面向SOA的校園云架構搭建研究*

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（service oriented architecture，SOA）的概念和云面向服務的理念，結合數字化校園建設從系統整合向服務整合的背景，給出了重慶醫科大學面向SOA的校園云架構的搭建方案，結合基礎設施虛擬化、數據中心建設以及大數據分析應用狀況，就校園云架構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； 數字化校園； 大數據； 虛擬化； 云架構

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

隨著數字化校園建設的普及，早期建設過程中理念陳舊、技術手段落后、服務對象不明確等諸多原因導致的設備利用率低、資源配置不平衡、信息共享度低、各業務系統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據中心，搭建統一身份認證平臺及統一門戶訪問平臺，致力于消除校內業務系統之間的信息孤島，高等院校信息化建設正逐漸從業務系統集成向服務整合階段轉變[4]，面向服務的網絡云架構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SOA以及云服務的研究，將校內分散的各種網絡、存儲、計算、服務等資源整合起來，搭建合理的云架構平臺，有效解決數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

1.1 SOA與云服務的概念

根據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構，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系起來，接口。

以中立方式定義且獨立于具體實現服務的硬件平臺、操作系統及編程語言。

SOA的架構是松耦合的、抽象的、自制的，契約是規范化的，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，依次實現實體之間的注冊、請求、授權、綁定、執行操作。

云計算將并行計算、分布式計算、網格計算、SOA等科學概念進行了融合和發展，思路是對網絡的計算、存儲、操作等資源虛擬化構成資源池，由統一的門戶進行調度和管理，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層將兩者關聯起來。可以看出，云架構可以看作是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，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

校園云架構面向SOA也即面向服務，分層設計模式能夠較好的表現架構中不同部分的靜態及動態交換關系，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，將重慶醫科大學校園云架構規劃為四個層次：Iaas層、數據層、平臺展現層與SaaS層，如圖2所示，每一層次既能獨立提供服務，也能調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，便于上層按需調用，保證資源的可用性，為云計算奠定基礎。

第二層是數據層，負責數據的存儲和管理以及關系型數據庫SQL及非關系型數據庫NoSQL數據的轉換和處理。這一層按照邏輯劃分為具體的業務系統層次，數據轉換加載平臺（Extract-Transform-Load，ETL）及數據中心。

第三層是平臺展現層，負責運行環境的部署和管理， 提供統一的管理平臺及通用服務接口。該層次中統一門戶、統一身份認證及授權平臺等通過WebService技術訪問相應的服務器。

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境、充分整合的科研平臺、準確智能的決策支持、實時聯動的校園安防、節能環保的校園生態、豐富即時的公共服務等六大服務體系構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作，從標準規范、數據集成、業務整合、集中授權和統一門戶入手，建設專業化的共享數據庫，實現各部門數據的共享；對跨業務系統的工作進行流程再造， 逐步實現業務的高度整合，最終實現全校范圍的業務重構；基于中心數據庫做數據分析挖掘、提供有價值的數據信息，實現用數據說話、用數據管理、用數據決策、用數據創新。

2 校園云架構實施

我校云架構實施的過程中，基礎設施和數據平臺是具體的資源，門戶展現是服務受理的窗口，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點，大數據決策支持是很重要的服務形式。

2.1 IaaS的實現

⑴ 網絡基礎設施

我校現有網絡具有較強的鏈路聚合能力以及高性能的數據交換能力，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；新老校區萬兆光纖直連，出口關鍵節點端口達到萬兆速率，提供充足的交換性能，能夠按需劃分網絡資源。

無線網絡由三大運營商投建的五個SSID共同組成，可以實現內外網的無縫接入；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，保證了網絡接入的合法性及業務系統的分權訪問；建立了一套基于FCIP的存儲災備系統，在新老校區之間異地容災備份，保證了重要數據的存儲安全。

校園的車閘、門禁、實驗器材的管理等采用物聯網技術接入校園網統一進行管理。

⑵ 基礎設施虛擬化

虛擬化技術是推動云計算發展的動力之一，能夠提高硬件和軟件資源復用性和利用率、保證系統資源的動態擴展性和便捷部署，實現多臺設備的協同工作、統一管理和不間斷維護能力，便于網絡遷移和故障恢復，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據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、雙冗余、熱拔插的存儲系統曙光DS800-F10；可以方便的對集群系統進行多種管理操作的曙光Gridview 2.5集群管理系統；曙光PowerConf 2.0集群節能系統；可以適應不同的網絡環境，負載調度策略豐富，完全的冗余可靠且集成多種安全技術，操作系統無關的曙光DCLB-1200負載均衡器；曙光SKVM IV原廠大規模視頻切換管理系統KVM。

通過虛擬化技術和負載均衡技術，我校基礎設施已基本實現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。目前重醫主要的業務系統及中心數據庫均已部署在了虛擬化服務器上，如上網行為管理系統、郵件系統、OA系統、人事系統、研究生系統、報修系統、課件系統、正方系統、統一身份認證系統等。

2.2 數據層建設

我校的數據庫平臺初見雛型，數據中心建設拓撲圖如圖2的數據層所示，業務系統層按照學校具體的業務邏輯，規劃了教學、人財物科研、學生、公共服務四個數據子中心，以教學子中心為例，將教務系統、MooC平臺、虛擬教學資源等與教學相關的資源統一梳理，以便流程再造和數據挖掘；數據交換層次主要將業務系統的數據按照數據標準進行清洗、轉換、抽取到數據中心；數據中心按照業務邏輯劃分為存放數據標準及相關文件的基礎庫，用于數據交換的交換庫，存放結果數據和特定狀態數據的大而全的歷史庫，按照統計分析、公共服務、教學科研、財務資產、安防環保等具體主題進行建設的系列主題庫。

2.3 平臺展示

⑴ 統一身份認證平臺

統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用戶資料的統一管理：通過統一的接口，對用戶資料進行統一的管理，集中的存儲，避免因數據冗余帶來的數據同步等方面的麻煩；②用戶身份的認證與授權：對使用應用系統的用戶身份通過統一的接口進行認證，授予用戶相應的使用權限；③單點登錄：應用目前最適合實現SOA的WebService技術實現單點登陸，為云服務架構提供了技術支撐。④對已有系統的集成：充分利用現有資源，和已有系統進行無縫對接。

統一身份認證服務的層次結構圖如圖4所示，最下層是存儲用戶賬號及權限信息的數據庫。第二層是各服務接口的功能實現，包括身份認證及授權，賬號、權限的統一管理以及系統日志等；第三層的統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服務的接口，賬號管理服務的接口，權限管理服務的接口等；最上層包含各應用系統（C/S，B/S結構等），它們是統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技術構建的校園信息門戶可以集成已有的信息系統和Web應用程序，同時通過可訂制的門戶渠道傳遞繼承的內容、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，解決了數字化校園建設中系統集成、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，提高應用系統的開發效率，采用基于LDAP的目錄服務開發了統一用戶管理系統，實現了校園網用戶權限的分級、分層管理，并充分利用目錄服務的樹狀信息存儲結構、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，減少了各應用系統權限管理的維護量。

2.4 SaaS層的實施

該層的建設主要體現在大數據的分析應用層面，校園內每天都有大量的生產數據，如教學數據、科研數據、學生的獎懲數據、安防監控數據等，這些數據中既包括人事、科研、教學、財務、一卡通等具體業務系統產生的結構化數據也包括視頻教學資源、宣傳公文、微信圖片等非結構化的數據。對這些結構化和非結構化的數據進行采集、清洗、存儲、分析和挖掘，發現無序數據隱藏的價值是很有意義且至關重要的。通過對大數據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，同時還可以通過信息整合，提高用戶校園生活體驗等[5-6]。校園大數據應用涉及但不限于以下層面。

⑴ 建立校園用戶個人數據中心，校園用戶可以通過統一的入口，方便的查看個人相關數據，同時通過大數據處理技術，可以看到數據分析和整理的各項結果，為用戶了解自己在校的學習、教學、科研情況提供依據。

⑵ 提供決策支持，通過對數據的挖掘、分析和預測，可以全面的了解校內人員活動、課程設置以及資源配置的情況。如通過分析發現高考語文成績偏低的學生在就業時表現相對較差，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、各時間段乘車密度等數據進行分析，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，大數據分析和挖掘的全過程均需要制定嚴格的管理規定和權限控制策略[8]，在對數據挖掘利用同時，需注重數據安全和用戶的隱私保護。

3 結束語

本文對重慶醫科大學數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，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有云網絡架構需要注意的問題上。由于虛擬機和應用程序負荷的稠密性，需要考慮云網絡帶寬峰值以便提供低延遲和彈性的服務來保障數據遷移以及云計算的能力；為了提高實時監測云網絡應對突發流量及快速應對單點故障的能力，需要考慮網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，數據中心的同步抽取策略是否合理，業務流程的再造是否切合實際，再造后的流程是否與面向SOA的云架構體系理念相悖等均需要在實踐中進一步檢驗。

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