基于微服務的智慧校園平臺建設研究與實踐

葉維裕，陳景

（廣西理工職業(yè)技術學院，廣西崇左，532200）

1 智慧校園建設

1.1 智慧校園簡介

數(shù)字校園是在傳統(tǒng)校園基礎上構(gòu)建一個數(shù)字空間，實現(xiàn)從環(huán)境信息、資源信息到應用信息等全部數(shù)字化，從而為資源和服務共享提供支撐。在數(shù)字校園建設中，往往將各個業(yè)務系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集成，各個系統(tǒng)間耦合度比較高，當其中的某一個系統(tǒng)存在問題的時候，會影響到其他系統(tǒng)的調(diào)用，系統(tǒng)的擴展性較差，系統(tǒng)重點以管理工作為目的，服務性相對較差。而智慧校園是指以促進信息技術與教育教學融合、提高學校管理、學與教的效果為目的，以網(wǎng)絡基礎設施為載體，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等新技術為核心技術，提供一種智慧化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化、協(xié)作型、服務型一體化的教學、科研、管理和生活服務，并能對教育教學、教育管理進行感知和分析的智慧教育教學環(huán)境，從而構(gòu)建一個智慧教育生態(tài)。

1.2 智慧校園架構(gòu)

由于各個學校基礎環(huán)境、發(fā)展程度等不一樣，建設的智慧校園會有差異。學校根據(jù)上級智慧校園建設指導文件和軟件廠家建設方案，結(jié)合實際情況學校智慧校園平臺建設整體框架主要包含信息化素養(yǎng)提升、信息化機制體制保障、基礎設施建設、應用平臺建設等。設計思路遵循頂層設計、統(tǒng)籌規(guī)劃、以人為本、服務為先、分步實施的思路，實現(xiàn)智慧校園建設可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)教育信息化業(yè)務應用建設的解耦和重構(gòu)，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、5G通訊等先進的IT技術，實現(xiàn)智慧校園建設的智能化、智慧化和個性化，實現(xiàn)廣大師生被動要求使用應用向信息化主動服務于廣大師生轉(zhuǎn)型，以互聯(lián)網(wǎng)的思維模式和服務模式為師生提供信息化服務。整體框架如圖1所示。

圖1 智慧校園建設整體框架

教育信息化建設的核心關鍵是師生的信息化建設，教育信息化的過程不能簡單地認為是信息機器、信息技術的引入過程，不能簡單地等同于計算機化或網(wǎng)絡化。教育信息化的過程是教育思想、教育觀念轉(zhuǎn)變的過程，是以信息的觀點對知識傳授過程進行系統(tǒng)分析、認識的過程。只有在這樣的基礎上指導信息技術在教育領域的應用，才是所需要的教育信息化。通過建立信息化培訓長效機制，對師生信息化素養(yǎng)的培養(yǎng)和提高，從而更好的建設和使用智慧校園。

信息化機制體制保障是智慧校園建設的堅強保障。通過設立專門的信息化建設小組，學校一把手任組長，全力推動智慧校園建設，下設信息化管理辦公室，負責信息化的實施工作。然后通過制定一系列的信息化管理制度，從而規(guī)范信息化建設，保障智慧校園安全穩(wěn)定運行。

校園信息化是以網(wǎng)絡基礎設施和基本網(wǎng)絡服務為核心支撐平臺，從環(huán)境、資源到活動全部實施智慧化、網(wǎng)絡化、信息化。基礎設施建設主要提供網(wǎng)絡通信、存儲、終端等設施和服務，是信息化建設的基礎，是信息化的底座，是信息化應用的有力保障。

應用平臺建設是智慧校園建設的核心，是基礎設施與終端用戶的橋梁，是智慧校園數(shù)據(jù)、服務功能的具體應用。主要包含數(shù)據(jù)中心、服務中心和決策中心。其中數(shù)據(jù)中心包含基礎數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)，主要解決統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、梳理數(shù)據(jù)交換、生成高質(zhì)量數(shù)據(jù)、提供數(shù)據(jù)服務和數(shù)據(jù)的監(jiān)控等功能 。服務中心是學校智慧校園各類業(yè)務系統(tǒng)和服務功能的集合，是智慧校園實現(xiàn)智慧化、服務化的具體體現(xiàn)，主要包含了一站式服務中心、統(tǒng)一信息門戶、教務系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、學工系統(tǒng)、財務系統(tǒng)、智慧教學平臺和一卡通等主要業(yè)務的一體化綜合服務平臺，為學校、師生提供完善便捷的校園管理、教學和校園生活服務。利用云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術，營造網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化、泛在化的智慧教育環(huán)境，促進信息技術與人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務等方面的深度融合和創(chuàng)新應用。建設智慧校園可視化決策中心是打造智慧校園的核心中樞，它可以有效整合校園現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)校園綜合態(tài)勢監(jiān)測、校園安防態(tài)勢監(jiān)測、校園信息安全監(jiān)測、校園通行監(jiān)測、重點樓宇監(jiān)測、校園設施、設備監(jiān)測、學校輿情監(jiān)測、應急指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)分析研判等功能，有效提升校園安防、運維管理效力，實現(xiàn)“精細化管理、協(xié)同化支撐、個性化服務”的目標，為領導決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 智慧校園微服務架構(gòu)

2.1 單體應用架構(gòu)簡介

傳統(tǒng)的業(yè)務系統(tǒng)應用的核心是由模塊實現(xiàn)的業(yè)務邏輯，它定義了服務、領域?qū)ο蠛褪录@核心的是與外部接口對接的適配器，如數(shù)據(jù)庫訪問組件、生產(chǎn)和消費消息的消息組件、暴露了 API 或?qū)崿F(xiàn)了一個用戶界面的 Web 組件。盡管應用可能有一個邏輯模塊化架構(gòu)，但它一般會被作為一個單體進行打包和部署，實際格式取決于應用程序的語言和框架。這種構(gòu)建業(yè)務系統(tǒng)應用的架構(gòu)我們稱之為單體應用架構(gòu)。然而，隨著業(yè)務需求及其復雜性的增加，上述架構(gòu)的局限性逐步顯現(xiàn)出來——應用的代碼規(guī)模隨著應用功能越來越豐富而急劇膨脹，進而對敏捷開發(fā)和交付產(chǎn)生極大的影響：

（1）應用程序過于復雜，部署、啟動非常緩慢，阻礙持續(xù)集成的效率。

（2）不同模塊對于資源的需求可能不一致，部署在一起的時候很難選擇適合的硬件。

（3）所有模塊運行在同一進程中，對可靠性有很大影響，任何一個模塊出現(xiàn)問題都可能導致整個應用不可用。

（4）對于使用新技術產(chǎn)生重大障礙，無法采用更先進的新框架或程序語言。

2.2 微服務架構(gòu)簡介

隨著信息技術的快速發(fā)展和信息技術應用的變革，信息技術應用架構(gòu)也從單體獨立架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍盏募軜?gòu)SOA，然后再演變?yōu)槲⒎占軜?gòu)。智慧校園全生命周期服務，是以“服務”為視角，實現(xiàn)面對全校師生的碎片化服務，建立校內(nèi)有機的業(yè)務協(xié)作關系，將學校內(nèi)的各種業(yè)務流程穿接起來，實現(xiàn)能夠支持學生從新生入校、在校學習生活直至畢業(yè)離校的全生命周期管理。要實現(xiàn)全生命周期的服務，智慧校園基礎平臺需要一種更先進、更適應變化、擴展性更強的技術架構(gòu)作為支撐。微服務架構(gòu)（Micro-Services Architecture）就是滿足上述要求的一種技術架構(gòu)。如今微服務架構(gòu)是當前軟件架構(gòu)的一種主流方式，它將各個單一獨立的應用程序整合成統(tǒng)一的一組輕量級的微服務，各個服務與數(shù)據(jù)中心、各個服務之間能建立起交互。

微服務架構(gòu)的思路則是將單體應用分解為一系列小規(guī)模的互連服務。一個服務通常實現(xiàn)一組不同的特性或功能，每個服務都是一個微型的單體應用，內(nèi)部包括了相關的業(yè)務邏輯和所需的適配器。一些微服務會開放API供其他微服務或客戶端使用，另一些微服務會用來呈現(xiàn)用戶界面。通過這種方式，微服務架構(gòu)很好的解決了單體應用的上述困境：

（1）單個微服務的規(guī)模通常會控制在一定程度，客觀上降低了復雜度，從而提高了修改、新功能實現(xiàn)、測試和持續(xù)集成的效率。

（2）每個微服務都可以由一個小團隊獨立開發(fā)、部署，采用/更換新技術框架/語言的成本大大降低。

（3）不同服務能夠獨立運行、擴展，便于根據(jù)服務特點采取最匹配的硬件，同時還能隔離運行環(huán)境，不會相互影響可靠性。

圖2 微服務技術架構(gòu)圖

圖3 基于微服務技術架構(gòu)的智慧校園框架圖

3 基于微服務的智慧校園建設

通過前面的介紹，傳統(tǒng)技術架構(gòu)的業(yè)務系統(tǒng)具有一些痛點問題，以我們學院智慧校園建設為例，學校在一期的信息化建設當中,已經(jīng)建成了教務系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)、辦公OA系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站等一系列應用系統(tǒng)已經(jīng)建設使用，基本滿足了辦公、教學和生活需要。但是各個業(yè)務系統(tǒng)由各個部門主導完成，缺少技術及功能的長期規(guī)劃，采取不同的標準和數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)間彼此獨立，各自為政，從而形成了校園網(wǎng)上一個個“信息孤島”，信息和資源無法實現(xiàn)高效共享，也造成了信息的重復管理，數(shù)據(jù)無法實時更新，甚至出現(xiàn)多版本的數(shù)據(jù)，源數(shù)據(jù)獲取困難。這種低效率的信息共享方式無法滿足各部門及時獲取需要信息的需求，不利學校信息化的長期發(fā)展，造成了嚴重的資源浪費。

微服務解決的是我們軟件開發(fā)中一直追求的低耦合+高內(nèi)聚，微服務的中心思想是把一個業(yè)務分成若干塊低耦合的小業(yè)務，比如一塊小業(yè)務專門負責接收外部的數(shù)據(jù)，-塊小業(yè)務專門負責響應前臺的操作，小業(yè)務可以進一步拆分,比如負責接收外部數(shù)據(jù)的小業(yè)務可以繼續(xù)分成多塊負責接收不同類型數(shù)據(jù)的小業(yè)務，這樣每個小業(yè)務出問題了，其它小業(yè)務還能正常對外提供服務?；谖⒎占軜?gòu)的智慧校園建設能夠解決數(shù)字化校園中單體架構(gòu)的痛點問題，它具有布局先進、設計靈活、耦合度低和易于擴展的特點，能夠去耦合，將復雜系統(tǒng)解耦成一個個微應用，去完成各個場景的業(yè)務閉環(huán)，為智慧校園整體穩(wěn)定運行提供有力保障。通過微服務架構(gòu)構(gòu)建微服務架構(gòu)體系標準，對已有的應用系統(tǒng)進行改造，使其達到要求，提供全面的微服務。對于后期要建立的應用系統(tǒng)，在業(yè)務需求方面，不再一味的追求建設大而全的應用平臺為目的，而是要嚴格按照面向微服務的技術架構(gòu)進行規(guī)范標注和規(guī)則，明確服務的內(nèi)容和范圍，以用戶需求和服務為驅(qū)動進行平臺建設，統(tǒng)籌安排,合理規(guī)劃，為學習、師生等終端用戶真正提供完善的服務功能。

4 結(jié)語

基于微服務架構(gòu)的智慧校園平臺建設是信息化發(fā)展過程中技術發(fā)展的必然結(jié)果，它解決了傳統(tǒng)的單體式架構(gòu)系統(tǒng)的可擴展性差、耦合度高、可靠性差等突出問題?；谖⒎占軜?gòu)的智慧校園平臺建設具有完善的信息交互接口、靈活的策略配置和容錯的運行機制，與系統(tǒng)開發(fā)語言、運行環(huán)境和中間件等條件無關。每個服務都有明確的功能目標，業(yè)務邊界明確清晰，采用輕量級通信協(xié)議實現(xiàn)服務的請求響應交互，服務內(nèi)部邏輯聯(lián)系緊密，外部耦合度低。微服務架構(gòu)為智慧校園應用平臺的建設提供了優(yōu)秀的解決方案，提升了系統(tǒng)構(gòu)建的靈活性和開發(fā)效率，降低了系統(tǒng)軟件的開發(fā)成本。