代小紅， 張 慶

(1.重慶工商大學 電子商務及供應鏈系統(tǒng)重慶市重點實驗室，重慶 400067；2.中國石油化工股份有限公司 重慶石油分公司 400010)

基于云計算的重慶市城鄉(xiāng)信息化資源共享設計

代小紅， 張 慶

(1.重慶工商大學 電子商務及供應鏈系統(tǒng)重慶市重點實驗室，重慶 400067；2.中國石油化工股份有限公司 重慶石油分公司 400010)

當前關于城鄉(xiāng)信息化研究成果較多，大部分研究沒有關注數字資源共享平臺的搭建，以至于城市群中各個城市之間的數據資源還是獨立的孤島，相互之間很少有資源的共享及業(yè)務的交流；從數據資源的共享為切入點，研究我市城鄉(xiāng)信息化資源的發(fā)展現狀，并在此基礎上設計出適合新型城市群所需的城鄉(xiāng)信息化資源共享平臺；闡述了云計算在城鄉(xiāng)信息化資源共享中的優(yōu)越性，從云計算是資源共享的安全保障，有助于“數字重慶”的建設，提升我市的競爭力，有利于擴大數據資源的共享和訪問等方面分析其重要性；提出了云計算的信息資源共享模式，并在資源共享模式設計規(guī)劃，云平臺內容的構建和云平臺應用接入的構建上進行研究；給出了系統(tǒng)功能實現平臺，系統(tǒng)能夠整合所有的數據資源，為用戶訪問提供了方便。

云計算；城鄉(xiāng)信息化；資源共享；系統(tǒng)設計

云計算是伴隨Internet技術、計算機技術發(fā)展形成的一種新型計算模式。它是融合分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網格計算(Grid Computing)等技術發(fā)展形成的。云計算由一系列可以動態(tài)升級和被虛擬化的資源組成，這些資源被所有用戶共享并且可以方便地通過網絡訪問，用戶無需掌握云計算相關的技術，只需要按照一定的方式租賃云服務器的資源。云計算是將虛擬化技術(Virtualization)、效用計算(Utility Computing)、平臺即服務(PaaS)、基礎設施即服務(IaaS) 、軟件即服務(SaaS)等進行有機結合與綜合應用。其原理是將計算任務分配于Internet的大量計算機上，其運算和存儲不再僅限行在本地計算機或服務器中。通過任務轉移和分解給Internet上用戶共享的大型計算中心來完成計算，實現了計算機硬件、軟件等計算資源的充分共享，及對這些計算資源進行安裝、配置與維護等服務資源的充分共享。

1 云計算在城鄉(xiāng)信息化資源共享中的優(yōu)越性

1.1 云計算是資源共享的安全性保障

云計算能夠為城鄉(xiāng)信息化共享系統(tǒng)提供了最可靠、最安全的數據存儲中心，有利于降低網絡信息資源共享的安全風險。從互聯網發(fā)展歷程來看，阻礙網絡信息資源共享的主要障礙是網絡本身具有安全問題。這一安全問題主要表現為病毒感染、數據丟失、設備破壞等。但是在云計算環(huán)境下，利用云計算服務的冗余存儲、容災機制能有效地解決這一問題。云計算的安全策略和設計是終端接入越多，每一個終端就越安全，在這一策略下因為龐大的用戶群，能完全覆蓋互聯網的每一角落，網絡體系中只要某一個終端或網站出現病毒或木馬，這些病毒就會立刻被截獲。

在云計算與存儲模式中，云服務商為數據存儲提供安全可靠的數據倉庫，這一數據倉庫是數據的存貯中心，能夠對數據進行集中統(tǒng)一管理、均衡負載、分配資源、安全控制，并進行安全可靠的在線監(jiān)測。同時，云計算技術也遵循嚴格的權限管理策略，能有效降低資源和數據共享的潛在風險。數據資源依托于云計算平臺中的數據中心進行控制，由管理者集中對數據進行統(tǒng)一管理和分配資源，采用各種分配算法把網絡請求分散到一個服務器集群中的可用服務器上去，即負載均衡。通過網絡進行安全可靠的實時監(jiān)測，從而使數據資源得到最大限度的安全保證。為了進一步保障數據的安全性，在信息共享設置中根據用戶需求的不同，將用戶從低級到高級劃分為若干個等級，根據不同的等級設置不同的資源層訪問權限(密碼訪問機制)，嚴格控制用戶對共享資源的訪問，確保共享數據資源的安全。

1.2 云計算有助于“數字重慶”的建設，提升我市的競爭力

“數字城市”是城市信息化的發(fā)展趨勢，而信息化是當前和未來競爭的重要基礎。在國際化大都市的環(huán)境中，一個地區(qū)或城市要取得快速發(fā)展，取決于信息化發(fā)展的質量和水平，信息化水平的高低決定了城市的綜合竟爭力。因此，加快信息化建設有助于“數字重慶”的建設，提升我市的競爭力。研究成果具有廣泛的應用前景，不僅可很好地服務于“數字重慶”的建設與實施，也為我市城鄉(xiāng)統(tǒng)籌試驗區(qū)建設服務，并對對后繼相關的研究和應用實施、“數字重慶”建設的進一步發(fā)展起到積極的推動作用，對其他城市的數字化建設、其他地區(qū)的城鄉(xiāng)統(tǒng)籌建設、“數字中國”的建設與研究具有一定的指導意義。

“數字重慶”可以促進我市經濟跨越式的發(fā)展。在“數字重慶”建設中涉及我市資源的配置、環(huán)境生態(tài)保護、整體規(guī)劃等，在促進發(fā)展的同時，可以確保我市生態(tài)不遭到破還，有效地減少資源浪費，真正實現可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略?！皵底种貞c”所帶來的不僅僅是我市GDP的增長，對人們的思維方式、工作和生活方式也會產生影響，以此提高人們的綜合素質。“數字重慶”是一個整體的信息系統(tǒng)，能將政府、企業(yè)和個人三者進行有機地關聯，體現了信息化網絡平臺為企業(yè)和個人服務的功能，如圖1所示。

圖1 數字化城市系統(tǒng)

1.3 云計算技術有利于擴大數據資源的共享和訪問

目前，我國城鄉(xiāng)信息化建設中，其數據資源還處于是各自為政的孤立狀態(tài)，在互聯網上即便是共享的數據資源，大多數都處于“分布式存儲都與分布式訪問”的存貯狀態(tài)，數據資源格式不標準、不規(guī)范，導致在互聯網上出現大量的“數據孤島、無效數據和信息孤島”，這種共享只能小范圍的，適應于本單位或本系統(tǒng)使用，其他因格式標準無法訪問，如中國知網使用的CAJ瀏覽器，萬方數據和維普數據庫的PDF格式。這種存儲結構一方面給數據的共享、交換、更新帶來了不便，同時也會造成數據資源的重復性建設，浪費了大量的人力、物力和財力等寶貴資源。在云計算模式下，能夠將分布式存儲的資源數據庫進行統(tǒng)一管理和集中存儲，提高了用戶訪問的高效性和安全性。

2 云計算的信息資源共享模式設計

2.1 資源共享模式設計規(guī)劃

信息資源的共建、共享一方面要緊緊圍繞城鄉(xiāng)信息化產業(yè)發(fā)展的格局和未來發(fā)展趨勢，另一方面還要結合城鄉(xiāng)數據資源的分布和用戶需求特征等狀況，在現有的數據資源實現共享的基礎上，進一步整合城鄉(xiāng)數據資源，將信息數據的分布具有縱向關系和隸屬關系的單位組建為集中型共享模式，將信息數據分布具有橫向關系、有相同信息需求的機構組建為分散型共享模式，在云計算環(huán)境下將共享平臺的建作為基礎設施建設，進一步完善區(qū)域性數據資源共享平臺和地區(qū)行業(yè)性數據資源服務中心的建設。 在城鄉(xiāng)信息化建設中逐步實現“各單位參與、各行業(yè)共建、各區(qū)域共享”的信息資源共享模式。這種共享模式設計涉及基礎設施建設、信息資源建設和軟件資源建設。

基于云計算環(huán)境的基礎設施建設，可以利用資源集中調度、特色服務供給、數據模塊構建等方式，通過網絡存儲、服務器和其他硬件設備實現網絡的動態(tài)監(jiān)控、資源調配和安全管理，這種集中式模式的管理不僅可以提高網絡設備的高效利用，同時也可以避免資源的重復性建設。在大幅降低網絡運行和維護成本的同時，為城鄉(xiāng)化信息資源共享和業(yè)務協同提供有力的技術支撐。其優(yōu)越性是各信息化單位在建設初期不必投入大量經費來購買各種軟硬件設備，有利于農村地區(qū)城鄉(xiāng)信息化工作快速推廣和應用。

基于云計算的信息資源建設，由于云計算的特點，如并行運算處理、高性能復雜計算、并行與分布式存儲處理和海量信息存儲管理等技術?？梢詷嫿ńy(tǒng)一的基礎資源平臺，利用云計算技術整合各類信息資源，實現信息資源的統(tǒng)一存儲和管理、智能匹配和分析、深度挖掘和應用，促進城鄉(xiāng)化信息資源的有效共享和充分利用。組建資源要素齊備、時間序列長、范圍覆蓋廣的海量信息資源數據庫，有效地整合政府管理、農業(yè)監(jiān)測、環(huán)境治理、社會經濟等各類數據，為我市城鄉(xiāng)信息化提供信息資源服務。利用高性能復雜運算技術、海量數據并行處理技術等，構建集智能搜索、數據挖掘、產品展示于一體的城鄉(xiāng)化綜合平臺，進行政策文件的頒發(fā)與信息收集發(fā)布、民意調查與社會經濟統(tǒng)計、公共事務管理與公民網上查詢、農業(yè)技術推廣與農產品信息發(fā)布等，有利于提高政府的管理水平和管理效率。

基于云計算的軟件資源建設，通過云計算模式構建軟件資源集中管理、信息集中存儲、軟件應用按需處理的云服務模式，可以為各類管理人員提供統(tǒng)一的編程環(huán)境和編程接口，利用代碼復用、通用編程實現對城鄉(xiāng)化信息建設中的軟件資源進行整合與高效集成。對于云計算平臺下的應用和服務，能夠通過模塊接口實現軟件資源的統(tǒng)一調用，確保各地區(qū)、各行列、各單位的協同開發(fā)和共享利用。在此平臺下，政府管理部門可以動態(tài)地掌握各部門各行列的業(yè)務需求，在統(tǒng)一分類的基礎上，由開發(fā)人員進行新模塊的設計和添加，達到應用的有效性和合理性。

基于云計算構建重慶信息資源共享設計模型，是將所屬我市范圍內各種信息服務機構和數據資源進行平臺融合，充分利用云環(huán)境下各類私有云，用專門設計的中間件軟件有機地融合在一起，以Web界面接受提出的各種計算請求，并將之分配到合適的結點上運行。使各種應用系統(tǒng)能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務。實現不同部門、不同行列(不同“云”)之間的互動應用，為用戶提供即時的、專業(yè)的城鄉(xiāng)化信息服務。系統(tǒng)資源共享設計一是設計城鄉(xiāng)信息化資源共享云，即城鄉(xiāng)信息化資源共享平臺；二是設計云接入平臺，即信息統(tǒng)終端用戶接入。

2.2 城鄉(xiāng)信息化資源共享云模式

云計算環(huán)境下，城鄉(xiāng)信息資源共享要依托云計算的 Paas、IaaS 、SaaS等3種服務方式，在云平臺內容構建、平臺系統(tǒng)構建和服務管理上，采用集中與分散相結合的混合型共享設計模式。信息資源共享云可由分布在我市內的私有云組成，每個私有云即是高校數據庫、信息服務機構和專門科研院所等。私有云在運行和管理上采取各個機構、各單位自行管理，但必須由市政府統(tǒng)一協調。各系統(tǒng)機構的私有云互聯而組成重慶市城鄉(xiāng)信息化云，整個云設立一個專門管理委員會進行綜合管理，此機構由市政府直接管理。

云計算模式下的資源共享平臺構建，要以基礎設施建設為根本，以數據資源整合和共享為導向，拓寬數據資源共享范圍，為數據共享提供標準化的平臺，低成本的服務模式。其系統(tǒng)平臺主要包括基礎設施平臺，如PaaS和Iaas；公共服務平臺，如公有云服務平臺；本地服務平臺，如私有云服務平臺；集群服務平臺，如混合云服務平臺?；A設施和基礎平臺建設主要包括各類軟件開發(fā)與網絡基礎設施建設。一般來說由第三方服務商提供，當然也可以由自建的云計算中心完成。

在云計算環(huán)境下，能夠將具有不同信息主體的本地服務平臺、公共服務平臺和第三方服務平臺進行集成，形成集群服務平臺模式。這種集群方式的特點是實現了不同平臺間的互操作，即跨平臺業(yè)務模式，能夠形成高度集中的信息與服務集群，從而提供SaaS服務。系統(tǒng)設計時，將第三方公有云服務平臺和自建的公有云服務平臺集成形成系統(tǒng)的公共服務平臺，這一平臺是軟件設計，能夠實現系統(tǒng)認證、數據服務、資源整合和區(qū)域資源調度等功能。本地云服務平臺由本地應用系統(tǒng)、本地應用平臺、第三方應用系統(tǒng)構成，和公共服務平臺實現交互。

城鄉(xiāng)信息化資源共享云模型由應用服務層、管理與中間件層和系統(tǒng)資源層等3層構成，如圖2所示。應用服務層是系統(tǒng)結構模型的頂層，這是城鄉(xiāng)信息化資源共享的應用實現層，該層的功能主要是為城鄉(xiāng)化信息資源共享的實現提供系統(tǒng)平臺。

圖2 云計算環(huán)境的區(qū)域信息資源共享模型

2.3 云平臺內容的構建

云計算環(huán)境下，信息資源的構建要結合應用平臺的類型，不同的應用平臺需要進行不同的內容構建。其內容構建分為三部分，一是本地服務平臺的內容構建，二是集群化服務平臺的內容構建，三是公共服務平臺的內容構建。 在城鄉(xiāng)信息化資源共享中公共服務平臺的內容構建具有重要的作用，公共服務平臺由系列軟件組成，主要為集群化服務平臺、本地服務平臺提供應用服務。 本地服務平臺的內容構建著重在于其數據庫建設，特色化服務在于特色數據庫的建設，在公共服務平臺(Main Server)和應用系統(tǒng)(APP Server)的基礎上，不同信息主體建立本地化應用平臺，其根本目的是建立本地應用數據庫，為數據資源提供重要的數據備份機制。這些數據庫在云環(huán)境下通過公有云系統(tǒng)平臺的整合，才能實現信息資源的有效共享。 城鄉(xiāng)信息系統(tǒng)中集群化服務平臺的內容構建通過資源共享建設將資源數據進行整合。集群化服務平臺主要包括行業(yè)性服務平臺和地區(qū)性服務平臺這兩大類，其主體功能是將信息資源進行整合，地區(qū)性服務平臺著重以橫向資源共享為重點，行業(yè)性服務平臺著重于縱向資源整合。

2.4 云平臺應用接入的構建

云平臺應用接入的構建要根據不同行業(yè)應用的特點，行業(yè)應用中的計算功能從其業(yè)務流程中分離出來，設計針對不同行業(yè)的云計算模型，然后包裝成服務提供給云應用調用，這樣既實現了接入云平臺的行業(yè)應用接口的標準化，又能為行業(yè)應用提供高性能計算能力。為實現資源的有效共享和充分利用，讓用戶端能夠簡便地登錄到城鄉(xiāng)化信息資源共享“云”。 云平臺應用接入的構建應符合信息資源共享的基本要求。云平臺應用接入的構建要有安全保障，這就要求搭建的云接入平臺要具有一套安全有效的防范措施和安全保障準則，在管理與中間件層的安全保障下有效地識別用戶身份，防止非法入侵、惡意操作、數據更改等攻擊行為。云平臺應用接入的構建應具有易接入和適用性等特點，以方便各種應用的終端接入，并能在系統(tǒng)幫助下完成用戶遠程登錄、注冊訪問、查詢檢索等一系列操作。特別是農民用戶要求系統(tǒng)具有易用性，其他各信息資源管理單位和用戶能隨時隨地接入城鄉(xiāng)信息化資源“云”中，獲取自己的數據資源。

3 系統(tǒng)功能實現

城鄉(xiāng)信息化云計算系統(tǒng)是基于云計算網絡平臺為各終端用戶提供遠程服務，程序開發(fā)是基于 J2EE 平臺進行。城鄉(xiāng)信息化云計算系統(tǒng)平臺采用瀏覽器作為客戶端與用戶進行交互， 系統(tǒng)部署在云計算平臺的虛擬資源池中。技術上采用Mysql 數據庫作為數據庫服務器，tomcat 作為其應用服務器，負載均衡處理采用 JBoss。各種訪問請求首先到達云控制器， 它將訪問請求映射到正確的地址， 然后經過負載均衡服務器， 按照事先指定的負載均衡策略將請求轉發(fā)到具體的虛擬機上。如果系統(tǒng)訪問需要讀寫文件，則云計算系統(tǒng)服務器要與 GFS 服務器集群進行交互。 如果要執(zhí)行批處理任務，則云計算系統(tǒng)服務器與批處理服務器集群進行交互。各個模塊構成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

基于云計算的城鄉(xiāng)化信息系統(tǒng)共享資源的設計，經過系統(tǒng)的運行和測試，初步具有在線資源的共建、共享和云環(huán)境下時時訪問。云計算環(huán)境下，整合了所有的數據資源，為用戶訪問提供了方便。系統(tǒng)實現的主要功能實現如下：

第一，基于云計算的城鄉(xiāng)信息化系統(tǒng)在資源共享上實現新的平臺跨越；能夠對我市各行列，各地區(qū)的數據資源進行跨地區(qū)、跨平臺在線訪問。以此平臺系統(tǒng)為架構，可以建立我市資源共享的、統(tǒng)一的平臺系統(tǒng)，各地區(qū)(區(qū)縣)的城鄉(xiāng)信息化管理根據本地區(qū)的實際情況，在整體規(guī)劃下統(tǒng)一部署建設數據資源，從而有效地避免了數據資源的重復建設問題，克服了當前各自為政造成的信息孤島現象。

第二，基于云計算的數據共享，不僅為數據使用者提供了方便，還能夠實現跨平臺、跨地域限制的數據集成和訪問，用戶也不用知道資源在何處的服務器上，系統(tǒng)統(tǒng)一管理全部的資源，根據規(guī)范化的資源列表提供最合理的信息服務，這是傳統(tǒng)資源共享所不能實現的訪問模式。

第三，對于網絡資源訪問，只要用戶電腦接入網絡系統(tǒng)，云計算中的服務器就自動分析此時此刻來訪計算機的IP，確定出其網絡位置，路由器再根據合適的路由算法，合理分配路由訪問路徑，在網絡上尋找離其最近的資源，建立數據連接，提供又快、又好的訪問服務，達到實現資源的共享。城鄉(xiāng)化信息系統(tǒng)還能提供彈性供給與服務，系統(tǒng)根據不同時刻的訪問情況，自動地調整資源的供給和訪問，這些應用是用戶根據系統(tǒng)功能而進行定制服務，而不是通過復雜程序代碼實現的。如果訪問數量突然增加，系統(tǒng)不必修改服務器的應用架構，只是根據需要增加相應的終端接入設備。系統(tǒng)還能根據不同需求提供特色應用和服務，通過系統(tǒng)的用戶自定義功能實現不同用戶的信息供給需求。

第四，基于云計算的城鄉(xiāng)信息化系統(tǒng)可以提供遠程服務的能力，為我市各區(qū)縣的信息化提供了強力的技術支撐；城鄉(xiāng)信息化系統(tǒng)能夠應用云計算的特點，對各區(qū)縣軟、硬件資源進行統(tǒng)籌管理和調度支配，從而為我市各區(qū)縣提供強大的資源共享能力和資源應用范圍，為我市的經濟改革服務。

4 結束語

城鄉(xiāng)信息化涉及千家萬戶，參與的機構和單位種類繁多，各種需要和應用千差萬別，再加上云的資源性特點，各層資源之間存在一定的聯系，因此系統(tǒng)共享設計時應考慮到各種云的聚集，構建云的資源索引庫，以對各層所提供的各種資源進行描述，方便用戶根據實際需要及應用在資源索引庫中進行檢索和查找。云資源索引庫除了方便人(信息管理員)的理解外，對于機器(云服務器)也是能理解的，從而提高用戶應用與檢索的準確性和資源使用的高效率，達到為經濟建設服務的目的。

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Keywords：cloud computing; urban and rural informatization; resource sharing; system design

A Cloud Computing-based Design of Urban and Rural Informatization Resource Sharing in Chongqing

DAIXiao-hong1,ZHANGQing2

(1.Chongqing Key Laboratory of Electronic Commerce & Supply Chain System Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067;2.Chongqing Petroleum Branch, Sinopec, Chongqing 400010)

Up to now, there are many research findings on urban and rural informatization, most of which do not concern about the construction of digital resource sharing platform, resulting in an isolation of data resources between cities in a city cluster and a lack of resource sharing and business communication. From the perspective of data resource sharing, an analysis of the status quo of the development of urban and rural informatization resources in our city has been conducted, on the basis of which a platform of urban and rural informatization resources is designed to meet the demands of new-type city clusters. Next, the importance and the advantages of cloud computing in urban and rural informatization resource sharing are described, i.e. it is the security and safeguard of resource sharing; it helps the construction of “Digital Chongqing” project; it promotes the competitiveness of our city and facilitates the expansion of sharing and access to data resource. Then, a cloud computing-based model for information resource sharing is proposed, and the designing and planning of the model of resource sharing, the construction of the content of cloud platform and the construction of the access to cloud platform are explored. Finally, a platform for the realization of systematic functions is presented, which is capable of integrating all data resources and which facilitates the users’ access.

1672-058X(2013)10-0078-07

2013-04-20；

2013-05-20.

重慶市科委項目資助(CSTC2012CX-RKXA00024)；重慶市社會科學規(guī)劃項目資助(2012YBCB055).

代小紅(1969-)，男，重慶市人，教授，從事圖像處理、模式識別和系統(tǒng)控制研究.

TP315

A

責任編輯：甲乙