馬艷++何小波+徐飛

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.09.007

摘 要： 討論了面向服務體系架構(gòu)（service oriented architecture，SOA）的概念和云面向服務的理念，結(jié)合數(shù)字化校園建設從系統(tǒng)整合向服務整合的背景，給出了重慶醫(yī)科大學面向SOA的校園云架構(gòu)的搭建方案，結(jié)合基礎設施虛擬化、數(shù)據(jù)中心建設以及大數(shù)據(jù)分析應用狀況，就校園云架構(gòu)實施情況以及實施過程中可能遇到的問題進行探討。

關鍵詞： SOA； 數(shù)字化校園； 大數(shù)據(jù)； 虛擬化； 云架構(gòu)

中圖分類號：TP302.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）09-24-05

Research on the built of SOA campus cloud architecture

Ma Yan1，2， He Xiaobo1， Xu Fei1

（1. Information technology office of Chongqing medical university， Chongqing 400016， China； 2. college of medical informatics）

Abstrct： The concept of service oriented architecture （SOA） and the concept of service-oriented cloud are discussed. Considering the focus of digital campus construction is changing from the system integration to the service integration， the building plan of SOA campus cloud architecture for Chongqing Medical University is given； According to the status of infrastructure virtualization， data center construction and big data analysis and application， the implementation of campus cloud architecture and the problems might encounter in the implementation process are discussed.

Key words： service oriented architecture； digitalized campus； big data； virtualization； cloud architecture

0 引言

隨著數(shù)字化校園建設的普及，早期建設過程中理念陳舊、技術(shù)手段落后、服務對象不明確等諸多原因?qū)е碌脑O備利用率低、資源配置不平衡、信息共享度低、各業(yè)務系統(tǒng)之間信息孤島難以消除等諸多缺點[1-3]逐步凸顯出來。各高校開始努力建設數(shù)據(jù)中心，搭建統(tǒng)一身份認證平臺及統(tǒng)一門戶訪問平臺，致力于消除校內(nèi)業(yè)務系統(tǒng)之間的信息孤島，高等院校信息化建設正逐漸從業(yè)務系統(tǒng)集成向服務整合階段轉(zhuǎn)變[4]，面向服務的網(wǎng)絡云架構(gòu)能夠很好的滿足高校服務信息化建設需求，通過對面向服務的體系架構(gòu)SOA以及云服務的研究，將校內(nèi)分散的各種網(wǎng)絡、存儲、計算、服務等資源整合起來，搭建合理的云架構(gòu)平臺，有效解決數(shù)字化校園建設中高投入，高能耗，低效率的問題。

1 面向SOA的校園云架構(gòu)

1.1 SOA與云服務的概念

根據(jù)W3C、IBM對SOA的定義可以大致將SOA描述為一個組件模型或者程序體系結(jié)構(gòu)，其所有功能都定義為獨立的服務，應用程序的不同功能單元通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，接口。

以中立方式定義且獨立于具體實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)及編程語言。

SOA的架構(gòu)是松耦合的、抽象的、自制的，契約是規(guī)范化的，服務的重用性也不可或缺。SOA包括服務提供者、服務請求者、服務中心三個實體[5-6]，其中服務中心主要為服務提供者提供注冊服務，受理服務請求者的服務請求，并將服務提供者的具體服務授權(quán)給服務請求者，三個實體之間的關系可以用圖1描述，依次實現(xiàn)實體之間的注冊、請求、授權(quán)、綁定、執(zhí)行操作。

云計算將并行計算、分布式計算、網(wǎng)格計算、SOA等科學概念進行了融合和發(fā)展，思路是對網(wǎng)絡的計算、存儲、操作等資源虛擬化構(gòu)成資源池，由統(tǒng)一的門戶進行調(diào)度和管理，以便更好的服務用戶。按照計算模式云計算平臺大致可以分為三層，分別是軟件即服務（Software as a Service，SaaS），平臺即服務（Platform as a Service.PaaS）和基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）。各模式包含內(nèi)容如表1所示。IaaS層提供資源，SaaS層是資源的請求者，PaaS層將兩者關聯(lián)起來?？梢钥闯?，云架構(gòu)可以看作是SOA的一種擴展和深入應用，SOA可以很好地迎合云面向服務的理念，運用SOA理念組建云架構(gòu)，可以將已有應用較好的融合進來，為用戶提供更好、更靈活的服務。

1.2 基于SOA的分層校園云架構(gòu)

校園云架構(gòu)面向SOA也即面向服務，分層設計模式能夠較好的表現(xiàn)架構(gòu)中不同部分的靜態(tài)及動態(tài)交換關系，是較為廣泛使用的設計方法。層次關系中，每一層表示相關的一組處理邏輯，組件的通用性越高，所放的層級越低[4，7]。根據(jù)云計算模式與云計算平臺的邏輯層次，考慮具體的實際，將重慶醫(yī)科大學校園云架構(gòu)規(guī)劃為四個層次：Iaas層、數(shù)據(jù)層、平臺展現(xiàn)層與SaaS層，如圖2所示，每一層次既能獨立提供服務，也能調(diào)用下一層服務并且為上一層提供服務接口。

最底層是基礎設施層。通過將已有的網(wǎng)絡、服務、存儲、資源虛擬化并將資源按類別加入到相應的資源池，便于上層按需調(diào)用，保證資源的可用性，為云計算奠定基礎。

第二層是數(shù)據(jù)層，負責數(shù)據(jù)的存儲和管理以及關系型數(shù)據(jù)庫SQL及非關系型數(shù)據(jù)庫NoSQL數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理。這一層按照邏輯劃分為具體的業(yè)務系統(tǒng)層次，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換加載平臺（Extract-Transform-Load，ETL）及數(shù)據(jù)中心。

第三層是平臺展現(xiàn)層，負責運行環(huán)境的部署和管理， 提供統(tǒng)一的管理平臺及通用服務接口。該層次中統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一身份認證及授權(quán)平臺等通過WebService技術(shù)訪問相應的服務器。

最上層是SaaS層，該層直接對終端用戶體驗質(zhì)量負責，為用戶提供可定制的個性化服務。按照匯聚匯通的教學環(huán)境、充分整合的科研平臺、準確智能的決策支持、實時聯(lián)動的校園安防、節(jié)能環(huán)保的校園生態(tài)、豐富即時的公共服務等六大服務體系構(gòu)想及師生的需求逐步推出個性化軟件服務。

1.3 私有云應用

我校正在建設的私有云應用涉及行政、教學、科研等多個層面。建設過程中與相應職能部門緊密協(xié)作，從標準規(guī)范、數(shù)據(jù)集成、業(yè)務整合、集中授權(quán)和統(tǒng)一門戶入手，建設專業(yè)化的共享數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)的共享；對跨業(yè)務系統(tǒng)的工作進行流程再造， 逐步實現(xiàn)業(yè)務的高度整合，最終實現(xiàn)全校范圍的業(yè)務重構(gòu)；基于中心數(shù)據(jù)庫做數(shù)據(jù)分析挖掘、提供有價值的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新。

2 校園云架構(gòu)實施

我校云架構(gòu)實施的過程中，基礎設施和數(shù)據(jù)平臺是具體的資源，門戶展現(xiàn)是服務受理的窗口，教學科研、決策支持、校園安防、公共服務等師生需求是建設的出發(fā)點，大數(shù)據(jù)決策支持是很重要的服務形式。

2.1 IaaS的實現(xiàn)

⑴ 網(wǎng)絡基礎設施

我?，F(xiàn)有網(wǎng)絡具有較強的鏈路聚合能力以及高性能的數(shù)據(jù)交換能力，設備支持端口聚合、支持跨版鏈路聚合及跨物理設備鏈路聚合；新老校區(qū)萬兆光纖直連，出口關鍵節(jié)點端口達到萬兆速率，提供充足的交換性能，能夠按需劃分網(wǎng)絡資源。

無線網(wǎng)絡由三大運營商投建的五個SSID共同組成，可以實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的無縫接入；終端具有三種準入認證方式：二層方式、三層方式以及客戶端方式，保證了網(wǎng)絡接入的合法性及業(yè)務系統(tǒng)的分權(quán)訪問；建立了一套基于FCIP的存儲災備系統(tǒng)，在新老校區(qū)之間異地容災備份，保證了重要數(shù)據(jù)的存儲安全。

校園的車閘、門禁、實驗器材的管理等采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入校園網(wǎng)統(tǒng)一進行管理。

⑵ 基礎設施虛擬化

虛擬化技術(shù)是推動云計算發(fā)展的動力之一，能夠提高硬件和軟件資源復用性和利用率、保證系統(tǒng)資源的動態(tài)擴展性和便捷部署，實現(xiàn)多臺設備的協(xié)同工作、統(tǒng)一管理和不間斷維護能力，便于網(wǎng)絡遷移和故障恢復，提升安全性能。

我校在基礎設施虛擬化上采購的系列設備有：能夠提供虛擬化服務、提供高性能計算及數(shù)據(jù)庫支持保障的曙光天闊A840r-G虛擬化服務器；支持多操作系統(tǒng)、雙冗余、熱拔插的存儲系統(tǒng)曙光DS800-F10；可以方便的對集群系統(tǒng)進行多種管理操作的曙光Gridview 2.5集群管理系統(tǒng)；曙光PowerConf 2.0集群節(jié)能系統(tǒng)；可以適應不同的網(wǎng)絡環(huán)境，負載調(diào)度策略豐富，完全的冗余可靠且集成多種安全技術(shù)，操作系統(tǒng)無關的曙光DCLB-1200負載均衡器；曙光SKVM IV原廠大規(guī)模視頻切換管理系統(tǒng)KVM。

通過虛擬化技術(shù)和負載均衡技術(shù)，我?；A設施已基本實現(xiàn)硬件虛擬化和應用虛擬化，并配備了資源管理和負載均衡的服務設備，形成了不同的資源池。目前重醫(yī)主要的業(yè)務系統(tǒng)及中心數(shù)據(jù)庫均已部署在了虛擬化服務器上，如上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、研究生系統(tǒng)、報修系統(tǒng)、課件系統(tǒng)、正方系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)等。

2.2 數(shù)據(jù)層建設

我校的數(shù)據(jù)庫平臺初見雛型，數(shù)據(jù)中心建設拓撲圖如圖2的數(shù)據(jù)層所示，業(yè)務系統(tǒng)層按照學校具體的業(yè)務邏輯，規(guī)劃了教學、人財物科研、學生、公共服務四個數(shù)據(jù)子中心，以教學子中心為例，將教務系統(tǒng)、MooC平臺、虛擬教學資源等與教學相關的資源統(tǒng)一梳理，以便流程再造和數(shù)據(jù)挖掘；數(shù)據(jù)交換層次主要將業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)標準進行清洗、轉(zhuǎn)換、抽取到數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心按照業(yè)務邏輯劃分為存放數(shù)據(jù)標準及相關文件的基礎庫，用于數(shù)據(jù)交換的交換庫，存放結(jié)果數(shù)據(jù)和特定狀態(tài)數(shù)據(jù)的大而全的歷史庫，按照統(tǒng)計分析、公共服務、教學科研、財務資產(chǎn)、安防環(huán)保等具體主題進行建設的系列主題庫。

2.3 平臺展示

⑴ 統(tǒng)一身份認證平臺

統(tǒng)一身份認證服務平臺登陸界面如圖3所示，包含四個功能模塊。①用戶資料的統(tǒng)一管理：通過統(tǒng)一的接口，對用戶資料進行統(tǒng)一的管理，集中的存儲，避免因數(shù)據(jù)冗余帶來的數(shù)據(jù)同步等方面的麻煩；②用戶身份的認證與授權(quán)：對使用應用系統(tǒng)的用戶身份通過統(tǒng)一的接口進行認證，授予用戶相應的使用權(quán)限；③單點登錄：應用目前最適合實現(xiàn)SOA的WebService技術(shù)實現(xiàn)單點登陸，為云服務架構(gòu)提供了技術(shù)支撐。④對已有系統(tǒng)的集成：充分利用現(xiàn)有資源，和已有系統(tǒng)進行無縫對接。

統(tǒng)一身份認證服務的層次結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，最下層是存儲用戶賬號及權(quán)限信息的數(shù)據(jù)庫。第二層是各服務接口的功能實現(xiàn)，包括身份認證及授權(quán)，賬號、權(quán)限的統(tǒng)一管理以及系統(tǒng)日志等；第三層的統(tǒng)一身份認證服務接口是具體向外提供服務的接口，包含身份認證及授權(quán)服務的接口，賬號管理服務的接口，權(quán)限管理服務的接口等；最上層包含各應用系統(tǒng)（C/S，B/S結(jié)構(gòu)等），它們是統(tǒng)一身份認證服務的客戶。

⑵ 基于單點登錄的信息門戶

通過Portlet技術(shù)構(gòu)建的校園信息門戶可以集成已有的信息系統(tǒng)和Web應用程序，同時通過可訂制的門戶渠道傳遞繼承的內(nèi)容、應用程序和服務，允許從校外訪問校園信息門戶且不需要額外的客戶端軟件，解決了數(shù)字化校園建設中系統(tǒng)集成、信息整合和個性化信息服務的問題。

為降低用戶管理的成本，提高應用系統(tǒng)的開發(fā)效率，采用基于LDAP的目錄服務開發(fā)了統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了校園網(wǎng)用戶權(quán)限的分級、分層管理，并充分利用目錄服務的樹狀信息存儲結(jié)構(gòu)、快速響應大容量查詢及分布式特性，極大的方便了安全政策的制定，減少了各應用系統(tǒng)權(quán)限管理的維護量。

2.4 SaaS層的實施

該層的建設主要體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)的分析應用層面，校園內(nèi)每天都有大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如教學數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)、學生的獎懲數(shù)據(jù)、安防監(jiān)控數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)中既包括人事、科研、教學、財務、一卡通等具體業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)也包括視頻教學資源、宣傳公文、微信圖片等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。對這些結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進行采集、清洗、存儲、分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)無序數(shù)據(jù)隱藏的價值是很有意義且至關重要的。通過對大數(shù)據(jù)進行深入挖掘和分析，可以為學校管理決策提供支持，為學校教學、科研工作的改進提供依據(jù)，同時還可以通過信息整合，提高用戶校園生活體驗等[5-6]。校園大數(shù)據(jù)應用涉及但不限于以下層面。

⑴ 建立校園用戶個人數(shù)據(jù)中心，校園用戶可以通過統(tǒng)一的入口，方便的查看個人相關數(shù)據(jù)，同時通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以看到數(shù)據(jù)分析和整理的各項結(jié)果，為用戶了解自己在校的學習、教學、科研情況提供依據(jù)。

⑵ 提供決策支持，通過對數(shù)據(jù)的挖掘、分析和預測，可以全面的了解校內(nèi)人員活動、課程設置以及資源配置的情況。如通過分析發(fā)現(xiàn)高考語文成績偏低的學生在就業(yè)時表現(xiàn)相對較差，學校教務可以針對這部分學生增開語言類課程；通過對師生乘坐校車次數(shù)、各時間段乘車密度等數(shù)據(jù)進行分析，可以幫助后勤管理部門合理安排校車班次。

⑶ 個性化學習，通過分析師生對教學、科研資源的訪問情況、學習進展、互動信息等分析師生的學習行為、興趣愛好以便為學生推薦個性化的學習方案乃至就業(yè)指導，為老師推薦個性化的科研教學素材。

⑷ 校園用戶行為分析，通過對學生日常消費、上網(wǎng)行為、圖書館刷卡記錄、考試成績等分析可以評估、指導學生的日常行為；通過分析學生對社會和校園熱點事件的互動情況可以快速的掌握網(wǎng)絡輿情動向、合理引導學生正確的表達觀點、避免被別有用心的分子煽動利用。

此外，大數(shù)據(jù)分析和挖掘的全過程均需要制定嚴格的管理規(guī)定和權(quán)限控制策略[8]，在對數(shù)據(jù)挖掘利用同時，需注重數(shù)據(jù)安全和用戶的隱私保護。

3 結(jié)束語

本文對重慶醫(yī)科大學數(shù)字化校園建設的實際情況進行分析，基于SOA面向服務的理念和分層設計的思想，設計了一種校園云架構(gòu)，并探討其具體的實施策略，以期對同類設計有借鑒意義。

下一步工作主要集中在現(xiàn)有云網(wǎng)絡架構(gòu)需要注意的問題上。由于虛擬機和應用程序負荷的稠密性，需要考慮云網(wǎng)絡帶寬峰值以便提供低延遲和彈性的服務來保障數(shù)據(jù)遷移以及云計算的能力；為了提高實時監(jiān)測云網(wǎng)絡應對突發(fā)流量及快速應對單點故障的能力，需要考慮網(wǎng)管軟件是否具有足夠高的實時性以及配置的便捷度等問題。此外，數(shù)據(jù)中心的同步抽取策略是否合理，業(yè)務流程的再造是否切合實際，再造后的流程是否與面向SOA的云架構(gòu)體系理念相悖等均需要在實踐中進一步檢驗。

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