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(wù)體系架構(gòu)（service oriented architecture，SOA）的概念和云面向服務(wù)的理念，結(jié)合數(shù)字化校園建設(shè)從系統(tǒng)整合向服務(wù)整合的背景，給出了重慶醫(yī)科大學(xué)面向SOA的校園云架構(gòu)的搭建方案，結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化、數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用狀況，就校園云架構(gòu)實(shí)施情況以及實(shí)施過程中可能遇到的問題進(jìn)行探討。

關(guān)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(hào)：TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shè)的普及，早期建設(shè)過程中理念陳舊、技術(shù)手段落后、服務(wù)對(duì)象不明確等諸多原因?qū)е碌脑O(shè)備利用率低、資源配置不平衡、信息共享度低、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間信息孤島難以消除等諸多缺點(diǎn)[1-3]逐步凸顯出來。各高校開始努力建設(shè)數(shù)據(jù)中心，搭建統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)及統(tǒng)一門戶訪問平臺(tái)，致力于消除校內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息孤島，高等院校信息化建設(shè)正逐漸從業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成向服務(wù)整合階段轉(zhuǎn)變[4]，面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)云架構(gòu)能夠很好的滿足高校服務(wù)信息化建設(shè)需求，通過對(duì)面向服務(wù)的體系架構(gòu)SOA以及云服務(wù)的研究，將校內(nèi)分散的各種網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、計(jì)算、服務(wù)等資源整合起來，搭建合理的云架構(gòu)平臺(tái)，有效解決數(shù)字化校園建設(shè)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(wù)的概念

根據(jù)W3C、IBM對(duì)SOA的定義可以大致將SOA描述為一個(gè)組件模型或者程序體系結(jié)構(gòu)，其所有功能都定義為獨(dú)立的服務(wù)，應(yīng)用程序的不同功能單元通過這些服務(wù)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(dú)立于具體實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、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(wù)的重用性也不可或缺。SOA包括服務(wù)提供者、服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)中心三個(gè)實(shí)體[5-6]，其中服務(wù)中心主要為服務(wù)提供者提供注冊(cè)服務(wù)，受理服務(wù)請(qǐng)求者的服務(wù)請(qǐng)求，并將服務(wù)提供者的具體服務(wù)授權(quán)給服務(wù)請(qǐng)求者，三個(gè)實(shí)體之間的關(guān)系可以用圖1描述，依次實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間的注冊(cè)、請(qǐng)求、授權(quán)、綁定、執(zhí)行操作。

云計(jì)算將并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、SOA等科學(xué)概念進(jìn)行了融合和發(fā)展，思路是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算、存儲(chǔ)、操作等資源虛擬化構(gòu)成資源池，由統(tǒng)一的門戶進(jìn)行調(diào)度和管理，以便更好的服務(wù)用戶。按照計(jì)算模式云計(jì)算平臺(tái)大致可以分為三層，分別是軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS），平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service.PaaS）和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（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(qǐng)求者，PaaS層將兩者關(guān)聯(lián)起來?？梢钥闯?，云架構(gòu)可以看作是SOA的一種擴(kuò)展和深入應(yīng)用，SOA可以很好地迎合云面向服務(wù)的理念，運(yùn)用SOA理念組建云架構(gòu)，可以將已有應(yīng)用較好的融合進(jìn)來，為用戶提供更好、更靈活的服務(wù)。

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(wù)，分層設(shè)計(jì)模式能夠較好的表現(xiàn)架構(gòu)中不同部分的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)交換關(guān)系，是較為廣泛使用的設(shè)計(jì)方法。層次關(guān)系中，每一層表示相關(guān)的一組處理邏輯，組件的通用性越高，所放的層級(jí)越低[4，7]。根據(jù)云計(jì)算模式與云計(jì)算平臺(tái)的邏輯層次，考慮具體的實(shí)際，將重慶醫(yī)科大學(xué)校園云架構(gòu)規(guī)劃為四個(gè)層次：Iaas層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)展現(xiàn)層與SaaS層，如圖2所示，每一層次既能獨(dú)立提供服務(wù)，也能調(diào)用下一層服務(wù)并且為上一層提供服務(wù)接口。

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

第二層是數(shù)據(jù)層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理以及關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL及非關(guān)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(wù)系統(tǒng)層次，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換加載平臺(tái)（Extract-Transform-Load，ETL）及數(shù)據(jù)中心。

第三層是平臺(tái)展現(xiàn)層，負(fù)責(zé)運(yùn)行環(huán)境的部署和管理， 提供統(tǒng)一的管理平臺(tái)及通用服務(wù)接口。該層次中統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一身份認(rèn)證及授權(quán)平臺(tái)等通過WebService技術(shù)訪問相應(yīng)的服務(wù)器。

最上層是SaaS層，該層直接對(duì)終端用戶體驗(yàn)質(zhì)量負(fù)責(zé)，為用戶提供可定制的個(gè)性化服務(wù)。按照匯聚匯通的教學(xué)環(huán)境、充分整合的科研平臺(tái)、準(zhǔn)確智能的決策支持、實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)的校園安防、節(jié)能環(huán)保的校園生態(tài)、豐富即時(shí)的公共服務(wù)等六大服務(wù)體系構(gòu)想及師生的需求逐步推出個(gè)性化軟件服務(wù)。

1.3 私有云應(yīng)用

我校正在建設(shè)的私有云應(yīng)用涉及行政、教學(xué)、科研等多個(gè)層面。建設(shè)過程中與相應(yīng)職能部門緊密協(xié)作，從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)整合、集中授權(quán)和統(tǒng)一門戶入手，建設(shè)專業(yè)化的共享數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)的共享；對(duì)跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的工作進(jìn)行流程再造， 逐步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的高度整合，最終實(shí)現(xiàn)全校范圍的業(yè)務(wù)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(jià)值的數(shù)據(jù)信息，實(shí)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(shí)施

我校云架構(gòu)實(shí)施的過程中，基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)平臺(tái)是具體的資源，門戶展現(xiàn)是服務(wù)受理的窗口，教學(xué)科研、決策支持、校園安防、公共服務(wù)等師生需求是建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)，大數(shù)據(jù)決策支持是很重要的服務(wù)形式。

2.1 IaaS的實(shí)現(xiàn)

⑴ 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

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

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

校園的車閘、門禁、實(shí)驗(yàn)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(jìn)行管理。

⑵ 基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化

虛擬化技術(shù)是推動(dòng)云計(jì)算發(fā)展的動(dòng)力之一，能夠提高硬件和軟件資源復(fù)用性和利用率、保證系統(tǒng)資源的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性和便捷部署，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的協(xié)同工作、統(tǒng)一管理和不間斷維護(hù)能力，便于網(wǎng)絡(luò)遷移和故障恢復(fù)，提升安全性能。

我校在基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化上采購的系列設(shè)備有：能夠提供虛擬化服務(wù)、提供高性能計(jì)算及數(shù)據(jù)庫支持保障的曙光天闊A840r-G虛擬化服務(wù)器；支持多操作系統(tǒng)、雙冗余、熱拔插的存儲(chǔ)系統(tǒng)曙光DS800-F10；可以方便的對(duì)集群系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，負(fù)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(guān)的曙光DCLB-1200負(fù)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(fù)載均衡技術(shù)，我校基礎(chǔ)設(shè)施已基本實(shí)現(xiàn)硬件虛擬化和應(yīng)用虛擬化，并配備了資源管理和負(fù)載均衡的服務(wù)設(shè)備，形成了不同的資源池。目前重醫(yī)主要的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及中心數(shù)據(jù)庫均已部署在了虛擬化服務(wù)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(bào)修系統(tǒng)、課件系統(tǒng)、正方系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)等。

2.2 數(shù)據(jù)層建設(shè)

我校的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)初見雛型，數(shù)據(jù)中心建設(shè)拓?fù)鋱D如圖2的數(shù)據(jù)層所示，業(yè)務(wù)系統(tǒng)層按照學(xué)校具體的業(yè)務(wù)邏輯，規(guī)劃了教學(xué)、人財(cái)物科研、學(xué)生、公共服務(wù)四個(gè)數(shù)據(jù)子中心，以教學(xué)子中心為例，將教務(wù)系統(tǒng)、MooC平臺(tái)、虛擬教學(xué)資源等與教學(xué)相關(guān)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(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(wù)邏輯劃分為存放數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件的基礎(chǔ)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(jì)分析、公共服務(wù)、教學(xué)科研、財(cái)務(wù)資產(chǎn)、安防環(huán)保等具體主題進(jìn)行建設(shè)的系列主題庫。

2.3 平臺(tái)展示

⑴ 統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)

統(tǒng)一身份認(rèn)證服務(wù)平臺(tái)登陸界面如圖3所示，包含四個(gè)功能模塊。①用戶資料的統(tǒng)一管理：通過統(tǒng)一的接口，對(duì)用戶資料進(jìn)行統(tǒng)一的管理，集中的存儲(chǔ)，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(rèn)證與授權(quán)：對(duì)使用應(yīng)用系統(tǒng)的用戶身份通過統(tǒng)一的接口進(jìn)行認(rèn)證，授予用戶相應(yīng)的使用權(quán)限；③單點(diǎn)登錄：應(yīng)用目前最適合實(shí)現(xiàn)SOA的WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登陸，為云服務(wù)架構(gòu)提供了技術(shù)支撐。④對(duì)已有系統(tǒng)的集成：充分利用現(xiàn)有資源，和已有系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接。

統(tǒng)一身份認(rèn)證服務(wù)的層次結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，最下層是存儲(chǔ)用戶賬號(hào)及權(quán)限信息的數(shù)據(jù)庫。第二層是各服務(wù)接口的功能實(shí)現(xiàn)，包括身份認(rèn)證及授權(quán)，賬號(hào)、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(rèn)證服務(wù)接口是具體向外提供服務(wù)的接口，包含身份認(rèn)證及授權(quán)服務(wù)的接口，賬號(hào)管理服務(wù)的接口，權(quán)限管理服務(wù)的接口等；最上層包含各應(yīng)用系統(tǒng)（C/S，B/S結(jié)構(gòu)等），它們是統(tǒng)一身份認(rèn)證服務(wù)的客戶。

⑵ 基于單點(diǎn)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(yīng)用程序，同時(shí)通過可訂制的門戶渠道傳遞繼承的內(nèi)容、應(yīng)用程序和服務(wù)，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(shè)中系統(tǒng)集成、信息整合和個(gè)性化信息服務(wù)的問題。

為降低用戶管理的成本，提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，采用基于LDAP的目錄服務(wù)開發(fā)了統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了校園網(wǎng)用戶權(quán)限的分級(jí)、分層管理，并充分利用目錄服務(wù)的樹狀信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、快速響應(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)權(quán)限管理的維護(hù)量。

2.4 SaaS層的實(shí)施

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

⑴ 建立校園用戶個(gè)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(gè)人相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)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(xiàng)結(jié)果，為用戶了解自己在校的學(xué)習(xí)、教學(xué)、科研情況提供依據(jù)。

⑵ 提供決策支持，通過對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘、分析和預(yù)測(cè)，可以全面的了解校內(nèi)人員活動(dòng)、課程設(shè)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(xué)生在就業(yè)時(shí)表現(xiàn)相對(duì)較差，學(xué)校教務(wù)可以針對(duì)這部分學(xué)生增開語言類課程；通過對(duì)師生乘坐校車次數(shù)、各時(shí)間段乘車密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以幫助后勤管理部門合理安排校車班次。

⑶ 個(gè)性化學(xué)習(xí)，通過分析師生對(duì)教學(xué)、科研資源的訪問情況、學(xué)習(xí)進(jìn)展、互動(dòng)信息等分析師生的學(xué)習(xí)行為、興趣愛好以便為學(xué)生推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案乃至就業(yè)指導(dǎo)，為老師推薦個(gè)性化的科研教學(xué)素材。

⑷ 校園用戶行為分析，通過對(duì)學(xué)生日常消費(fèi)、上網(wǎng)行為、圖書館刷卡記錄、考試成績等分析可以評(píng)估、指導(dǎo)學(xué)生的日常行為；通過分析學(xué)生對(duì)社會(huì)和校園熱點(diǎn)事件的互動(dòng)情況可以快速的掌握網(wǎng)絡(luò)輿情動(dòng)向、合理引導(dǎo)學(xué)生正確的表達(dá)觀點(diǎn)、避免被別有用心的分子煽動(dòng)利用。

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

3 結(jié)束語

本文對(duì)重慶醫(yī)科大學(xué)數(shù)字化校園建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，基于SOA面向服務(wù)的理念和分層設(shè)計(jì)的思想，設(shè)計(jì)了一種校園云架構(gòu)，并探討其具體的實(shí)施策略，以期對(duì)同類設(shè)計(jì)有借鑒意義。

下一步工作主要集中在現(xiàn)有云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要注意的問題上。由于虛擬機(jī)和應(yīng)用程序負(fù)荷的稠密性，需要考慮云網(wǎng)絡(luò)帶寬峰值以便提供低延遲和彈性的服務(wù)來保障數(shù)據(jù)遷移以及云計(jì)算的能力；為了提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)突發(fā)流量及快速應(yīng)對(duì)單點(diǎn)故障的能力，需要考慮網(wǎng)管軟件是否具有足夠高的實(shí)時(shí)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(wù)流程的再造是否切合實(shí)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(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)。

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