南昌大学：数据云平台弹性组合新系统

文/邹伟平 曾炜 邓庚盛 武丹

南昌大学：数据云平台弹性组合新系统

云计算技术已经被很多学校应用于信息化建设，尤其在数据中心中发展得更为成熟。本期专题介绍了南昌大学的数据云交换平台和中国刑警学院的云数据中心的建设。

目前高校信息化建设进入高速发展时期，在完成网络、业务系统等数字化校园的基础建设后，信息集成将成为高校信息化的重要任务之一。针对高校内各部门业务系统分散的情况，很多高校实施了数据集成工程，直接抽取各业务系统的数据，建立校级共享数据库，通过Web Service方式向所有子系统提供数据。此模式在消灭“数据孤岛”和提高信息共享程度等方面取得较好的效果。但是，此模式会造成共享数据库与各业务系统的数据耦合度高，系统经过一段时间运行后，随着各业务系统的修改、升级，会给中心端和其他业务系统带来相应的修改，后期维护工作量巨大。而且，一旦修改不正确，错误数据将会通过共享数据库很快扩散到其他业务系统，难以控制。

因此，人们可以采取云计算模式，通过业务集成来实施信息集成，降低各系统间耦合度，削减后期维护成本，同时增强业务系统间的协同工作能力，通过业务装配组合的方式完成诸如离校系统、报到系统等需要各业务系统数据协同工作的综合系统，甚至当出现新的业务需求时，可以快速地弹性组合出新系统，而不需要完整编写一套全新的系统代码。

各个业务系统将从仅完成部门内部业务流程的阶段，发展到同时具备提供对外数据服务能力的阶段。它们将在校级数据服务中心的统一框架下，遵循数据互操作规范协议，组成数据服务云，具有数据服务窗口，如政府的统一办证中心，向其他业务系统提供数据服务。例如教务系统不仅可以为师生提供教学管理服务，还可以让该系统按照数据互操作规范协议，直接受理比如因评定奖学金而需要查询某系某级全部学生考试成绩的数据请求服务，可以由奖学金系统发出数据请求，通过数据服务中心转发，教务系统的数据服务窗口提供数据后，进行自动统计分析，并按规定的数据报文格式返回数据查询结果；而现有的方式因为各业务系统不对外提供数据服务，需要各班班主任登录教务系统，下载合并各班成绩，再进行人工统计分析，不仅方法落后而且效率低下。

云计算模式在高校的运用

云计算模式分为三个层次，即：基础设施即服务（Infrastructure as a Service）、平台即服务（Platform as a Service）、软件即服务（Software as a Service）。目前多数高校已能够提供前两个层次的服务。南昌大学自2008年开始，整合服务器资源，结合VMware云计算系统，面向部门业务系统提供各类系统平台。各个院系不再单独购买服务器，改为由学校集中购买，统一划分操作系统、数据库和Web服务等平台系统给各类业务系统，为学校节省大量的硬件投入，降低机房能耗。随着云计算的普及，多数高校采取此类架构实现前两个层次服务。

虽然高校业务系统最终如同企业ERP一样，走向大集中模式，但近5年内，多数高校将继续使用不同开发商不同平台的业务系统，无法全部采取大集中的模式。在此背景下，如果各业务系统改造整合成能够对外提供数据服务的数据云交换平台，就可以很方便地完成全校的信息集成。图1是高校数据云交换平台的架构图。

目前多数高校各类应用系统已初步建成，很多高校已建立数据共享库，但是随着业务系统间数据共享与信息交换的需求不断增加，数据集成暴露出以下问题：

1.业务系统仅限于内部业务流程，没有对外提供数据服务的能力，系统之间缺乏相互协调能力。不同部门业务系统之间不能协同工作，学校之间、学校与上级管理部门之间也不能传递数据，只能采取文件交换的方式，导致信息横向交换与纵向传输困难的现状。

2.后期维护量大，数据集成困难。集成后系统耦合度高，难以适应变化，子系统变更后修改维护成本大，程序修改后产生的错误容易扩散。

数据云服务中心的优势

高校数据云服务是利用云计算技术为各业务系统提供数据服务的模式。此架构下，各类计算资源和业务资源高度集中，用户无需了解提供服务的来源和实现的过程。当用户有数据要求时，只需在数据云交换平台的框架下提出数据服务请求，相关业务云将返回数据，用户综合所获数据就能得到结果。

各业务部门的系统协同工作

以毕业生离校为例，以前的做法是建立一个完整离校系统，到各个相关部门系统获取学生信息，检查是否能够离校。如果遇到离校环节中的一个部门系统的结构出现修改的情况，整个离校系统就需要重新修改。而在数据云交换平台上，人们不需要编写一个完整的毕业离校系统，就能使各部门协同工作，完成离校处理业务。具体方法是建立一个毕业生离校业务流，向多个业务云发出学生离校请求。各业务云在完成离校业务的内部处理后，返回处理结果。好处是只要进行少量编程，接收处理各业务云返回的结果，实行人机交互，即可实现离校功能。

系统便于维护

各个业务系统被要求按照数据协同交换规范和数据服务接口改造成能对外提供数据服务的业务云，其相互之间耦合度低。无论各个业务系统如何换版升级，必须遵循相关的接口规范，保持其他系统的稳定。即使是因为业务系统升级导致发出的数据错误，也很容易定位查找。只要对某个业务云进行收发数据测试，检查数据是否符合规范，就能查清问题所在环节，要求软件开发商整改。而传统的方式常常需要多个系统的开发商联合调试，可操作性差。

数据更新及时

数据云服务模式遵从“谁提供，谁负责”原则。由源数据系统被动提供数据转变为主动提交数据到中心。每次源数据出现变化，会立即将此数据变更传输到中心端，中心端接收数据，对校级数据库进行修改，同时将此变更数据传输到相关的业务系统中。即使出现系统线路不畅情况，采用MQ（消息中间件）技术，网络一通即可传输，实现延时传输。这样的数据更新能够保证每次源数据变化都能及时同步到中心端和相应系统中，避免外部系统在源系统数据库中进行操作，保证源数据的安全性，降低源数据库的复杂度。

可快速开发出新业务

例如，科研处希望分析各个理工类学院的人均SCI文章的篇投入成本。实际上，这是一个复杂的跨多个系统的综合查询分析，但是在数据云交换平台的框架下，实现将变得简便。首先设计并配置出该项请求的业务处理流程，向数据云服务中心分步骤发出数据请求；数据云服务中心将自动从人事管理系统获取各学院教学科研编制人数，从科研管理系统获取各学院SCI论文数，从财务管理系统获取各学院科研和日常经费投入，从资产管理系统获取设备经费投入，返回数据请求端；最后，编写一段很小的代码，按照本学院总经费投入÷(SCI篇数/本学院人数)的公式实时计算结果。通过该项指标科研处可以从其中一个独特的视角观察各个学院的科研工作效率。随着高校发展，很多诸如此类的指标将会产生。如果统计每个指标都需要新编写一套系统，而不是通过基本的参数配置，编写简单的代码来完成的话，那么工作量将非常大。如果校内业务系统全部能提供数据服务，那么可以通过配置业务处理流程的方式在数据云服务中心获得数据，经过分析处理后得出需要的结果，再不需要编写复杂的代码。

图1 高校数据云交换平台架构

图2 高校数据云交换平台模型

建立数据云交换平台模型

搭建平台的流程

目前南昌大学通过分析业务数据流，制定数据协同交换规范，定义数据服务接口，改造各业务系统，搭建数据云服务中心，形成数据云交换平台。

首先，分析校内所有部门间的业务数据流。在分析过程中，将业务尽可能细化，比如查询成绩需要提供查询某个学生、某个班级、某个专业等多种方式。很多系统都需要这样的成绩查询的数据服务接口，如评奖评优系统、毕业证学位证发放管理系统等，提高业务复用性。

然后，按照“谁提供，谁维护”的原则，补充数据维护内容。一旦某项数据发生变更，如学籍产生异动，学籍管理系统主动向数据云服务中心发出数据更新，由数据云服务中心更新校级数据库，并转发数据维护通知给所有业务系统，及时更新数据。

最后，制定数据协同交换的规范和数据服务结构，将各业务系统改造为业务云。目前一期工程计划完成教务管理业务云、财务管理业务云、人事管理业务云和研究生管理业务云的改造，使得各业务系统具备对外提供数据服务的能力，能响应业务请求，在校级数据云服务中心的统一管理下，形成一个完整的数据云交换平台。

具体模型介绍

本文设计的高校数据云交换平台是一个集数据和业务处理的云平台，底层运用BPM（业务流程管理）技术对业务流程进行标准化规范和定义，使用UIF(统一互操作框架)清晰各部门系统之间的业务操作，制定数据协同交换规范和服务接口，将业务系统改造为业务云。对于用户来说，只需要在平台中操作业务，管理数据，查看信息，不涉及部门业务系统。具体模型如图2所示。

图2中的数据云交换平台模型，分为基础硬件层、子系统业务层、业务数据交换层、数据云服务中心层、应用层。基础硬件层由服务器、存储器和路由器等硬件设施组成。子系统业务层由各部门系统组成，这些系统在处理本部门业务的同时，与外部系统有数据业务交换需求。业务数据交换层是逻辑上的层次，包含设定好的部门系统数据服务接口，通过统一的数据业务交换标准，实现数据云服务中心和子系统之间的交换。数据云服务中心层除了为应用层提供软件的支撑平台之外，还通过互联网向用户直接提供软件开发平台。应用层直接为用户提供应用，不同类型和部门用户可在此层定制和修改需要交换的服务和数据。

关键技术

在数据云服务中心层和子系统业务层间，使用IBM的MQ实现部门系统和与数据云服务之间的数据传输。相对于主流的Web Service技术，MQ具有以下特点：支持大数据量块传输，差错率低；支持同步通讯；同时，网络在不稳定情况下可以采用“消息队列存储-转发机制”进行异步通讯；可以实现跨平台，跨网络的数据交换。运用MQ技术能够很好地解决云服务中心和子系统之间的平台、网络的多样性问题和线路不稳定的问题。

考虑到数据传输过程中的安全问题，例如关键数据（用户名和密码等）的层间传输，采用AES-NI加密技术，使用Intel专有CPU提高加密解密效率，该CPU具有独立处理加密解密电路，不仅可以实现安全性，而且不影响系统运行效率。针对安全性要求较高的系统（如财务系统、招生系统），考虑使用带有USB口的加密数据线路，保障关键数据安全。

平台建设以业务流为核心

高校的业务流程是指高校为实现教学研究目标，在组织部门和教工学生的参与下，利用高校资源，按照一定的业务规则，在参与者之间进行文档、信息、任务的传递和处理。业务流程是高校服务云的功能基础单位，以下是以业务流为核心的高校数据云服务中心建设过程：

1.系统调研：流程分析师和软件工程师深入部门，调研各部门系统的业务处理和数据传输标准等内容。

2.流程设计：根据调研结果，设计详细的业务流程，建立示意图，使用UIF优化操作过程。

3.流程执行：根据业务流程，统一部门接口，制定数据交换规范，生成校级数据共享库，建立云数据服务中心，扩张形成数据云服务系统。

4.系统维护和管理：在高校数据云服务系统实现时，加入流程监控和管理模块。

5.系统优化：根据部门的使用反馈和数据云服务系统的监控统计数据，对业务流程进行有针对性的完善修改，以优化数据交换过程。

在高校数据云服务中心建设中，使用BPM以提高业务流程的效率。BPM起源于企业平台中，是一种以构造规范化的业务流程为中心，对业务进行规范管理的方法。它通过理解企业的需求，自动、有效地组织业务活动的运行，增进企业组织的灵活性和创新性，改善企业的业务效率并且提高绩效。高校部门的系统特点是业务分散，系统耦合度低，不仅部门内部有业务流转，而且部门之间也存在业务流程。与企业相比，高校更加独立，执行的业务也更加多样复杂。使用BPM方法能够对当前业务进行清晰的梳理和分析，可以应对这种复杂的业务流的情况，形成成熟的业务流程管理模式。

针对中心和子系统之间的互操作行为，借鉴UIF规范操作接口。UIF为子系统和数据云服务中心的数据和业务交换提供标准的规范，供中心建设参考。UIF定义符合数据云服务概念的点对多的星状结构，以平台为中心，部门系统为点的星状框架，定义部门系统间互操作的体系结构、数据的规范、报文传递的规范、报文内容模型的规范。

运用云服务技术进一步提升高校信息化水平的探索刚刚起步，如何更好地运用它是今后的重要研究课题。在享受数据云服务带来的好处的同时，也要认识到数据云服务业务会遇到诸多障碍。在如何制定完善的业务规范和怎样将业务系统改造为业务云等方面，都有大量艰辛的工作要做。然而，数据云服务的模式将会得到广泛应用，甚至推广到其他领域，如建立图书资源共享云、校际服务云多方面的应用。

（作者单位为南昌大学信息工程学院）