰和加密、解密的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了避免每次訪問(wèn)都要驗(yàn)證，節(jié)省時(shí)間，配置SSH免密碼遠(yuǎn)程接入，在NameNode節(jié)點(diǎn)上生成公鑰，之后將公鑰復(fù)制到其它的DataNode。如果首次接入成功后，以后的訪問(wèn)就無(wú)需密碼驗(yàn)證。

（4）Hadoop集群配置。配置Hadoop核心文件，包括core-site.xml，HDFS，hdfs-site.xml，MapReduce，mapredsite.xml。配置core-site.xml如下：

修改文件masters，設(shè)置SmartCampus-01為主節(jié)點(diǎn)：修改文件slaves，設(shè)置其它節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)，之后將masters和slaves文件復(fù)制到其它的DataNode中。

4　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

智慧校園平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)主要是指文件的上傳和下載。對(duì)于智慧校園平臺(tái)用戶來(lái)說(shuō)上傳是把本地文件傳到HDFS 集群，文件存儲(chǔ)在代理用戶的地址下，文件的上傳和下載都是通過(guò)業(yè)務(wù)層來(lái)調(diào)用持久層的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。上傳的操作是由DfsProxy類(lèi)的copyFromLocal（）來(lái)實(shí)現(xiàn)，下載的操作是通過(guò)DfsProxy類(lèi)中的getFileStream（String uri）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5　WSAP服務(wù)統(tǒng)一訪問(wèn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)注冊(cè)是通過(guò)IServiceRegister接口中的registerService（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在用戶提交的模板信息中，通過(guò)ServiceUtil檢查服務(wù)地址是否存在，通過(guò)校驗(yàn)后，調(diào)用持久層的save（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)注冊(cè)。

服務(wù)更新是通過(guò)IServiceUpdate接口中的updateService（）和cancelService（）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

6　結(jié)語(yǔ)

將云計(jì)算應(yīng)用到校園信息化建設(shè)之中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，挖掘有用信息，通過(guò)決策優(yōu)化，為用戶提供智能、人性化的服務(wù)。在基于云計(jì)算進(jìn)行智慧校園服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮院校自身資源的利用，把教學(xué)資源進(jìn)行整合，合理地規(guī)劃和設(shè)計(jì)，最大程度地發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。

［1］孫柏祥.云計(jì)算—高校教育信息化建設(shè)和發(fā)展的新模式［J］.中國(guó)電化教育.2010（5）：123-125.

［2］廖云鵬.云計(jì)算架構(gòu)的模擬實(shí)現(xiàn)［D］.南昌：南昌大學(xué)，2010.

［3］高新成，王莉利.基于Hadoop的校園云存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究［J］.陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（4）：30-35.

The Design and Implementation of Intelligent Campus Service Platform Architecture Based on Cloud Computing

Wang Rui
（Liaoning Jianzhu Vocational University， Liaoyang 111000， China）

With the development of cloud computing， the construction of the intelligent campus can be better implemented.On the basis of analysis of intelligent campus users' demand， this paper introduced the design principle of intelligent campus service platform architecture design and system structure design and platform development environment and cluster deployment and data storage method.

intelligent campus； cloud computing； service model； system architecture

王蕊（1980— ），女，遼寧遼陽(yáng)，碩士，講師；研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。