基于J2EE和云計算的智慧社區架構設計

王令群, 何世鈞， 袁小華， 張術臺

(上海海洋大學 信息學院, 上海 201306)

0 引 言

智慧社區的建設目的是對內提供社區業務管理，對外提供社區宣傳，而住戶則于安全居家的同時，既能獲取信息資訊，還能處理相關業務。為此，在智慧社區建設中，需對：智慧社區需滿足社區管理和住戶對社區安防、設備管理和信息通訊等的多種需求；社區系統架構和技術在不斷革新和變化；智慧社區多在現有硬件設施和管理系統的基礎上進行，涉及到對現有信息資源的整合和集成等，提出有效方案。

在現有智慧社區建設中，文獻[1-2]將智慧社區劃分為設備控制和信息兩個模塊，文獻[3-5]劃分為安防、設備管理和信息通信系統三個組成，文獻[6]按功能將智慧社區劃分為感知、網絡層、平臺層、業務層等四個層次；針對社區控制，文獻[2,4,7]認為分布式控制存在諸多不足，提出了基于LonWorks的現場總線控制，文獻[7]還給出基于LonWorks的社區測控系統控制節點的信號采集和設備管理實現過程；針對硬件集成，文獻[3,8]提出的網絡集成模式主張成本低但抗干擾能力弱的的多網合一，文獻[2,4,7]主張采用成本高但安防性能強的現場總線控制；針對軟件集成，文獻[5]提出基于多平臺集成，其中C/S模式用于構建小區安防和物業管理系統，B/S用于建立信息通信系統，在基于Web Services[2,9-10]的系統集成方面，主要有J2EE[2]和ROR[9]的兩種集成方案，前一方案過于簡略，后者基于的ROR尚不能承載大型系統設計。在智慧社區的網絡接入方式上，主要有xDsL、HFC、寬帶無線(LMDS) HomePNA和以太網等接入方案[8,11]。

總體看來，現有解決方案主要考慮的是對第一個問題的解決，對第二和第三個問題考慮較少。考慮到J2EE支持對復雜、可移植性、安全和可再用軟件體系的設計開發，是廣泛被采用的技術框架，云計算虛擬化技術則支持信息系統對基礎資源的動態管理，因此基于J2EE和云計算對智慧社區進行架構設計，對智慧社區建設的上面三個問題，提出了系統的解決方案。

1 總體設計

在分析了智慧社區的建設目標的基礎上，將給出基于J2EE和云計算的智慧社區云平臺總體架構。

1.1 智慧社區建設目標

智慧社區云平臺不僅對內實現社區管理和信息服務，對外作為智慧城市的組成部分，還為智慧城市提供構件服務，因此智慧社區主要需求如圖1所示。

圖1 智慧社區需求

依據上述需求，智慧社區建設要實現業務和技術兩個方面的目標：在業務方面，實現社區業務管理、安防、信息通訊等豐富功能；在技術方面，整合社區現有信息資源，建立穩定運行的、方便擴展和開放的平臺。

1.2 智慧社區的總體架構

依據智慧社區的建設目標，基于業務驅動、現有資源整合、適應集成和擴展的原則，對智慧社區的內部組成、外部環境及相互關系，進行了設計，形成如圖2所示的社區總體架構。

1.2.1內部組成

為方便開發和管理，對智慧社區由頂向下，分為應用層(SaaS)，計算和集成與交換層(PaaS)，以及軟平臺支撐層(IaaS)等三層。其中：

(1) SaaS層提供智慧社區的應用。包括：構建智慧社區的多個門戶，實現社區管理、小區服務等；智慧社區的平臺用戶可訂購相應門戶及應用。

(2) PaaS層支持構件開放和第三方的應用接入。包括：為SaaS的功能開發提供BI支持類、應用引擎類等多種構件服務；通過ESB實現平臺內外部應用整合；通過數據存儲的分層，提供數據應用和數據共享。該層包含的基礎軟件為操作系統、數據庫和中間件等。

(3) IaaS向居民、物業，提供智慧社區的訪問通道。該層部署于包含了各種基礎設施云的云平臺上。

1.2.2外部環境

智慧社區與外部環境間的關系為：電信系統為智慧社區提供網絡接入和信息通訊；智慧社區與國家基礎數據系統之間進行數據交換；以及為智慧城的其他項目提供應用接入。

3 架構設計

基于J2EE和省級的云計算中心，給出了智慧社區的軟件、數據、業務及基礎平臺的架構。因篇幅限制，智慧社區的網絡與安全架構省略。

2.1 軟件架構

智慧社區的軟件架構上需解決三個特殊問題:① 需考慮軟件平臺內部多個子系統的集成，以及與外部的協調；② 平臺的業務應用需調用若干基礎構件，而基礎構件存在交集；③ 需求的變化和技術革新。

對此，基于先進性、靈活性和可擴展性等原則，我們對智慧社區平臺的軟件的思路是：對復雜的軟件體系進行分層設計，以解決第1個問題；對基礎構件建進行抽取，形成一個通用的公共服務層，以解決第2個問題；采用面向服務的架構(SOA，Service Oriented Architecture)，通過對現有服務的復用和新業務需求擴展的支持,以解決第3個問題,從而形成如圖3所示的分層式的、可抽取和替換的智慧社區軟件架構設計。

在智慧社區軟件的分層設計中，各層向下依賴。其中：

(1) 展現層。展現層是智慧社區平臺的用戶入口，負責接收輸入和呈現輸出，進行用戶驗證，處理功能模塊和平臺通信間的交互。該層設計中采用MVC三層體系，并融入了Web2.0的Web3.0的理念，特別是AJAX特性，以實現豐富的用戶體驗；選用技術成熟Struts2框架做為技術實現。

(2) 服務層。服務層中包含了智慧社區業務所需的各種服務,依據業務邏輯，完成服務的組裝。該層的設計中我們采用接口與實現分離的思路。具體說：① 基于面向對象的思想，由抽象層中的抽象類及接口(即圖中的“服務接口”)規定具體類的特征，而由抽象類的派生類(圖中的“服務實現”)定制各自的行為。② 采用IoC框架提供的依賴注入(Dependency Injection)，實現服務接口與具體實現的分離;③ 由事務管理(Transaction Manager)模塊管理被整合的服務的有效性。

圖2 智慧社區的系統架構

圖3 智慧社區的軟件架構設計

(3) 業務邏輯層。該層是軟件架構的核心層，負責業務規則的制定和業務流程的實現。該層在數據訪問層與服務層之間實現數據交換，是前者的調用者，被后者調用，如何實現兩種依賴關系的解耦，是軟件架構設計的關鍵，對此，我們在業務邏輯層的幾個模塊中，分別：依賴IoC框架定義業務邏輯接口和其具體實現；采用JBoss Rules(Drools )作為規則引擎；采用JBoss jBPM(Java Business Process Management)實現業務流程。

(4) 數據訪問層。數據訪問層隱藏對數據庫的操作細節，隔離業務邏輯層與數據庫，增加代碼的重用。該層的各模塊中: 數據訪問組件建立應用程序與數據庫之間的聯系,我們采用JDBC對其實現；對象關系映射(ORM)轉換數據形式，解決面向對象數據庫與關系數據庫間的匹配問題，我們采用Hibernate對其實現；而連接池創建和管理連接的緩沖池，以改善用戶應用程序的性能，其實現采用dbcp。

(5) 公共組件服務層。公共服務層提供與業務無關的基礎公共服務,相應服務以構件方式組裝，通過平臺服務目錄對外提供服務。

(6) IoC框架?？刂品崔D(Inversion of Control，IoC)，關注組件的依賴性、配置以及生命周期，在設計中，我們采用IOC：描述創建各類對象的方式；描述各個組件所需的服務。在智慧社區平臺軟件架構中，我們選用主流的Spring做為IoC框架。

2.2 智慧社區的數據架構

在智慧社區中，我們將所包含的實體和關系劃分為5個主題域，包括：參與者、服務、內容、交互和地域。各個主題域之間的關系如圖4所示。其中：

(1) 參與者主題域。指系統的所有用戶，包括居民、社區管理者、商家等多種實體，其中居民以計生委為準，按民政、公安的需求加以細化，其他以系統需求為準。

(2) 服務主題域。指參與者提供的所有服務，包括志愿者服務、商品、產品等，其中志愿者服務按照社區提供的需求設計和細化，另兩者分別依據電信和商家的需求設計和細化。

圖4 智慧社區信息的主題域及其關系

(3) 內容主題域。是指系統內的所有信息，包括新聞、通知公告、文檔等，其中，通知公告以社區需求為準，其他以可快速檢索和可擴展為原則設計。

(4) 交互主題域。是指參與者之間所關聯的事件，包括交易、共享、信息推送等。主要設計居民之間、以及居民與商家、社區管理者等間的交互過程。

(5) 地域主題域。是指社區所在的地域空間，可

按行政區域劃分、郵政與電信區域劃分等需求，進行設計。

2.3 業務功能

智慧社區為用戶提供通訊和信息資源共享，并支持社區的業務協同管理和設施管控，為此我們設計了門戶、業務和能力等三方面的功能。

2.3.1門戶群功能

在智慧社區門戶網站群中，主要包括從省到社區及部落的各級社區門戶網站。其中：社區門戶網站欄目包括社區政務、便民服務等；部落門戶網站為由相同興趣愛好的居民提供在線交流；“智慧社區平臺管理門戶網站”定制門戶模板的欄目和信息，自助建網，并對用戶、運行和系統進行管理；“智慧社區平臺運營門戶網站”則作為平臺運營的門戶，主要負責用戶(商家)注冊、用戶行為分析等。門戶網站群的組成與邏輯關系，如圖5所示。

圖5 智慧社區門戶網站群架構

2.3.2應用功能

應用分為專有應用和公共應用兩類。其中：專有應用專門為居委會、居民、商家和第三方等提供管理服務；公共應用面向所有用戶提供各種通訊和信息服務。

2.3.3能力

能力是指智慧社區系統中的各類構件的功能實現。相應構件作為可復用的軟件模塊，可提供給系統內部和第三方調用。本系統能力包含的主要控件類別如圖6所示。

圖6 智慧社區的能力架構

2.3.4云平臺設計

基于云計算的虛擬化技術，設計了智慧社區云平臺，該平臺內各種物理資源，分別被虛擬化為計算、存儲和網絡的資源池，以支持對社區物理資源管理上的動態架構和調配。智慧社區的云平臺架構如圖7所示。

3 實現實例

在福建廈門的四個智能社區建設中，采用了我們提出的基于J2EE和云計算的解決方案，其中，建成后的廈門某智慧社區信息平臺。因其內容和功能完整，技術先進和系統管理方便，已在我國智能社區建設中被推薦加以推廣。

圖7 智慧社區云平臺架構

4 結 語

建設智慧社區需要考慮復雜的業務需求，需求變化與技術擴展，以及對現有信息資源的整合等問題?，F有的智慧社區解決方案尚未對這三個問題系統地解決，為此，基于J2EE和云計算虛擬化技術，我們提出一個較為系統的智慧社區解決方案，對智慧社區的總體結構，以及軟件、業務、數據和設施平臺的架構等，進行了設計，其中對一些關鍵技術的選型進行了說明。本解決方案在福建廈門智慧社區的成功應用，說明其可資參考。

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