基于可信云服務(wù)的地震信息共享平臺設(shè)計

郭 燕，陳思穎，石硯斌

(1.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201;2.哈爾濱工程大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

近年來，我國汶川地震、玉樹地震、蘆山地震等，都造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失［1］，利用信息技術(shù)有效進行地震應(yīng)急管理成為降低地震災(zāi)害損失的重要手段［1］。隨著Web2.0 自媒體時代的到來，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與處理方式、信息交互方式已不能完全滿足地震應(yīng)急管理的需要，地震信息共享平臺對云計算的需求應(yīng)運而生。現(xiàn)階段對于地震信息系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾方面:地震信息共享平臺的構(gòu)建［2］，地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)實時速報［3］，借助信息系統(tǒng)進行防震減災(zāi)輔助決策與地震應(yīng)急管理［4－6］，在地震現(xiàn)場，利用應(yīng)急指揮救援以及輔助決策系統(tǒng)進行統(tǒng)一應(yīng)急協(xié)調(diào)［7－9］，基于信息系統(tǒng)進行地震災(zāi)害損失評估等［7，10］。對于云計算在地震災(zāi)害管理方面應(yīng)用的研究，美國一家名為 Early Warning Labs 的地震監(jiān)測初創(chuàng)公司正在考慮運用云計算進行地震預(yù)警，其正在與美國政府合作開發(fā)一款 Quake Alert 的地震預(yù)警系統(tǒng)［11］;歐洲各國、日本、韓國以及新加坡等國家的政府機構(gòu)也都已逐步開始采用云計算技術(shù)方案［12］;我國學(xué)者主要研究了云計算在地震應(yīng)急信息獲取、地震應(yīng)急救援輔助以及地震災(zāi)害損失評估中的應(yīng)用［9，10，13］，總體而言，基于云計算技術(shù)的地震信息共享平臺還有待構(gòu)建。

1 云計算技術(shù)概述

1.1 云計算定義

現(xiàn)階段，對于云計算的定義有多種解釋，在眾多定義中，被廣泛接受的是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)給出的定義:云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲，應(yīng)用軟件等服務(wù))，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互［14］。

可信云(Trusted Clouds)主要指的是云計算的可信性，對于客戶而言，判斷一個云服務(wù)提供商提供的云計算服務(wù)是否可信，可以依據(jù)該服務(wù)是否以客戶預(yù)期的方式達到預(yù)期的目標(biāo)［15］。

1.2 云計算分類

云計算從服務(wù)方式角度來劃分，可以分為公有云(Public Clouds)，私有云(Private Clouds)與混合云(Hybrid Clouds)［14］。公有云通常指云服務(wù)供應(yīng)商為公眾提供開放的計算、存儲等服務(wù)。私有云指的是云服務(wù)供應(yīng)商將私有云部署在防火墻內(nèi)，為某個特定的組織提供相應(yīng)的服務(wù)。相對而言，公有云有比較強的靈活擴展性和經(jīng)濟性，私有云有較高的可靠性和安全性?；旌显埔部梢钥醋魇菙U展至公有云的私有云?；旌显瓶梢宰屗接袛?shù)據(jù)中心和公有云同時參與服務(wù)，可以在用戶需要時調(diào)用網(wǎng)絡(luò)外部資源。

云計算按照服務(wù)層次可以分為三個層次，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a service，縮寫為IaaS)，平臺即服務(wù)(Platform as a service，縮寫為PaaS)，軟件即服務(wù)(Software as a service，縮寫為SaaS)［16］。

IaaS，消費者可以通過Web 訂購?fù)晟频挠嬎銠C基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。如:租用Web 硬件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、負載均衡器、CPU 以及虛擬網(wǎng)絡(luò)等其他的計算機資源。PaaS，軟件開發(fā)人員可以通過Web 方式訂購云計算服務(wù)供應(yīng)商提供的操作系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境等平臺級產(chǎn)品，可以在不購買服務(wù)器的情況下開發(fā)新的應(yīng)用程序。SaaS，軟件運營商將其開發(fā)的應(yīng)用軟件部署在自己的服務(wù)器上，消費者可以在Web 上訂購運營商運行在云計算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用軟件，并提供給終端用戶，通過獲取服務(wù)的多少和時間長短向應(yīng)用軟件廠商支付費用，而無需進行軟件維護。

2 地震信息共享平臺概念框架

2.1 地震應(yīng)急管理相關(guān)主體

在地震應(yīng)急救援中，相關(guān)的救援主體主要為抗震救災(zāi)指揮部、地震工作機構(gòu)、當(dāng)?shù)卣块T以及其他的合作機構(gòu)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)及Web2.0 的發(fā)展，每個民眾在互聯(lián)網(wǎng)中都扮演著“自媒體”的角色，在地震應(yīng)急管理過程中，發(fā)揮著重要的終端信息交互和輿情導(dǎo)向作用［17］。基于角色的多元化，地震信息共享平臺涉及到的主體由地震工作機構(gòu)、政府、其他合作機構(gòu)擴展到民眾，根據(jù)不同主體在地震應(yīng)急過程中發(fā)揮作用的不同，可以區(qū)別的給予各主體不同的平臺使用權(quán)限。

2.2 地震信息共享平臺模塊設(shè)計

地震信息共享平臺主要由用戶管理模塊、基礎(chǔ)信息管理模塊、信息發(fā)布模塊、信息采集模塊以及應(yīng)急指揮模塊組成，如圖1所示。整個平臺從高效信息交互角度入手，以云計算作為基礎(chǔ)架構(gòu)，體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)時代新的信息管理理念。

圖1 地震信息共享平臺功能模塊Fig.1 Functional model of earthquake information sharing platform

2.3 地震應(yīng)急信息共享流程

基于可信云服務(wù)的地震信息共享平臺可以分為日常運營和應(yīng)急運營兩部分。日常運營主要涉及到地震工作機構(gòu)內(nèi)部的工作流程，涉及到的主體較少，流程也比較簡單，私有云服務(wù)可以滿足基本的日常運營。而在地震應(yīng)急過程中，涉及到的應(yīng)急主體比較多，信息交互頻率也大幅增加，需要借助混合云模式對地震信息共享平臺進行擴展，如圖2所示。

地震發(fā)生后，地震工作機構(gòu)監(jiān)測到地震三要素，結(jié)合震區(qū)的災(zāi)情狀況，迅速對震情進行評估，啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急預(yù)案。震區(qū)成立抗震救災(zāi)指揮部，合作機構(gòu)將地震救援力量和物資儲備信息上報至指揮部，指揮部完成各救援力量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和資源調(diào)度。隨著應(yīng)急進程的推移，參與到應(yīng)急工作中的主體也逐漸增加，此時，各主體之間實時溝通的頻率增大，需要啟動混合云模式，借助公有云可擴展性的特點構(gòu)筑高效的信息交互平臺，同時，信息發(fā)布也可以在該平臺上進行，比如災(zāi)區(qū)救援情況的發(fā)布、調(diào)度指令的發(fā)布、其他現(xiàn)場情況的發(fā)布等。信息發(fā)布和信息采集除了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)PC 端之外，還可以借助移動互聯(lián)網(wǎng)的APP 應(yīng)用?；旌显频慕换ツＪ匠尸F(xiàn)出不斷循環(huán)的狀態(tài)，直到地震應(yīng)急管理過程恢復(fù)至日常運營狀態(tài)。

圖2 地震應(yīng)急信息共享流程Fig.2 Process of earthquake emergency information sharing

3 地震信息共享平臺體系結(jié)構(gòu)

3.1 基于云服務(wù)方式的體系結(jié)構(gòu)

基于云服務(wù)分類的地震信息共享平臺的的體系結(jié)構(gòu)，可以看作是私有云和公有云共同運作的混合云模式，具體如圖3所示。

對于地震工作機構(gòu)而言，在平時運營過程中，可以采用私有云的模式。服務(wù)器可以內(nèi)部托管，也可以進行第三方托管。可以將私有云服務(wù)看作一個內(nèi)部數(shù)據(jù)共享中心，地震工作人員依據(jù)其擁有的權(quán)限通過身份認證讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。對于互聯(lián)網(wǎng)用戶，進入地震信息共享平臺需要穿過防火墻，防火墻在很大程度上保證了私有云的運營安全。

而在地震發(fā)生后，由于地震工作機構(gòu)內(nèi)部相應(yīng)的數(shù)據(jù)計算量以及外部對其訪問量的猛增，私有云模式并不能有效滿足地震應(yīng)急需求，因此，地震應(yīng)急管理過程中采用混合云的模式。在地震應(yīng)急管理過程中，信息共享平臺會啟動混合云模式。地震工作人員通過VPN 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)進入信息共享平臺，其他用戶直接通過Internet 進入平臺，地震工作人員、契約合作機構(gòu)、公眾可以根據(jù)預(yù)設(shè)的權(quán)限訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫;對于終端訪問，可以是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)站、門戶網(wǎng)站，也可以是移動互聯(lián)網(wǎng)客戶端，如專門的地震信息交互APP，或者微信、微博等擁有大規(guī)模用戶的即時通信軟件。

混合云模式的地震信息共享平臺，將地震工作機構(gòu)日常運營管理與地震發(fā)生后應(yīng)急狀態(tài)下的應(yīng)急管理有機結(jié)合起來，在一定程度上既保證了相關(guān)信息的安全性，又提升了信息數(shù)據(jù)處理的效率;但是，混合云模式中，尤其在地震應(yīng)急管理狀態(tài)下，地震工作機構(gòu)增強了對云服務(wù)供應(yīng)商云計算技術(shù)以及云計算基礎(chǔ)設(shè)施的依賴，這就要求地震工作機構(gòu)應(yīng)認真合理地對云服務(wù)供應(yīng)商進行篩選，以保障服務(wù)可靠性。

圖3 基于云服務(wù)方式的地震信息共享平臺體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service modes

圖4 基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺體系結(jié)構(gòu)Fig.4 Architecture of earthquake information sharing platform based on cloud computing service levels

3.2 基于云服務(wù)層次的體系結(jié)構(gòu)

云計算按照服務(wù)層次通?？梢苑譃?Iaas，Paas，Saas 三個層次，基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺的體系結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)三層次基礎(chǔ)上，加入了Daas 層次，具體如圖4所示。

針對以上四層服務(wù)體系，具體服務(wù)內(nèi)容與不同終端用戶的使用匹配不同，由圖4的連接線可以看出，在地震信息共享平臺中，涉及到的主要用戶有三類，地震工作機構(gòu)成員、公眾以及合作機構(gòu)，這三類用戶以及云服務(wù)提供商與地震信息共享平臺四層云服務(wù)都有相應(yīng)的連接，也即四層云服務(wù)體系對不同的用戶可以提供不同的服務(wù)。用戶使用的終端可以是PC 臺式機、筆記本電腦，也可以是在移動互聯(lián)網(wǎng)下使用的其他客戶端設(shè)備，尤其是智能手機的應(yīng)用，在地震發(fā)生后災(zāi)情獲取以及現(xiàn)場及時溝通過程中發(fā)揮著重要作用。

基于云服務(wù)層次的地震信息共享平臺體系，依據(jù)其清晰的分層結(jié)構(gòu)，可以為地震災(zāi)害管理過程中涉及到的不同主體提供對應(yīng)的服務(wù)，使得從事不同類型工作的主體都可以借助云服務(wù)分層次平臺進行信息交互;但是地震災(zāi)害管理是一個復(fù)雜過程，其中往往存在一些角色定位比較模糊的工作類型，針對這種情況，該體系結(jié)構(gòu)分層次平臺與管理主體之間進行匹配的有效性就會受到影響。

5 結(jié)論與討論

構(gòu)建云計算地震信息共享平臺可以在很大程度上提升地震應(yīng)急管理效率。本文基于可信云服務(wù)對地震信息共享平臺進行設(shè)計，分別設(shè)計了混合云服務(wù)方式體系結(jié)構(gòu)以及以IaaS、DaaS、PaaS、SaaS 作為服務(wù)層次的體系結(jié)構(gòu)，對于云計算地震信息共享平臺的實施方案，還需進一步研究。

對于可信云服務(wù)商的選擇，由于基于可信云服務(wù)的地震信息共享平臺的訂購屬于政府采購范圍，平臺上涉及到的數(shù)據(jù)對安全性和私密性要求較高，因此，在購買過程中需要重點考慮供應(yīng)商的認證情況。2014年7月，我國工業(yè)和信息化部發(fā)布了第一批通過“可信云服務(wù)認證”的云服務(wù)供應(yīng)商，地震工作機構(gòu)在選擇供應(yīng)商時可以參考該供應(yīng)商是否通過“可信云服務(wù)認證”。對于政府采購而言，通過可信云服務(wù)認證在很大程度上說明供應(yīng)商提供的云服務(wù)在質(zhì)量方面和需求滿足方面有一定的保障。但是，現(xiàn)階段，不同云計算服務(wù)供應(yīng)商提供的接口標(biāo)準(zhǔn)還沒統(tǒng)一，用戶數(shù)據(jù)還難以在不同云服務(wù)供應(yīng)商之間遷移，因此，地震工作機構(gòu)一旦選擇了某可信云服務(wù)供應(yīng)商為其提供云服務(wù)之后，短時間內(nèi)不宜更換供應(yīng)商。

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