基于云計算的科技資源信息共享模式的構建

李強，劉曉峰

1. 太原理工大學 財經學院，山西 太原 030024

2. 山西省財政稅務?？茖W校，山西 太原 030024

3. 太原理工大學 大數(shù)據(jù)學院，山西 太原 030024

引言

在《2006-2020 國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》中將政務數(shù)據(jù)資源整合作為我國電子政務建設過程中的關鍵環(huán)節(jié)，以政務云計算平臺建設來推動我國電子政務發(fā)展水平。當前國內政務云的建設如火如荼，以幾個重點示范城市為榜樣，帶動其它省市政務云的建設[1]。正當示范城市中政務云如雨后春筍展露出其強大的功能時，工信部和其它部委公布了《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》，為我國政務云的建設提出了技術方向和框架[2]。在中央網(wǎng)絡安全和信息化領導小組的國家信息化戰(zhàn)略部署下，政務云建設工作組又編制了《電子政務云平臺服務考核評估方法》和《電子政務云平臺計費參考標準》[3]。

2013 年 8 月，山西省政府常務會通過了《山西科技創(chuàng)新城建設總體方案》，在此背景下，山西科技創(chuàng)新城作為山西省實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的核心和平臺，成為山西省的首位工程，肩負著以科技創(chuàng)新破解山西資源型經濟轉型升級的重任[4]。為了給創(chuàng)新個體提供創(chuàng)新條件，山西省積極組建了各類共享服務平臺，以山西省科技基礎設施和大型儀器設備等科技資源服務平臺為主要服務內容，聯(lián)合其它各部門向全省全社會開放各類科技服務資源，推動山西科技創(chuàng)新城的歷史進程，完善太原市智慧城市的建設內涵。

1 國內研究現(xiàn)狀

目前在我國科技資源業(yè)務范圍內主要是通過共享平臺實現(xiàn)各個科技資源信息的共享。伴隨著技術的逐步發(fā)展，國內的科技資源共享平臺逐漸完善起來，已經初步完成適應科技創(chuàng)新和科技發(fā)展需要的科技基礎條件支撐體系。當前國內大多數(shù)省市、科技主管部門都擁有獨立的、功能較全的、且具有特色的科技資源管理共享系統(tǒng)，在一定條件環(huán)境中可以達到各自科技資源的共享。如現(xiàn)有的中國科技資源共享網(wǎng)，還有 18個科技資源省市平臺網(wǎng)站,如陜西科技信息網(wǎng)、四川省科技信息資源平臺、上海研發(fā)公共服務平臺網(wǎng)等；27個科技資源建設項目網(wǎng)站,如大型科學儀器資源領域門戶、海洋科學數(shù)據(jù)共享中心、交通科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)等,這些平臺為大眾使用科技資源提供了便利[5]。

雖然我國當前科技信息系統(tǒng)已經有了質的突破，但是仍然存在一些局限性，如各個省市和科技部門之間的信息資源未能互聯(lián)互通，僅是在部門內部可以共享一些資源，基本上仍處于“信息孤島”狀態(tài)。此外，各個共享系統(tǒng)之間設有權限，通過信息系統(tǒng)的簡單超鏈接是無法共享資源的。盡管通過交涉系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了一些系統(tǒng)間的共享，但各個系統(tǒng)往往都有自己的服務器，對用戶來說他們仍然處于相互獨立狀態(tài)。該情況的存在，可能導致用戶為了查找某一科技資源需要逐個登錄訪問多個系統(tǒng)，加之訪問權限的不統(tǒng)一，使科技資源的全面共享成為不可能。雖然各個省市、部門等已經投入了大量的人力和財力來建設和完善科技資源共享平臺，但是由于技術和管理上的制約還是不能實現(xiàn)真正意義上的科技資源共享，即科技資源的全面、無隔閡的完全共享[5]。

國內科技資源共享平臺的研究已經在國外經歷了比較長的時間，國內主要從三個角度開展研究，一是對社會開放的資源共享平臺建設方案的研究；二是對科技發(fā)展創(chuàng)新的推動力的研究；三是從創(chuàng)造的價值角度研究。就平臺建設方案的研究又可以分為三個方向，主要包括：

(1) 側重于平臺建設經驗和理論的研究：

學者岳曉杰通過探析中國科技基礎條件平臺建設的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,指出了平臺建設過程中存在的各種問題,并分析了該問題產生的原因,通過進一步分析和比較國內外科技發(fā)展的成功實踐經驗，提出了成立國家綜合協(xié)調管理委員會來加強我國科技基礎條件平臺的建設[5,6]。

還有陳文倩,伶慶偉等人結合高校儀器管理經驗，分析了大型儀器設備管理的現(xiàn)狀和存在的問題，探討了設備管理上的問題與不足，提出了高校大型儀器設備資源管理和共享的措施[5,7]。

(2) 側重于區(qū)域平臺技術的研究:

阮曉妮通過寧波市科技資源的調研了解的基礎上，運用模糊層次分析法建立了資源配置模型。在寧波的科技工作網(wǎng)站上采用共享信息的關鍵技術建立分布式網(wǎng)絡中心，并通過對數(shù)據(jù)的規(guī)范化、網(wǎng)絡化和空間化改造，實現(xiàn)了科技資源信息共享平臺[5,8]。

針對山西省自然科技資源共享平臺，郭常蓮等人圍繞平臺的功能結構、內容和應用方法三方面開展了研究，指出前臺的主要應用方式是信息查詢與統(tǒng)計，并重點論述了該系統(tǒng)的前后臺的應用和建設方案[5,9]。

對于目前網(wǎng)絡條件下文化信息資源共享存在的組織、服務、市場和管理機制等方面的問題，學者畢強通過網(wǎng)絡資源管理基礎理論的研究，以網(wǎng)絡技術視角為切入點，采用 Qos 的資源動態(tài)分配方案，設計了基于層次式的網(wǎng)絡文化信息資源共享平臺體系結構[5,10]。

針對網(wǎng)絡教學資源共享平臺目前存在的問題，學者王慶和趙顏兩位學者不但提出了基于知識管理的新平臺設計框架和實現(xiàn)技術，而且指明該平臺需要使用數(shù)據(jù)挖掘等知識管理關鍵技術來實現(xiàn)個性化和智能化為主要特征的共享服務[5,11]。

(3) 側重于平臺在傳統(tǒng)網(wǎng)絡下整合建設研究：

針對農作物的特種資源共享平臺 (CGRSP) 的特點，葉錫君等學者進行了研究和設計，包括平臺的總體框架、數(shù)據(jù)存儲和功能服務等方面。同時，為了對遺傳資源實現(xiàn)數(shù)字化、標準化和遺傳資源的整合，他們采用了國家種植資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準[5,12]。

張宇等研究者建立了網(wǎng)絡平臺科技資源整合的方法和原則、以及基本的框架，以河北省科技基礎條件平臺為案例，給出了理論和實踐上結合的科技資源整合方案，并指明針對不同資源分類分別，使用不同的整合方法[5,13]。

學者張謹?shù)热艘云脚_的規(guī)范化、建設方法、整合方案、數(shù)據(jù)存儲等方面開展研究，并在同構跨庫檢索技術上完成了資源的整合，同時給出了建設資源共享平臺的可行方案[5,14]。

通過對近些年文獻的查閱，國內學者從對科技資源共享的方案研究向科技資源共享平臺與機制發(fā)展轉變，從以上研究者的研究來看，科技資源共享平臺的關注往往停留在網(wǎng)絡平臺的基礎上，而且基本都是基于對某一個區(qū)域或領域的研究。

當前我國科技部已經初步建成了以研究實驗基地和大型科學儀器設備、自然科技資源、科學數(shù)據(jù)、科技文獻等六大領域為基本框架的國家科技基礎條件平臺建設體系。

隨著全國的科技資源共享平臺的建設，我省也陸續(xù)完成各個科技資源共享系統(tǒng)。于 2005 年初，我省逐步啟動了山西省科技基礎條件平臺建設計劃，形成成了一個跨行業(yè)、多學科的信息共享和應用服務的科技創(chuàng)新支撐體系[15]。2012 年末，山西省科技文獻共享與服務平臺、山西省科學數(shù)據(jù)共享平臺項目得到驗收。其中山西科技文獻共享平臺為萬方和維普數(shù)字化資源提供接入服務，主要包括文獻檢索服務、原文件傳送服務、科技定題服務和科技查新服務。山西省科學數(shù)據(jù)共享平臺集成了科研機構、高等院校和相關機構所擁有的公益性、基礎性科學數(shù)據(jù)資源。該平臺整合了我省氣象、地理空間、農業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)境、能源等科學基礎數(shù)據(jù)服務。

到目前為止山西省自然科技資源平臺已經基本建成并投入運行中，大型科學儀器協(xié)作共享平臺、技術轉讓服務平臺、專業(yè)創(chuàng)新公共服務平臺也正在逐步完善中。

此外，山西省科技資源共享服務網(wǎng)為整個平臺集成和提供了綜合展示窗口，是各個共享資源和各種應用服務的集成應用平臺，也是各個子平臺的聯(lián)合門戶和統(tǒng)一入口。

為了推動山西省科技資源的共享和發(fā)展,山西省人民政府辦公廳陸續(xù)出臺了關于印發(fā)山西科技創(chuàng)新城人才支持、平臺管理、成果轉化、首臺 (套) 裝備認定等 4 個暫行辦法[16]。

2 科技信息資源與云平臺

2.1 科技信息資源的特點

科技信息資源廣泛分布于科研院所、高校和科研管理部門等機構中，其內容主要包括數(shù)據(jù)、軟件和設備特征，并涉及研發(fā)、使用、維護和流通等環(huán)節(jié)。其中，科研機構主要具有研發(fā)和使用功能，管理部門具有維護職責，而中介機構促進流通和推廣的作用?？萍夹畔①Y源主要具有數(shù)據(jù)量龐大、系統(tǒng)異構和應用服務繁多特點。

2.2 云平臺整合科技信息資源

本研究中使用云計算平臺整合科技信息資源的意義可以概括為以下幾點：

(1) 云平臺為科技信息資源系統(tǒng)服務提供新的范式。通過該范式，可以將不同的科研機構和管理部門使用的數(shù)據(jù)和服務整合在一起，并統(tǒng)一服務接口，提供各種級別的科技應用。

(2) 云平臺為實現(xiàn)海量科技信息數(shù)據(jù)的存儲提供新的途徑，為海量的數(shù)據(jù)存儲和檢索提供高效的方法。

(3) 云平臺還為跨平臺的服務提供統(tǒng)一的接入方式，可以實現(xiàn)對不同系統(tǒng)上現(xiàn)有服務的整合。

通過云計算技術實現(xiàn)的科技信息資源整合，將具有如下的特征：

(1) 高效的存儲和檢索

云計算平臺通過改變存儲和冗余的方法,提高了存儲空間的整體利用率,正如超市中物品存放有別的方式自然提高了物品的查找效率，存儲方式的改變將有助于提高數(shù)據(jù)被檢索的效率。

(2) 跨平臺和跨應用

云平臺可以為用戶提供各種科技信息資源和應用，并不局限于受環(huán)境約束的幾種應用，如農業(yè)部門不僅可以調用水利和氣象等信息，還可以得到電力和煤炭等能源信息。數(shù)據(jù)和應用在最大范圍內共享。

(3) 成本低

從谷歌云的成功案例中可以得知云計算平臺的搭建并不需要建立在高端的物理設備上，而只需要將廉價設備配置虛擬軟件就可以形成對外統(tǒng)一的計算資源池和存儲資源池，這種方式極大的保護了投資，降低了成本。

(4) 高彈性的擴展

云計算的本質就是提供一種類似于電廠按需發(fā)電的工作模式，其虛擬系統(tǒng)可以通過用戶的需求自動的適應，為用戶動態(tài)地分配資源，該種模式特別適合于科技資源迅猛的生產和發(fā)展的需求。

(5) 統(tǒng)一的訪問入口

通過云平臺對新舊系統(tǒng)的整合，通過虛擬技術設置統(tǒng)一的應用訪問入口，保證了底層差異對用戶的透明性。并通過權限統(tǒng)一分級管理和配置，用戶一致界面的使用，極大方便了用戶的使用。

(6) 可靠性高

云計算不僅解決的大規(guī)?？萍紨?shù)據(jù)的海量存儲問題，而且通過副本技術來增加數(shù)據(jù)的冗余性，保證了數(shù)據(jù)遺失后的快速恢復，從而增強了系統(tǒng)的可靠性。

(7) 統(tǒng)一的管理

云計算不僅為用戶提供統(tǒng)一訪問入口，而且通過統(tǒng)一的專業(yè)化管理，大大降低了原有分散部門維護的成本，減少了資源分散帶來的重復浪費。此外，該管理方式保證了數(shù)據(jù)的一致化，防止了“臟數(shù)據(jù)”的存在。

(8) 高集成度

云計算是從分布式系統(tǒng)技術采用虛擬技術而來，天生就具備兼容異構系統(tǒng)的能力，所以可以通過虛擬技術將各個分散的系統(tǒng)整合起來，使現(xiàn)有的應用通過接口技術或總線技術連接在一起，具有很強的集成能力。

3 科技云的服務體系

3.1 服務的總體范式

基于云計算的科技資源共享平臺是為了科技管理部門、中介結構、高校和科研院所等單位可以實現(xiàn)信息服務的共享，資源的最大化的利用，所以其服務的構建應該遵循一定的規(guī)范原則，建設指導部門通過服務的總體范化將有利于服務的共享和服務的整合。

如上圖 1 所示，基于云計算的科技資源共享平臺的整體框架既需要滿足科技政務系統(tǒng)建設的要求，又要保持技術路線開發(fā)的一致和符合國家電子政務開發(fā)的要求[14-15]，從范化體系層次上包括云計算的物理基礎層、系統(tǒng)層、服務支撐層、應用服務層和用戶層[17-19]。

其中，物理基礎層為云計算服務提供必備的物理設施包括存儲設備、計算服務器和網(wǎng)絡基礎設施。系統(tǒng)層，通過支持虛擬化服務的系統(tǒng)軟件，將物理層異構和分散的設備整合在一起，形成對用戶透明的整體設施，為上層提供一致的服務接口。支撐層并不是直接為用戶提供獨立的服務，而是為上層獨立的服務提供功能組件，滿足服務設計上的靈活性和重用性。服務層是針對用戶的不同需求而開發(fā)的一系列功能，是整個體系的設計重點。

如圖 2 所示，高薪技術企業(yè)、高校和科研院所是科技云平臺的主要用戶，科研管理部門主要負責整個云平臺的管理和維護工作，并且兼具規(guī)范服務和指導系統(tǒng)開發(fā)的義務，而中介機構主要推廣新產品和新技術，負責加快資源的市場化流通。

3.2 服務模式

針對科技用戶的需求，科技云體系中的應用層中的服務可以劃分為四大基本類，每一類中擁有多項服務，如圖 3 所示，包括：

第一類是知識服務，為科研用戶完成科研提供必需的科學技術支持。知識服務還包括科研開發(fā)過程中文獻服務和專家服務，為其智力過程提供技術指導。文獻服務主要采用搜索引擎的方式，滿足用戶關鍵字或主題的檢索。專家服務可以通過在線咨詢的方式，由用戶使用“網(wǎng)上專家門診”的形式進行答疑指導。

圖1 科技云的總體架構Fig. 1 The overall structure of the technology cloud

圖2 用戶角色的劃分Fig. 2 The division of user roles

第二類是行政管理類，輔助科研管理部門完成行政類業(yè)務流程，主要包括項目獎項服務和專家的管理服務。其中項目獎項服務實現(xiàn)項目申報審批流程，以及對項目全過程的跟蹤，是科研管理的部門一項重要活動。專家管理不僅實現(xiàn)了對專家成員的組織，更是對科學活動的科學化、規(guī)范化和公正化的保障。

第三類是科研資源服務，為科研過程提供基礎支撐，是科學活動的條件，主要有數(shù)據(jù)服務和設備服務。數(shù)據(jù)服務包括自然科學的基礎數(shù)據(jù)，社會科學的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，人工智能的數(shù)據(jù)挖掘服務，是為科學判斷提供基礎資料。設備服務，主要用于共享儀器設備和提供重點實驗室信息，是減少投資和研究成本的一項重要功能。

第四類是流通推廣服務，為科研過程資源的組合和市場轉化提供催化媒介，形成貫穿研發(fā)、使用和流通的信息流，主要有技術的推廣和產品的轉化?？蒲羞^程也是一項資源組合的過程，不僅需要數(shù)據(jù)、文獻、設備和資金等物質資料，而且更需要智力和人力等支持，技術的推廣服務就是將這些智力資源快速配置到相應的科研系列活動中去，為科研活動的順利開展提供支持。產品轉化又是一項保障科研成果可以快速進入市場形成資金回流，為延續(xù)科研壽命的提供保障支持。

3.3 存儲模式

存儲為服務提供了基本的物質基礎和保障，云存儲往往采用“池化”技術將分散的異構存儲服務虛擬成在一個整體的存儲資源池，為用戶提供統(tǒng)一使用方式，屏蔽了底層細節(jié)上的技術差異，實現(xiàn)了高可靠性和高性能的海量數(shù)據(jù)分布和備份，如下圖 4 所示。

3.4 系統(tǒng)整合

基于云計算的科技資源平臺不僅解決日益增長的海量數(shù)據(jù)存儲、高性能的計算服務、多樣的業(yè)務服務，還要整合現(xiàn)有的資源，保護現(xiàn)有資產。服務總線方式是實現(xiàn)系統(tǒng)整合的一種流行手段，該方式不僅可以滿足基于服務的設計 (SQA)，而且可以實現(xiàn)業(yè)務流程的再造和重組。為了可以兼容舊系統(tǒng)，我們設計一種規(guī)范化代理接口，可以將舊科技系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和服務接入到云平臺上，如圖 5 所示。

通過在舊系統(tǒng)服務上添加兼容 ESB 規(guī)范化接口，可以將舊服務數(shù)據(jù)轉換為服務總線上的標準通信格式，這種模式只需要將原服務重新通過 XML 格式注冊到云平臺上即可使用，保證了服務對外使用的一致性。

圖3 服務體系Fig. 3 Service system

圖4 存儲虛擬化Fig. 4 Storage virtualization

圖5 服務總線接口Fig. 5 Service bus interface

4 結論

通過對科技云的特點分析，我們具體提出了一種使用云計算如何實現(xiàn)海量存儲、數(shù)據(jù)檢索、服務范式設計、系統(tǒng)整合和集成服務的云平臺構建模式。該模式不僅可以提高科技資源的使用效率，而且使用虛擬化技術實現(xiàn)資源的整合，擴展服務能力的彈性。此外，通過規(guī)范公共接口設計實現(xiàn)現(xiàn)有服務的信息共享，實現(xiàn)服務的集成。

通過云計算方式來整合科技資源不僅是一個技術應用，更是一種全新的服務模式，該服務模式應該包括整個系統(tǒng)體系的范化設計，不僅可以兼容現(xiàn)有的服務，而且可以面向未來發(fā)展，所以這種模式設計具備很強的彈性。

為了適應數(shù)據(jù)龐雜、服務繁多的科技資源，通過云構建的科技資源信息共享平臺不僅可以滿足國家科技系統(tǒng)的基本框架,而且該系統(tǒng)具有很強的兼容性,面向未來的發(fā)展。此外，我們將服務劃分為4大類，該劃分可以滿足科技六大領域的服務：實驗基地、科學儀器、自然科技資源、科學數(shù)據(jù)、科技文獻和科技資源基本服務。除此之外，還應具有科技管理服務，如成果轉化、專家系統(tǒng)、項目審批申報系統(tǒng)等，為了方便用戶使用該系統(tǒng)還應具備科技目錄服務、全文檢索等常規(guī)服務。

伴隨著我國云計算技術普及，國家和山西等地區(qū)積極開展云平臺的建設，科技部門資源和服務的完善，建設一個科技云共享平臺將是一個新的里程碑，如何保證科技數(shù)據(jù)和服務的安全將是下一個我們研究的重點問題。

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