SOA和云计算技术在图书馆服务“三农”中的应用

徐琳君， 刘长娥， 逯连静， 程彬彬

(上海市农业科学院 农业科技信息研究所，上海 201403)

0 引言

当前，以信息技术为代表的新一轮科技革命方兴未艾，以数字化、网络化、智能化为特征的信息化浪潮蓬勃兴起，为农业农村信息化发展营造了强大势能。党中央、国务院高度重视信息化发展，对实施创新驱动发展战略、国家大数据战略、“互联网+”行动等作出部署，加强农业与信息技术融合，运用丰富的农业信息资源服务“三农”[1]。在信息时代，应充分发挥新兴科技对农业的促进作用，加强对农民的科技培训，普及农业新技术，及时解决实际工作和生产过程中遇到的问题，促进农业科研成果的转化和利用，为农业学科的发展和科技兴农献计献策。

作为科研院所的图书馆不仅要为科研工作人员提供文献信息服务，也要积极主动的服务“三农”。随着物联网、人工智能技术的广泛使用，我们已经进入大数据时代，传统的数据存储功能已经无法满足我们的需求[2]。云计算的出现使互联网进入新时代，目前云计算在各行业中已经成功应用。本文探讨基于SOA和云计算的图书馆平台，改变传统服务模式，更好地为“三农”提供信息服务。

1 SOA和云计算

SOA技术是一种基于服务的体系架构。SOA的发展是伴随着WEB技术的不断演进而向前发展的。SOA就是这种一样新的面向服务的分布式Web架构。SOA可以将现有的系统封装成服务，并对服务进行抽象，我们可以把它看成一种新的架构模式，而不是一个产品[3-4]。SOA常常被用作云计算的关键技术，可以促进服务的重复使用。

云计算是将各种网络上分布的资源集中，用虚拟化方式为用户提供服务，实现存储与计算的分布式处理。云计算关心的是如何把底层硬件和软件抽象成云计算资源。但是用户永远不需要关心底层平台是如何进行操作的，只需要关心服务[5-6]。可以通过网络按自己的需要获得软硬件服务或者一些其它的服务。云计算的核心就是按需服务。

2 基于SOA和云计算的数字图书馆总体架构

根据硬件环境及云计算平台建设的规划，我们设计了图书馆数字化平台的具体实施方案，基于SOA和云计算的数字化图书馆总体架构图,如图1所示。

图1 基于SOA和云计算的数字图书馆总体架构图

1.1 应用层

在应用层中，用户可以使用云计算所提供的服务接口，而用户使用云计算服务是有专门的服务接口，并且可以按照实际需求重新设计服务。用户使用终端所提供的云计算服务，存储超大容量数据并能提高运算系统能力，可以节约项目投入成本。本文在应用层中添加了SOA的云计算架构的应用，SOA和云计算的结合，可以充分满足数字化用户的需求。

数字化用户不需要维护云计算的软件供应商。用户所需要的服务不是来自本地，而是来自“云”端。我们只需要在联网的电脑上配置“云操作系统”的浏览器，并且使用软件及硬件都是云服务形式，这样的网络不仅可以传送网络信息，也可以传送云服务。

1.2 平台层

平台层的应用包括统一身份认证平台、数据中心平台、统一门户管理平台、系统软件平台、数据仓库、高可用性HA等。基于SOA的云计算平台其实是一种“云服务”平台，它具有连接到其他的网络并发计算服务机制，能够使用虚拟化技术增强各个服务器的互联，提高数据存储能力。

随着图书馆的存储数据越来越大时，其数据特点(1)数据量大；(2)具有结构化数据和非结构化数据，当前非结构化数据越来越多。PaaS就可以在短时间内处理海量数据，使数据管理变得更加方便，实现更高的管理水平。在云产业链中，如同传统的中间件所起的作用一样。

1.3 基础设施层

基础设施层是智慧图书馆的骨干层。它的作用是为上层提供可供终端用户消费的云计算硬件设备资源，其中包括具有专用的计算机体系架构来处理网络服务进程，并且该架构可以提供大容量存储数据能力。软件包括存储、应用程序和提供给用户的相关服务等。在云计算的网络时代，本地计算机不需要空间很大的硬盘，也不需要速度超快的CPU和超大存储能力的存储器，只需要基本必要的硬件即可。

3 SOA和云计算在图书馆服务“三农”中的设计与应用

3.1 基础设施层(IaaS)的设计

基础设施层是数字图书馆的关键层。它的基本作用是为上层用户提供一种云计算资源的“黑盒”抽象层，目的是使上层用户即使不了解云计算资源的工作原理，也能够使用平台资源。通常情况下云计算资源包括具有运算能力的CPU、存储能力的数据存储器、通信功能的网络设备以及相关联的软件。云计算软件包括存储、应用程序和提供给用户的相关服务等。通过云计算的本地计算机仅仅需要简单的硬件设备，比如基本的输入输出设备和网络设备等。

3.1.1 服务器虚拟化

虚拟化技术可以创建共享动态平台，将一些凌乱分散的硬件资源统一起来，并且利用了程序的模块化设计思想，从而应用程序在数据上具有安全性，功能上具有可扩展性。最显著的特点是支持多硬件平台、多操作系统和网络架构的功能。我们采用VMware虚拟架构来实现服务器的虚拟化。ESX Server 是VMware虚拟结构的基础，可以动态的进行自我优化，直接安装在物理服务器上，并把内存和各种网络资源抽象到虚拟机中。这样不仅可以共享硬件资源，也降低了运营成本。ESX Server软件系统是一种提供专有分区隔离功能的虚拟系统，消除其它服务器无法避免的性能瓶颈，并且可以将计算性能动态分配给有计算任务的虚拟服务器。ESX Server还支持虚拟机在服务器上进行迁移，让业务可以连续可用。

3.1.2 负载均衡设计

由于当前信息技术高速发展，会造成网络带宽和业务流量快速增加，因此处理器的压力相比从前也迅速增大，有许多旧的设备可能无法满足常规的业务要求。传统的方法是对硬件进行升级。更换设备虽然比较简单，但是会造成很大的资源浪费，因为某些设备还是可以处理一些业务。而且随着以后业务量的不断增大，还是需要进一步更新设备。因此我们可以采用负载均衡技术，可以增强网络的数据处理分析能力，动态优化网络的流量分布，大大提高网络的灵活度。

一般情况下我们会同时使用联通和电信两条链路，当一条链路的流量太大时，会将多余流量自动分配到其他空闲的链路上。通过接入电信联通两条网络，来保障网络的连通性、持续性以及快速访问，并提供各链路间的智能备份、实现链路级别的快速高可用。此外采用多链路负载均衡, 其具有静态、动态相结合的功能，这样无论访问网通资源还是电信资源,用户都可以通过正确的线路来访问，很好地解决了电信与网通的互访瓶颈,如图2所示。

3.2 平台层(PaaS)的设计

3.2.1 SOA架构的云服务平台

根据需求进行了云计算服务平台的设计与实现，如图3所示。

图2 负载均衡示意图

图3 基于SOA 的数字图书馆的云服务平台

该系统具有三大部分：

1)用户终端。用户使用计算机终端设备GUI查询云计算服务中心提供的云服务，然后云计算服务中心把该查询的服务绑定到相应的服务接口层。

2)云计算服务中心。根据用户所描述的服务类型和服务位置的信息，云计算服务中心查询到相对应的服务接口层，并把该服务传送到物理层，使其判断该服务是否具有合法性。该系统具有调度、分配和执行服务网络资源的功能。该层主要根据用户身份所选取的服务请求类型以及合法性进行验证。若请求的服务类型合法，那么通知云计算服务中心，分配用户权限使其访问该服务，若请求的服务类型不合法则不能访问。

3)云计算物理层。基础物理层为上层软件提供了运行平台，其中包括有各种应用服务的服务器和认证服务器，以及具有通信功能的网络互联服务器等设备。

该系统提供了三农热线、知识服务、电子资源等各种应用服务和云计算存储管理服务。

3.2.2 统一身份认证平台

统一身份认证平台可以实现内网的用户单点登录，身份的统一认证。它是将原有的分散式认证改成统一认证方式，也就是用户只要通过一次认证就能访问所有的信息资源，大大简化了访问系统的过程，也方便了图书馆的信息管理。

统一身份认证平台网络结构,如图4所示。

图4 统一身份认证平台网络结构

该功能的实现根据应用服务类型搭建服务器，确认服务合法性构建认证服务器。WEB应用服务器提供了统一的认证GUI窗口和资源平台管理；认证-接入(Confirm-Receive)服务器具有用户身份确认和业务系统接入的功能。CA数字证书网上受理服务器具有用户身份的证书颁发功能。数据库服务器具有存储用户身份和服务类型的数据功能。

本文设计的统一身份认证平台将现有的业务管理系统进行有效的整合，实现了用户单点登录和访问控制，使传统的多业务系统的认证问题不再是问题，并且采用安全机制保障用户身份认证的安全性。平台搭建了一个统一的身份认证门户，用户只有在认证成功后才能进入系统界面，从而继续访问该系统所提供的服务。

云计算平台每天为用户提供不同的需求服务，在网络传输过程中也会存在安全隐患。相对于其他系统单一的安全运行模式，比如设置一个统一的安全配置，SOA与云计算的融合可以有效的节约系统资源，为用户使用信息平台提供坚实的安全保障。SOA技术可以整合软件功能模块，并将其分离出来，方便不同模块之间的数据交换。

3.3 应用层(SaaS)的设计

应用层包含了大量的资源与服务．包括：办公信息类、信息查询类、电子资源类、农业应用类，满足不同农民的信息服务需求。借助于信息技术手段，重新进行信息布局，使信息的显示方式易于理解，可以更好地实现表达、展示信息的目的；它不仅提供良好的个性化支持，农民可以根据自己的需要添加门户工具，比如需要经常访问的Web资源；我们也可以定制一些自主服务，系统自动提醒天气变化和播种时间。

支持不同用户使用多种终端，比如计算机、手机、PDA等。用户可以在浏览器上统一访问图书馆各个系统的资源和服务。根据用户的不同应用请求，处理接收的各种数据；并且提供Web Service Server服务，它需要处理由Portal Server传过来的业务请求。通过设计的统一信息门户平台，可以为农民提供一个单点登录和个性化的信息环境，使农民可以便捷地使用网络信息资源，获得个性化的、全方位的信息服务。

3.4 SOA和云计算在图书馆服务“三农”中的应用

云计算可以利用SOA将基础设施当作一组服务提供给用户，SOA可以管理这些服务组织，从而实现了以基于SOA的云计算体系架构的云服务平台，分布在不同各地的终端设备可以通过计算机网络技术访问云服务中心，农民可以得到所需要的数据信息。对于不同领域的信息分类，使用云计算进行高性能计算、海量数据挖掘，可以节约很多成本，不需要开发软件和购买硬件，只需要部署应用系统就可以按需付费。云计算的基础设施管理很少需要人工干预，可以节约人工成本。根据不同的内容分层，给用户动态地分配信息资源，以节省系统的运行费用。

农业科研院所图书馆可以利用SOA和云计算的融合，将最新农业技术信息进行数字化处理，进行合理规划和布局，制定信息化标准和规范，建设统一身份认证、统一信息门户和共享数据库等应用信息平台，最终实现如图5。通过信息管理、咨询服务、知识服务等，向农民推送最新的农业科研成果，方便农民获取更多的农业技术，打破原有的信息孤岛，保证信息的共享，实现各种资源的有效配置和充分利用，更好的发挥农业图书馆的社会价值，为“三农”服务。此外可以提供外文传递服务，使农业科研人员更便捷地获取外文文献。

图5 图书馆服务“三农”平台

4 总结

随着云计算技术的迅速发展，农业图书馆的信息服务可以提供新的模式。本文结合了SOA和云计算之间融合的优势，设计了图书馆服务“三农”信息服务平台，不仅适应当今大数据时代数据变化大且快，也改变了传统的信息推送模式，实现个性化的信息服务。

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