云計(jì)算環(huán)境下城市基礎(chǔ)信息庫的研究

引 言

當(dāng)前城市基礎(chǔ)信息的存儲模式多為 條塊分割 模式[1]， 此類管理模式帶來的問題顯而易見 ：一方面各部門信息系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，信息重疊造成大量浪費(fèi)[2] ；另一方面，在管理中存在盲區(qū)，且必須避免信息泄露等危險(xiǎn)。城市基礎(chǔ)信息庫由自然人、社會法人、社會公共等信息構(gòu)成。城市基礎(chǔ)信息是重要的信息資源，但這些信息目前獨(dú)立存儲在政府部門，不利于保障數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性和完整性。城市基礎(chǔ)信息庫的建設(shè)是為了全面消除信息孤島問題 [3]，將城市基礎(chǔ)信息在一個(gè)統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)庫中存儲和管理，為各政府業(yè)務(wù)部門提供數(shù)據(jù)支撐。隨著近年來云計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用云計(jì)算環(huán)境部署城市基礎(chǔ)信息庫，充分發(fā)揮云計(jì)算虛擬化 [4]、按需提供服務(wù)等優(yōu)勢， 能夠加強(qiáng)信息資源整合、促進(jìn)政府業(yè)務(wù)部門信息可跨越部門和層級共享，提高基礎(chǔ)設(shè)施使用率，降低系統(tǒng)建設(shè)成本[5]。

1 云計(jì)算環(huán)境下城市基礎(chǔ)信息庫部署

相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫部署方式，將數(shù)據(jù)庫部署在各部門的服務(wù)器中，云計(jì)算環(huán)境下的城市基礎(chǔ)信息庫部署具有更高效的特點(diǎn)。按照系統(tǒng)的部署方案，利用云計(jì)算中心平臺進(jìn)行部署。即通過動態(tài)虛擬方式將系統(tǒng)部署在云計(jì)算中心的服務(wù)器， 將一臺云計(jì)算中心服務(wù)器的資源虛擬為多個(gè)互相隔離、互不干擾的系統(tǒng)環(huán)境，既可保證數(shù)據(jù)安全，又可有效利用硬件資源。使用云平臺硬件中的一臺私有云服務(wù)器虛擬出兩臺應(yīng)用服務(wù)器、一臺Web 服務(wù)器和兩臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，且可動態(tài)分配。系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置拓?fù)鋱D如圖 1 所示。

當(dāng)增添城市基礎(chǔ)信息庫用戶時(shí)，可以增加 Web 服務(wù)器， 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。同時(shí)可以增設(shè)應(yīng)用服務(wù)器，形成集群訪問，提高系統(tǒng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。城市基礎(chǔ)信息庫系統(tǒng)部署在專網(wǎng)內(nèi)， 相對外網(wǎng)可獨(dú)立運(yùn)行。

2 數(shù)據(jù)采集

城市基礎(chǔ)信息庫從部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中采集數(shù)據(jù)。部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫來源于各部門采集的業(yè)務(wù)信息以及通過對接上一級電子政務(wù)數(shù)據(jù)交換平臺獲得的部門業(yè)務(wù)信息。隨著云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，一部分部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫已遷移到云計(jì)算中心， 另一部分部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫仍儲存于之前的單位中。根據(jù)部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的兩種不同部署方式，可通過兩種方案實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)信息庫對部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的采集。

城市基礎(chǔ)信息庫對在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心部署的部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，需要解決數(shù)據(jù)庫間的差異問題。一方面是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的不同，另一方面是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的區(qū)別。針對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的差異，城市基礎(chǔ)信息庫采用JDBC 接口屏蔽差異。JDBC 是一種使用Java 語言編寫的數(shù)據(jù)庫接口，應(yīng)用程序采用同樣的源代碼，通過加載 JDBC 驅(qū)動程序訪問不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) [6]。針對數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的差異，城市基礎(chǔ)信息庫信息采集通過一組標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)，利用客戶端與服務(wù)器交互操作來解決數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的差異問題。首先由客戶端向服務(wù)器端發(fā)送訪問數(shù)據(jù)的請求， 待服務(wù)器接收到該請求后，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫訪問接口的方式處理該請求，然后由服務(wù)器端將處理結(jié)果發(fā)送到客戶端。

城市基礎(chǔ)信息庫基于ESB（企業(yè)服務(wù)總線）數(shù)據(jù)交換平臺，實(shí)現(xiàn)了對部署在原單位部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集[7]。ESB 本質(zhì)上是一種新型、開放的中間件技術(shù)。中間件是處在平臺和應(yīng)用程序之間的服務(wù)程序或系統(tǒng)軟件[8]，支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口。中間件模型如圖 2所示。

政務(wù)網(wǎng)絡(luò)上。城市基礎(chǔ)信息庫的數(shù)據(jù)交換采用信息交換橋接系統(tǒng)和前置數(shù)據(jù)庫共同完成。在前置設(shè)備上建立交換數(shù)據(jù)庫， 與部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫連接，交換數(shù)據(jù)庫是與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫隔離的、參與政務(wù)部門間數(shù)據(jù)交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫，用以存儲對外發(fā)布和接收的信息。信息交換橋接系統(tǒng)部署在各部門自己的前置設(shè)備上，負(fù)責(zé)從部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中提取需要發(fā)送和對外共享的數(shù)據(jù)，保存到前置數(shù)據(jù)庫并從前置數(shù)據(jù)庫中提取信息保存到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，完成部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)與前置數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)交換。中心交換節(jié)點(diǎn)管理前置交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換服務(wù)， 并按照需要建成共享的基礎(chǔ)信息庫。

ESB 提供了標(biāo)準(zhǔn)的消息機(jī)制， 使用面向消息的中間件（MOM）[9]等方式實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互連互通。數(shù)據(jù)共享交換平臺為信息采集提供了安全可靠的通道，面向客戶時(shí)屏蔽了底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等信息。利用數(shù)據(jù)共享交換平臺從部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)的過程是通過編程把數(shù)據(jù)從部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中提取出來，然后傳送到數(shù)據(jù)交換平臺，城市基礎(chǔ)信息庫可從數(shù)據(jù)共享交換平臺中獲取需要的數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)比對

在城市基礎(chǔ)信息庫的整合過程中，由于政府部門系統(tǒng)存在差異等原因，收集的數(shù)據(jù)常存在數(shù)據(jù)重復(fù)、數(shù)據(jù)項(xiàng)缺失、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題。因此，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 數(shù)據(jù)比對是至關(guān)重要的環(huán)節(jié) [10]。

如果將需要比對的數(shù)據(jù)依次與各部門數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，那 么系統(tǒng)運(yùn)行效率極為低下。建議采用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的方法，從公 安局、工商局與質(zhì)監(jiān)局等整合的數(shù)據(jù)中提取出能夠精確定位 到個(gè)人、法人的精確字段作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將由數(shù)據(jù)交換平 臺傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存入比對中間庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。 數(shù)據(jù)比對系統(tǒng)提取需要比對的數(shù)據(jù)，根據(jù)比對規(guī)則對照比對 索引表中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。將能夠比對的數(shù)據(jù)中基礎(chǔ)信 息表中需要的字段信息記錄到基礎(chǔ)信息表中。無法比對的數(shù)據(jù) 則成為疑問數(shù)據(jù)并將結(jié)果輸出，由數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)將結(jié)果返回 給數(shù)據(jù)提供方。業(yè)務(wù)部門按照提交的疑問數(shù)據(jù)報(bào)告再次核對， 更正后重新錄入。數(shù)據(jù)比對流程如圖 3 所示。

4 數(shù)據(jù)交換

為滿足城市基礎(chǔ)信息庫與政府部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換需求，完成數(shù)據(jù)一次采集后各系統(tǒng)共享的目的。本系統(tǒng)采用集中交換模式和分布交換模式相結(jié)合的混合交換模式，該信息交換模式具有 一數(shù)一源、一源多用 等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)交換模型如圖 4 所示。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)信息庫與業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)， 形成高效的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)。政府部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部署在電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)上。城市基礎(chǔ)信息庫的數(shù)據(jù)交換采用信息交換橋接 系統(tǒng)和前置數(shù)據(jù)庫共同完成。在前置設(shè)備上建立交換數(shù)據(jù)庫， 與部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫連接，交換數(shù)據(jù)庫是與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫隔離的、 參與政務(wù)部門間數(shù)據(jù)交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫，用以存儲對外發(fā)布 和接收的信息。信息交換橋接系統(tǒng)部署在各部門自己的前置設(shè) 備上，負(fù)責(zé)從部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中提取需要發(fā)送和對外共享的 數(shù)據(jù)，保存到前置數(shù)據(jù)庫并從前置數(shù)據(jù)庫中提取信息保存到業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)庫，完成部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)與前置數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)在線 實(shí)時(shí)交換。中心交換節(jié)點(diǎn)管理前置交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換服務(wù)， 并按照需要建成共享的基礎(chǔ)信息庫。

5 數(shù)據(jù)安全訪問控制

城市基礎(chǔ)信息庫的開發(fā)需要建立訪問控制機(jī)制解決數(shù)據(jù) 訪問的安全問題。訪問控制的目的是防止未經(jīng)授權(quán)而對資源進(jìn) 行訪問的行為?；诮巧脑L問控制 RBAC 是解決大型應(yīng)用 系統(tǒng)資源訪問控制安全有效的途徑。在城市基礎(chǔ)信息庫底層 利用 RBAC 的訪問控制實(shí)現(xiàn)對城市基礎(chǔ)信息的分權(quán)管理。創(chuàng) 建不同的角色實(shí)現(xiàn)對城市基礎(chǔ)信息的查閱、修改、插入等分 級分權(quán)操作。角色在 RBAC 體系里是一個(gè)核心的安全屬性 [11]。 通過給用戶分配角色，給角色分配權(quán)限實(shí)現(xiàn)人員的權(quán)限控制。 每個(gè)角色可能獲得多個(gè)權(quán)限，而每個(gè)權(quán)限也可能被賦予多個(gè)角 色。同時(shí)，每個(gè)用戶可以承擔(dān)多種角色，每種角色也可以對應(yīng) 多個(gè)用戶。角色分配要按照之前確定的靜態(tài)約束關(guān)系來分配。 在權(quán)限分配時(shí)依照最小特權(quán)的基本原則 [12]，把角色配置為最 小的權(quán)限集，在確保角色能夠充分使用職權(quán)的同時(shí)又不超出職 權(quán)范圍。角色、用戶、權(quán)限三者間的關(guān)系如圖 5 所示。

依據(jù)采用的 RBAC 訪問控制方法，系統(tǒng)管理員根據(jù)需要 規(guī)劃出具有一定職能的角色，并為每個(gè)角色賦予特定的權(quán)限。 在管理過程中，面對大量用戶時(shí)，只需針對角色授予權(quán)限或撤 銷權(quán)限即可，無需對用戶進(jìn)行逐一的授權(quán)或撤銷權(quán)限操作。

6 結(jié) 語

在云計(jì)算環(huán)境的背景下，本文對構(gòu)建城市基礎(chǔ)信息庫框 架中遇到的數(shù)據(jù)庫部署、數(shù)據(jù)采集、比對、交換、安全訪問 等關(guān)鍵問題，提出了行之有效的解決辦法。在今后的研究過程 中，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、大數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)檢索等方 面是需要進(jìn)一步研究的課題。