基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園建設(shè)研究

徐世波 李志德 趙偉峰

(航天工程大學(xué) 北京 101416)

0 引 言

基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園是指運(yùn)行在國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下的數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)系統(tǒng)。其中的國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件包括國(guó)產(chǎn)CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、瀏覽器和辦公軟件等。

目前，經(jīng)過(guò)十一五期間的建設(shè)和發(fā)展，國(guó)產(chǎn)CPU主要包括基于SPARC架構(gòu)和ARM架構(gòu)的飛騰CPU系列、基于MIPS架構(gòu)的龍芯CPU系列、基于UniCore架構(gòu)的北大眾志CPU系列和基于Alpha架構(gòu)的申威CPU系列[2]等；國(guó)產(chǎn)通用操作系統(tǒng)主要包括中標(biāo)麒麟系列操作系統(tǒng)、中科方德系列操作系統(tǒng)和中科紅旗系列操作系統(tǒng)；國(guó)產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)主要包括銳華嵌入式操作系統(tǒng)、天熠嵌入式操作系統(tǒng)和天脈嵌入式操作系統(tǒng)等；國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括人大金倉(cāng)數(shù)據(jù)庫(kù)、神通數(shù)據(jù)庫(kù)和達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)等；國(guó)產(chǎn)中間件主要包括中創(chuàng)中間件、東方通中間件和金蝶中間件等；國(guó)產(chǎn)瀏覽器主要包括中標(biāo)麒麟瀏覽器；國(guó)產(chǎn)辦公套件主要包括永中Office、中標(biāo)普華和金山WPS等。經(jīng)過(guò)十二五期間的建設(shè)和發(fā)展，在十一五建設(shè)成果基礎(chǔ)上，已有多家單位在國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下進(jìn)行了示范工程項(xiàng)目建設(shè)，并有部分單位實(shí)現(xiàn)了順利上線運(yùn)行，例如國(guó)家檔案館，天津-長(zhǎng)春地方檔案館。

數(shù)字校園經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)發(fā)展，目前，歐美國(guó)家學(xué)校的數(shù)字校園建設(shè)已經(jīng)比較完善，實(shí)現(xiàn)了不同信息系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)整合和數(shù)據(jù)集成，進(jìn)行了統(tǒng)一的用戶管理和個(gè)性化門(mén)戶展示，突破了時(shí)間和空間的制約，拓寬了工作、學(xué)習(xí)和生活的維度。而國(guó)內(nèi)的一些高校，如清華、北大等，也早在2000年左右，就已經(jīng)開(kāi)始數(shù)字校園的逐步建設(shè)[1]。截止目前，全國(guó)各大地方高校、高職院校和中小學(xué)也基本建立了自己的數(shù)字校園，并在此基礎(chǔ)上已經(jīng)開(kāi)始著手準(zhǔn)備智慧校園的研究和建設(shè)準(zhǔn)備工作。但是，在國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下進(jìn)行數(shù)字校園建設(shè)還處于探索研究階段，基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園建設(shè)相關(guān)資料相對(duì)還比較匱乏。

針對(duì)上述現(xiàn)狀，本文提出了國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下數(shù)字校園建設(shè)中的總體架構(gòu)體系、技術(shù)路線和服務(wù)保障模式等部分研究成果，并將其應(yīng)用到航天工程大學(xué)數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的建設(shè)當(dāng)中，為國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下建設(shè)數(shù)字校園提供一定的參考作用和示范作用。

1 總體架構(gòu)體系

基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園總體架構(gòu)主要包括六部分：信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系、運(yùn)維保障體系、基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)軟件層、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)層和用戶。架構(gòu)體系如圖1所示。

圖1 基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園總體架構(gòu)體系

1.1 信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系

信息安全標(biāo)準(zhǔn)體系貫穿于數(shù)字校園建設(shè)始終，是數(shù)字校園建設(shè)的重要組成部分，是數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全和系統(tǒng)安全等的重要安全保障。主要包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全和安全管理等內(nèi)容，從基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)、管理、人員和制度五個(gè)方面進(jìn)行立體式安全防護(hù)。

1.2 運(yùn)維保障體系

運(yùn)維保障體系主要包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、規(guī)章制度、運(yùn)維管理和人才隊(duì)伍，是數(shù)字校園建設(shè)發(fā)展的重要支撐，是工作開(kāi)展順暢、管理有序、服務(wù)到位的根本保證。在運(yùn)維保障體系中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)尤為重要，它是數(shù)字校園中統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)依據(jù)，是數(shù)字校園進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)性工作，主要內(nèi)容建設(shè)包括四部分：信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括網(wǎng)絡(luò)通信、云計(jì)算中心、服務(wù)器和信息終端等?；A(chǔ)設(shè)施層從通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行硬件環(huán)境、信息訪問(wèn)終端硬件環(huán)境四個(gè)方面為數(shù)字校園的建設(shè)和運(yùn)行提供有效支撐。網(wǎng)絡(luò)通信從通信類(lèi)型上分為互聯(lián)網(wǎng)通信、物聯(lián)網(wǎng)通信、有線通信和無(wú)線通信，在軍事院校可能還有不同于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信等。從通信介質(zhì)上分為國(guó)產(chǎn)通信介質(zhì)(例如華為交換機(jī))和非國(guó)產(chǎn)通信介質(zhì)(例如思科交換機(jī))。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從形式上分為單機(jī)存儲(chǔ)、存儲(chǔ)陣列和云存儲(chǔ)，從產(chǎn)地上分為國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)(例如浪潮存儲(chǔ)，華為存儲(chǔ))和非國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)(例如IBM存儲(chǔ))。服務(wù)器從產(chǎn)地分為國(guó)產(chǎn)服務(wù)器和非國(guó)產(chǎn)服務(wù)器，從CPU類(lèi)型可分為飛騰系列國(guó)產(chǎn)服務(wù)器、龍芯系列國(guó)產(chǎn)服務(wù)器、北大眾志系列國(guó)產(chǎn)服務(wù)器、申威系列國(guó)產(chǎn)服務(wù)器以及x86系列國(guó)產(chǎn)服務(wù)器。信息終端分為兩類(lèi)：自主可控信息終端和非自主可控信息終端。自主可控信息終端主要是指采用國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的信息終端，例如采用飛騰CPU的浪潮系列信息終端、北大眾志系列信息終端以及長(zhǎng)城系列信息終端等?；A(chǔ)設(shè)施層的設(shè)施設(shè)備和軟硬件還是以非國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品為主，在數(shù)字校園建設(shè)當(dāng)中，非國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化替代升級(jí)既需要依據(jù)院校本身的實(shí)際建設(shè)需求，也要考慮國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的安全、性能、穩(wěn)定性等因素，綜合施策，有序推進(jìn)。

1.4 基礎(chǔ)軟件層

基礎(chǔ)軟件層主要是指自主可控的國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件部分，主要是為數(shù)字校園建設(shè)中的國(guó)產(chǎn)化環(huán)境提供軟件層面的基礎(chǔ)支撐。主要包括自主可控的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)、自主可控的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、自主可控的國(guó)產(chǎn)中間件、自主可控的國(guó)產(chǎn)瀏覽器和辦公套件等。在數(shù)字校園建設(shè)中具體使用哪種國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、瀏覽器和辦公套件的組合，才能更好地發(fā)揮國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件的功能、性能、安全和穩(wěn)定性等，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同組合的系統(tǒng)搭建、集成和適配。例如，目前已經(jīng)可用的中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)、人大金倉(cāng)數(shù)據(jù)庫(kù)、中創(chuàng)中間件和中標(biāo)麒麟瀏覽器的國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件組合。

1.5 數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)層

數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)層主要包括一庫(kù)三平臺(tái)、相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和統(tǒng)一信息門(mén)戶。一庫(kù)三平臺(tái)是數(shù)字校園建設(shè)的基礎(chǔ)，一庫(kù)是指統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，三平臺(tái)是指統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)、統(tǒng)一交換平臺(tái)和統(tǒng)一門(mén)戶平臺(tái)。相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括教務(wù)管理系統(tǒng)、教學(xué)保障管理系統(tǒng)、研究生管理系統(tǒng)、裝備保障管理系統(tǒng)、教學(xué)評(píng)估管理系統(tǒng)、干部考評(píng)系統(tǒng)、科研學(xué)術(shù)信息管理系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、學(xué)科專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站管理系統(tǒng)和站群管理系統(tǒng)等。依據(jù)院校實(shí)際，具體業(yè)務(wù)系統(tǒng)各有不同。統(tǒng)一信息門(mén)戶是個(gè)性化信息展示平臺(tái)，依據(jù)人員角色和特點(diǎn)可以進(jìn)行展示信息的定制。

2 技術(shù)路線

基于國(guó)產(chǎn)軟硬件的數(shù)字校園建設(shè)主要分為總體設(shè)計(jì)、國(guó)產(chǎn)軟硬件環(huán)境搭建和驗(yàn)證、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)遷移、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)測(cè)試調(diào)整和上線。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園技術(shù)路線

2.1 總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)階段主要工作包括總體技術(shù)方案制定、工程實(shí)施方案制定、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)遷移方案制定、數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)測(cè)試方案制定和數(shù)字校園建設(shè)需求分析報(bào)告撰寫(xiě)。這些方案的制定和分析報(bào)告的撰寫(xiě)對(duì)數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)建設(shè)開(kāi)展具有非常重要的意義，是對(duì)整個(gè)數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)建設(shè)的總體規(guī)劃，指導(dǎo)著數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)工作的有序開(kāi)展。

2.2 國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境搭建

國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境搭建主要是指基礎(chǔ)軟件層的搭建和基礎(chǔ)設(shè)施層中不同系列CPU的服務(wù)器和信息終端搭建，其過(guò)程主要包括產(chǎn)品選型和數(shù)字校園基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境搭建。

產(chǎn)品選型是指利用現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、瀏覽器和辦公套件等進(jìn)行驗(yàn)證環(huán)境搭建，并在驗(yàn)證環(huán)境下面進(jìn)行數(shù)字校園DEMO系統(tǒng)的遷移測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、調(diào)整和總結(jié)，最終確定數(shù)字校園采用的國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境產(chǎn)品。

數(shù)字校園國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境搭建是在產(chǎn)品選型基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字校園現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備設(shè)施、存儲(chǔ)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和信息終端，制定數(shù)字校園國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件搭建方案，聯(lián)合廠商共同構(gòu)建數(shù)字校園的國(guó)產(chǎn)化環(huán)境。

2.3 數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)和遷移

數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)和遷移主要包括一庫(kù)三平臺(tái)、相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和統(tǒng)一信息門(mén)戶的開(kāi)發(fā)和遷移。數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)相對(duì)非國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下的數(shù)字校園建設(shè)來(lái)說(shuō)，區(qū)別不大。重點(diǎn)是數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的遷移：由非國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境遷移到國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境。遷移工作主要包括系統(tǒng)部署和系統(tǒng)性能優(yōu)化。

系統(tǒng)性能優(yōu)化總體思路總結(jié)如下：

1) 調(diào)整服務(wù)器系統(tǒng)參數(shù)配置，提高線程數(shù)和系統(tǒng)并發(fā)能力。

2) 優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和部署、優(yōu)化多庫(kù)設(shè)計(jì)調(diào)整、數(shù)據(jù)庫(kù)索引建立和使用，規(guī)范SQL語(yǔ)句編寫(xiě)。

3) 調(diào)整JVM參數(shù)，增大內(nèi)存預(yù)分配，采用并發(fā)垃圾回收策略以及修改日志輸出等以提高性能。

4) 調(diào)整瀏覽器加載和配置策略、頁(yè)面緩存、安全驗(yàn)證，提高頁(yè)面加載顯示速度。

5) 調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)配置，減少檢查項(xiàng)和檢查次數(shù)，增加預(yù)編譯，提高各組件運(yùn)行啟動(dòng)速度。

6) 去掉不必要字段、刪除頁(yè)面定時(shí)刷新、樣式表統(tǒng)一存放、預(yù)加載列表項(xiàng)的固定化等優(yōu)化措施。

2.4 數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)測(cè)試調(diào)整上線

數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)測(cè)試調(diào)整上線主要是依據(jù)總體設(shè)計(jì)中測(cè)試實(shí)施方案對(duì)一庫(kù)三平臺(tái)、相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和統(tǒng)一信息門(mén)戶等進(jìn)行測(cè)試調(diào)整上線。上線策略主要包括三部分：性能優(yōu)化和系統(tǒng)環(huán)境改造、混合辦公環(huán)境以及強(qiáng)制業(yè)務(wù)運(yùn)行，如圖3所示。

圖3 上線策略

3 服務(wù)保障模式

基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園服務(wù)保障單純依靠單位本身技術(shù)力量進(jìn)行維護(hù)非常困難。因此，要想有效地維護(hù)好基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境的數(shù)字校園平臺(tái)系統(tǒng)，必須聯(lián)合國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品廠商和數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)公司形成一種新的服務(wù)保障模式：一體化服務(wù)保障。

3.1 一體化服務(wù)保障組織架構(gòu)

一體化服務(wù)保障組織架構(gòu)包括四層：用戶/用戶單位、單位服務(wù)保障組、國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件公司技術(shù)小組和領(lǐng)導(dǎo)小組。其中領(lǐng)導(dǎo)小組成員包括單位數(shù)字校園建設(shè)負(fù)責(zé)人和其他軟硬件公司相關(guān)負(fù)責(zé)人。組織架構(gòu)如圖4所示。

圖4 一體化服務(wù)保障組織架構(gòu)

3.2 一體化服務(wù)保障服務(wù)流程

首先由用戶/用戶單位提交問(wèn)題需求，然后由本單位服務(wù)保障組進(jìn)行分析和處理。如果本單位服務(wù)保障組依靠自身技術(shù)力量不能解決，則由本單位服務(wù)保障組協(xié)調(diào)相應(yīng)公司技術(shù)小組進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)支持或者現(xiàn)場(chǎng)支持。如果問(wèn)題還不能解決，則由單位服務(wù)保障組形成問(wèn)題分析報(bào)告提交給服務(wù)保障領(lǐng)導(dǎo)小組，由服務(wù)保障領(lǐng)導(dǎo)小組協(xié)商解決辦法，并指導(dǎo)單位服務(wù)保障組進(jìn)行解決。

4 應(yīng) 用

目前，本文提出的基于國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件的數(shù)字校園總體架構(gòu)體系、技術(shù)路線和服務(wù)保障模式都已經(jīng)在航天工程大學(xué)數(shù)字校園建設(shè)當(dāng)中得到了應(yīng)用。

在總體架構(gòu)體系中，依據(jù)大學(xué)現(xiàn)狀和實(shí)際需求，基礎(chǔ)軟件層全部采用國(guó)產(chǎn)化軟件，基礎(chǔ)設(shè)施層部分采用國(guó)產(chǎn)化，具體選型如表1、表2所示。

表1 國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品選型

表2 其他國(guó)產(chǎn)軟硬件產(chǎn)品選型

統(tǒng)一信息門(mén)戶展示界面如圖5所示。

圖5 統(tǒng)一信息門(mén)戶

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件和數(shù)字校園建設(shè)現(xiàn)狀的分析和研究，提出了國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下數(shù)字校園建設(shè)的總體架構(gòu)體系、技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線和服務(wù)保障模式，并將其運(yùn)用于航天工程大學(xué)數(shù)字校園基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的建設(shè)當(dāng)中。通過(guò)實(shí)際使用，驗(yàn)證了本文提出的總體架構(gòu)體系、技術(shù)路線和服務(wù)保障是可行的，并能有效指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境下的數(shù)字校園建設(shè)。