吳鵬

(廣州市電子政務(wù)中心,廣東廣州 510635)

云環(huán)境下基于中間件的電子政務(wù)系統(tǒng)

吳鵬

(廣州市電子政務(wù)中心,廣東廣州 510635)

計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,信息社會(huì)對(duì)效率的追求,促成了電子政務(wù)系統(tǒng)的提出與應(yīng)用發(fā)展?，F(xiàn)有系統(tǒng)都是各部門在各自的設(shè)備中獨(dú)自建設(shè)管理,不僅造成資源浪費(fèi),還因?yàn)闊o統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致交互困難,影響工作效率進(jìn)一步提升,成為亟待解決的問題。在研究云計(jì)算與中間件相關(guān)概念與技術(shù)的基礎(chǔ)上,本文提出了一種云環(huán)境下基于中間件的電子政務(wù)系統(tǒng)。云環(huán)境將解決資源問題,中間件則構(gòu)建統(tǒng)一系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),解決不同系統(tǒng)交互問題。

云環(huán)境 電子政務(wù)系統(tǒng) 中間件

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，人們正步入一個(gè)全面信息化的時(shí)代，生活工作各個(gè)方面都與信息化息息相關(guān)，政府辦公亦是如此。在這種情況下，電子政務(wù)的概念被提出，相應(yīng)的電子政務(wù)系統(tǒng)正在不斷被投入到實(shí)踐應(yīng)用中。電子政務(wù)指的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)、通信以及網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，打破時(shí)間、空間、部門的限制，將政府的組織結(jié)構(gòu)以及工作流程進(jìn)行優(yōu)化重組，從而建立精簡、高效、廉潔、公平的政府運(yùn)作模式，為社會(huì)提供全方位的、透明的政府服務(wù)[1]。電子政務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)使政府工作人員擺脫了以往反復(fù)、繁瑣的紙質(zhì)工作過程，在提高了工作效率的同時(shí)節(jié)省了成本，因此受到政府部門的青睞，得到了廣泛的應(yīng)用。

但是，現(xiàn)在的電子政務(wù)系統(tǒng)也存在著不少問題。它們沒有統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)各個(gè)部門的不同工作需求而建立，甚至在同一個(gè)部門內(nèi)也可能存在多個(gè)針對(duì)不同業(yè)務(wù)的電子政務(wù)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此結(jié)構(gòu)也各不相同，嚴(yán)重阻礙了相互之間的信息交互與共享，從一方面促使各個(gè)系統(tǒng)形成了信息孤島[2]，不利于各個(gè)部門的溝通與交流。同時(shí)，現(xiàn)有電子政務(wù)系統(tǒng)是由各自所屬的部門提供設(shè)備、人員來運(yùn)行與維護(hù)，這需要花費(fèi)大量的人力成本，同時(shí)配置的設(shè)備資源常常多于實(shí)際使用的資源，造成了基礎(chǔ)設(shè)備的浪費(fèi)。電子政務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)存的缺點(diǎn)不僅造成了資源的浪費(fèi)，還阻礙了工作效率、規(guī)模的進(jìn)一步提升，在如今講求效率的信息社會(huì)中成為了亟待解決的問題。

云計(jì)算概念的提出，為解決上述問題提供了一個(gè)可行的方向。云是一個(gè)整合各種軟硬件資源、面向廣大用戶提供各類服務(wù)的靈活、高效的計(jì)算平臺(tái)，它的這一特性向我們指出了利用云環(huán)境解決電子政務(wù)系統(tǒng)資源問題的可能。通過使用云平臺(tái)的服務(wù)，各部門不必再考慮基礎(chǔ)設(shè)施的問題，只需要付出比原有成本低得多的代價(jià)便能使用同樣的設(shè)備資源，同時(shí)不會(huì)造成資源的浪費(fèi)。在人力資源方面，也僅需投入開發(fā)、維護(hù)系統(tǒng)的資源，而不必再投入維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的成本。但是，如果僅僅只是將不同的電子政務(wù)系統(tǒng)簡單地托管到云環(huán)境中，對(duì)于工作效率的提升并無太大作用，因?yàn)橛捎诮ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不一致，各個(gè)系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)、接口仍存在著巨大差異，信息交互共享依然存在障礙。在這種情況下，考慮將云平臺(tái)與中間件結(jié)合來設(shè)計(jì)問題的解決方案。作為中間層的軟件，中間件可以將電子政務(wù)系統(tǒng)工作流程所涉及的各個(gè)步驟、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽象，形成統(tǒng)一的規(guī)范與格式。作為云用戶的各部門通過調(diào)用中間件，即可根據(jù)各自需求建設(shè)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的不同電子政務(wù)系統(tǒng)，使各系統(tǒng)之間的交互不再成為工作效率提升的障礙。

2 相關(guān)概念與技術(shù)

2.1 云計(jì)算

根據(jù)NIST(National Institute of Standards and Technology)的定義[3]，云計(jì)算是一種允許隨時(shí)、方便地對(duì)一個(gè)可配置的共享計(jì)算資源池進(jìn)行按需網(wǎng)絡(luò)訪問的模型，它能夠以最小的管理代價(jià)以及與服務(wù)提供商最少交互來提供或釋放計(jì)算資源。

根據(jù)云計(jì)算的定義，它的本質(zhì)特征包含如下幾個(gè)方面。

(1)按需自主服務(wù)。云用戶能夠根據(jù)需要單方面地指定計(jì)算的能力(如服務(wù)器時(shí)間以及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等)而不必與每個(gè)服務(wù)提供商都進(jìn)行人工交互。

(2)廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問。云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用戶可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制使用各種各樣的客戶端平臺(tái)(例如移動(dòng)電話、平板電腦、工作站、個(gè)人電腦等)對(duì)云進(jìn)行訪問。

(3)資源池。服務(wù)提供商的計(jì)算資源形成池，以多租戶共享的模式為多用戶提供服務(wù)，根據(jù)用戶的消費(fèi)需求為用戶動(dòng)態(tài)地分配以及再分配物理或者虛擬資源。用戶無法控制或者知道服務(wù)提供商資源的準(zhǔn)確位置，但是能夠在一定程度上指定要使用的資源的位置(如哪個(gè)國家、哪個(gè)州或者數(shù)據(jù)中心的資源)。

(4)快速靈活。云計(jì)算的資源能夠根據(jù)需求靈活地供應(yīng)與釋放，即對(duì)于用戶來說，云計(jì)算能夠供應(yīng)的資源是沒有限制的，能夠在任何時(shí)間使用任何數(shù)量的資源。

(5)量化的服務(wù)。云系統(tǒng)能夠通過在一定層次上測量每種服務(wù)來自動(dòng)控制以及優(yōu)化資源的使用。由于資源的使用能夠被監(jiān)視、控制以及報(bào)告，因此云對(duì)服務(wù)提供商和該服務(wù)的使用者提供了透明性。

目前存在的云根據(jù)其部署方式可以分為私有云、社區(qū)云、公共云以及混合云四類。私有云為單個(gè)組織的多個(gè)用戶提供服務(wù)，僅僅只面向該組織開放。社群云面向一個(gè)群體的多個(gè)組織，這些組織具有共同的關(guān)注點(diǎn)，如任務(wù)、安全需求、政策等。公共云則是面向所有的用戶，任何用戶只要付出一定的代價(jià)就能夠獲得需要的資源及服務(wù)?；旌显朴蓛煞N或者兩種以上不同類型的云聯(lián)合構(gòu)成，通過標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)或者專有技術(shù)將不同結(jié)構(gòu)的云連接到一起。

2.2 中間件技術(shù)

中間件技術(shù)是一類被設(shè)計(jì)用于幫助管理分布式系統(tǒng)復(fù)雜、非同質(zhì)內(nèi)容的軟件技術(shù)[4]。中間件位于操作系統(tǒng)之上、應(yīng)用層之下，為分布式系統(tǒng)各個(gè)部分提供抽象化程序接口，屏蔽操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的差異，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源與網(wǎng)絡(luò)通信的管理，其所處層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般認(rèn)為，中間件具有如下基本特點(diǎn)[5]。(1)支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議與接口。

(2)支持分布式計(jì)算，提供網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)平臺(tái)透明性。

(3)能夠運(yùn)行在多種操作系統(tǒng)與硬件構(gòu)成的平臺(tái)上。

(4)滿足大量應(yīng)用的不同需求。

根據(jù)IDC的分類方式，中間件可以被分為6種類型[6]：終端仿真/屏幕轉(zhuǎn)換中間件，用于實(shí)現(xiàn)使用圖形用戶接口的客戶端與使用已有字符接口的服務(wù)器應(yīng)用程序的交互；數(shù)據(jù)訪問中間件，用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)源之間的互操作；遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件，用于客戶端應(yīng)用調(diào)用遠(yuǎn)端服務(wù)器的過程；消息中間件，適用于事件驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，在一個(gè)事件發(fā)生時(shí)通知服務(wù)端做何操作；交易中間件，專門用于聯(lián)機(jī)交易處理系統(tǒng)；對(duì)象中間件，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件框架，使不同廠家的軟件能夠在不同地址空間、操作系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行交互。

中間件技術(shù)屏蔽網(wǎng)絡(luò)與操作系統(tǒng)差異、提供統(tǒng)一接口框架的特點(diǎn)使它能在消除信息孤島、推動(dòng)無邊界信息流動(dòng)方面發(fā)揮重要作用。對(duì)于現(xiàn)在結(jié)構(gòu)各異的電子政務(wù)系統(tǒng)，中間件的使用是一個(gè)有效的優(yōu)化方案。

3 云環(huán)境下基于中間件的電子政務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體層次結(jié)構(gòu)

在我們的設(shè)計(jì)中，我們的云電子政務(wù)系統(tǒng)將分為四個(gè)層次：UI界面層、應(yīng)用服務(wù)層、中間件層、云基礎(chǔ)設(shè)施層。系統(tǒng)總體的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在圖2的這個(gè)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用服務(wù)層與中間件層構(gòu)成了電子政務(wù)系統(tǒng)的核心部分。由于該電子政務(wù)系統(tǒng)是基于中間件設(shè)計(jì)的，因此下面將會(huì)重點(diǎn)介紹中間件層的內(nèi)容設(shè)計(jì)，同時(shí)簡要介紹其他層次的內(nèi)容。

3.2 中間件層設(shè)計(jì)

在中間件層次中，我們引入了四類中間件：工作流中間件、消息處理中間件、文件管理中間件、認(rèn)證授權(quán)中間件。這四類中間件基本上涵蓋了電子政務(wù)系統(tǒng)工作流程中的所有步驟以及相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，調(diào)用這四個(gè)中間件即可構(gòu)成一個(gè)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電子政務(wù)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)或者框架。因此接下來介紹每個(gè)中間件設(shè)計(jì)的用途與特點(diǎn)。

3.2.1 工作流中間件

我們的工作流中間件支持流程建模，它的元模型基于WFMC規(guī)范[7]實(shí)現(xiàn)，對(duì)業(yè)務(wù)流程所具有的共性進(jìn)行完整的抽象與描述，模型中實(shí)現(xiàn)了規(guī)范中定義的包、流程、活動(dòng)等概念。現(xiàn)有大多數(shù)的電子政務(wù)系統(tǒng)都具有相似甚至相同的特征、過程，因此使用工作流中間件對(duì)現(xiàn)有這些系統(tǒng)進(jìn)行流程的抽象建模是必要的，有助于建立統(tǒng)一的流程標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，我們的工作流中間件還支持在WFMC規(guī)范基礎(chǔ)上的擴(kuò)展流程建模，因?yàn)閷?duì)于不同部門或者是不同地區(qū)的相同部門，電子政務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程也會(huì)有所差別，僅僅使用標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范流程是無法完整描述整個(gè)業(yè)務(wù)流程的，這就需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的流程模型進(jìn)行擴(kuò)展，補(bǔ)充各自業(yè)務(wù)流程所需的屬性元素。由于是基于標(biāo)準(zhǔn)流程模型進(jìn)行擴(kuò)展，因此不同電子政務(wù)系統(tǒng)的流程結(jié)構(gòu)仍然是統(tǒng)一的，不會(huì)影響系統(tǒng)之間的交互。

此外，該工作流中間件還支持靜態(tài)流程控制與動(dòng)態(tài)流程控制。靜態(tài)流程控制是指工作流引擎嚴(yán)格按照定義的業(yè)務(wù)流程驅(qū)動(dòng)相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)例的運(yùn)行，靜態(tài)運(yùn)行的工作流模式包括串型、并型、循環(huán)等，其中并型模式又包括了同步分叉、選擇分叉、選擇合并、同步合并。動(dòng)態(tài)流程控制則指的是在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，動(dòng)態(tài)決定某些步驟跳轉(zhuǎn)或者回退等。動(dòng)態(tài)流程控制使系統(tǒng)更加靈活，更符合電子政務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程需求。例如，對(duì)于一個(gè)具有審批流程的電子政務(wù)系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)行到流程中某一步時(shí)，發(fā)現(xiàn)前面某一步的審核結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，如果不能回退，那就意味需要停止當(dāng)前流程，然后從第一步重新開始，這會(huì)造成時(shí)間與人力的浪費(fèi)，如果支持回退，那就只需要回到出現(xiàn)問題的步驟重新開始即可。

3.2.2 消息中間件

我們的云電子政務(wù)系統(tǒng)采用消息中間件來處理系統(tǒng)運(yùn)行以及云平臺(tái)中各個(gè)電子政務(wù)系統(tǒng)之間交互的信息。消息中間件是指支持與保障分布式應(yīng)用程序之間同步/異步收發(fā)消息的一類軟件。通過提供消息傳遞與消息隊(duì)列模型，消息中間件可以在分布式環(huán)境下擴(kuò)展進(jìn)程間的通信，支持多硬件、軟件、語言、操作系統(tǒng)之間的消息通信，目前消息中間件的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為JMS和AMQP。消息中間件規(guī)范了消息的表示格式，能使不同電子政務(wù)系統(tǒng)之間的消息交換更為方便。同時(shí)，該中間件支持異步消息傳輸使得系統(tǒng)之間的通信不需要一方停下來等待另一方的回復(fù)。

3.2.3 文件管理中間件

文件管理中間件主要用于管理云電子政務(wù)系統(tǒng)中的各種文件，它使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來描述和組織系統(tǒng)中的文件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)文件數(shù)據(jù)的集中化管理。由于使用了統(tǒng)一的文件描述與組織標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)電子政務(wù)系統(tǒng)的文件就不再存在格式與形式方面的差異，能夠方便地進(jìn)行文件共享，跨系統(tǒng)使用文件不會(huì)再因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)不一致而造成問題。同時(shí)，文件管理中間件還能夠?qū)ξ募褂们闆r、文件生命周期、文件等級(jí)等進(jìn)行控制與管理，及時(shí)地備份使用率高的文件、回收銷毀過期的無價(jià)值文件，阻止對(duì)文件的越級(jí)查看。

3.2.4 認(rèn)證授權(quán)中間件

認(rèn)證授權(quán)中間件為各個(gè)系統(tǒng)管理用戶、分配權(quán)限提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與模式。該中間件的存在使各個(gè)部門在進(jìn)行角色管理時(shí)基于相同的認(rèn)證與授權(quán)模式，為各系統(tǒng)之間的跨部門合作奠定基礎(chǔ)，在跨部門訪問系統(tǒng)時(shí)，只需要按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)為其他部門的人員分配角色與權(quán)限，而不必再花費(fèi)其他成本來設(shè)計(jì)另外的權(quán)限分配方案。認(rèn)證授權(quán)中間件還可以為云電子政務(wù)系統(tǒng)提供一定的安全性防護(hù)，阻止不符合統(tǒng)一認(rèn)證授權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問，同時(shí)防止越級(jí)訪問等違規(guī)問題，以免造成重要信息的泄漏或者對(duì)系統(tǒng)的破壞。

3.3 其他層次描述

除了中間件層，我們的云電子政務(wù)系統(tǒng)還有UI界面層、應(yīng)用服務(wù)層、云基礎(chǔ)設(shè)施層這三層結(jié)構(gòu)。UI界面層是為用戶使用云電子政務(wù)系統(tǒng)提供交互的接口，如web頁面或者應(yīng)用程序的客戶端界面等。應(yīng)用服務(wù)層是調(diào)用中間件層實(shí)現(xiàn)的各個(gè)電子政務(wù)系統(tǒng)的具體應(yīng)用程序。云基礎(chǔ)設(shè)施層為電子政務(wù)系統(tǒng)提供了托管的環(huán)境，同時(shí)解決云電子政務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算等問題，基于政府部門安全性的考慮，云的類型采用私有云或者社區(qū)云較為合適。

4 結(jié)語

目前，電子政務(wù)系統(tǒng)在各政府部門得到了廣泛的應(yīng)用，這是追求效率的信息化社會(huì)大勢所趨。但是，現(xiàn)有電子政務(wù)系統(tǒng)從基礎(chǔ)設(shè)施到系統(tǒng)建立維護(hù)都是由各部門單獨(dú)負(fù)責(zé)，這不僅造成了設(shè)備與人力資源的浪費(fèi)，還因?yàn)楦飨到y(tǒng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)不一致而導(dǎo)致它們之間信息交互共享存在各種問題，形成信息孤島，影響了工作效率的進(jìn)一步提升。具有按需取用特點(diǎn)的云計(jì)算的提出，為解決資源浪費(fèi)問題指明了方向，而中間件則能抽象電子政務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)信息格式，制定統(tǒng)一的系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，消除各個(gè)電子政務(wù)系統(tǒng)之間的交互壁壘。由此，我們提出了云環(huán)境下基于中間件的電子政務(wù)系統(tǒng)，為電子政務(wù)系統(tǒng)的未來發(fā)展提供一些思路與建議。但是，我們的系統(tǒng)也存在著許多不足。首先，中間件層還有許多不完善的地方。其次，系統(tǒng)安全性沒有進(jìn)行足夠的考慮，這在新興的云環(huán)境中是一個(gè)較為嚴(yán)重的問題，云用戶對(duì)于云環(huán)境的安全與隱私有著更多的擔(dān)心。今后我們對(duì)于這些方面將進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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陳志遠(yuǎn),單位:佳都新太科技股份有限公司。