基于國產基礎軟硬件的數字校園建設研究

徐世波 李志德 趙偉峰

(航天工程大學 北京 101416)

0 引 言

基于國產基礎軟硬件的數字校園是指運行在國產基礎軟硬件環境下的數字校園基礎軟件平臺系統。其中的國產基礎軟硬件包括國產CPU、操作系統、數據庫、中間件、瀏覽器和辦公軟件等。

目前，經過十一五期間的建設和發展，國產CPU主要包括基于SPARC架構和ARM架構的飛騰CPU系列、基于MIPS架構的龍芯CPU系列、基于UniCore架構的北大眾志CPU系列和基于Alpha架構的申威CPU系列[2]等；國產通用操作系統主要包括中標麒麟系列操作系統、中科方德系列操作系統和中科紅旗系列操作系統；國產嵌入式操作系統主要包括銳華嵌入式操作系統、天熠嵌入式操作系統和天脈嵌入式操作系統等；國產數據庫主要包括人大金倉數據庫、神通數據庫和達夢數據庫等；國產中間件主要包括中創中間件、東方通中間件和金蝶中間件等；國產瀏覽器主要包括中標麒麟瀏覽器；國產辦公套件主要包括永中Office、中標普華和金山WPS等。經過十二五期間的建設和發展，在十一五建設成果基礎上，已有多家單位在國產基礎軟硬件環境下進行了示范工程項目建設，并有部分單位實現了順利上線運行，例如國家檔案館，天津-長春地方檔案館。

數字校園經過多年的建設發展，目前，歐美國家學校的數字校園建設已經比較完善，實現了不同信息系統間的業務整合和數據集成，進行了統一的用戶管理和個性化門戶展示，突破了時間和空間的制約，拓寬了工作、學習和生活的維度。而國內的一些高校，如清華、北大等，也早在2000年左右，就已經開始數字校園的逐步建設[1]。截止目前，全國各大地方高校、高職院校和中小學也基本建立了自己的數字校園，并在此基礎上已經開始著手準備智慧校園的研究和建設準備工作。但是，在國產基礎軟硬件環境下進行數字校園建設還處于探索研究階段，基于國產基礎軟硬件的數字校園建設相關資料相對還比較匱乏。

針對上述現狀，本文提出了國產基礎軟硬件環境下數字校園建設中的總體架構體系、技術路線和服務保障模式等部分研究成果，并將其應用到航天工程大學數字校園基礎軟件平臺的建設當中，為國產基礎軟硬件環境下建設數字校園提供一定的參考作用和示范作用。

1 總體架構體系

基于國產基礎軟硬件的數字校園總體架構主要包括六部分：信息安全標準體系、運維保障體系、基礎設施層、基礎軟件層、數字校園基礎軟件平臺層和用戶。架構體系如圖1所示。

圖1 基于國產基礎軟硬件的數字校園總體架構體系

1.1 信息安全標準體系

信息安全標準體系貫穿于數字校園建設始終，是數字校園建設的重要組成部分，是數據安全、應用安全和系統安全等的重要安全保障。主要包括物理安全、網絡安全、數據安全、應用安全和安全管理等內容，從基礎設施、技術、管理、人員和制度五個方面進行立體式安全防護。

1.2 運維保障體系

運維保障體系主要包括標準規范、規章制度、運維管理和人才隊伍，是數字校園建設發展的重要支撐，是工作開展順暢、管理有序、服務到位的根本保證。在運維保障體系中，標準規范建設尤為重要，它是數字校園中統一基礎數據庫的建設依據，是數字校園進行數據交換的基礎性工作，主要內容建設包括四部分：信息標準規范、技術標準規范、管理標準規范和評估標準規范。

1.3 基礎設施層

基礎設施層主要包括網絡通信、云計算中心、服務器和信息終端等。基礎設施層從通信、數據存儲、應用系統運行硬件環境、信息訪問終端硬件環境四個方面為數字校園的建設和運行提供有效支撐。網絡通信從通信類型上分為互聯網通信、物聯網通信、有線通信和無線通信，在軍事院校可能還有不同于互聯網的網絡通信等。從通信介質上分為國產通信介質(例如華為交換機)和非國產通信介質(例如思科交換機)。數據存儲從形式上分為單機存儲、存儲陣列和云存儲，從產地上分為國產存儲(例如浪潮存儲，華為存儲)和非國產存儲(例如IBM存儲)。服務器從產地分為國產服務器和非國產服務器，從CPU類型可分為飛騰系列國產服務器、龍芯系列國產服務器、北大眾志系列國產服務器、申威系列國產服務器以及x86系列國產服務器。信息終端分為兩類：自主可控信息終端和非自主可控信息終端。自主可控信息終端主要是指采用國產基礎軟硬件的信息終端，例如采用飛騰CPU的浪潮系列信息終端、北大眾志系列信息終端以及長城系列信息終端等。基礎設施層的設施設備和軟硬件還是以非國產化產品為主，在數字校園建設當中，非國產化產品的國產化替代升級既需要依據院校本身的實際建設需求，也要考慮國產化產品的安全、性能、穩定性等因素，綜合施策，有序推進。

1.4 基礎軟件層

基礎軟件層主要是指自主可控的國產基礎軟件部分，主要是為數字校園建設中的國產化環境提供軟件層面的基礎支撐。主要包括自主可控的國產操作系統、自主可控的國產數據庫、自主可控的國產中間件、自主可控的國產瀏覽器和辦公套件等。在數字校園建設中具體使用哪種國產操作系統、數據庫、中間件、瀏覽器和辦公套件的組合，才能更好地發揮國產基礎軟件的功能、性能、安全和穩定性等，需要根據實際情況進行不同組合的系統搭建、集成和適配。例如，目前已經可用的中標麒麟操作系統、人大金倉數據庫、中創中間件和中標麒麟瀏覽器的國產基礎軟件組合。

1.5 數字校園基礎軟件平臺層

數字校園基礎軟件平臺層主要包括一庫三平臺、相關業務系統和統一信息門戶。一庫三平臺是數字校園建設的基礎，一庫是指統一基礎數據庫，三平臺是指統一認證平臺、統一交換平臺和統一門戶平臺。相關業務系統主要包括教務管理系統、教學保障管理系統、研究生管理系統、裝備保障管理系統、教學評估管理系統、干部考評系統、科研學術信息管理系統、協同辦公系統、實驗室管理系統、學科專業網站管理系統和站群管理系統等。依據院校實際，具體業務系統各有不同。統一信息門戶是個性化信息展示平臺，依據人員角色和特點可以進行展示信息的定制。

2 技術路線

基于國產軟硬件的數字校園建設主要分為總體設計、國產軟硬件環境搭建和驗證、數字校園基礎軟件平臺開發、數字校園基礎軟件平臺遷移、數字校園基礎軟件平臺測試調整和上線。技術路線如圖2所示。

圖2 基于國產基礎軟硬件的數字校園技術路線

2.1 總體設計

總體設計階段主要工作包括總體技術方案制定、工程實施方案制定、數字校園基礎軟件平臺遷移方案制定、數字校園基礎軟件平臺測試方案制定和數字校園建設需求分析報告撰寫。這些方案的制定和分析報告的撰寫對數字校園基礎軟件平臺建設開展具有非常重要的意義，是對整個數字校園基礎軟件平臺建設的總體規劃，指導著數字校園基礎軟件平臺工作的有序開展。

2.2 國產基礎軟硬件環境搭建

國產基礎軟硬件環境搭建主要是指基礎軟件層的搭建和基礎設施層中不同系列CPU的服務器和信息終端搭建，其過程主要包括產品選型和數字校園基礎軟硬件環境搭建。

產品選型是指利用現有國產CPU、操作系統、數據庫、中間件、瀏覽器和辦公套件等進行驗證環境搭建，并在驗證環境下面進行數字校園DEMO系統的遷移測試、發現問題、調整和總結，最終確定數字校園采用的國產基礎軟硬件環境產品。

數字校園國產基礎軟硬件環境搭建是在產品選型基礎上，結合數字校園現有網絡通信設備設施、存儲服務器、應用服務器和信息終端，制定數字校園國產基礎軟硬件搭建方案，聯合廠商共同構建數字校園的國產化環境。

2.3 數字校園基礎軟件平臺開發和遷移

數字校園基礎軟件平臺開發和遷移主要包括一庫三平臺、相關業務系統和統一信息門戶的開發和遷移。數字校園基礎軟件平臺開發相對非國產基礎軟硬件環境下的數字校園建設來說，區別不大。重點是數字校園基礎軟件平臺的遷移：由非國產基礎軟硬件環境遷移到國產基礎軟硬件環境。遷移工作主要包括系統部署和系統性能優化。

系統性能優化總體思路總結如下：

1) 調整服務器系統參數配置，提高線程數和系統并發能力。

2) 優化數據庫設計和部署、優化多庫設計調整、數據庫索引建立和使用，規范SQL語句編寫。

3) 調整JVM參數，增大內存預分配，采用并發垃圾回收策略以及修改日志輸出等以提高性能。

4) 調整瀏覽器加載和配置策略、頁面緩存、安全驗證，提高頁面加載顯示速度。

5) 調整系統參數配置，減少檢查項和檢查次數，增加預編譯，提高各組件運行啟動速度。

6) 去掉不必要字段、刪除頁面定時刷新、樣式表統一存放、預加載列表項的固定化等優化措施。

2.4 數字校園基礎軟件平臺測試調整上線

數字校園基礎軟件平臺測試調整上線主要是依據總體設計中測試實施方案對一庫三平臺、相關業務系統和統一信息門戶等進行測試調整上線。上線策略主要包括三部分：性能優化和系統環境改造、混合辦公環境以及強制業務運行，如圖3所示。

圖3 上線策略

3 服務保障模式

基于國產基礎軟硬件的數字校園服務保障單純依靠單位本身技術力量進行維護非常困難。因此，要想有效地維護好基于國產基礎軟硬件環境的數字校園平臺系統，必須聯合國產基礎軟硬件產品廠商和數字校園基礎軟件平臺開發公司形成一種新的服務保障模式：一體化服務保障。

3.1 一體化服務保障組織架構

一體化服務保障組織架構包括四層：用戶/用戶單位、單位服務保障組、國產基礎軟硬件公司技術小組和領導小組。其中領導小組成員包括單位數字校園建設負責人和其他軟硬件公司相關負責人。組織架構如圖4所示。

圖4 一體化服務保障組織架構

3.2 一體化服務保障服務流程

首先由用戶/用戶單位提交問題需求，然后由本單位服務保障組進行分析和處理。如果本單位服務保障組依靠自身技術力量不能解決，則由本單位服務保障組協調相應公司技術小組進行遠程技術支持或者現場支持。如果問題還不能解決，則由單位服務保障組形成問題分析報告提交給服務保障領導小組，由服務保障領導小組協商解決辦法，并指導單位服務保障組進行解決。

4 應 用

目前，本文提出的基于國產基礎軟硬件的數字校園總體架構體系、技術路線和服務保障模式都已經在航天工程大學數字校園建設當中得到了應用。

在總體架構體系中，依據大學現狀和實際需求，基礎軟件層全部采用國產化軟件，基礎設施層部分采用國產化，具體選型如表1、表2所示。

表1 國產基礎軟硬件產品選型

表2 其他國產軟硬件產品選型

統一信息門戶展示界面如圖5所示。

圖5 統一信息門戶

5 結 語

本文通過對國產基礎軟硬件和數字校園建設現狀的分析和研究，提出了國產基礎軟硬件環境下數字校園建設的總體架構體系、技術實現路線和服務保障模式，并將其運用于航天工程大學數字校園基礎軟件平臺的建設當中。通過實際使用，驗證了本文提出的總體架構體系、技術路線和服務保障是可行的，并能有效指導國產基礎軟硬件環境下的數字校園建設。