基于云计算的重庆市城乡信息化资源共享设计

代小红， 张 庆

(1.重庆工商大学 电子商务及供应链系统重庆市重点实验室，重庆 400067；2.中国石油化工股份有限公司 重庆石油分公司 400010)

基于云计算的重庆市城乡信息化资源共享设计

代小红， 张 庆

(1.重庆工商大学 电子商务及供应链系统重庆市重点实验室，重庆 400067；2.中国石油化工股份有限公司 重庆石油分公司 400010)

当前关于城乡信息化研究成果较多，大部分研究没有关注数字资源共享平台的搭建，以至于城市群中各个城市之间的数据资源还是独立的孤岛，相互之间很少有资源的共享及业务的交流；从数据资源的共享为切入点，研究我市城乡信息化资源的发展现状，并在此基础上设计出适合新型城市群所需的城乡信息化资源共享平台；阐述了云计算在城乡信息化资源共享中的优越性，从云计算是资源共享的安全保障，有助于“数字重庆”的建设，提升我市的竞争力，有利于扩大数据资源的共享和访问等方面分析其重要性；提出了云计算的信息资源共享模式，并在资源共享模式设计规划，云平台内容的构建和云平台应用接入的构建上进行研究；给出了系统功能实现平台，系统能够整合所有的数据资源，为用户访问提供了方便。

云计算；城乡信息化；资源共享；系统设计

云计算是伴随Internet技术、计算机技术发展形成的一种新型计算模式。它是融合分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)等技术发展形成的。云计算由一系列可以动态升级和被虚拟化的资源组成，这些资源被所有用户共享并且可以方便地通过网络访问，用户无需掌握云计算相关的技术，只需要按照一定的方式租赁云服务器的资源。云计算是将虚拟化技术(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、平台即服务(PaaS)、基础设施即服务(IaaS) 、软件即服务(SaaS)等进行有机结合与综合应用。其原理是将计算任务分配于Internet的大量计算机上，其运算和存储不再仅限行在本地计算机或服务器中。通过任务转移和分解给Internet上用户共享的大型计算中心来完成计算，实现了计算机硬件、软件等计算资源的充分共享，及对这些计算资源进行安装、配置与维护等服务资源的充分共享。

1 云计算在城乡信息化资源共享中的优越性

1.1 云计算是资源共享的安全性保障

云计算能够为城乡信息化共享系统提供了最可靠、最安全的数据存储中心，有利于降低网络信息资源共享的安全风险。从互联网发展历程来看，阻碍网络信息资源共享的主要障碍是网络本身具有安全问题。这一安全问题主要表现为病毒感染、数据丢失、设备破坏等。但是在云计算环境下，利用云计算服务的冗余存储、容灾机制能有效地解决这一问题。云计算的安全策略和设计是终端接入越多，每一个终端就越安全，在这一策略下因为庞大的用户群，能完全覆盖互联网的每一角落，网络体系中只要某一个终端或网站出现病毒或木马，这些病毒就会立刻被截获。

在云计算与存储模式中，云服务商为数据存储提供安全可靠的数据仓库，这一数据仓库是数据的存贮中心，能够对数据进行集中统一管理、均衡负载、分配资源、安全控制，并进行安全可靠的在线监测。同时，云计算技术也遵循严格的权限管理策略，能有效降低资源和数据共享的潜在风险。数据资源依托于云计算平台中的数据中心进行控制，由管理者集中对数据进行统一管理和分配资源，采用各种分配算法把网络请求分散到一个服务器集群中的可用服务器上去，即负载均衡。通过网络进行安全可靠的实时监测，从而使数据资源得到最大限度的安全保证。为了进一步保障数据的安全性，在信息共享设置中根据用户需求的不同，将用户从低级到高级划分为若干个等级，根据不同的等级设置不同的资源层访问权限(密码访问机制)，严格控制用户对共享资源的访问，确保共享数据资源的安全。

1.2 云计算有助于“数字重庆”的建设，提升我市的竞争力

“数字城市”是城市信息化的发展趋势，而信息化是当前和未来竞争的重要基础。在国际化大都市的环境中，一个地区或城市要取得快速发展，取决于信息化发展的质量和水平，信息化水平的高低决定了城市的综合竟争力。因此，加快信息化建设有助于“数字重庆”的建设，提升我市的竞争力。研究成果具有广泛的应用前景，不仅可很好地服务于“数字重庆”的建设与实施，也为我市城乡统筹试验区建设服务，并对对后继相关的研究和应用实施、“数字重庆”建设的进一步发展起到积极的推动作用，对其他城市的数字化建设、其他地区的城乡统筹建设、“数字中国”的建设与研究具有一定的指导意义。

“数字重庆”可以促进我市经济跨越式的发展。在“数字重庆”建设中涉及我市资源的配置、环境生态保护、整体规划等，在促进发展的同时，可以确保我市生态不遭到破还，有效地减少资源浪费，真正实现可持续发展战略。“数字重庆”所带来的不仅仅是我市GDP的增长，对人们的思维方式、工作和生活方式也会产生影响，以此提高人们的综合素质。“数字重庆”是一个整体的信息系统，能将政府、企业和个人三者进行有机地关联，体现了信息化网络平台为企业和个人服务的功能，如图1所示。

图1 数字化城市系统

1.3 云计算技术有利于扩大数据资源的共享和访问

目前，我国城乡信息化建设中，其数据资源还处于是各自为政的孤立状态，在互联网上即便是共享的数据资源，大多数都处于“分布式存储都与分布式访问”的存贮状态，数据资源格式不标准、不规范，导致在互联网上出现大量的“数据孤岛、无效数据和信息孤岛”，这种共享只能小范围的，适应于本单位或本系统使用，其他因格式标准无法访问，如中国知网使用的CAJ浏览器，万方数据和维普数据库的PDF格式。这种存储结构一方面给数据的共享、交换、更新带来了不便，同时也会造成数据资源的重复性建设，浪费了大量的人力、物力和财力等宝贵资源。在云计算模式下，能够将分布式存储的资源数据库进行统一管理和集中存储，提高了用户访问的高效性和安全性。

2 云计算的信息资源共享模式设计

2.1 资源共享模式设计规划

信息资源的共建、共享一方面要紧紧围绕城乡信息化产业发展的格局和未来发展趋势，另一方面还要结合城乡数据资源的分布和用户需求特征等状况，在现有的数据资源实现共享的基础上，进一步整合城乡数据资源，将信息数据的分布具有纵向关系和隶属关系的单位组建为集中型共享模式，将信息数据分布具有横向关系、有相同信息需求的机构组建为分散型共享模式，在云计算环境下将共享平台的建作为基础设施建设，进一步完善区域性数据资源共享平台和地区行业性数据资源服务中心的建设。 在城乡信息化建设中逐步实现“各单位参与、各行业共建、各区域共享”的信息资源共享模式。这种共享模式设计涉及基础设施建设、信息资源建设和软件资源建设。

基于云计算环境的基础设施建设，可以利用资源集中调度、特色服务供给、数据模块构建等方式，通过网络存储、服务器和其他硬件设备实现网络的动态监控、资源调配和安全管理，这种集中式模式的管理不仅可以提高网络设备的高效利用，同时也可以避免资源的重复性建设。在大幅降低网络运行和维护成本的同时，为城乡化信息资源共享和业务协同提供有力的技术支撑。其优越性是各信息化单位在建设初期不必投入大量经费来购买各种软硬件设备，有利于农村地区城乡信息化工作快速推广和应用。

基于云计算的信息资源建设，由于云计算的特点，如并行运算处理、高性能复杂计算、并行与分布式存储处理和海量信息存储管理等技术。可以构建统一的基础资源平台，利用云计算技术整合各类信息资源，实现信息资源的统一存储和管理、智能匹配和分析、深度挖掘和应用，促进城乡化信息资源的有效共享和充分利用。组建资源要素齐备、时间序列长、范围覆盖广的海量信息资源数据库，有效地整合政府管理、农业监测、环境治理、社会经济等各类数据，为我市城乡信息化提供信息资源服务。利用高性能复杂运算技术、海量数据并行处理技术等，构建集智能搜索、数据挖掘、产品展示于一体的城乡化综合平台，进行政策文件的颁发与信息收集发布、民意调查与社会经济统计、公共事务管理与公民网上查询、农业技术推广与农产品信息发布等，有利于提高政府的管理水平和管理效率。

基于云计算的软件资源建设，通过云计算模式构建软件资源集中管理、信息集中存储、软件应用按需处理的云服务模式，可以为各类管理人员提供统一的编程环境和编程接口，利用代码复用、通用编程实现对城乡化信息建设中的软件资源进行整合与高效集成。对于云计算平台下的应用和服务，能够通过模块接口实现软件资源的统一调用，确保各地区、各行列、各单位的协同开发和共享利用。在此平台下，政府管理部门可以动态地掌握各部门各行列的业务需求，在统一分类的基础上，由开发人员进行新模块的设计和添加，达到应用的有效性和合理性。

基于云计算构建重庆信息资源共享设计模型，是将所属我市范围内各种信息服务机构和数据资源进行平台融合，充分利用云环境下各类私有云，用专门设计的中间件软件有机地融合在一起，以Web界面接受提出的各种计算请求，并将之分配到合适的结点上运行。使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。实现不同部门、不同行列(不同“云”)之间的互动应用，为用户提供即时的、专业的城乡化信息服务。系统资源共享设计一是设计城乡信息化资源共享云，即城乡信息化资源共享平台；二是设计云接入平台，即信息统终端用户接入。

2.2 城乡信息化资源共享云模式

云计算环境下，城乡信息资源共享要依托云计算的 Paas、IaaS 、SaaS等3种服务方式，在云平台内容构建、平台系统构建和服务管理上，采用集中与分散相结合的混合型共享设计模式。信息资源共享云可由分布在我市内的私有云组成，每个私有云即是高校数据库、信息服务机构和专门科研院所等。私有云在运行和管理上采取各个机构、各单位自行管理，但必须由市政府统一协调。各系统机构的私有云互联而组成重庆市城乡信息化云，整个云设立一个专门管理委员会进行综合管理，此机构由市政府直接管理。

云计算模式下的资源共享平台构建，要以基础设施建设为根本，以数据资源整合和共享为导向，拓宽数据资源共享范围，为数据共享提供标准化的平台，低成本的服务模式。其系统平台主要包括基础设施平台，如PaaS和Iaas；公共服务平台，如公有云服务平台；本地服务平台，如私有云服务平台；集群服务平台，如混合云服务平台。基础设施和基础平台建设主要包括各类软件开发与网络基础设施建设。一般来说由第三方服务商提供，当然也可以由自建的云计算中心完成。

在云计算环境下，能够将具有不同信息主体的本地服务平台、公共服务平台和第三方服务平台进行集成，形成集群服务平台模式。这种集群方式的特点是实现了不同平台间的互操作，即跨平台业务模式，能够形成高度集中的信息与服务集群，从而提供SaaS服务。系统设计时，将第三方公有云服务平台和自建的公有云服务平台集成形成系统的公共服务平台，这一平台是软件设计，能够实现系统认证、数据服务、资源整合和区域资源调度等功能。本地云服务平台由本地应用系统、本地应用平台、第三方应用系统构成，和公共服务平台实现交互。

城乡信息化资源共享云模型由应用服务层、管理与中间件层和系统资源层等3层构成，如图2所示。应用服务层是系统结构模型的顶层，这是城乡信息化资源共享的应用实现层，该层的功能主要是为城乡化信息资源共享的实现提供系统平台。

图2 云计算环境的区域信息资源共享模型

2.3 云平台内容的构建

云计算环境下，信息资源的构建要结合应用平台的类型，不同的应用平台需要进行不同的内容构建。其内容构建分为三部分，一是本地服务平台的内容构建，二是集群化服务平台的内容构建，三是公共服务平台的内容构建。 在城乡信息化资源共享中公共服务平台的内容构建具有重要的作用，公共服务平台由系列软件组成，主要为集群化服务平台、本地服务平台提供应用服务。 本地服务平台的内容构建着重在于其数据库建设，特色化服务在于特色数据库的建设，在公共服务平台(Main Server)和应用系统(APP Server)的基础上，不同信息主体建立本地化应用平台，其根本目的是建立本地应用数据库，为数据资源提供重要的数据备份机制。这些数据库在云环境下通过公有云系统平台的整合，才能实现信息资源的有效共享。 城乡信息系统中集群化服务平台的内容构建通过资源共享建设将资源数据进行整合。集群化服务平台主要包括行业性服务平台和地区性服务平台这两大类，其主体功能是将信息资源进行整合，地区性服务平台着重以横向资源共享为重点，行业性服务平台着重于纵向资源整合。

2.4 云平台应用接入的构建

云平台应用接入的构建要根据不同行业应用的特点，行业应用中的计算功能从其业务流程中分离出来，设计针对不同行业的云计算模型，然后包装成服务提供给云应用调用，这样既实现了接入云平台的行业应用接口的标准化，又能为行业应用提供高性能计算能力。为实现资源的有效共享和充分利用，让用户端能够简便地登录到城乡化信息资源共享“云”。 云平台应用接入的构建应符合信息资源共享的基本要求。云平台应用接入的构建要有安全保障，这就要求搭建的云接入平台要具有一套安全有效的防范措施和安全保障准则，在管理与中间件层的安全保障下有效地识别用户身份，防止非法入侵、恶意操作、数据更改等攻击行为。云平台应用接入的构建应具有易接入和适用性等特点，以方便各种应用的终端接入，并能在系统帮助下完成用户远程登录、注册访问、查询检索等一系列操作。特别是农民用户要求系统具有易用性，其他各信息资源管理单位和用户能随时随地接入城乡信息化资源“云”中，获取自己的数据资源。

3 系统功能实现

城乡信息化云计算系统是基于云计算网络平台为各终端用户提供远程服务，程序开发是基于 J2EE 平台进行。城乡信息化云计算系统平台采用浏览器作为客户端与用户进行交互， 系统部署在云计算平台的虚拟资源池中。技术上采用Mysql 数据库作为数据库服务器，tomcat 作为其应用服务器，负载均衡处理采用 JBoss。各种访问请求首先到达云控制器， 它将访问请求映射到正确的地址， 然后经过负载均衡服务器， 按照事先指定的负载均衡策略将请求转发到具体的虚拟机上。如果系统访问需要读写文件，则云计算系统服务器要与 GFS 服务器集群进行交互。 如果要执行批处理任务，则云计算系统服务器与批处理服务器集群进行交互。各个模块构成如图3所示。

图3 系统功能模块

基于云计算的城乡化信息系统共享资源的设计，经过系统的运行和测试，初步具有在线资源的共建、共享和云环境下时时访问。云计算环境下，整合了所有的数据资源，为用户访问提供了方便。系统实现的主要功能实现如下：

第一，基于云计算的城乡信息化系统在资源共享上实现新的平台跨越；能够对我市各行列，各地区的数据资源进行跨地区、跨平台在线访问。以此平台系统为架构，可以建立我市资源共享的、统一的平台系统，各地区(区县)的城乡信息化管理根据本地区的实际情况，在整体规划下统一部署建设数据资源，从而有效地避免了数据资源的重复建设问题，克服了当前各自为政造成的信息孤岛现象。

第二，基于云计算的数据共享，不仅为数据使用者提供了方便，还能够实现跨平台、跨地域限制的数据集成和访问，用户也不用知道资源在何处的服务器上，系统统一管理全部的资源，根据规范化的资源列表提供最合理的信息服务，这是传统资源共享所不能实现的访问模式。

第三，对于网络资源访问，只要用户电脑接入网络系统，云计算中的服务器就自动分析此时此刻来访计算机的IP，确定出其网络位置，路由器再根据合适的路由算法，合理分配路由访问路径，在网络上寻找离其最近的资源，建立数据连接，提供又快、又好的访问服务，达到实现资源的共享。城乡化信息系统还能提供弹性供给与服务，系统根据不同时刻的访问情况，自动地调整资源的供给和访问，这些应用是用户根据系统功能而进行定制服务，而不是通过复杂程序代码实现的。如果访问数量突然增加，系统不必修改服务器的应用架构，只是根据需要增加相应的终端接入设备。系统还能根据不同需求提供特色应用和服务，通过系统的用户自定义功能实现不同用户的信息供给需求。

第四，基于云计算的城乡信息化系统可以提供远程服务的能力，为我市各区县的信息化提供了强力的技术支撑；城乡信息化系统能够应用云计算的特点，对各区县软、硬件资源进行统筹管理和调度支配，从而为我市各区县提供强大的资源共享能力和资源应用范围，为我市的经济改革服务。

4 结束语

城乡信息化涉及千家万户，参与的机构和单位种类繁多，各种需要和应用千差万别，再加上云的资源性特点，各层资源之间存在一定的联系，因此系统共享设计时应考虑到各种云的聚集，构建云的资源索引库，以对各层所提供的各种资源进行描述，方便用户根据实际需要及应用在资源索引库中进行检索和查找。云资源索引库除了方便人(信息管理员)的理解外，对于机器(云服务器)也是能理解的，从而提高用户应用与检索的准确性和资源使用的高效率，达到为经济建设服务的目的。

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Keywords：cloud computing; urban and rural informatization; resource sharing; system design

A Cloud Computing-based Design of Urban and Rural Informatization Resource Sharing in Chongqing

DAIXiao-hong1,ZHANGQing2

(1.Chongqing Key Laboratory of Electronic Commerce & Supply Chain System Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067;2.Chongqing Petroleum Branch, Sinopec, Chongqing 400010)

Up to now, there are many research findings on urban and rural informatization, most of which do not concern about the construction of digital resource sharing platform, resulting in an isolation of data resources between cities in a city cluster and a lack of resource sharing and business communication. From the perspective of data resource sharing, an analysis of the status quo of the development of urban and rural informatization resources in our city has been conducted, on the basis of which a platform of urban and rural informatization resources is designed to meet the demands of new-type city clusters. Next, the importance and the advantages of cloud computing in urban and rural informatization resource sharing are described, i.e. it is the security and safeguard of resource sharing; it helps the construction of “Digital Chongqing” project; it promotes the competitiveness of our city and facilitates the expansion of sharing and access to data resource. Then, a cloud computing-based model for information resource sharing is proposed, and the designing and planning of the model of resource sharing, the construction of the content of cloud platform and the construction of the access to cloud platform are explored. Finally, a platform for the realization of systematic functions is presented, which is capable of integrating all data resources and which facilitates the users’ access.

1672-058X(2013)10-0078-07

2013-04-20；

2013-05-20.

重庆市科委项目资助(CSTC2012CX-RKXA00024)；重庆市社会科学规划项目资助(2012YBCB055).

代小红(1969-)，男，重庆市人，教授，从事图像处理、模式识别和系统控制研究.

TP315

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