基于J2EE和云计算的智慧社区架构设计

王令群, 何世钧， 袁小华， 张术台

(上海海洋大学 信息学院, 上海 201306)

0 引 言

智慧社区的建设目的是对内提供社区业务管理，对外提供社区宣传，而住户则于安全居家的同时，既能获取信息资讯，还能处理相关业务。为此，在智慧社区建设中，需对：智慧社区需满足社区管理和住户对社区安防、设备管理和信息通讯等的多种需求；社区系统架构和技术在不断革新和变化；智慧社区多在现有硬件设施和管理系统的基础上进行，涉及到对现有信息资源的整合和集成等，提出有效方案。

在现有智慧社区建设中，文献[1-2]将智慧社区划分为设备控制和信息两个模块，文献[3-5]划分为安防、设备管理和信息通信系统三个组成，文献[6]按功能将智慧社区划分为感知、网络层、平台层、业务层等四个层次；针对社区控制，文献[2,4,7]认为分布式控制存在诸多不足，提出了基于LonWorks的现场总线控制，文献[7]还给出基于LonWorks的社区测控系统控制节点的信号采集和设备管理实现过程；针对硬件集成，文献[3,8]提出的网络集成模式主张成本低但抗干扰能力弱的的多网合一，文献[2,4,7]主张采用成本高但安防性能强的现场总线控制；针对软件集成，文献[5]提出基于多平台集成，其中C/S模式用于构建小区安防和物业管理系统，B/S用于建立信息通信系统，在基于Web Services[2,9-10]的系统集成方面，主要有J2EE[2]和ROR[9]的两种集成方案，前一方案过于简略，后者基于的ROR尚不能承载大型系统设计。在智慧社区的网络接入方式上，主要有xDsL、HFC、宽带无线(LMDS) HomePNA和以太网等接入方案[8,11]。

总体看来，现有解决方案主要考虑的是对第一个问题的解决，对第二和第三个问题考虑较少。考虑到J2EE支持对复杂、可移植性、安全和可再用软件体系的设计开发，是广泛被采用的技术框架，云计算虚拟化技术则支持信息系统对基础资源的动态管理，因此基于J2EE和云计算对智慧社区进行架构设计，对智慧社区建设的上面三个问题，提出了系统的解决方案。

1 总体设计

在分析了智慧社区的建设目标的基础上，将给出基于J2EE和云计算的智慧社区云平台总体架构。

1.1 智慧社区建设目标

智慧社区云平台不仅对内实现社区管理和信息服务，对外作为智慧城市的组成部分，还为智慧城市提供构件服务，因此智慧社区主要需求如图1所示。

图1 智慧社区需求

依据上述需求，智慧社区建设要实现业务和技术两个方面的目标：在业务方面，实现社区业务管理、安防、信息通讯等丰富功能；在技术方面，整合社区现有信息资源，建立稳定运行的、方便扩展和开放的平台。

1.2 智慧社区的总体架构

依据智慧社区的建设目标，基于业务驱动、现有资源整合、适应集成和扩展的原则，对智慧社区的内部组成、外部环境及相互关系，进行了设计，形成如图2所示的社区总体架构。

1.2.1内部组成

为方便开发和管理，对智慧社区由顶向下，分为应用层(SaaS)，计算和集成与交换层(PaaS)，以及软平台支撑层(IaaS)等三层。其中：

(1) SaaS层提供智慧社区的应用。包括：构建智慧社区的多个门户，实现社区管理、小区服务等；智慧社区的平台用户可订购相应门户及应用。

(2) PaaS层支持构件开放和第三方的应用接入。包括：为SaaS的功能开发提供BI支持类、应用引擎类等多种构件服务；通过ESB实现平台内外部应用整合；通过数据存储的分层，提供数据应用和数据共享。该层包含的基础软件为操作系统、数据库和中间件等。

(3) IaaS向居民、物业，提供智慧社区的访问通道。该层部署于包含了各种基础设施云的云平台上。

1.2.2外部环境

智慧社区与外部环境间的关系为：电信系统为智慧社区提供网络接入和信息通讯；智慧社区与国家基础数据系统之间进行数据交换；以及为智慧城的其他项目提供应用接入。

3 架构设计

基于J2EE和省级的云计算中心，给出了智慧社区的软件、数据、业务及基础平台的架构。因篇幅限制，智慧社区的网络与安全架构省略。

2.1 软件架构

智慧社区的软件架构上需解决三个特殊问题:① 需考虑软件平台内部多个子系统的集成，以及与外部的协调；② 平台的业务应用需调用若干基础构件，而基础构件存在交集；③ 需求的变化和技术革新。

对此，基于先进性、灵活性和可扩展性等原则，我们对智慧社区平台的软件的思路是：对复杂的软件体系进行分层设计，以解决第1个问题；对基础构件建进行抽取，形成一个通用的公共服务层，以解决第2个问题；采用面向服务的架构(SOA，Service Oriented Architecture)，通过对现有服务的复用和新业务需求扩展的支持,以解决第3个问题,从而形成如图3所示的分层式的、可抽取和替换的智慧社区软件架构设计。

在智慧社区软件的分层设计中，各层向下依赖。其中：

(1) 展现层。展现层是智慧社区平台的用户入口，负责接收输入和呈现输出，进行用户验证，处理功能模块和平台通信间的交互。该层设计中采用MVC三层体系，并融入了Web2.0的Web3.0的理念，特别是AJAX特性，以实现丰富的用户体验；选用技术成熟Struts2框架做为技术实现。

(2) 服务层。服务层中包含了智慧社区业务所需的各种服务,依据业务逻辑，完成服务的组装。该层的设计中我们采用接口与实现分离的思路。具体说：① 基于面向对象的思想，由抽象层中的抽象类及接口(即图中的“服务接口”)规定具体类的特征，而由抽象类的派生类(图中的“服务实现”)定制各自的行为。② 采用IoC框架提供的依赖注入(Dependency Injection)，实现服务接口与具体实现的分离;③ 由事务管理(Transaction Manager)模块管理被整合的服务的有效性。

图2 智慧社区的系统架构

图3 智慧社区的软件架构设计

(3) 业务逻辑层。该层是软件架构的核心层，负责业务规则的制定和业务流程的实现。该层在数据访问层与服务层之间实现数据交换，是前者的调用者，被后者调用，如何实现两种依赖关系的解耦，是软件架构设计的关键，对此，我们在业务逻辑层的几个模块中，分别：依赖IoC框架定义业务逻辑接口和其具体实现；采用JBoss Rules(Drools )作为规则引擎；采用JBoss jBPM(Java Business Process Management)实现业务流程。

(4) 数据访问层。数据访问层隐藏对数据库的操作细节，隔离业务逻辑层与数据库，增加代码的重用。该层的各模块中: 数据访问组件建立应用程序与数据库之间的联系,我们采用JDBC对其实现；对象关系映射(ORM)转换数据形式，解决面向对象数据库与关系数据库间的匹配问题，我们采用Hibernate对其实现；而连接池创建和管理连接的缓冲池，以改善用户应用程序的性能，其实现采用dbcp。

(5) 公共组件服务层。公共服务层提供与业务无关的基础公共服务,相应服务以构件方式组装，通过平台服务目录对外提供服务。

(6) IoC框架。控制反转(Inversion of Control，IoC)，关注组件的依赖性、配置以及生命周期，在设计中，我们采用IOC：描述创建各类对象的方式；描述各个组件所需的服务。在智慧社区平台软件架构中，我们选用主流的Spring做为IoC框架。

2.2 智慧社区的数据架构

在智慧社区中，我们将所包含的实体和关系划分为5个主题域，包括：参与者、服务、内容、交互和地域。各个主题域之间的关系如图4所示。其中：

(1) 参与者主题域。指系统的所有用户，包括居民、社区管理者、商家等多种实体，其中居民以计生委为准，按民政、公安的需求加以细化，其他以系统需求为准。

(2) 服务主题域。指参与者提供的所有服务，包括志愿者服务、商品、产品等，其中志愿者服务按照社区提供的需求设计和细化，另两者分别依据电信和商家的需求设计和细化。

图4 智慧社区信息的主题域及其关系

(3) 内容主题域。是指系统内的所有信息，包括新闻、通知公告、文档等，其中，通知公告以社区需求为准，其他以可快速检索和可扩展为原则设计。

(4) 交互主题域。是指参与者之间所关联的事件，包括交易、共享、信息推送等。主要设计居民之间、以及居民与商家、社区管理者等间的交互过程。

(5) 地域主题域。是指社区所在的地域空间，可

按行政区域划分、邮政与电信区域划分等需求，进行设计。

2.3 业务功能

智慧社区为用户提供通讯和信息资源共享，并支持社区的业务协同管理和设施管控，为此我们设计了门户、业务和能力等三方面的功能。

2.3.1门户群功能

在智慧社区门户网站群中，主要包括从省到社区及部落的各级社区门户网站。其中：社区门户网站栏目包括社区政务、便民服务等；部落门户网站为由相同兴趣爱好的居民提供在线交流；“智慧社区平台管理门户网站”定制门户模板的栏目和信息，自助建网，并对用户、运行和系统进行管理；“智慧社区平台运营门户网站”则作为平台运营的门户，主要负责用户(商家)注册、用户行为分析等。门户网站群的组成与逻辑关系，如图5所示。

图5 智慧社区门户网站群架构

2.3.2应用功能

应用分为专有应用和公共应用两类。其中：专有应用专门为居委会、居民、商家和第三方等提供管理服务；公共应用面向所有用户提供各种通讯和信息服务。

2.3.3能力

能力是指智慧社区系统中的各类构件的功能实现。相应构件作为可复用的软件模块，可提供给系统内部和第三方调用。本系统能力包含的主要控件类别如图6所示。

图6 智慧社区的能力架构

2.3.4云平台设计

基于云计算的虚拟化技术，设计了智慧社区云平台，该平台内各种物理资源，分别被虚拟化为计算、存储和网络的资源池，以支持对社区物理资源管理上的动态架构和调配。智慧社区的云平台架构如图7所示。

3 实现实例

在福建厦门的四个智能社区建设中，采用了我们提出的基于J2EE和云计算的解决方案，其中，建成后的厦门某智慧社区信息平台。因其内容和功能完整，技术先进和系统管理方便，已在我国智能社区建设中被推荐加以推广。

图7 智慧社区云平台架构

4 结 语

建设智慧社区需要考虑复杂的业务需求，需求变化与技术扩展，以及对现有信息资源的整合等问题。现有的智慧社区解决方案尚未对这三个问题系统地解决，为此，基于J2EE和云计算虚拟化技术，我们提出一个较为系统的智慧社区解决方案，对智慧社区的总体结构，以及软件、业务、数据和设施平台的架构等，进行了设计，其中对一些关键技术的选型进行了说明。本解决方案在福建厦门智慧社区的成功应用，说明其可资参考。

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