林业信息共享中云计算应用

李 珺， 张 贵， 谭三清

(中南林业科技大学林学院， 湖南 长沙 410004)

林业信息共享中云计算应用

李 珺， 张 贵， 谭三清

(中南林业科技大学林学院， 湖南 长沙 410004)

分析了当前林业信息共享中存在的主要问题和林业信息共享需求；简述了云计算的定义和服务模式；提出了林业信息共享“云”的架构思路，并详细设计了林业信息“云”的体系架构、数据共享模式和运行模式，指出了林业信息“云”实现的关键技术。

林业信息； 信息共享； 云计算； 虚拟化； SOA

全面推进现代林业建设是落实科学发展观的基本要求，信息化建设是现代林业建设的重要突破口，而实现林业信息共享则是充分开发和利用林业信息资源的有效途径，是林业信息化的核心战略[1]。一些发达国家的林业科学数据库的建立与共享，对其国家科技进步与创新、社会发展、经济增长起到了重要作用[2]。然而，在信息技术飞速发展的时代，充分运用现代信息技术手段实现林业信息共享已成为必然趋势。“云计算”(Cloud Computing)作为一种新兴的信息技术,它的出现给林业信息共享建设带来了契机。它将突破传统信息共享理念，最大限度地解决林业信息用户关于计算、存储、网络、数据等资源的束缚[3]。在林业信息共享建设中引入云计算共享模式，可以扩大林业信息共享的服务内容和范围，也必会大大推进林业信息化进展。

1 林业信息共享现状

随着信息社会的不断发展，信息共享已经成为建设信息化社会的重要内容。我国林业信息化建设跟其他行业相比起步较晚，以往林业信息利用多局限于单向、单方面、静态层次上，林业信息系统的应用多停留在单机处理阶段，这些问题都给林业信息共享 造成了困难。当前林业信息共享中存在以下主要问题。

(1) 林业信息数据间关系复杂、形式多样、数据量庞大，信息共享难度较大。

(2) 林业信息的来源渠道多而混杂，信息获取方式不明确，入口不统一。纵向上层次关系复杂，横向上数据不一致，原始数据多，增生信息少，林业信息共享水平低，信息资源重复建设，无法最优化利用[4]。

(3)林业信息共享基本都是采用“分布式存储、分布式访问”的模式，用户要访问不同数据库的内容需要检索不同的数据库。不同数据库之间没有集成统一管理，林业信息共享效率不高，信息共享范围受到局限。

(4)当前林业信息共享应用多停留在服务器管理端向客户端单向提供服务的层次上，缺少林业信息共享的交互服务和个性化服务发布订制功能。

基于目前林业信息共享存在的诸多问题，“云计算”的出现给林业信息共享提出了新的模式。“云计算”能提供动态资源池、虚拟化和高可用性的下一代计算平台的核心技术。它以用户为中心,提供安全、快速、便捷的数据存储和网络服务,使互联网成为每一个用户的数据中心和计算中心,使用户使用各种应用的平台从桌面转向Web[5]。

2 林业信息共享需求

2.1数据共享需求

林业信息是指反映林业生产、管理和林业经营对象的特征、状况、内在联系及规律等的数据[6]，包括空间信息和属性信息。空间信息包括林业资源空间地理分布结构及其规律的一切数据，属性信息是指空间信息的属性表，具体表现形式有数字、文字、各种不同比例尺的图片和遥感影像，如森林分布图、林相图、林火监测影像等[7]。

林业信息的最大化共享应支持大容量、多种类的数据共享需求，实现不同方式的数据共享服务。林业信息的主要共享数据(见图1)分2类： ①基础地理数据，包括全要素的数字化地形图、数字遥感影像以及数字高程模型等基础地理数据；②林业专题数据，包括森林资源数据和园林绿化数据、林政数据、生态公益林数据、营造林数据、森林火灾数据、林业有害生物数据、野生动植物数据等。林业信息共享的内容根据用户级别权限的不同，选择性地共享部分或全部林业信息数据。基于林业信息数据的保密性和安全性，有些数据只供部分用户享用。

图1 林业信息共享的主要数据Fig.1 The main shared data of the forestry information

2.2用户需求

林业信息的最大化共享应满足不同用户的共享需求，并对不同类型用户设置不同级别的权限。林业信息共享用户根据业务需求的不同划分为以下5类：林业相关部门用户、管理员、林业部门业务人员、公众用户以及其他政府相关部门等。管理员根据权限的不同分为高级管理员和一般管理员。管理员可以对林业信息共享数据进行规范化管理，将林业信息封装成服务进行定制和发布，同时还可以分配用户权限。林业相关部门用户可以通过林业信息共享服务内网调用和查看不同的林业业务数据，也可上传林业信息数据等。林业部门业务人员可以对林业数据进行编辑、管理和更新等工作。

2.3功能需求

林业信息共享应提供最全面、快捷的共享服务，主要包括对各类数据的高效管理更新、公共服务应用功能、信息查询分析、服务定制发布等。满足不同用户的功能需求，各取所需。

3 云计算定义与服务模式

3.1云计算的定义

自从“云计算”被提出，许多专家、研究组织以及相关厂家从不同的研究视角给出了“云计算”的定义,目前关于“云计算”的定义已有上百种[8]。广义的云计算是一种服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。

我们综合各种定义认为: 利用非本地或远程服务器集群的分布式计算机为互联网用户提供计算、存储、软硬件等服务，以获得超级计算机的计算和存储等功能，有效提高软硬件设备资源的利用效率，真正实现按需计算、随时获取、按需使用、随时扩展，以实现低成本、高效率的信息共享服务。

3.2云计算的服务模式

当前比较典型的商业化云平台主要有Amazon公司的Amazon EC2(即Amazon弹性计算云)、Google公司的Google App Engine、微软公司的Windows Azure云平台和IBM推出的蓝云(Blue Cloud)计算平台[9]。归纳起来，云的服务模式主要有以下3种。

(1)软件即服务(Software as a service，SaaS)。它是专为网络交付而设计, 通过网页浏览器把程序和功能上传，便于用户通过Internet托管、部署及接入,实现按需求定购所需的服务，如ArcGIS Online Sharing。

(2)平台即服务(Platform as a service，PaaS)。它把开发环境作为一种服务来提供。允许开发者进行创建、测试和部署应用，即使用中间商的设备来开发自己的程序并通过互联网和其服务器传到用户手中，如Google App Engine、Windows Azure。

(3)基础设施即服务(Infrastructure as a service，IaaS)。它是将大量的计算、存储等资源利用虚拟化技术实现了分割、动态调整资源的功能, 并作为服务为用户提供，如Amazon EC2。

4 林业信息“云”的架构

4.1林业信息“云”的架构思路

架构林业信息“云”的主要目的就是实现林业信息最大范围和最便捷的服务共享。鉴于目前云计算的应用还处于起步阶段，结合林业信息共享的实际需求和云计算的应用特点，林业信息“云”架构应遵从系统工程和平台架构的思路进行。依据云计算提供的云服务模式，结合林业信息共享的需求，选取数据即服务(DaaS)和平台即服务(Paas)的模式构建林业信息“云”，其架构思路如下。

(1) 林业共享信息的封装规范化处理。由于当前林业信息标准不统一，形式复杂多样，这些都给林业信息共享“云”的构建造成了障碍，为此在架构林业信息“云”的过程中，首先应该对现有的林业信息进行标准规范化的封装处理，形成规范、标准的林业信息共享数据库。

(2) 搭建服务集群，有效提高计算、存储等能力，形成计算、存储和数据资源池。

(3) 运用SOA架构，采用相关的平台开发软件(Microsoft Visual Studio 10 + .net)开发林业信息共享服务平台，将林业信息以服务的方式进行发布，实现信息共享。

(4) 搭建林业信息共享的“云”接入平台(如 Windows Aure 平台)，将林业信息共享服务平台部署至云端。

4.2林业信息“云”的体系架构

根据云计算的体系结构特点，结合林业信息共享的需求分析，林业信息“云”的体系架构分为资源层、平台层和应用层3层，如图2所示。

图2 林业信息“云”体系架构图Fig.2 The architecture of the forestry information cloud

(1) 资源层。该层是为资源层和平台层提供计算、数据、存储和网络资源的。在该层通过虚拟化技术、负载均衡技术和集群技术，对底层的硬件设备(包括服务器、存储器和网络设备)和林业信息数据库实行集中管理。构建了服务器集群，并向上层提供计算资源池、存储资源池和数据资源池。

(2) 平台层。该层是林业信息“云”的核心层。该层主要是利用net技术和Web Service以及Memcached缓存技术等，通过Server 服务的方式发布林业服务信息，实现林业信息的共享。该层主要包括服务查询、服务注册、服务认证、服务发布、服务删除、服务拆分、服务聚合、服务监控等一条龙的林业信息共享服务。同时还拥有用户管理、权限管理、系统管理、服务日志管理等功能。

(3) 应用层。该层构建在平台层之上，通过平台层的应用接口，集成与林业信息共享服务相关的应用系统，包括林政管理信息系统、森林资源管理信息系统、森林病虫害管理信息系统、森林防火信息系统、野生动植物管理信息系统、营造林管理信息系统等。应用系统的集成可按需随时扩展。

4.3林业信息“云”实现的关键技术

(1) 虚拟化技术。虚拟化技术将离散的硬件资源统一起来以创建共享动态平台，同时为应用程序提供可用性、安全性和可扩展性高的平台服务。通过虚拟化技术,单个服务器可以支持多个虚拟机应用并运行多个操作系统,从而大大提高服务器的利用率；通过虚拟化为应用提供了灵活可变、可扩展的平台服务[10]。林业信息共享“云”的构建利用虚拟化技术实现服务器虚拟化、存储虚拟化和网络资源虚拟化，并以此达到负载均衡。

(2) 缓存技术。林业信息共享“云”主要是空间信息的共享，它的一个显著特点是数据量大，因此，如何实现高并发服务响应显得尤为重要。在林业信息共享“云”的构建中采用Memcached缓存技术可以大大提高数据共享服务的响应速度，避免了数据量大和访问量大造成的系统滞慢。

(3) SOA技术。SOA技术是一种服务架构技术。采用SOA技术可以方便地调用和发布服务，实现信息共享。在林业信息共享“云”中，同样也可以采用SOA服务架构技术，利用RESTFUL服务接口来调用服务，接受服务方可以通过XML传递必要的参数到服务器端，就象调用本地接口一样实现与自身业务应用系统的无缝集成。在SOA架构下的云服务可以部署在各种分布式平台上,也可以通过网络访问各种服务。

4.4林业信息“云”的数据共享模式

根据林业信息“云”的体系结构，可以利用云计算中的PaaS(平台即服务)云服务模式搭建林业信息共享服务平台，将林业信息共享平台封装成服务供用户使用。在林业信息共享服务平台中，用户可以按需定制和发布自己的服务，查询和调用自己所需的信息，其数据共享服务模式如图3所示。

图3 林业信息云数据共享模式Fig.3 The data sharing mode of the forestry information cloud

4.5林业信息“云”的运行模式

根据林业信息“云”的架构思路，设计其运行模式如图4所示。林业信息“云”支持各种用户(包括个人、部门单位和手持终端等)在任意位置、使用各种终端获取林业信息共享服务，扩大了林业信息共享范围。在该运行模式中，不同的用户通过不同级别的权限受理与认证，通过接入林业信息云平台，可以登录到林业信息“云”中，按需获取自己所要的信息服务，同时也可以自己定制和发布林业信息相关服务。

在林业信息“云”服务的共享模式中运行，可大大降低客户端的要求。在该运行模式中，用户可以只需一台笔记本或一个PDA，就可以随时随地通过网络服务来获取林业信息“云”中提供的各种服务。

由于林业信息“云”是由多节点集群集成部署的，林业信息资源分布在“云”中的服务器集群中，林业信息“云”拥有大量服务器，包括县、市、省等级林业管理部门的服务器。这些服务器通过云计算的虚拟机技术虚拟化成一个资源池，且这些服务器的资源都是互通共享，可以随时分配和调用的。通过虚拟服务集群的方式，大大降低了以往各个地区林业部门硬件和软件资源的重复建设，减少了资源浪费，达到了资源利用的最大化。

如图4所示，林业信息“云”由各省、市级区域云组成，省、市级的区域“云”由各个地方林业部门的私有“云”组成。各地方林业部门的私有“云”可以是对该部门林业信息数据中心进行整合扩充形成，由各个林业部门自行管理。各省、市地区的区域林业信息都是可以互通共享的，林业共享信息由统一的云管理机构进行协调管理和分配。

图4 林业信息“云” 的运行模式Fig.4 The forestry information cloud

5 讨论

云计算技术应用于林业信息共享管理中具备理论和实践的可行性，可以做进一步的研究和实践，将云计算应用于林业信息共享研究中，在思维方式上是一种创新，但由于云计算技术暂不成熟，在云平台的接入和实现问题上还有待深入研究和探索。云计算作为一种新兴的服务共享模式，将其应用到我国林业信息共享研究中，必将是我国林业信息化建设中的一个重大进展，随着云计算技术在我国的迅猛发展，也必将有更光明的未来。

[1] 周成，张贵.区域林业信息共享机制研究初探[J]．中国林业，2009(4):6-7．

[2] 中国科学院地理科学与资源研究所全球变化信息与研究中心.美国国有数据与信息共享的法律基础[J].图书情报工作，2002(6):1-3．

[3] 周丽，孙小梅.基于云计算的高效图书馆馆际资源共享分析及对策研究[J].科技情报开发与经济,2010，20(28):47-48.

[4] 庞丽峰.基于WebGIS省级林业信息共享平台的设计与开发[D]．北京：中国林业科学研究院,2004．

[5] 董晓霞,吕廷杰.云计算研究综述及未来发展[J].北京邮电大学学报，2010(10):75-76.

[6] 刘志,宋平.中国林业现状及入世对策探讨[J].林业资源管理，2002,6(3):9-11.

[7] 张会儒,易浩若．我国森林资源数据共享现状及建议[J]．世界林业研究，2008(2)：54-55．

[8] 刘鹏.云计算原[EB/OL].[2009-08-23].http //www.chinacloud.cn/show.aspx?id=1929&cid=12.

[9] Ian Foster,Carl Kesselman, Steve Tuecke.The Anatomy of the Grid:Enabling Scalable Virual Organizations[J].International Journal of HighPerformance Conputing Applications,2011,15(3).

[10] JONESM T.Cloud computingwith Linux cloud computing platforms and applications [EB/OL].(2008-09-10).[2008-10-15].http://www.ibm.com.developer/works/library/l-cloud-computing/.

(文字编校：唐效容，龚玉子)

Thecloudcomputingapplicationinforestryinformation

LI Jun, ZHANG Gui, TAN Shan qing

(College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan)

The main exist problems of the present forestry information sharing were directed, the sharing demand of the forestry information were analyzed. And the cloud computing current theoretical research and the service mode analysis were combined. The constructing thought of the forestry information sharing cloud is put forward. Based on this constructing thought, key techonolgy, and detailed designed its system architecture, data sharing and operating mode the paper has emphatically analyzed. And the key techniques of forestry information cloud were pointed out in the paper.

forestry information; information sharing; cloud computing; virtualization; SOA

2012-04-26

2012-05-28

广州数字林业及大树名木保护系统建设项目(GZIT2010-ZB0533)。

李 珺(1986-)，女，江西省永新县人，森林经理硕士研究生，主要从事林业信息工程研究。

S 307.2; TP 3

A

1003-5710(2012)03-0010-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2012. 03. 003