基于云计算的科技资源信息共享模式的构建

李强，刘晓峰

1. 太原理工大学 财经学院，山西 太原 030024

2. 山西省财政税务专科学校，山西 太原 030024

3. 太原理工大学 大数据学院，山西 太原 030024

引言

在《2006-2020 国家信息化发展战略》中将政务数据资源整合作为我国电子政务建设过程中的关键环节，以政务云计算平台建设来推动我国电子政务发展水平。当前国内政务云的建设如火如荼，以几个重点示范城市为榜样，带动其它省市政务云的建设[1]。正当示范城市中政务云如雨后春笋展露出其强大的功能时，工信部和其它部委公布了《国家电子政务“十二五规划”》和《基于云计算的电子政务公共平台顶层设计指南》，为我国政务云的建设提出了技术方向和框架[2]。在中央网络安全和信息化领导小组的国家信息化战略部署下，政务云建设工作组又编制了《电子政务云平台服务考核评估方法》和《电子政务云平台计费参考标准》[3]。

2013 年 8 月，山西省政府常务会通过了《山西科技创新城建设总体方案》，在此背景下，山西科技创新城作为山西省实施创新驱动发展战略的核心和平台，成为山西省的首位工程，肩负着以科技创新破解山西资源型经济转型升级的重任[4]。为了给创新个体提供创新条件，山西省积极组建了各类共享服务平台，以山西省科技基础设施和大型仪器设备等科技资源服务平台为主要服务内容，联合其它各部门向全省全社会开放各类科技服务资源，推动山西科技创新城的历史进程，完善太原市智慧城市的建设内涵。

1 国内研究现状

目前在我国科技资源业务范围内主要是通过共享平台实现各个科技资源信息的共享。伴随着技术的逐步发展，国内的科技资源共享平台逐渐完善起来，已经初步完成适应科技创新和科技发展需要的科技基础条件支撑体系。当前国内大多数省市、科技主管部门都拥有独立的、功能较全的、且具有特色的科技资源管理共享系统，在一定条件环境中可以达到各自科技资源的共享。如现有的中国科技资源共享网，还有 18个科技资源省市平台网站,如陕西科技信息网、四川省科技信息资源平台、上海研发公共服务平台网等；27个科技资源建设项目网站,如大型科学仪器资源领域门户、海洋科学数据共享中心、交通科学数据共享网等,这些平台为大众使用科技资源提供了便利[5]。

虽然我国当前科技信息系统已经有了质的突破，但是仍然存在一些局限性，如各个省市和科技部门之间的信息资源未能互联互通，仅是在部门内部可以共享一些资源，基本上仍处于“信息孤岛”状态。此外，各个共享系统之间设有权限，通过信息系统的简单超链接是无法共享资源的。尽管通过交涉系统之间的数据，实现了一些系统间的共享，但各个系统往往都有自己的服务器，对用户来说他们仍然处于相互独立状态。该情况的存在，可能导致用户为了查找某一科技资源需要逐个登录访问多个系统，加之访问权限的不统一，使科技资源的全面共享成为不可能。虽然各个省市、部门等已经投入了大量的人力和财力来建设和完善科技资源共享平台，但是由于技术和管理上的制约还是不能实现真正意义上的科技资源共享，即科技资源的全面、无隔阂的完全共享[5]。

国内科技资源共享平台的研究已经在国外经历了比较长的时间，国内主要从三个角度开展研究，一是对社会开放的资源共享平台建设方案的研究；二是对科技发展创新的推动力的研究；三是从创造的价值角度研究。就平台建设方案的研究又可以分为三个方向，主要包括：

(1) 侧重于平台建设经验和理论的研究：

学者岳晓杰通过探析中国科技基础条件平台建设的发展历程和现状,指出了平台建设过程中存在的各种问题,并分析了该问题产生的原因,通过进一步分析和比较国内外科技发展的成功实践经验，提出了成立国家综合协调管理委员会来加强我国科技基础条件平台的建设[5,6]。

还有陈文倩,伶庆伟等人结合高校仪器管理经验，分析了大型仪器设备管理的现状和存在的问题，探讨了设备管理上的问题与不足，提出了高校大型仪器设备资源管理和共享的措施[5,7]。

(2) 侧重于区域平台技术的研究:

阮晓妮通过宁波市科技资源的调研了解的基础上，运用模糊层次分析法建立了资源配置模型。在宁波的科技工作网站上采用共享信息的关键技术建立分布式网络中心，并通过对数据的规范化、网络化和空间化改造，实现了科技资源信息共享平台[5,8]。

针对山西省自然科技资源共享平台，郭常莲等人围绕平台的功能结构、内容和应用方法三方面开展了研究，指出前台的主要应用方式是信息查询与统计，并重点论述了该系统的前后台的应用和建设方案[5,9]。

对于目前网络条件下文化信息资源共享存在的组织、服务、市场和管理机制等方面的问题，学者毕强通过网络资源管理基础理论的研究，以网络技术视角为切入点，采用 Qos 的资源动态分配方案，设计了基于层次式的网络文化信息资源共享平台体系结构[5,10]。

针对网络教学资源共享平台目前存在的问题，学者王庆和赵颜两位学者不但提出了基于知识管理的新平台设计框架和实现技术，而且指明该平台需要使用数据挖掘等知识管理关键技术来实现个性化和智能化为主要特征的共享服务[5,11]。

(3) 侧重于平台在传统网络下整合建设研究：

针对农作物的特种资源共享平台 (CGRSP) 的特点，叶锡君等学者进行了研究和设计，包括平台的总体框架、数据存储和功能服务等方面。同时，为了对遗传资源实现数字化、标准化和遗传资源的整合，他们采用了国家种植资源描述规范和数据标准[5,12]。

张宇等研究者建立了网络平台科技资源整合的方法和原则、以及基本的框架，以河北省科技基础条件平台为案例，给出了理论和实践上结合的科技资源整合方案，并指明针对不同资源分类分别，使用不同的整合方法[5,13]。

学者张谨等人以平台的规范化、建设方法、整合方案、数据存储等方面开展研究，并在同构跨库检索技术上完成了资源的整合，同时给出了建设资源共享平台的可行方案[5,14]。

通过对近些年文献的查阅，国内学者从对科技资源共享的方案研究向科技资源共享平台与机制发展转变，从以上研究者的研究来看，科技资源共享平台的关注往往停留在网络平台的基础上，而且基本都是基于对某一个区域或领域的研究。

当前我国科技部已经初步建成了以研究实验基地和大型科学仪器设备、自然科技资源、科学数据、科技文献等六大领域为基本框架的国家科技基础条件平台建设体系。

随着全国的科技资源共享平台的建设，我省也陆续完成各个科技资源共享系统。于 2005 年初，我省逐步启动了山西省科技基础条件平台建设计划，形成成了一个跨行业、多学科的信息共享和应用服务的科技创新支撑体系[15]。2012 年末，山西省科技文献共享与服务平台、山西省科学数据共享平台项目得到验收。其中山西科技文献共享平台为万方和维普数字化资源提供接入服务，主要包括文献检索服务、原文件传送服务、科技定题服务和科技查新服务。山西省科学数据共享平台集成了科研机构、高等院校和相关机构所拥有的公益性、基础性科学数据资源。该平台整合了我省气象、地理空间、农业、林业、水利、环境、能源等科学基础数据服务。

到目前为止山西省自然科技资源平台已经基本建成并投入运行中，大型科学仪器协作共享平台、技术转让服务平台、专业创新公共服务平台也正在逐步完善中。

此外，山西省科技资源共享服务网为整个平台集成和提供了综合展示窗口，是各个共享资源和各种应用服务的集成应用平台，也是各个子平台的联合门户和统一入口。

为了推动山西省科技资源的共享和发展,山西省人民政府办公厅陆续出台了关于印发山西科技创新城人才支持、平台管理、成果转化、首台 (套) 装备认定等 4 个暂行办法[16]。

2 科技信息资源与云平台

2.1 科技信息资源的特点

科技信息资源广泛分布于科研院所、高校和科研管理部门等机构中，其内容主要包括数据、软件和设备特征，并涉及研发、使用、维护和流通等环节。其中，科研机构主要具有研发和使用功能，管理部门具有维护职责，而中介机构促进流通和推广的作用。科技信息资源主要具有数据量庞大、系统异构和应用服务繁多特点。

2.2 云平台整合科技信息资源

本研究中使用云计算平台整合科技信息资源的意义可以概括为以下几点：

(1) 云平台为科技信息资源系统服务提供新的范式。通过该范式，可以将不同的科研机构和管理部门使用的数据和服务整合在一起，并统一服务接口，提供各种级别的科技应用。

(2) 云平台为实现海量科技信息数据的存储提供新的途径，为海量的数据存储和检索提供高效的方法。

(3) 云平台还为跨平台的服务提供统一的接入方式，可以实现对不同系统上现有服务的整合。

通过云计算技术实现的科技信息资源整合，将具有如下的特征：

(1) 高效的存储和检索

云计算平台通过改变存储和冗余的方法,提高了存储空间的整体利用率,正如超市中物品存放有别的方式自然提高了物品的查找效率，存储方式的改变将有助于提高数据被检索的效率。

(2) 跨平台和跨应用

云平台可以为用户提供各种科技信息资源和应用，并不局限于受环境约束的几种应用，如农业部门不仅可以调用水利和气象等信息，还可以得到电力和煤炭等能源信息。数据和应用在最大范围内共享。

(3) 成本低

从谷歌云的成功案例中可以得知云计算平台的搭建并不需要建立在高端的物理设备上，而只需要将廉价设备配置虚拟软件就可以形成对外统一的计算资源池和存储资源池，这种方式极大的保护了投资，降低了成本。

(4) 高弹性的扩展

云计算的本质就是提供一种类似于电厂按需发电的工作模式，其虚拟系统可以通过用户的需求自动的适应，为用户动态地分配资源，该种模式特别适合于科技资源迅猛的生产和发展的需求。

(5) 统一的访问入口

通过云平台对新旧系统的整合，通过虚拟技术设置统一的应用访问入口，保证了底层差异对用户的透明性。并通过权限统一分级管理和配置，用户一致界面的使用，极大方便了用户的使用。

(6) 可靠性高

云计算不仅解决的大规模科技数据的海量存储问题，而且通过副本技术来增加数据的冗余性，保证了数据遗失后的快速恢复，从而增强了系统的可靠性。

(7) 统一的管理

云计算不仅为用户提供统一访问入口，而且通过统一的专业化管理，大大降低了原有分散部门维护的成本，减少了资源分散带来的重复浪费。此外，该管理方式保证了数据的一致化，防止了“脏数据”的存在。

(8) 高集成度

云计算是从分布式系统技术采用虚拟技术而来，天生就具备兼容异构系统的能力，所以可以通过虚拟技术将各个分散的系统整合起来，使现有的应用通过接口技术或总线技术连接在一起，具有很强的集成能力。

3 科技云的服务体系

3.1 服务的总体范式

基于云计算的科技资源共享平台是为了科技管理部门、中介结构、高校和科研院所等单位可以实现信息服务的共享，资源的最大化的利用，所以其服务的构建应该遵循一定的规范原则，建设指导部门通过服务的总体范化将有利于服务的共享和服务的整合。

如上图 1 所示，基于云计算的科技资源共享平台的整体框架既需要满足科技政务系统建设的要求，又要保持技术路线开发的一致和符合国家电子政务开发的要求[14-15]，从范化体系层次上包括云计算的物理基础层、系统层、服务支撑层、应用服务层和用户层[17-19]。

其中，物理基础层为云计算服务提供必备的物理设施包括存储设备、计算服务器和网络基础设施。系统层，通过支持虚拟化服务的系统软件，将物理层异构和分散的设备整合在一起，形成对用户透明的整体设施，为上层提供一致的服务接口。支撑层并不是直接为用户提供独立的服务，而是为上层独立的服务提供功能组件，满足服务设计上的灵活性和重用性。服务层是针对用户的不同需求而开发的一系列功能，是整个体系的设计重点。

如图 2 所示，高薪技术企业、高校和科研院所是科技云平台的主要用户，科研管理部门主要负责整个云平台的管理和维护工作，并且兼具规范服务和指导系统开发的义务，而中介机构主要推广新产品和新技术，负责加快资源的市场化流通。

3.2 服务模式

针对科技用户的需求，科技云体系中的应用层中的服务可以划分为四大基本类，每一类中拥有多项服务，如图 3 所示，包括：

第一类是知识服务，为科研用户完成科研提供必需的科学技术支持。知识服务还包括科研开发过程中文献服务和专家服务，为其智力过程提供技术指导。文献服务主要采用搜索引擎的方式，满足用户关键字或主题的检索。专家服务可以通过在线咨询的方式，由用户使用“网上专家门诊”的形式进行答疑指导。

图1 科技云的总体架构Fig. 1 The overall structure of the technology cloud

图2 用户角色的划分Fig. 2 The division of user roles

第二类是行政管理类，辅助科研管理部门完成行政类业务流程，主要包括项目奖项服务和专家的管理服务。其中项目奖项服务实现项目申报审批流程，以及对项目全过程的跟踪，是科研管理的部门一项重要活动。专家管理不仅实现了对专家成员的组织，更是对科学活动的科学化、规范化和公正化的保障。

第三类是科研资源服务，为科研过程提供基础支撑，是科学活动的条件，主要有数据服务和设备服务。数据服务包括自然科学的基础数据，社会科学的统计数据，人工智能的数据挖掘服务，是为科学判断提供基础资料。设备服务，主要用于共享仪器设备和提供重点实验室信息，是减少投资和研究成本的一项重要功能。

第四类是流通推广服务，为科研过程资源的组合和市场转化提供催化媒介，形成贯穿研发、使用和流通的信息流，主要有技术的推广和产品的转化。科研过程也是一项资源组合的过程，不仅需要数据、文献、设备和资金等物质资料，而且更需要智力和人力等支持，技术的推广服务就是将这些智力资源快速配置到相应的科研系列活动中去，为科研活动的顺利开展提供支持。产品转化又是一项保障科研成果可以快速进入市场形成资金回流，为延续科研寿命的提供保障支持。

3.3 存储模式

存储为服务提供了基本的物质基础和保障，云存储往往采用“池化”技术将分散的异构存储服务虚拟成在一个整体的存储资源池，为用户提供统一使用方式，屏蔽了底层细节上的技术差异，实现了高可靠性和高性能的海量数据分布和备份，如下图 4 所示。

3.4 系统整合

基于云计算的科技资源平台不仅解决日益增长的海量数据存储、高性能的计算服务、多样的业务服务，还要整合现有的资源，保护现有资产。服务总线方式是实现系统整合的一种流行手段，该方式不仅可以满足基于服务的设计 (SQA)，而且可以实现业务流程的再造和重组。为了可以兼容旧系统，我们设计一种规范化代理接口，可以将旧科技系统中的数据和服务接入到云平台上，如图 5 所示。

通过在旧系统服务上添加兼容 ESB 规范化接口，可以将旧服务数据转换为服务总线上的标准通信格式，这种模式只需要将原服务重新通过 XML 格式注册到云平台上即可使用，保证了服务对外使用的一致性。

图3 服务体系Fig. 3 Service system

图4 存储虚拟化Fig. 4 Storage virtualization

图5 服务总线接口Fig. 5 Service bus interface

4 结论

通过对科技云的特点分析，我们具体提出了一种使用云计算如何实现海量存储、数据检索、服务范式设计、系统整合和集成服务的云平台构建模式。该模式不仅可以提高科技资源的使用效率，而且使用虚拟化技术实现资源的整合，扩展服务能力的弹性。此外，通过规范公共接口设计实现现有服务的信息共享，实现服务的集成。

通过云计算方式来整合科技资源不仅是一个技术应用，更是一种全新的服务模式，该服务模式应该包括整个系统体系的范化设计，不仅可以兼容现有的服务，而且可以面向未来发展，所以这种模式设计具备很强的弹性。

为了适应数据庞杂、服务繁多的科技资源，通过云构建的科技资源信息共享平台不仅可以满足国家科技系统的基本框架,而且该系统具有很强的兼容性,面向未来的发展。此外，我们将服务划分为4大类，该划分可以满足科技六大领域的服务：实验基地、科学仪器、自然科技资源、科学数据、科技文献和科技资源基本服务。除此之外，还应具有科技管理服务，如成果转化、专家系统、项目审批申报系统等，为了方便用户使用该系统还应具备科技目录服务、全文检索等常规服务。

伴随着我国云计算技术普及，国家和山西等地区积极开展云平台的建设，科技部门资源和服务的完善，建设一个科技云共享平台将是一个新的里程碑，如何保证科技数据和服务的安全将是下一个我们研究的重点问题。

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