云計算環境下城市基礎信息庫的研究

劉 娜，曾 成，崔雪嬌，徐占然

（河北工業大學 電子信息工程學院，天津 300401）

0 引 言

當前城市基礎信息的存儲模式多為“條塊分割”模式[1]，此類管理模式帶來的問題顯而易見：一方面各部門信息系統重復建設，信息重疊造成大量浪費[2]；另一方面，在管理中存在盲區，且必須避免信息泄露等危險。城市基礎信息庫由自然人、社會法人、社會公共等信息構成。城市基礎信息是重要的信息資源，但這些信息目前獨立存儲在政府部門，不利于保障數據的一致性、準確性和完整性。城市基礎信息庫的建設是為了全面消除信息孤島問題[3]，將城市基礎信息在一個統一的共享數據庫中存儲和管理，為各政府業務部門提供數據支撐。隨著近年來云計算技術的迅猛發展，利用云計算環境部署城市基礎信息庫，充分發揮云計算虛擬化[4]、按需提供服務等優勢，能夠加強信息資源整合、促進政府業務部門信息可跨越部門和層級共享，提高基礎設施使用率，降低系統建設成本[5]。

1 云計算環境下城市基礎信息庫部署

相對于傳統的數據庫部署方式，將數據庫部署在各部門的服務器中，云計算環境下的城市基礎信息庫部署具有更高效的特點。按照系統的部署方案，利用云計算中心平臺進行部署。即通過動態虛擬方式將系統部署在云計算中心的服務器，將一臺云計算中心服務器的資源虛擬為多個互相隔離、互不干擾的系統環境，既可保證數據安全，又可有效利用硬件資源。使用云平臺硬件中的一臺私有云服務器虛擬出兩臺應用服務器、一臺Web服務器和兩臺數據服務器，且可動態分配。系統服務器設置拓撲圖如圖1所示。

當增添城市基礎信息庫用戶時，可以增加Web服務器，實現負載均衡。同時可以增設應用服務器，形成集群訪問，提高系統速度和系統穩定性。城市基礎信息庫系統部署在專網內，相對外網可獨立運行。

圖1 系統服務器設置拓撲圖

2 數據采集

城市基礎信息庫從部門業務數據庫中采集數據。部門業務數據庫來源于各部門采集的業務信息以及通過對接上一級電子政務數據交換平臺獲得的部門業務信息。隨著云計算數據中心的建設，一部分部門業務數據庫已遷移到云計算中心，另一部分部門業務數據庫仍儲存于之前的單位中。根據部門業務數據庫的兩種不同部署方式，可通過兩種方案實現城市基礎信息庫對部門業務數據庫的采集。

城市基礎信息庫對在云計算數據中心部署的部門業務數據庫的數據進行采集時，需要解決數據庫間的差異問題。一方面是數據庫管理系統的不同，另一方面是數據庫設計結構的區別。針對數據庫管理系統的差異，城市基礎信息庫采用JDBC接口屏蔽差異。JDBC是一種使用Java語言編寫的數據庫接口，應用程序采用同樣的源代碼，通過加載JDBC驅動程序訪問不同的數據庫管理系統[6]。針對數據庫設計結構的差異，城市基礎信息庫信息采集通過一組標準統一的數據庫訪問服務，利用客戶端與服務器交互操作來解決數據庫設計結構的差異問題。首先由客戶端向服務器端發送訪問數據的請求，待服務器接收到該請求后，通過調用數據庫訪問接口的方式處理該請求，然后由服務器端將處理結果發送到客戶端。

城市基礎信息庫基于ESB（企業服務總線）數據交換平臺，實現了對部署在原單位部門業務數據庫的數據采集[7]。ESB本質上是一種新型、開放的中間件技術。中間件是處在平臺和應用程序之間的服務程序或系統軟件[8]，支持標準的協議和接口。中間件模型如圖2所示。

圖2 中間件模型

ESB提供了標準的消息機制，使用面向消息的中間件（MOM）[9]等方式實現異構系統的互連互通。數據共享交換平臺為信息采集提供了安全可靠的通道，面向客戶時屏蔽了底層的網絡協議等信息。利用數據共享交換平臺從部門業務數據庫中獲取數據的過程是通過編程把數據從部門業務數據庫中提取出來，然后傳送到數據交換平臺，城市基礎信息庫可從數據共享交換平臺中獲取需要的數據。

3 數據比對

在城市基礎信息庫的整合過程中，由于政府部門系統存在差異等原因，收集的數據常存在數據重復、數據項缺失、數據標準不同、數據錯誤等問題。因此，為確保數據的準確性，數據比對是至關重要的環節[10]。

如果將需要比對的數據依次與各部門數據進行比對，那么系統運行效率極為低下。建議采用基準數據的方法，從公安局、工商局與質監局等整合的數據中提取出能夠精確定位到個人、法人的精確字段作為基準數據。系統將由數據交換平臺傳輸到數據中心的數據存入比對中間庫，進行數據預處理。數據比對系統提取需要比對的數據，根據比對規則對照比對索引表中的基礎數據進行比對。將能夠比對的數據中基礎信息表中需要的字段信息記錄到基礎信息表中。無法比對的數據則成為疑問數據并將結果輸出，由數據交換系統將結果返回給數據提供方。業務部門按照提交的疑問數據報告再次核對，更正后重新錄入。數據比對流程如圖3所示。

4 數據交換

為滿足城市基礎信息庫與政府部門業務數據庫的數據交換需求，完成數據一次采集后各系統共享的目的。本系統采用集中交換模式和分布交換模式相結合的混合交換模式，該信息交換模式具有“一數一源、一源多用”等特點。數據交換模型如圖4所示。

系統實現城市基礎信息庫與業務部門的數據交換業務，形成高效的數據交換網絡。政府部門業務應用系統部署在電子政務網絡上。城市基礎信息庫的數據交換采用信息交換橋接系統和前置數據庫共同完成。在前置設備上建立交換數據庫，與部門業務數據庫連接，交換數據庫是與業務數據庫隔離的、參與政務部門間數據交換的臨時數據庫，用以存儲對外發布和接收的信息。信息交換橋接系統部署在各部門自己的前置設備上，負責從部門業務應用系統中提取需要發送和對外共享的數據，保存到前置數據庫并從前置數據庫中提取信息保存到業務數據庫，完成部門業務系統與前置數據庫之間的數據在線實時交換。中心交換節點管理前置交換系統的數據交換服務，并按照需要建成共享的基礎信息庫。

圖3 比對流程圖

圖4 數據交換模型

5 數據安全訪問控制

城市基礎信息庫的開發需要建立訪問控制機制解決數據訪問的安全問題。訪問控制的目的是防止未經授權而對資源進行訪問的行為。基于角色的訪問控制RBAC是解決大型應用系統資源訪問控制安全有效的途徑。在城市基礎信息庫底層利用RBAC的訪問控制實現對城市基礎信息的分權管理。創建不同的角色實現對城市基礎信息的查閱、修改、插入等分級分權操作。角色在RBAC體系里是一個核心的安全屬性[11]。通過給用戶分配角色，給角色分配權限實現人員的權限控制。每個角色可能獲得多個權限，而每個權限也可能被賦予多個角色。同時，每個用戶可以承擔多種角色，每種角色也可以對應多個用戶。角色分配要按照之前確定的靜態約束關系來分配。在權限分配時依照最小特權的基本原則[12]，把角色配置為最小的權限集，在確保角色能夠充分使用職權的同時又不超出職權范圍。角色、用戶、權限三者間的關系如圖5所示。

圖5 基于角色的訪問控制模型

依據采用的RBAC訪問控制方法，系統管理員根據需要規劃出具有一定職能的角色，并為每個角色賦予特定的權限。在管理過程中，面對大量用戶時，只需針對角色授予權限或撤銷權限即可，無需對用戶進行逐一的授權或撤銷權限操作。

6 結 語

在云計算環境的背景下，本文對構建城市基礎信息庫框架中遇到的數據庫部署、數據采集、比對、交換、安全訪問等關鍵問題，提出了行之有效的解決辦法。在今后的研究過程中，數據的實時更新、大數據挖掘、統計分析、數據檢索等方面是需要進一步研究的課題。

[1]王書偉.大數據時代政府部門間信息資源共享策略研究[D].長春：吉林大學，2013.

[2]龍健.政府基礎信息資源跨部門共享機制研究[D].北京：北京大學，2013.

[3]王曉光.我國電子政務中“信息孤島”問題及對策研究[D].濟南：山東大學，2012.

[4] DING Youwei， QIN Xiaolin， LIU Ling， et al. Energy efficient scheduling of virtual machines in cloud with deadline constraint [J].Future generation computer systems， 2015， 50 ： 62-74.

[5]鄧蘭永.基于云計算的人口信息共享平臺設計和實現[D].濟南：山東大學，2013.

[6]郭廣軍，陳代武，胡玉平，等.基于JDBC的數據庫訪問技術的研究[J].南華大學學報（自然科學版），2005，19（2）：50-54.

[7] WU Jieming， TAO Xiaoli. Research of enterprise application integration based-on esb[J].International symposium in information technology，2010（2）：733-738.

[8]夏日，王宗寶.近十年來我國信息資源整合研究綜述[J].情報科學，2015，33（2）：154-160.

[9] IBRAHIM N M，HASSAN M F. Agent-based Message Oriented Middleware（MOM） for cross-platform communication in SOA systems[J].International Conference on Computer& Information Science，2012（1）：547-552.

[10]姜詣勛，吳健，雷耀麟.企業信用信息數據比對和整合的設計與實現[J].微型電腦應用，2011，27（1）： 62-64.

[11]黃毅，李肯立.一種面向云計算的任務—角色訪問控制模型[J].計算機應用研究，2013，30（12）：3735-3737.

[12] HUANG Hejiao， SHANG Feng， LIU Jinling，et al.Handing least privilege problem and role mining in RBAC[J].Journal of combinatorial optimization，2015，30（1）：63-86.