SOA和云計(jì)算技術(shù)在圖書館服務(wù)“三農(nóng)”中的應(yīng)用

徐琳君， 劉長(zhǎng)娥， 逯連靜， 程彬彬

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)科技信息研究所，上海 201403)

0 引言

當(dāng)前，以信息技術(shù)為代表的新一輪科技革命方興未艾，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的信息化浪潮蓬勃興起，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展?fàn)I造了強(qiáng)大勢(shì)能。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視信息化發(fā)展，對(duì)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)等作出部署，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)與信息技術(shù)融合，運(yùn)用豐富的農(nóng)業(yè)信息資源服務(wù)“三農(nóng)”[1]。在信息時(shí)代，應(yīng)充分發(fā)揮新興科技對(duì)農(nóng)業(yè)的促進(jìn)作用，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民的科技培訓(xùn)，普及農(nóng)業(yè)新技術(shù)，及時(shí)解決實(shí)際工作和生產(chǎn)過程中遇到的問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)科研成果的轉(zhuǎn)化和利用，為農(nóng)業(yè)學(xué)科的發(fā)展和科技興農(nóng)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

作為科研院所的圖書館不僅要為科研工作人員提供文獻(xiàn)信息服務(wù)，也要積極主動(dòng)的服務(wù)“三農(nóng)”。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)的廣泛使用，我們已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能已經(jīng)無法滿足我們的需求[2]。云計(jì)算的出現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入新時(shí)代，目前云計(jì)算在各行業(yè)中已經(jīng)成功應(yīng)用。本文探討基于SOA和云計(jì)算的圖書館平臺(tái)，改變傳統(tǒng)服務(wù)模式，更好地為“三農(nóng)”提供信息服務(wù)。

1 SOA和云計(jì)算

SOA技術(shù)是一種基于服務(wù)的體系架構(gòu)。SOA的發(fā)展是伴隨著WEB技術(shù)的不斷演進(jìn)而向前發(fā)展的。SOA就是這種一樣新的面向服務(wù)的分布式Web架構(gòu)。SOA可以將現(xiàn)有的系統(tǒng)封裝成服務(wù)，并對(duì)服務(wù)進(jìn)行抽象，我們可以把它看成一種新的架構(gòu)模式，而不是一個(gè)產(chǎn)品[3-4]。SOA常常被用作云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)，可以促進(jìn)服務(wù)的重復(fù)使用。

云計(jì)算是將各種網(wǎng)絡(luò)上分布的資源集中，用虛擬化方式為用戶提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算的分布式處理。云計(jì)算關(guān)心的是如何把底層硬件和軟件抽象成云計(jì)算資源。但是用戶永遠(yuǎn)不需要關(guān)心底層平臺(tái)是如何進(jìn)行操作的，只需要關(guān)心服務(wù)[5-6]?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)按自己的需要獲得軟硬件服務(wù)或者一些其它的服務(wù)。云計(jì)算的核心就是按需服務(wù)。

2 基于SOA和云計(jì)算的數(shù)字圖書館總體架構(gòu)

根據(jù)硬件環(huán)境及云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)的規(guī)劃，我們?cè)O(shè)計(jì)了圖書館數(shù)字化平臺(tái)的具體實(shí)施方案，基于SOA和云計(jì)算的數(shù)字化圖書館總體架構(gòu)圖,如圖1所示。

圖1 基于SOA和云計(jì)算的數(shù)字圖書館總體架構(gòu)圖

1.1 應(yīng)用層

在應(yīng)用層中，用戶可以使用云計(jì)算所提供的服務(wù)接口，而用戶使用云計(jì)算服務(wù)是有專門的服務(wù)接口，并且可以按照實(shí)際需求重新設(shè)計(jì)服務(wù)。用戶使用終端所提供的云計(jì)算服務(wù)，存儲(chǔ)超大容量數(shù)據(jù)并能提高運(yùn)算系統(tǒng)能力，可以節(jié)約項(xiàng)目投入成本。本文在應(yīng)用層中添加了SOA的云計(jì)算架構(gòu)的應(yīng)用，SOA和云計(jì)算的結(jié)合，可以充分滿足數(shù)字化用戶的需求。

數(shù)字化用戶不需要維護(hù)云計(jì)算的軟件供應(yīng)商。用戶所需要的服務(wù)不是來自本地，而是來自“云”端。我們只需要在聯(lián)網(wǎng)的電腦上配置“云操作系統(tǒng)”的瀏覽器，并且使用軟件及硬件都是云服務(wù)形式，這樣的網(wǎng)絡(luò)不僅可以傳送網(wǎng)絡(luò)信息，也可以傳送云服務(wù)。

1.2 平臺(tái)層

平臺(tái)層的應(yīng)用包括統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心平臺(tái)、統(tǒng)一門戶管理平臺(tái)、系統(tǒng)軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、高可用性HA等?；赟OA的云計(jì)算平臺(tái)其實(shí)是一種“云服務(wù)”平臺(tái)，它具有連接到其他的網(wǎng)絡(luò)并發(fā)計(jì)算服務(wù)機(jī)制，能夠使用虛擬化技術(shù)增強(qiáng)各個(gè)服務(wù)器的互聯(lián)，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

隨著圖書館的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)越來越大時(shí)，其數(shù)據(jù)特點(diǎn)(1)數(shù)據(jù)量大；(2)具有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，當(dāng)前非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)越來越多。PaaS就可以在短時(shí)間內(nèi)處理海量數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)管理變得更加方便，實(shí)現(xiàn)更高的管理水平。在云產(chǎn)業(yè)鏈中，如同傳統(tǒng)的中間件所起的作用一樣。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是智慧圖書館的骨干層。它的作用是為上層提供可供終端用戶消費(fèi)的云計(jì)算硬件設(shè)備資源，其中包括具有專用的計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)來處理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)程，并且該架構(gòu)可以提供大容量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力。軟件包括存儲(chǔ)、應(yīng)用程序和提供給用戶的相關(guān)服務(wù)等。在云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，本地計(jì)算機(jī)不需要空間很大的硬盤，也不需要速度超快的CPU和超大存儲(chǔ)能力的存儲(chǔ)器，只需要基本必要的硬件即可。

3 SOA和云計(jì)算在圖書館服務(wù)“三農(nóng)”中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)的設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)施層是數(shù)字圖書館的關(guān)鍵層。它的基本作用是為上層用戶提供一種云計(jì)算資源的“黑盒”抽象層，目的是使上層用戶即使不了解云計(jì)算資源的工作原理，也能夠使用平臺(tái)資源。通常情況下云計(jì)算資源包括具有運(yùn)算能力的CPU、存儲(chǔ)能力的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相關(guān)聯(lián)的軟件。云計(jì)算軟件包括存儲(chǔ)、應(yīng)用程序和提供給用戶的相關(guān)服務(wù)等。通過云計(jì)算的本地計(jì)算機(jī)僅僅需要簡(jiǎn)單的硬件設(shè)備，比如基本的輸入輸出設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

3.1.1 服務(wù)器虛擬化

虛擬化技術(shù)可以創(chuàng)建共享動(dòng)態(tài)平臺(tái)，將一些凌亂分散的硬件資源統(tǒng)一起來，并且利用了程序的模塊化設(shè)計(jì)思想，從而應(yīng)用程序在數(shù)據(jù)上具有安全性，功能上具有可擴(kuò)展性。最顯著的特點(diǎn)是支持多硬件平臺(tái)、多操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的功能。我們采用VMware虛擬架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的虛擬化。ESX Server 是VMware虛擬結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，可以動(dòng)態(tài)的進(jìn)行自我優(yōu)化，直接安裝在物理服務(wù)器上，并把內(nèi)存和各種網(wǎng)絡(luò)資源抽象到虛擬機(jī)中。這樣不僅可以共享硬件資源，也降低了運(yùn)營(yíng)成本。ESX Server軟件系統(tǒng)是一種提供專有分區(qū)隔離功能的虛擬系統(tǒng)，消除其它服務(wù)器無法避免的性能瓶頸，并且可以將計(jì)算性能動(dòng)態(tài)分配給有計(jì)算任務(wù)的虛擬服務(wù)器。ESX Server還支持虛擬機(jī)在服務(wù)器上進(jìn)行遷移，讓業(yè)務(wù)可以連續(xù)可用。

3.1.2 負(fù)載均衡設(shè)計(jì)

由于當(dāng)前信息技術(shù)高速發(fā)展，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)帶寬和業(yè)務(wù)流量快速增加，因此處理器的壓力相比從前也迅速增大，有許多舊的設(shè)備可能無法滿足常規(guī)的業(yè)務(wù)要求。傳統(tǒng)的方法是對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)。更換設(shè)備雖然比較簡(jiǎn)單，但是會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)，因?yàn)槟承┰O(shè)備還是可以處理一些業(yè)務(wù)。而且隨著以后業(yè)務(wù)量的不斷增大，還是需要進(jìn)一步更新設(shè)備。因此我們可以采用負(fù)載均衡技術(shù)，可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理分析能力，動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的流量分布，大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活度。

一般情況下我們會(huì)同時(shí)使用聯(lián)通和電信兩條鏈路，當(dāng)一條鏈路的流量太大時(shí)，會(huì)將多余流量自動(dòng)分配到其他空閑的鏈路上。通過接入電信聯(lián)通兩條網(wǎng)絡(luò)，來保障網(wǎng)絡(luò)的連通性、持續(xù)性以及快速訪問，并提供各鏈路間的智能備份、實(shí)現(xiàn)鏈路級(jí)別的快速高可用。此外采用多鏈路負(fù)載均衡, 其具有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)相結(jié)合的功能，這樣無論訪問網(wǎng)通資源還是電信資源,用戶都可以通過正確的線路來訪問，很好地解決了電信與網(wǎng)通的互訪瓶頸,如圖2所示。

3.2 平臺(tái)層(PaaS)的設(shè)計(jì)

3.2.1 SOA架構(gòu)的云服務(wù)平臺(tái)

根據(jù)需求進(jìn)行了云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。

圖2 負(fù)載均衡示意圖

圖3 基于SOA 的數(shù)字圖書館的云服務(wù)平臺(tái)

該系統(tǒng)具有三大部分：

1)用戶終端。用戶使用計(jì)算機(jī)終端設(shè)備GUI查詢?cè)朴?jì)算服務(wù)中心提供的云服務(wù)，然后云計(jì)算服務(wù)中心把該查詢的服務(wù)綁定到相應(yīng)的服務(wù)接口層。

2)云計(jì)算服務(wù)中心。根據(jù)用戶所描述的服務(wù)類型和服務(wù)位置的信息，云計(jì)算服務(wù)中心查詢到相對(duì)應(yīng)的服務(wù)接口層，并把該服務(wù)傳送到物理層，使其判斷該服務(wù)是否具有合法性。該系統(tǒng)具有調(diào)度、分配和執(zhí)行服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源的功能。該層主要根據(jù)用戶身份所選取的服務(wù)請(qǐng)求類型以及合法性進(jìn)行驗(yàn)證。若請(qǐng)求的服務(wù)類型合法，那么通知云計(jì)算服務(wù)中心，分配用戶權(quán)限使其訪問該服務(wù)，若請(qǐng)求的服務(wù)類型不合法則不能訪問。

3)云計(jì)算物理層?；A(chǔ)物理層為上層軟件提供了運(yùn)行平臺(tái)，其中包括有各種應(yīng)用服務(wù)的服務(wù)器和認(rèn)證服務(wù)器，以及具有通信功能的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)器等設(shè)備。

該系統(tǒng)提供了三農(nóng)熱線、知識(shí)服務(wù)、電子資源等各種應(yīng)用服務(wù)和云計(jì)算存儲(chǔ)管理服務(wù)。

3.2.2 統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)

統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)的用戶單點(diǎn)登錄，身份的統(tǒng)一認(rèn)證。它是將原有的分散式認(rèn)證改成統(tǒng)一認(rèn)證方式，也就是用戶只要通過一次認(rèn)證就能訪問所有的信息資源，大大簡(jiǎn)化了訪問系統(tǒng)的過程，也方便了圖書館的信息管理。

統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該功能的實(shí)現(xiàn)根據(jù)應(yīng)用服務(wù)類型搭建服務(wù)器，確認(rèn)服務(wù)合法性構(gòu)建認(rèn)證服務(wù)器。WEB應(yīng)用服務(wù)器提供了統(tǒng)一的認(rèn)證GUI窗口和資源平臺(tái)管理；認(rèn)證-接入(Confirm-Receive)服務(wù)器具有用戶身份確認(rèn)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入的功能。CA數(shù)字證書網(wǎng)上受理服務(wù)器具有用戶身份的證書頒發(fā)功能。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器具有存儲(chǔ)用戶身份和服務(wù)類型的數(shù)據(jù)功能。

本文設(shè)計(jì)的統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)將現(xiàn)有的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的整合，實(shí)現(xiàn)了用戶單點(diǎn)登錄和訪問控制，使傳統(tǒng)的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的認(rèn)證問題不再是問題，并且采用安全機(jī)制保障用戶身份認(rèn)證的安全性。平臺(tái)搭建了一個(gè)統(tǒng)一的身份認(rèn)證門戶，用戶只有在認(rèn)證成功后才能進(jìn)入系統(tǒng)界面，從而繼續(xù)訪問該系統(tǒng)所提供的服務(wù)。

云計(jì)算平臺(tái)每天為用戶提供不同的需求服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中也會(huì)存在安全隱患。相對(duì)于其他系統(tǒng)單一的安全運(yùn)行模式，比如設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的安全配置，SOA與云計(jì)算的融合可以有效的節(jié)約系統(tǒng)資源，為用戶使用信息平臺(tái)提供堅(jiān)實(shí)的安全保障。SOA技術(shù)可以整合軟件功能模塊，并將其分離出來，方便不同模塊之間的數(shù)據(jù)交換。

3.3 應(yīng)用層(SaaS)的設(shè)計(jì)

應(yīng)用層包含了大量的資源與服務(wù)．包括：辦公信息類、信息查詢類、電子資源類、農(nóng)業(yè)應(yīng)用類，滿足不同農(nóng)民的信息服務(wù)需求。借助于信息技術(shù)手段，重新進(jìn)行信息布局，使信息的顯示方式易于理解，可以更好地實(shí)現(xiàn)表達(dá)、展示信息的目的；它不僅提供良好的個(gè)性化支持，農(nóng)民可以根據(jù)自己的需要添加門戶工具，比如需要經(jīng)常訪問的Web資源；我們也可以定制一些自主服務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)提醒天氣變化和播種時(shí)間。

支持不同用戶使用多種終端，比如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、PDA等。用戶可以在瀏覽器上統(tǒng)一訪問圖書館各個(gè)系統(tǒng)的資源和服務(wù)。根據(jù)用戶的不同應(yīng)用請(qǐng)求，處理接收的各種數(shù)據(jù)；并且提供Web Service Server服務(wù)，它需要處理由Portal Server傳過來的業(yè)務(wù)請(qǐng)求。通過設(shè)計(jì)的統(tǒng)一信息門戶平臺(tái)，可以為農(nóng)民提供一個(gè)單點(diǎn)登錄和個(gè)性化的信息環(huán)境，使農(nóng)民可以便捷地使用網(wǎng)絡(luò)信息資源，獲得個(gè)性化的、全方位的信息服務(wù)。

3.4 SOA和云計(jì)算在圖書館服務(wù)“三農(nóng)”中的應(yīng)用

云計(jì)算可以利用SOA將基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)作一組服務(wù)提供給用戶，SOA可以管理這些服務(wù)組織，從而實(shí)現(xiàn)了以基于SOA的云計(jì)算體系架構(gòu)的云服務(wù)平臺(tái)，分布在不同各地的終端設(shè)備可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)訪問云服務(wù)中心，農(nóng)民可以得到所需要的數(shù)據(jù)信息。對(duì)于不同領(lǐng)域的信息分類，使用云計(jì)算進(jìn)行高性能計(jì)算、海量數(shù)據(jù)挖掘，可以節(jié)約很多成本，不需要開發(fā)軟件和購(gòu)買硬件，只需要部署應(yīng)用系統(tǒng)就可以按需付費(fèi)。云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施管理很少需要人工干預(yù)，可以節(jié)約人工成本。根據(jù)不同的內(nèi)容分層，給用戶動(dòng)態(tài)地分配信息資源，以節(jié)省系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

農(nóng)業(yè)科研院所圖書館可以利用SOA和云計(jì)算的融合，將最新農(nóng)業(yè)技術(shù)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)行合理規(guī)劃和布局，制定信息化標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建設(shè)統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門戶和共享數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用信息平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)如圖5。通過信息管理、咨詢服務(wù)、知識(shí)服務(wù)等，向農(nóng)民推送最新的農(nóng)業(yè)科研成果，方便農(nóng)民獲取更多的農(nóng)業(yè)技術(shù)，打破原有的信息孤島，保證信息的共享，實(shí)現(xiàn)各種資源的有效配置和充分利用，更好的發(fā)揮農(nóng)業(yè)圖書館的社會(huì)價(jià)值，為“三農(nóng)”服務(wù)。此外可以提供外文傳遞服務(wù)，使農(nóng)業(yè)科研人員更便捷地獲取外文文獻(xiàn)。

圖5 圖書館服務(wù)“三農(nóng)”平臺(tái)

4 總結(jié)

隨著云計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)圖書館的信息服務(wù)可以提供新的模式。本文結(jié)合了SOA和云計(jì)算之間融合的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了圖書館服務(wù)“三農(nóng)”信息服務(wù)平臺(tái)，不僅適應(yīng)當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)變化大且快，也改變了傳統(tǒng)的信息推送模式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的信息服務(wù)。

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