上海城市綜合監(jiān)管平臺(tái)多級(jí)數(shù)據(jù)通信傳輸機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉行國(guó)

(上海三高計(jì)算機(jī)中心股份有限公司，上海 200092)

0 引言

上海市委、市政府高度重視城市綜合管理，全市上下按照“建管并舉、重在管理”方針，積極實(shí)施環(huán)保和建設(shè)健康城市3年行動(dòng)計(jì)劃，取得了明顯成效。但對(duì)照新形勢(shì)下的新要求，當(dāng)前本市的城市管理還存在著不少疑難頑癥和突出矛盾亟待解決。究其深層次的原因，主要在城市管理綜合協(xié)調(diào)性不強(qiáng)，表現(xiàn)在體制上，存在職能交叉、界面不清，以及基層力量薄弱等問題；在管理的每個(gè)環(huán)節(jié)上都不同程度存在不足，在方式上，主要依靠行政管理模式，綜合方式運(yùn)用不夠；在手段上，主要依靠傳統(tǒng)手段，先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用不夠；在管理監(jiān)督上，除了行業(yè)自我監(jiān)督外，主要是市民投訴、媒體爆光，缺乏主動(dòng)的、全面的、及時(shí)的監(jiān)督，導(dǎo)致政府管理部門經(jīng)常處于被動(dòng)狀態(tài)。

如何進(jìn)一步完善特大城市的綜合管理，如何建立健全長(zhǎng)效管理機(jī)制，如何將城市管理與社區(qū)建設(shè)緊密結(jié)合，市建設(shè)交通委會(huì)同有關(guān)部門，在學(xué)習(xí)借鑒其他城市管理經(jīng)驗(yàn)，深入調(diào)研本市近年來的管理實(shí)際，提出應(yīng)用網(wǎng)格化管理的方式對(duì)進(jìn)行城市綜合管理，通過走訪部分區(qū)政府和相關(guān)部門，召開相關(guān)單位和部分街道辦事處領(lǐng)導(dǎo)會(huì)談，初步形成了上海市開展城市網(wǎng)格化管理的實(shí)施方案。

1 多級(jí)信息平臺(tái)的構(gòu)成

以“兩級(jí)政府、三級(jí)管理、四級(jí)網(wǎng)絡(luò)”為基礎(chǔ)，把城市管理的工作重心向街道、社區(qū)基層下移，使城市管理運(yùn)行中的作業(yè)、服務(wù)和專業(yè)管理、綜合執(zhí)法及其監(jiān)督全部實(shí)行網(wǎng)格化，并有機(jī)地與社區(qū)建設(shè)網(wǎng)格化結(jié)合；以現(xiàn)代化信息技術(shù)為支撐，建立以區(qū)為單位，包括部件、事件、作業(yè)(服務(wù))、管理、執(zhí)法責(zé)任單位、工作流程在內(nèi)的城市綜合管理監(jiān)督、指揮平臺(tái)；在各區(qū)的平臺(tái)基礎(chǔ)上，建立全市的綜合監(jiān)督、分析統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，以此推動(dòng)城市管理各行業(yè)的改革，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變政府部門職能，切實(shí)提高城市管理的水平。

建立全市統(tǒng)一的基礎(chǔ)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一編碼規(guī)則、統(tǒng)一數(shù)據(jù)版本發(fā)布管理；市級(jí)平臺(tái)對(duì)由各區(qū)執(zhí)行的部件、事件處理過程進(jìn)行監(jiān)管；統(tǒng)計(jì)分析城市管理范圍內(nèi)的部件、事件發(fā)生數(shù)據(jù)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)；充分利用12319城建服務(wù)熱線平臺(tái)，受理市民反映的問題，將市民反映的屬網(wǎng)格化管理的內(nèi)容移送到各區(qū)平臺(tái)進(jìn)行處理；建立大屏監(jiān)控系統(tǒng)，直觀顯示城市管理相關(guān)地圖信息、案卷信息和相關(guān)詳細(xì)信息等全局情況。

建立區(qū)級(jí)城市管理監(jiān)督平臺(tái)和指揮調(diào)度派遣平臺(tái)，指揮調(diào)度派遣平臺(tái)根據(jù)城市管理監(jiān)督平臺(tái)傳送的信息，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)調(diào)度相關(guān)專業(yè)管理部門，及時(shí)處理城市管理中發(fā)生的各種問題。城市管理監(jiān)督平臺(tái)是城市管理問題信息的發(fā)現(xiàn)中心、監(jiān)控中心和分析中心，通過本區(qū)直屬的城市管理監(jiān)督員對(duì)網(wǎng)格內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題的信息報(bào)告，及時(shí)掌握城市管理現(xiàn)狀、產(chǎn)生的問題和處理結(jié)果，對(duì)全區(qū)的城市管理實(shí)現(xiàn)全方位、全時(shí)段的即時(shí)監(jiān)控；形成區(qū)、街道、社區(qū)、單元網(wǎng)格四個(gè)層次的發(fā)現(xiàn)、處置、解決問題的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)分級(jí)、分層管理；建立城市網(wǎng)格化管理基礎(chǔ)信息系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制和技術(shù)途徑；為區(qū)拓展網(wǎng)格化管理范圍和領(lǐng)域預(yù)留空間。

2 涉及的關(guān)鍵技術(shù)

建設(shè)上海市的多級(jí)數(shù)據(jù)通信的綜合監(jiān)管分析平臺(tái)，需要選擇多種先進(jìn)技術(shù)，其中多個(gè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)的通信方式是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)之一，在平臺(tái)的建設(shè)中怎么樣保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定以及通信連接的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。

2.1 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇

在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，必須要考慮到與實(shí)際平臺(tái)的聯(lián)系。使用已有的數(shù)據(jù)庫(kù)可以保證對(duì)已經(jīng)積累的技術(shù)成果進(jìn)行重用，從而減少開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)還必須考慮到平臺(tái)的時(shí)間成本，對(duì)于上海這樣的國(guó)際化大都市來說，越早建設(shè)多級(jí)數(shù)據(jù)通信的綜合監(jiān)管分析平臺(tái)可以越早地幫助市民解決問題。以最小的時(shí)間成本、最小的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而推向使用。

下面是應(yīng)考慮的幾個(gè)問題：

1)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是否已經(jīng)被淘汰，或者廠商已經(jīng)不再維護(hù)該技術(shù)。

2)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是否可以滿足產(chǎn)品的需求。

3)舊有的技術(shù)架構(gòu)和代碼是否存在非常大的問題，導(dǎo)致已有產(chǎn)品質(zhì)量不佳、穩(wěn)定性較差。

通過對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)(MySQL, SQL Server, Oracle)適用于存儲(chǔ)業(yè)務(wù)模型數(shù)據(jù)。當(dāng)業(yè)務(wù)模型比較確定、變化程度較小，對(duì)可擴(kuò)展性的要求也不高的情況下，使用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)較為合適，因此在上海市的多級(jí)數(shù)據(jù)通信的綜合監(jiān)管分析平臺(tái)使用的是SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 Web Service通信方式

Web Service是平臺(tái)獨(dú)立的Web應(yīng)用程序，具有低耦合、自包含、可編程的特點(diǎn)。使用開放的XML語言描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)和配置這些應(yīng)用程序，適用于開發(fā)分布式、互操作的應(yīng)用程序[1]。由于Web Service技術(shù)平臺(tái)獨(dú)立性，特別適用于在不同信息平臺(tái)之間交換數(shù)據(jù)。在開發(fā)此類應(yīng)用程序時(shí)，運(yùn)行在不同機(jī)器上的不同應(yīng)用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數(shù)據(jù)或集成。Web Service基于XML、HTTP等常規(guī)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在平臺(tái)之間數(shù)據(jù)交換的接口定義方面也很方便實(shí)用，程序部署方便，使得多個(gè)不同組織之間的業(yè)務(wù)流程的集成變得相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)[2]。

Web Services使用的兩種技術(shù)分別為XML語言和SOAP。XML是在web上傳送結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的方式，Web Services以一種可靠的自動(dòng)的方式操作數(shù)據(jù)，HTML難以滿足要求，而XML可以使Web services十分方便的處理數(shù)據(jù)[3]。SOAP使用XML消息調(diào)用遠(yuǎn)程方法，這樣Web Services可以通過HTTP協(xié)議的post和get方法與遠(yuǎn)程機(jī)器交互，而且SOAP更加健壯和靈活易用。

2.3 服務(wù)器群的負(fù)載均衡

當(dāng)系統(tǒng)面臨大量用戶訪問、負(fù)載過高的時(shí)候，通常會(huì)使用增加服務(wù)器數(shù)量來進(jìn)行橫向擴(kuò)展，使用集群和負(fù)載均衡提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力。

早期一般利用DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，就是在DNS服務(wù)器配置多個(gè)A記錄，不同的DNS請(qǐng)求會(huì)解析到不同的IP地址。大型網(wǎng)站一般使用DNS作為第一級(jí)負(fù)載均衡。其缺點(diǎn)是DNS生效時(shí)間略長(zhǎng)，擴(kuò)展性差；后期出現(xiàn)了基于IP的負(fù)載均衡，早期比較有代表性并且被大量使用的的就是LVS了。原理是LVS在Linux內(nèi)核態(tài)獲取到IP報(bào)文后，根據(jù)特定的負(fù)載均衡算法將IP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到整個(gè)集群的某臺(tái)服務(wù)器中去。其缺點(diǎn)是LVS的性能依賴Linux內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)性能，但Linux內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)路徑過長(zhǎng)導(dǎo)致了大量開銷，使得LVS單機(jī)性能較低[4]。

當(dāng)面臨大量數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，負(fù)載均衡的好壞顯得至關(guān)重要。目前云平臺(tái)負(fù)載均衡中，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，國(guó)內(nèi)云提供商UCloud的Vortex與Google Maglev頗為相似。以一臺(tái)普通性價(jià)比的x86 1U服務(wù)器為例，Vortex可以實(shí)現(xiàn)吞吐量達(dá)14M PPS(10G, 64字節(jié)線速)，新建連接200k CPS以上，并發(fā)連接數(shù)達(dá)到3000萬、10G線速的轉(zhuǎn)發(fā)[5]。

為了保證數(shù)據(jù)處理的及時(shí)可靠，本系統(tǒng)選擇了Array的硬件負(fù)載均衡設(shè)備。

在數(shù)據(jù)交換接口的設(shè)計(jì)中，不僅考慮到平臺(tái)與平臺(tái)之間的通信，還要考慮到平臺(tái)和市民之間的交互，因此本平臺(tái)通訊過程中是包含了前端和數(shù)據(jù)庫(kù)、前端和電話網(wǎng)等多級(jí)的信息連接。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，本文中所講述的平臺(tái)通信接口由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

1)對(duì)市民反映問題，統(tǒng)一使用12319城建服務(wù)熱線電話號(hào)碼受理。各區(qū)平臺(tái)設(shè)置與監(jiān)管員定向的語音通訊電話。

2)建立市級(jí)平臺(tái)與移動(dòng)通訊的接口，實(shí)現(xiàn)城管監(jiān)督員手持終端和區(qū)級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信。

3)建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)交換接口，向區(qū)級(jí)平臺(tái)分發(fā)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，區(qū)級(jí)平臺(tái)通過接口上傳部件變化數(shù)據(jù)。

4)建立事件、部件數(shù)據(jù)交換接口，實(shí)現(xiàn)市級(jí)和區(qū)級(jí)平臺(tái)事件部件處置數(shù)據(jù)的交換[6]。

3 平臺(tái)中多級(jí)通信的設(shè)計(jì)

3.1 市、區(qū)兩級(jí)平臺(tái)的相互關(guān)系

如圖1所示。

市級(jí)平臺(tái)著重對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的監(jiān)管及綜合分析功能，統(tǒng)一管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù),區(qū)級(jí)平臺(tái)著重對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的處理解決。

兩者之間的關(guān)聯(lián)在于：

1)對(duì)城管監(jiān)督員發(fā)現(xiàn)的問題、市民反映的問題，區(qū)級(jí)平臺(tái)向市級(jí)平臺(tái)上報(bào)部件、事件的信息收集、案卷建立、任務(wù)派遣、核實(shí)結(jié)案四個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。

圖1 兩級(jí)平臺(tái)的相互關(guān)系

2)市級(jí)平臺(tái)向區(qū)級(jí)平臺(tái)分發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，區(qū)級(jí)平臺(tái)向市級(jí)平臺(tái)上報(bào)修改的部件數(shù)據(jù)。

3)區(qū)級(jí)平臺(tái)通過市級(jí)移動(dòng)數(shù)據(jù)、短信接口和本區(qū)城市監(jiān)管員的手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)、短信通訊。

4)市級(jí)平臺(tái)向各區(qū)平臺(tái)下發(fā)市民通過12319反映的問題。

兩級(jí)平臺(tái)的相互關(guān)系，如圖1示所示。市級(jí)平臺(tái)框中為其具體應(yīng)用構(gòu)成，承擔(dān)全市網(wǎng)格數(shù)據(jù)分發(fā)匯總、綜合分析、數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)監(jiān)管等業(yè)務(wù)功能。區(qū)平臺(tái)中監(jiān)督受理中心以問題發(fā)現(xiàn)、立案、核查、結(jié)案為核心內(nèi)容，處置指揮中心構(gòu)建以處置職責(zé)清晰、處置時(shí)限明確和處置結(jié)果規(guī)范為核心的問題指揮體系。

3.2 Web Service通信技術(shù)在多級(jí)信息平臺(tái)中的應(yīng)用

1、平臺(tái)之間需要交互的信息

數(shù)據(jù)接口主要包括移動(dòng)數(shù)據(jù)平臺(tái)與市級(jí)平臺(tái)、市級(jí)平臺(tái)和區(qū)級(jí)平臺(tái)之間的接口。

以上接口實(shí)現(xiàn)的具體位置，如圖2所示。

圖2 Web Service通信技術(shù)在多級(jí)信息平臺(tái)中的應(yīng)用

從圖2可以看出，數(shù)據(jù)提供方作為Web Service的服務(wù)端，數(shù)據(jù)獲取方作為客戶端進(jìn)行調(diào)用、獲取數(shù)據(jù)。例如移動(dòng)數(shù)據(jù)平臺(tái)到市平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸，由移動(dòng)平臺(tái)提供Web Service供市平臺(tái)調(diào)用。

移動(dòng)數(shù)據(jù)平臺(tái)與市級(jí)平臺(tái)之間的接口完成手持移動(dòng)終端和市級(jí)平臺(tái)數(shù)據(jù)通信。

市級(jí)平臺(tái)與區(qū)級(jí)平臺(tái)之間的接口完成兩類功能：第一、接收手持移動(dòng)終端上報(bào)信息并向區(qū)平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)平臺(tái)向手持移動(dòng)終端下達(dá)的信息和數(shù)據(jù)；第二、收集區(qū)級(jí)平臺(tái)在案件處理過程中發(fā)現(xiàn)、立案、派遣、結(jié)案四個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。

移動(dòng)數(shù)據(jù)平臺(tái)與市級(jí)平臺(tái)之間的接口、市級(jí)平臺(tái)與區(qū)級(jí)平臺(tái)之間的接口中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的實(shí)現(xiàn)方式是完全一致的，市級(jí)平臺(tái)以背靠背的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，在以下描述中統(tǒng)稱為手持移動(dòng)終端信息分發(fā)接口。

2、實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)市、區(qū)兩級(jí)城管平臺(tái)間的問題基本信息和動(dòng)態(tài)信息的信息交換功能。

本系統(tǒng)采用業(yè)界成熟的XML、SOAP、WebService等信息技術(shù)建立信息交換平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)交換引擎、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、信息交換標(biāo)準(zhǔn)等核心模塊[7]。

隨著XML的迅速發(fā)展，XML正在逐步成為Internet中描述數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。在將來XML文檔勢(shì)必成為電子政務(wù)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕d體[8]。

3.2.1 消息打包格式設(shè)計(jì)

消息打包基于SOAP和SOAP with Attachment協(xié)議，所有通過信息交換的消息都必須符合SOAP和SOAP with Attachment協(xié)議。對(duì)審批消息提供基于SOAP with Attachment協(xié)議的格式擴(kuò)展，所有審批消息需按照審批消息打包格式打包。凡是打包格式符合SOAP和SOAP with Attachment協(xié)議的消息可通過信息交換平臺(tái)進(jìn)行傳輸。

3.2.2 審批消息打包格式設(shè)計(jì)

審批消息在邏輯上分為消息頭、消息體和附件三部分，每個(gè)審批消息有且只有一個(gè)消息頭，有且只有一個(gè)消息體，但可以有0到多個(gè)附件。

消息頭為一個(gè)XML文檔，其格式，如表1所示。

表1 消息頭為一個(gè)XML格式表

消息體為一個(gè)XML文檔，其格式在消息打包規(guī)范中不做約束，但是審批消息的消息體格式在業(yè)務(wù)規(guī)范中有定義[9]。

審批消息的附件部分可以為任意文件，消息打包規(guī)范中對(duì)所有作為附件文件都看作是二進(jìn)制文件，不對(duì)文件類型進(jìn)行區(qū)分。

審批消息的三部分按照SOAP和SOAP with Attachment協(xié)議進(jìn)行組織，分別映射到SOAP消息的SOAP Header、SOAP Body和SOAP Attachment部分，如圖3所示。

圖3 審批消息包

消息頭部分映射至SOAP消息的SOAP Header部分，并將XML字段加上前綴，mustUndersand置為“1”確?！捌脚_(tái)編碼”等重要信息被接收方處理，actor屬性置為“sppt”標(biāo)明消息正確的接收者，如表2所示。

表2 消息頭

消息體部分映射至SOAP消息的SOAP Body部分，并將XML字段加上前綴，如表3所示。

表3 消息體

SOAP Body元素中包含打算傳送到消息最終端點(diǎn)的實(shí)際SOAP消息。請(qǐng)注意，上面的sppt:SN和Timestamp元素是平臺(tái)應(yīng)用專用的元素,它們并不是SOAP標(biāo)準(zhǔn)的一部分，用于封裝具體的消息內(nèi)容。

每個(gè)附件都以MIME邊界(由MIME頭的Context-Type參數(shù)的boundary子參數(shù)定義)分隔。每個(gè)附件都有說明信息，比如Context-Type(它指定嵌入數(shù)據(jù)的類型)、Content Transfer-encoding(用于標(biāo)明數(shù)據(jù)的編碼)、Content-ID(作為引用附件的標(biāo)識(shí)符)。

消息附件部分映射至SOAP消息的SOAP Attachment部分，在消息體部分引用消息附件采用Content-ID形式，如圖4所示。

圖4 消息體部分引用消息附件形式

4 總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了綜合監(jiān)管分析平臺(tái)中的多級(jí)數(shù)據(jù)通信方式，并在平臺(tái)數(shù)據(jù)交互中使用了Web Service進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，較好地保證數(shù)據(jù)在多級(jí)數(shù)據(jù)通信的綜合監(jiān)管分析平臺(tái)的穩(wěn)定傳播。

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