基于云計算智慧校園服務(wù)平臺設(shè)計

吳加春

隨著高校教育信息化建設(shè)的不斷深入，智慧校園中的各種軟硬件資源越來越多，面對智慧校園日趨復(fù)雜的應(yīng)用需求，如何對資源進行整合，提供優(yōu)質(zhì)的校園服務(wù)已經(jīng)成為智慧校園亟需解決的問題。本文設(shè)計了基于云計算的智慧校園支撐服務(wù)平臺，將信息化以云服務(wù)的方式融入學(xué)校的日常教學(xué)、科研活動等多個領(lǐng)域，為打造共享、高效的智慧校園，實現(xiàn)智慧特征提供支撐。

在計算機技術(shù)迅速發(fā)展形勢下，高校也開始加大信息化建設(shè)力度，不過傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)有一些局限性，如軟硬件資源利用率不高、規(guī)劃不合理和重復(fù)建設(shè)等。云計算技術(shù)對解決這些問題提供了支持，可有效組合不同地理區(qū)域的計算資源。在云端統(tǒng)一部署各種軟件，可方便進行維護，有利于提升資源利用率。在共享基礎(chǔ)上形成有強大算力的計算資源池，同時滿足一定數(shù)據(jù)挖掘、建模預(yù)測相關(guān)的要求。在應(yīng)用過程中還可以更深入地挖掘用戶信息，滿足用戶的個性化應(yīng)用要求。本文對智慧校園、云計算的概念和特征進行論述，分析了目前智慧校園建設(shè)領(lǐng)域的弊端，以及云計算在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用情況，根據(jù)應(yīng)用場景開發(fā)了一套基于云計算的智慧校園系統(tǒng)。

云計算的概念

1.定義

云計算是一種新興的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從廣義上講，云計算是互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式。其有效地結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲等各方面的資源，而形成一種用戶可按需訪問的資源共享池。云計算可以為用戶提供動態(tài)虛擬化資源，這種模式下可以對算力進行交易和流通。

2.云計算結(jié)合智慧校園

根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗可知，在智慧校園發(fā)展過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有重要的支持作用。可以基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將校園的各種基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，形成一個智能環(huán)境平臺。智慧校園在建設(shè)過程中應(yīng)該設(shè)置一個基礎(chǔ)性服務(wù)支撐平臺，提供相關(guān)存儲、計算方面的服務(wù)，為其他應(yīng)用功能提供支持，此外也應(yīng)該滿足一定前瞻性要求，在需求改變情況下可進行擴展。云計算在教育領(lǐng)域最早被應(yīng)用，可分為云技術(shù)和云服務(wù)兩方面，在智慧校園建設(shè)中引入這2種技術(shù)，可以更好地滿足智慧特征相關(guān)應(yīng)用要求。

整體設(shè)計

1.架構(gòu)設(shè)計

在此設(shè)計過程中根據(jù)其服務(wù)要求，進行對比分析而選擇了云架構(gòu)模式，對應(yīng)云架構(gòu)體系相關(guān)情況如圖1所示。

在建設(shè)過程中對這種平臺的體系架構(gòu)進行劃分，分為基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐層和應(yīng)用層等幾個層次，然后分層建設(shè)。

2.拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

支撐服務(wù)對底層硬件性能有一定要求，相關(guān)情況具體如下：DSCP在應(yīng)用過程中可提供數(shù)據(jù)存儲和計算服務(wù)。此外為適應(yīng)大數(shù)據(jù)場景相關(guān)的應(yīng)用要求，需要建立起一個集群系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫來對用戶數(shù)據(jù)的存儲地址進行保存，并實現(xiàn)一定注冊登記功能。此外還應(yīng)該設(shè)置相關(guān)身份認證服務(wù)器對用戶身份進行識別和管理。選擇云架構(gòu)的情況下，通過云計算關(guān)聯(lián)各種底層硬件資源，進行一定虛擬化后，滿足用戶的共享和在線訪問要求。服務(wù)平臺在運行過程中一般選擇私有云的方式，滿足校外用戶的訪問要求。

3.服務(wù)使用流程

在實際的應(yīng)用中，服務(wù)平臺提供的PaaS支撐服務(wù)在外部用戶訪問時，是基于Web服務(wù)的，其流程如圖2所示。

DSCP存儲與計算平臺設(shè)計

1.存儲服務(wù)設(shè)計

此設(shè)計過程中進行對比分析而選擇了HDFS當(dāng)做相應(yīng)的底層文件系統(tǒng)，此種文件系統(tǒng)部署在Linux系統(tǒng)中，用戶遠程讀寫數(shù)據(jù)時，需要獲得一定權(quán)限，這樣可以提高系統(tǒng)的運行安全性，同時避免一些錯誤操作引發(fā)的影響。為有效解決登錄問題而設(shè)置一個代理對象DFSProxy，通過其實現(xiàn)全部的訪問操作，這種代理對象可以看作為Hadoop的用戶，對提高訪問安全和效率有重要的意義，在存儲服務(wù)設(shè)計過程中，很有必要引入這種技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)計算服務(wù)設(shè)計

由于在部署DSCP過程中選擇的平臺為Hadoop，因而在進行數(shù)據(jù)計算服務(wù)設(shè)計時，選擇的框架也為MapReduce框架。在訪問過程中用戶提交的訪問文件應(yīng)該符合此種框架相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在用戶提交作業(yè)時，需要校對相應(yīng)的作業(yè)類型與處理參數(shù)；在數(shù)據(jù)計算結(jié)束后，應(yīng)該根據(jù)要求和規(guī)范對所得結(jié)果進行保存。

3.數(shù)據(jù)共享設(shè)計

HDFS中全部的資源都以文件形式進行保存，全部的文件組合起來形成一個目錄樹。統(tǒng)一資源定位符作為相應(yīng)目錄樹中的非葉子節(jié)點，在訪問過程中用戶只可以對其下層的資源進行訪問。為避免這種局限性問題，在進行數(shù)據(jù)共享設(shè)計過程中，根據(jù)訪問要求設(shè)置一個共享區(qū)。在文件設(shè)置在共享區(qū)的情況下，全部的用戶都可以對共享區(qū)內(nèi)的文件進行訪問，有效提高了系統(tǒng)資源利用率。

4.用戶管理設(shè)計

在DSCP中相關(guān)的用戶可以根據(jù)角色情況劃分為管理員和普通用戶，前者可以看作為代理用戶，后者則可進一步進行劃分為負責(zé)人和其子用戶。DSCP中用戶在合法身份情況下，都會有一個文件空間地址，且是唯一性的，此地址也對應(yīng)統(tǒng)一資源定位符。用戶在登錄后就可以看到此地址下的所有文件。在運行過程中DCSP單純用于存儲與計算相關(guān)操作，只保存用戶在DSCP上的信息就可以滿足應(yīng)用要求，從而顯著降低了存儲和管理難度。DSCP中的用戶可以劃分為一定層級，即管理員和管理負責(zé)人用戶，后者管理其子用戶，在實際的管理過程中，一般情況下負責(zé)人用戶具有全部子用戶的管理權(quán)。在進行相關(guān)用戶管理時，子用戶被負責(zé)人用戶添加后，也可以應(yīng)用其存儲空間，但需要進行激活才可以使用。用戶可在一定權(quán)限內(nèi)管理自己的存儲空間，且對相應(yīng)的文件進行載入和傳輸操作。

UAP統(tǒng)一身份認證平臺設(shè)計

這種平臺主要是滿足新舊應(yīng)用系統(tǒng)訪問相關(guān)要求。用戶在訪問過程中，通過門戶網(wǎng)站認證鑒權(quán)情況下，可以通過點擊鏈接進入到系統(tǒng)首頁，UAP可以為用戶的身份認證和登錄提供支持。

整個單點登錄相關(guān)的實體包括三方面，分別為用戶瀏覽器、系統(tǒng)服務(wù)器和認證服務(wù)器，UAP在運行過程中主要的作用在于認證用戶身份、單點登錄等。因而其組成單元主要包括客戶端代理、用戶認證和單點登錄等，且設(shè)置將用戶認證、ST票據(jù)驗證方法作為網(wǎng)頁服務(wù)，可滿足外界應(yīng)用要求。

WSAP服務(wù)統(tǒng)一訪問平臺設(shè)計

這種平臺相關(guān)的用戶可劃分為：服務(wù)提供者和請求者。前者在應(yīng)用過程中可進行服務(wù)注冊、更新申請等操作，后者則在提交查詢申請時，審查用戶的決策權(quán)限，接著基于審查結(jié)果而轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的模塊中，同時可以根據(jù)應(yīng)用要求來增刪修改目錄服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，由此滿足一定數(shù)據(jù)操作要求。圖3為WSAP的總體結(jié)構(gòu)組成情況。

在以上的結(jié)構(gòu)劃分基礎(chǔ)上，系統(tǒng)設(shè)計可總體上劃分為服務(wù)目錄管理、注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)等幾部分，以下對各部分設(shè)計情況進行具體說明。

1.服務(wù)注冊與更新服務(wù)設(shè)計

Web服務(wù)的形式可以劃分為SOAP、REST網(wǎng)頁服務(wù)2種類型，二者的面向業(yè)務(wù)存在一定差異性，且應(yīng)用場景也明顯不同。此外應(yīng)用到的服務(wù)描述語言也存在差異性，分別應(yīng)用WSDL、WADL相關(guān)語言從而方便描述，相關(guān)的注冊應(yīng)該兼容這2種Web服務(wù)形式。此外為滿足擴展應(yīng)用要求，還需要設(shè)置擴展注冊接口，為外部功能實現(xiàn)提供支持。

2.服務(wù)查找與發(fā)現(xiàn)服務(wù)設(shè)計

服務(wù)發(fā)現(xiàn)單元在應(yīng)用過程中可以提供接口支持Web服務(wù)查找功能。相應(yīng)的Web服務(wù)模式有很多種，因而應(yīng)該選擇合適的模式滿足WSAP應(yīng)用要求。在分析服務(wù)目錄特征的基礎(chǔ)上，確定適當(dāng)?shù)姆?wù)查找接口，對查詢匹配方法進行設(shè)置。

3.服務(wù)目錄管理模塊設(shè)計

這種系統(tǒng)平臺的應(yīng)用情況可追，其目錄數(shù)據(jù)庫中的表應(yīng)該包含以下幾方面表：用戶服務(wù)類型推送表、用戶信息表和服務(wù)信息表等，還要有WSAP全部服務(wù)器中存儲的信息主要為唯一標(biāo)識符和一些定制信息。在設(shè)計服務(wù)信息表過程中，需要設(shè)置的內(nèi)容主要包括URL地址、服務(wù)所有者、服務(wù)狀態(tài)和一些字段相關(guān)的信息。

表1～表2分別為用戶、服務(wù)信息表相關(guān)內(nèi)容和字段情況。

用戶類別推送表主要是為了滿足用戶服務(wù)訂閱進行設(shè)計的，在應(yīng)用過程中可以據(jù)此定制個性化信息，然后向特定用戶推送。表3～表4分別為內(nèi)容和字段情況。

近年來在教育領(lǐng)域智慧校園技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，本文對此進行了研究而設(shè)計了相應(yīng)的服務(wù)平臺。對云計算和智慧校園相關(guān)定義和應(yīng)用情況進行論述和需求分析，且考慮到智慧校園支撐服務(wù)平臺的實際需求情況，對其體系與拓撲結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，提出平臺應(yīng)該提供PaaS服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲和計算、統(tǒng)一身份認證UAP和統(tǒng)一訪問WSAP等。在實際運行過程中UAP可滿足用戶認證和單點登錄相關(guān)要求，WSAP可為用戶的注冊于查詢提供支持。