基于云計算的政務數據信息共享平臺構建研究

董凌峰++李永忠

〔摘要〕為了解決“數字福建”建設過程中出現(xiàn)的數據異構、信息共享困難的問題，利用云計算在海量數據處理和共享方面的優(yōu)勢，本文構建了基于云計算的電子政務平臺，詳細闡述了該平臺中SaaS、PaaS、IaaS等3種模式，討論了實現(xiàn)數據共享的虛擬化技術、數據抽取技術、數據轉換技術和數據處理技術等關鍵技術，以期為福建省推動政務信息的深度開發(fā)和有效利用提供有益的探索。

〔關鍵詞〕“數字福建”；云計算；數據共享；政務云平臺；電子政務

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.014

〔中圖分類號〕G203〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-0821（2015）10-0076-06

Study of Construction of Government Affairs Data and

Information Sharing Platform of Cloud Computing-based

——A Case of Digital FujianDong LingfengLi Yongzhong

（College of Economics and Management School，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China）

〔Abstract〕In order to solve the problem like heterogeneous data and difficult information sharing that appeared in the construction process of“digital Fujian”，this paper exploited the advantages of cloud-computing in data processing and sharing to build e-government platform，it described three modes（SaaS，PaaS，IaaS）of platform in detail，and it discussed the key technology of data sharing，such as virtualization technology，data extraction，data conversion and data processing.it would promote the government information to develop deeply and utilize effectively in Fujian province.

〔Key words〕digital Fujian；cloud computing；information sharing；government clouds platform；e-government

2000年，在時任福建省省長習近平的提倡和推動下，“數字福建”建設開始啟動。根據“數字福建”中“十五”、“十一五”、“十二五”規(guī)劃的目標任務，針對社會需求提出并實施了多項電子政務建設項目，取得了一定的豐碩成果。近年來，福建省政府更加重視“數字福建”平臺建設，提出將在2016年基本建設完成智慧城市感知、支撐、服務三大基礎平臺，同時開發(fā)旅游、環(huán)境、安全、交通等核心業(yè)務的智能化應用，為福建省發(fā)展自由貿易區(qū)提供了重要的支撐，同時也為福建省成為信息化強省奠定了堅實的基礎。黨的十八屆三中全會提出“加大政府購買公共服務力度”，推動政府購買政務云平臺服務是支撐各部門業(yè)務應用發(fā)展，防止重復建設和投資浪費，促進互聯(lián)互通和信息共享，增強電子政務安全保障能力的重要手段。政府手中擁有大量的信息，如何高效、準確地利用新技術將各部門信息進行共享和利用，成為電子政務建設的核心和關鍵問題。《2006-2020國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》將政務數據資源整合作為電子政務建設的關鍵戰(zhàn)略，加快推進電子政務云平臺建設和應用，是推動電子政務健康有序發(fā)展的重要任務。

目前國內政務云平臺的建設成果斐然，已經先后有深圳、上海、北京和青島等城市設計出了政務云平臺[1]。云計算有著良好的發(fā)展前景，我國政府部門出臺了一系列政策來促進電子政務云平臺的建設與發(fā)展。例如，工信部發(fā)布了《國家電子政務“十二五”規(guī)劃》和《基于云計算的電子政務公共平臺頂層設計指南》，從頂層設計上為我國政務云平臺的建設提供政策支持。為深入貫徹中央網絡安全和信息化領導小組關于加快推動信息化發(fā)展的重大戰(zhàn)略部署，電子政務云平臺建設應用工作組秘書處組織編制了《電子政務云平臺服務費用計算參考指南》和《電子政務云平臺服務考核評估方法》。隨著云技術的逐步成熟，福建省智慧城市數據中心建設加入了云計算的概念，通過數據中心的云化建設，更大化地提升了其海量數據的支撐能力。福建省也從頂層設計的高度相應出臺了《福建省政府印發(fā)2014年“數字福建”工作要點的通知》和《福建省政府關于“數字福建”智慧城市建設的指導意見》等一系列的相關舉措，為福建省開展云平臺建設提供政策支持。

2015年10月第35卷第10期現(xiàn)？代？情？報Journal of Modern InformationOct，2015Vol35No102015年10月第35卷第10期基于云計算的政務數據信息共享平臺構建研究Oct，2015Vol35No101“數字福建”現(xiàn)狀分析

從“十一五”“數字福建”提出之后，就一直不斷地強調政務數據公開與共享、實現(xiàn)業(yè)務協(xié)同辦理。目前省級部門電子政務網絡已經基本建成，市縣級電子政務加快推進，已經初步實現(xiàn)了各級政府網站一體化、一站式服務。聯(lián)合國經濟與社會事務部把電子政務建設分為5個發(fā)展階段，而我省電子政務建設正處于第4個階段（如圖1），即提供在線事務處理功能；保障信息安全；整合基礎網絡并逐步消除部門之間的“信息孤島”，以實現(xiàn)政務數據資源共享?！皵底指＝ā钡慕ㄔO與先進省市電子政務比較起來還有一定的差距，并存在著突出的問題[2]：圖1“數字福建”政務平臺框架示意圖endprint

11數據縱向與橫向整合度較低，導致“信息孤島”現(xiàn)象較為嚴重由于“數字福建”建設之初未能對各部門進行統(tǒng)籌規(guī)劃，導致各部門之間使用的數據交換標準不同、使用的數據庫管理系統(tǒng)不同，政務數據重復收集與建設，信息資源共享度較低，使大量的數據信息資源得不到有效開發(fā)與利用，浪費了大量的人力、財力和物力。

12政府數據資源共享的頂層設計不夠完善

盡管福建省在2009年的時候出臺了《福建省省級政務信息資源目錄管理辦法》、《福建省政務信息共享管理辦法》、《福建省省級政務信息共享交換實施辦法》等相關政策以支持數據資源的共享，然而這些政策卻不能滿足在大數據和云環(huán)境下新形勢的建設。

13信息安全問題

盡管在“數字福建”網站中有“信息安全”專欄，然而欄目中主要是對國內、國外信息安全的案例介紹，并未提及福建省保障信息安全的舉措、數據共享涉及各種法律、各部門的規(guī)章制度等，因此需要完善相關政策法規(guī)及規(guī)章制度來統(tǒng)一進行信息安全的部署。

為了解決上述問題，需要把福建省各部門數據信息進行整合與無縫對接，這將有利于實現(xiàn)省內電子政務資源配置的優(yōu)化與利用[3]。目前，工信部已經確定將北京市、福建省等18個地區(qū)作為首批云計算的電子政務公共平臺建設和試點地區(qū)，并鼓勵這些地區(qū)在現(xiàn)有基礎上建設集中統(tǒng)一的區(qū)域性電子政務云平臺，這將有利于支撐各部門業(yè)務應用發(fā)展，防止重復建設和投資浪費，促進互聯(lián)互通和信息共享，增強電子政務安全保障能力，推動電子政務向著集約、高效、安全的方向發(fā)展。

2基于云計算的福建政務平臺架構

結合“數字福建”的發(fā)展現(xiàn)狀，利用云計算技術把分散在政府各部門的軟件資源、硬件資源以及數據信息資源進行處理及整合，有利于解決福建省電子政務發(fā)展過程中所存在的問題。電子政務云平臺的終端用戶主要有政府、企業(yè)和公民，他們通過PC終端瀏覽器、移動終端、TV設備等，通過多云端接入方式使用電子政務服務。根據人員的不同主要有以下兩種訪問的方式：第一種是政府人員通過專網使用政務云平臺服務；另一種是企業(yè)或者公民通過互聯(lián)網（外網）使用政務云平臺服務。政務云平臺結構主要有終端用戶層、網絡層、政務核心服務層3個層次（如圖2）。

構建福建省政務云平臺，以IT基礎資源為依托，采用3層架構整合數據信息資源，按照云計算典型服務模式，分層設計了電子政務管理層，主要包括基礎設施及服務（IaaS）、軟件及服務（SaaS）、平臺及服務（PaaS）3種，通圖2“數字福建”政務云平臺示意圖

過三者之間相互補充、相互協(xié)作，形成了完整的政務云平臺系統(tǒng)。

21SaaS平臺

SaaS模式是一種新的軟件開發(fā)模式，主要為政府部門提供辦公和公眾發(fā)布信息所需要的軟件服務。SaaS通過因特網提供標準工具類、共用應用系統(tǒng)和專用業(yè)務系統(tǒng)等。標準工具類包括系統(tǒng)文字處理、殺毒軟件、視頻處理工具、圖片管理工具等；共用應用系統(tǒng)包括辦公、郵件、即時通訊、會議管理、人力資源管理、資產管理、報表管理、數據分析等；專用業(yè)務系統(tǒng)包括人口基礎數據庫、工商、稅務、企業(yè)管理、交通管理等。終端用戶可以通過因特網瀏覽器或Web Service/Web 20進行訪問和使用云應用，首先進入應用軟件服務器輸入登陸賬號和密碼，在服務器收到賬號信息之后通過認證服務、目錄服務、數據庫服務等，逐級對用戶信息進行認證。若是有新用戶時，將用戶的注冊信息存入到數據庫中，并對用戶分配訪問權限，采用訪問控制的方式來決定是否能夠訪問應用中的數據，以及能對數據進行哪些操作。云應用層通過資源配置和共享，使同一套軟件可以被多個用戶多次使用。SaaS需要通過一套標準軟件系統(tǒng)為不同的用戶提供服務，為其提供可靠的數據和配置隔離能力，保證了用戶數據的隱私安全及個性需求。在SaaS層需要建立多級權限控制機制，實現(xiàn)用戶級控制、數據庫級控制和網絡系統(tǒng)級控制的相互結合。用戶級控制能夠對網絡用戶進行合理的權限分工，強化系統(tǒng)管理員對軟件各個模塊進行統(tǒng)一授權；數據庫級控制主要是防止非法人員對財務等相關重要資料的篡改；網絡系統(tǒng)級控制主要是防止意外情況下出現(xiàn)的安全事件進行審計。數據存儲上分層次地采用服務器雙機熱備份、RAID鏡像等技術，對數據的存儲起到保護與備份作用，在認證與授權方面對信息及操作人員設計不同的權限及權限的組合，形成多維的、多層次的、全方位的操作控制，最大程度上保證SaaS模式的可靠性和安全性。

22PaaS平臺

PaaS層支持整個平臺的業(yè)務應用、數據交換、業(yè)務協(xié)同、安全、監(jiān)控與管理，主要包括支持電子政務云平臺的身份認證管理、服務構建庫、中間件、開發(fā)測試平臺、多租戶技術、報表數據挖掘等。在政務云平臺中，PaaS需要增加一種數據及服務（DaaS）模式，這種模式通過將大數據中潛在的價值挖掘出來，供政府各部門使用。PaaS是計算數據交換系統(tǒng)中的核心部分，將SaaS層所搜集到的原始數據進行轉換、任務分解和語義分析等。各政府部門數據經過前置交換子系統(tǒng)進行清洗、提取，將不同數據庫中的數據轉換成XML統(tǒng)一的文件格式，利用Map任務將轉換的數據進行切分，把不同的輸出文件經過排序合并之后，再傳給相應的Reduce任務進行數據處理，把處理后的數據導入目的源數據庫中，同時也保存在IaaS中存儲[4]。云平臺中的數據隱私保護問題，涉及到數據生命周期的每一個階段，通過利用airavat隱私保護系統(tǒng)，防止Map、Reduce計算過程中非授權的隱私數據泄漏出去，在計算過程結束之后將會自動除密。PaaS支持多租戶方式，通過使用一種軟件架構模式，允許多個不同用戶共同使用同一個系統(tǒng)或者程序軟件，并保證不同用戶之間的數據隔離性。這種多租戶方式對基礎設施平臺的安全性、穩(wěn)定性、可靠性都提出了較高的要求。在云平臺中將采用軟件協(xié)議棧的隔離技術，根據云計算過程中設計的策略，分為服務終端、系統(tǒng)、網絡、存儲等多隔離環(huán)節(jié)，保證了多用戶數據的安全性。為了使數據在平臺內隔離完好、運行安全高效，可以在邏輯結構表中構建多個存儲區(qū)，通過不同存儲區(qū)的功能設置，實現(xiàn)元數據的驅動和XML業(yè)務的數據轉換。endprint

23IaaS平臺

IaaS為終端用戶提供的數據同步、虛擬主機、數據備份和存儲等服務，是通過用戶所耗費的成本計算收費的，其主要任務是重組政務云平臺中的硬件資源，構建虛擬系統(tǒng)，實現(xiàn)服務器、網絡和存儲的虛擬化。它將底層的IT資源（硬件設備）匯總成一個大的資源池，通過虛擬化技術進行統(tǒng)一管理，供上層應用進行調用和動態(tài)分配，其核心部分就是按照用戶的需求，提供對應的CPU頻率、硬盤空間虛擬機等電子政務高性能計算系統(tǒng)[5]。通過分布式存儲技術，將本地存儲資源整合到統(tǒng)一的存儲網絡中，利用網絡擴展實現(xiàn)廣域網內存儲資源的共享。在IaaS中需要將可信計算技術融入平臺環(huán)境中，以保證向用戶提供一個密閉的箱式執(zhí)行環(huán)境，保證了客戶虛擬機運行的機密性；此外，它允許用戶在啟動IaaS前檢查是否安全。HDFS（Hadoop distributed file system）是一種具有高容錯性的分布式文件系統(tǒng)模型，能夠提供高吞吐量的數據訪問，適合于大型數據的存儲。對于小型數據（比64MB小的文件），可以使用序列文件（SequenceFile）將小文件進行合并成大文件，這將會提高整個系統(tǒng)的存儲效率和存儲能力。在硬件虛擬化基礎上建設的電子政務云平臺，分為政府部門數據資源共享云平臺和云接入平臺兩個不同部分。各部門的數據資源共享云是一個政務信息私有云，將云平臺中的私有云建成一個資源池，資源池中的數據經過XML的統(tǒng)一處理，變成具有統(tǒng)一格式的結構數據，方便了數據信息資源的調用與管理，并在一定時間內可以保持數據信息同步和備份。接入云平臺的主要作用是將各部門數據進行轉換、共享和利用，方便公務人員使用政務數據[6-7]。IaaS從公有云、私有云這兩個不同的角度上看有著很大差異，這是因為公有云對所有物理資源的優(yōu)先級別都是一樣的，而IaaS的私有云根據用戶的權限不同提供不同的服務。為了保證存儲數據的安全性，將在IaaS中采取容災備份技術，通過冗余備份保證系統(tǒng)的高可用性，降低系統(tǒng)的單點故障問題。

3實施政務云平臺數據共享的關鍵技術

31虛擬化技術

虛擬化技術的應用主要涉及服務器、存儲、網絡、應用等多個方面，不同類型的虛擬化技術從不同的角度上解決了系統(tǒng)性能的問題。

服務器虛擬化可以快速地劃分和動態(tài)部署服務器資源，以降低系統(tǒng)的復雜度，消除設備的無序蔓延，達到了降低運營成本、提高資產利用率等目的。存儲虛擬化將數據資源集中到一個大容量的資源池進行統(tǒng)一管理和調度，實現(xiàn)了無須中斷任何程序即可實現(xiàn)存儲系統(tǒng)和數據遷移，從而提高了整個系統(tǒng)的動態(tài)適應能力。網絡虛擬化通過將一個物理網絡節(jié)點虛擬成多個節(jié)點，并將多個交換機整合成一臺虛擬交換機，增加了連接數量、降低了網絡的復雜度、實現(xiàn)了網絡的容量優(yōu)化。應用虛擬化技術通過動態(tài)分配資源的方式來幫助改進服務的交付能力，提高了應用的性能。

政務云平臺基于上述虛擬化技術實現(xiàn)了跨越IT架構的全系統(tǒng)虛擬化，對所有的資源進行統(tǒng)一的管理、調度和監(jiān)控，在無須擴展重要物理資源的前提下，簡單而有效地將大量分散的、沒有得到充分利用的物理資源，整合成單一的大型虛擬資源，并使其能長時間高效的運行，提高了能源效率和資源利用率。

32政務數據抽取技術

福建省政府已經出臺了《福建省省級政務信息共享交換實施辦法》政策，規(guī)定部署在機關單位的前置服務器，是實現(xiàn)機關單位業(yè)務數據庫與交換系統(tǒng)對接的計算機系統(tǒng)。此系統(tǒng)需要將政務云平臺和政府各部門的業(yè)務進行邏輯隔離，保障數據在前置交換系統(tǒng)傳輸中的安全性與可靠性。為了確保各部門原有系統(tǒng)的運行不受資源整合的影響，保證部門原系統(tǒng)的安全性，需要在前置機和各部門分系統(tǒng)的服務器之間用防火墻進行隔離。前置機將各部門的數據信息資源進行提取，向電子政務云平臺提交；同時也接收電子政務云平臺中的數據信息資源，向政府部門分系統(tǒng)的服務器進行傳輸（如圖3）。省信息化工作主管部門負責組織機關單位部署前置服務器和前置系統(tǒng)，機關單位負責前置服務器的正常運行與維護；空間中心負責前置系統(tǒng)的日常監(jiān)控與維護。圖3政務數據抽取的前置機系統(tǒng)示意圖

33政務數據轉換技術

對于“數字福建”建設過程中出現(xiàn)的“信息孤島”問題，是由于各部門數據異構所致，無法直接進行數據資源的共享，需要通過一種中間格式進行統(tǒng)一標準化?？蓴U展標記語言（XML）是一種元標記語言，可以實現(xiàn)不同格式數據源之間的交互[8]。XML自我描述性可以適用于異構數據之間的交換，XML文件不僅包含著數據信息，而且還包含著其數據結構，可以清晰地表達數據信息之間的依賴關系。XML可以解決政府數據的異構問題，通過XML將不同部門的數據進行格式統(tǒng)一轉換并輸出。XML Schema是一個基于XML文檔的數據建模工具，用以描述XML文檔。由于政府數據是結構化、半結構化和非結構化的數據，在對數據進行交換時，數據表示的主要形式是與XML的組合應用。在完成異構數據庫之間的互操作過程之前，首先要定義交換信息的Schema標準結構，然后再把XML數據文件轉換映射成標準化模式，實現(xiàn)數據格式的統(tǒng)一性和標準性。

34政務數據處理技術

MapReduce是一種編程模型，可以并行計算和高效處理政府部門中海量的數據，具有較好的擴展性和容錯能力。用戶只需要在MapReduce中指定Map（映射）函數和Reduce（歸約）函數就可以實現(xiàn)并行數據程序處理[9]。MapReduce在運行的時候需要對XML數據進行劃分，但這并非真正將其劃分成獨立的數據塊，每個“分階任務”只是XML數據信息邏輯上的劃分，還需要對每一個“分階任務”進行語義上的解釋。利用MapReduce模式進行并行處理，首先需要用軟件指定一個Map函數，通過這種方式將一組鍵值對映射成一組新的鍵值對，然后指定并發(fā)Reduce函數將具有相同鍵的鍵值對進行合并，并計算出最終結果，把最終合并后的輸出文件導入到目的數據源庫中。最后，通過目的數據源庫向各個政府部門發(fā)布轉換后的數據信息資源。endprint

假設政府部門1和政府部門2有數據信息需要交換，具體的流程如下（圖4）。

（1）根據政府部門的頂層設計采用統(tǒng)一的標準格式，兩個部門需要向電子政務云平臺分別提交交換格式結構format，也就是該數據的標準XML Schema。

（2）根據不同政府部門的XML Schemas，生成轉換規(guī)則f1o（x）和fo1（x），并同時對應XSLT（Extensible Stylesheet Language Transformations，擴展樣式表轉換語言），我們將其設置為XSLT1o和XSLTo2[10]。

（3）將政務云平臺中每一個主機與服務器進行相互的協(xié)調與配合，并依照具體的要求接受政府部門1向政務云平臺中提交XML格式format1（data），并保證這些數據格式具有最大的兼容性。

（4）驗證format1（data）的格式和內容是否正確及完整。

（5）調用XSLT1o將政府部門1中的format1（data）轉換成所提交的標準格式XML文檔，即：

f1→o（x）：format1（data）→format（data）（1）

同時也需要對轉換過的XML文件通過MapReduce模式進行任務的分解和語義解釋，并將中間的結果進行合并[11]。

（6）調用XSLTo2，并采用電子政務云平臺中的format（data）文檔格式轉換成政府部門2能夠識別的數據信息格式：

fo→2（x）：format（data）→format2（data）（2）

若是數據交換的目的是將政府部門的數據保存在電子政務云平臺中，XML處理器則根據具體的要求將XML數據圖4政務數據轉換處理子系統(tǒng)示意圖

轉換成所需要的數據格式，然后按照交換的目的把政府部門的數據存儲起來。

（7）通過XML文檔轉換后的數據格式format2（data）發(fā)送到政府部門2。

4結語

福建省數字辦已經開始負責統(tǒng)籌和規(guī)劃政務云平臺的建設，在此基礎上推進數字福建項目在政務云平臺上的部署。目前“數字福建”的工作重心已經從信息技術應用于政務活動階段，轉移到了政務數據和信息資源深度開發(fā)的階段。政務云平臺與數據抽取技術、轉換技術和處理技術的集成與運用，能夠很好地解決政府部門數據信息的共享與挖掘的問題。

云計算技術為政務數據和信息的共享提供了新的、更為有效的技術路徑。就福建省而言，基于云計算的數據共享平臺的構建和運行，會對省內的公共服務和產業(yè)升級提供堅實的基礎和有力的保障，也會對福建省電子政務的建設與發(fā)展產生深遠的影響。

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（本文責任編輯：孫國雷）endprint