智慧校园系统数据架构设计与研究

2022-03-02徐英田萌龙学磊王虹

网络安全技术与应用 2022年9期

◆徐英田萌龙学磊王虹

（中国海关管理干部学院河北 066000）

1 智慧校园建设思路

为响应党中央号召，为培养造就忠诚干净担当的高素质专业化干部队伍，不断把学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想作为首要政治任务，不断把习近平新时代中国特色社会主义推向前进。依照中共中央对于信息化的相关要求，遵循《干部教育培训工作条例》，结合干部教育培训工作实际，严把政治关、质量关、纪律关，树立互联网思维，遵循干部网络培训相关国家标准。利用云计算、大数据、物联网、5G移动互联网、人工智能等先进技术，按照“顶层设计、标准先行”、“集成共享，整合资源”、“管理高效、决策智能”、“线上线下、创新模式”、“训前中后、全程一体”、“前段微化、后端云化”、“智能运营，激发活力”、“共建共享，服务全国”、“数据画像，精准培训”、“趣味学习、个性体验”的思路，聚焦精细化服务、精品化课程、精准化培训，打造一体化的一流学院，将其建设成为全国一流线上线下理论学习网络平台，习近平新时代中国特色社会主义思想的理论阵地，全国领导干部思想理论教育的学习堡垒，学院教职工在线进修的培养渠道，学院优质干教资源的共建共享平台，学院“智慧校园”互联互通的数据枢纽，实现学院在网络空间的延伸，打造全国学院系统一体化的干部培训生态圈，实现“大数据驱动、社交化激励、精准化培训、个性化服务”的科学运营，全面构建功能齐全、技术先进、性能稳定、安全可靠、用户体验满意的信息化应用的工作、学习和生活环境。为广大学院在、离校学员以及各级学院教职工提供线上学习服务。

信息化项目统一建设要优化信息化项目治理，按照院校通行做法，学校应当从网络资源、硬件设施、应用系统、基础平台服务等方面统筹推进学校信息化建设。数据的统一管理，重点开展数据治理，实现数据汇聚共享应用新突破。用户身份统一管理，加快用户中心建设，实现统一身份验证全覆盖。网络信息安全统一防护，落实网络信息安全责任，健全机制，筑牢防火墙。信息交互统一平台，提供统一规范平台，减少各部门业务平台，并纳入整体安全管控。加强云平台建设，提供资源统一服务。学校互联网统一接入，强化网络统一接入管理，提升网络服务质量。借助物联网技术，实现校园生活统一智慧化。

2 智慧校园建设原则

全面贯彻落实学院科技大会精神，助力学院“十四五”建设，智慧校园项目建设要按照实事求是、应用效能高、满足实际需求的原则，以提高培训教育质量、推进干部教育现代化建设为目标，从教育培训工作实际出发，统一规划、分步实施，以应用促建设、以需求促发展，不断推动学院中心工作的高质量发展，建设集智慧管理、移动应用及数据驱动于一体的学院信息化生态，促进教育信息化发展。项目的总体设计应遵循以下原则：

（1）先进性

依据先进性与成熟性并重的原则。在应用软件平台方面：基于面向服务的体系结构（SOA）进行软件开发，具备跨平台运行能力。在网络和硬件平台方面：充分考虑目前网络现状和未来国产化发展趋势，把先进的思想与国内外成熟技术相结合起来，适应学校未来5 到10 年跨越式发展的需要。

（2）开放性和标准性

标准是质量的重要技术基础，标准决定质量，只有高标准才有高质量。在严格遵守国家及教育部门有关技术规范标准之外，学院也要科学规划、系统分析，建立一套标准体系。在标准框架内同时支持今后网络及应用的扩展。

（3）整体性和共享性

依据“统一网络平台、统一信息标准、统一信息门户、统一身份认证、统一数据库平台”的建设原则，从总体规划上解决学院内信息及资源孤岛问题。建立数据精准、安全共享的网上数据资源服务平台，实现系统内资源的互联互通，资源的共享利用。

（4）安全性

多层次、全方位、整体的建立安全体系，对网络传输、数据存储、用户身份认证、访问资源及服务等各个环节提供安全措施。加强信息系统的安全建设，同时建立切实可行的数据、系统和网络安全的主动免疫屏障，保障应用数据安全可靠。

（5）可靠性和稳定性

能够保证系统24 小时不间断运转，系统主要设备采用冗余技术，保证无单点故障。使用防火墙等技术加以隔离，建立风险预警系统和应急处置机制，强化责任意识，形成重点应用系统全覆盖监测、全天候监测保护体系和运行机制。

（6）经济性

在学院已有的信息化设施基础上，充分利用虚拟存储机制，整合现有硬件设备资源，形成内部资源的调剂利用。降低了硬件运行维护成本及人员管理成本，大大提高了资源利用率。

3 智慧校园系统架构设计

智慧校园系统建设框架大体上可以分为五个建设层面，即基础设施层、信息资源层、应用支撑层、业务应用层、用户服务展示层。

（1）基础设施层

基础设施层是整个智慧校园系统的物理基础层，由网络平台和设施云平台构成。网络平台包括校内有线无线网络、校内专网、校内VPN 虚拟专网。设施云平台即为基于云计算技术、虚拟化技术建设的智慧校园云数据中心。为智慧校园系统提供网络连通、数据计算存储及传输能力。

智慧校园系统信息资源层包含基础数据、业务数据与数据仓库三个层面的数据库。基础数据库主要为在校教师及学员提供个性化的服务，为各业务应用系统的建设，提供必要的基础数据的支撑。业务数据库是在为学院提供的教学、教务、科研、后勤、综合办公等应用系统产生业务数据。数据仓库是应用系统长期运行积累的大量历史数据，利用ETL 技术对这些数据进行有用信息抽取、格式编码、清洗等操作，最终将应用数据装载到数据仓库中，构建全面、全链路的共性数据处理与服务能力，面向于上层各类业务的建设、迭代、变化等需求提供低门槛、高可用的数据服务。

（3）应用支撑层

应用支撑层由应用支撑平台和公共数据平台构成。应用支撑平台由统一身份认证授权、统一工作流管理、统一智能平台、统一信息发布平台等构成，为智慧校园系统平台提供数据支撑。公共数据平台由各业务应用数据库、公共数据库、数据仓库构成，数据支撑决策，实现“用数据说话、用数据管理、用数据创新”。

（4）业务应用层

业务应用层是整个智慧校园系统的核心，也是信息化建设工作与学院业务管理工作深度融合的关键。包括智慧教务、教学、科研、后勤、综合办公等系统构成，各业务系统之间相互关联，保证各业务层子系统间数据协同与共享。

（5）个人主页展示层

个人主页展示层是整个智慧校园系统的展示窗口。依据智慧校园系统用户不同的身份角色，展示不同的页面信息资源。不同的个人主页将依据不同身份用户的服务请求，集中调用业务应用层中各子系统的功能，将各子系统功能转换为不同身份用户所需要的一站式、一体化的智慧校园服务。

2014年，为深化转型升级，公司在东莞桥头镇建设了力嘉环保包装印刷产业园，该项目于2014年被东莞市委、市政府列入重大项目，项目分两期开发建设，一期园区占地面积160亩，投资规模达6.8亿元，已成功打造10万平方米的自动化环保生产基地，目前已吸引超30家印刷包装上下游企业入驻。此外，公司还精心打造了包装印刷博物馆、苹果树创客空间、包装设计展厅、多功能会议厅、嘉湖观休闲区等包装印刷公共配套，并陆续把园区的配套设施共享给行业协会，实现资源共享。

4 智慧校园数据架构设计

4.1 设计思路

数据管理是一项较为复杂的工作，涉及数据的规范、生产与使用等多方面的内容，需要适应校院信息化建设与使用过程中出现的各项具体情况，解决实际问题，全面保证数据服务质量。

总结多所同类型校院项目建设经验，按照“数据规范—数据生产（存储、交换、监管）—数据使用”的业务脉络，以数据中心建设为核心，不断扩展数据中心应用内涵，构建全方位、立体式数据中心管理体系。

具体建设思路说明如下：

（1）数据规范

通过“树型结构”信息化处理国家信息标准（含教育部、行业信息标准）和校院执行标准，实现数据标准代码集和数据集的导入、维护、变更与发布。

参照信息标准建设“数据模型”，将数据标准转化为业务系统更容易使用的技术规则。业务系统引用数据模型建立数据表，保证数据表和表字段设计符合信息标准规范。

（2）数据中心建设

面对智慧学院多样化的应用环境，我们对数据中心库进行合理规划，包括基础数据库、辅助数据库、应用集中数据库、主题数据库和教学资源数据库等。各类型数据库相互配合，共同实现数据的高效存储、规范管理与灵活调度。

（3）数据交换系统、数据交换服务、数据文档交换

校院业务系统在建设时间、技术方案、业务管理等方面存在多种情况，单一的数据采集方式不能满足用户的全面需求。

通过数据交换系统、第三方数据交换产品（ODI）、数据交换服务、数据文档交换多种数据交换与采集方式，保证任何两个异构业务系统之间的数据共享基于一种安全、可管理的模式进行。任何业务系统的添加和修改不影响其他业务系统的正常运行。

系统实时监控数据交换过程，严格管控服务调用权限，及时提醒技术和业务人员跟进数据交换中出现的异常，确保数据交换安全和数据交换质量。

（4）数据质量管理

重视数据质量管理，实时校验、跟踪数据中心及各业务系统数据质量、提供全面的数据质量检测报告，及时跟进解决数据质量问题，同时尽量减少管理人员数据维护工作量。

（5）数据共享服务

充分利用数据中心建设成果，发布与管理数据共享WS 服务，方便第三方业务系统获取信息数据，同时，加强数据权限控制，避免数据中心相关表结构对外直接开放，保护数据安全。

4.2 数据架构设计

数据中心采用顶层设计思路，以智慧校院信息标准建设成果为依据，从数据源、数据目标到数据服务整个体系进行规划，由数据交换、数据存储与管理、数据服务等三部分组成。

数据交换方式支持数据交换系统、数据交换服务、数据文档交换等多种方式，并提供完善的数据交换过程监控、异常预警和日志审计功能。

架构主要采用分层架构，分为6 个部分：数据源层、数据采集、数据治理运营、数据开放以及数据治理输出成果。整个体系将充分支持智慧校院的各种综合应用。

（1）数据源层：学院内部及外部存在的各种数据源，包括业务系统中的数据（以关系型数据库中存储的结构化数据为主）、IT设备中数据（以数据流输出的日志类半结构化数据为主）、物联网设备数据以及物联网相关管理系统数据。

（2）数据采集层：即通过ETL、FILE、Flume、Kafka、MQTT等方式将上述数据采集到系统中，然后对数据进行清洗、转换、解析、预处理等操作，使数据具备完整性、一致性、规范性等质量要求，然后导入到数据平台中进行持久性存储。

（3）数据治理运营层：对数据进行存储、管理、发布、服务的一套软件。生成校级层面全面、一致、权威的高质量数据仓库，为智慧校园建设提供可信的数据源，实现资源集约化、数据资产化，构建与学校发展保持一致的数据治理体系，依靠信息标准与规范体系指导或规范未来的信息系统建设，实现数据融合共享的良性发展。

（4）为实现数据的高质量、高可用，使用ODS 作为数据共享库，数据共享库将会继续保留并被更新为数据治理之后的高质量数据，并与业务系统随时保持数据一致，作为业务系统的备用数据中心库，从而实现“双活数据中心”架构。

（5）数据开放层：为了将数据资产进行完善的管理和发布，还要对数据进行对象管理、API 封装、发布、授权等，并对开发过程进行管控，将开发好的应用程序进行发布管理。在数据开放之上，因为数据的维度更加丰富、体量更加完整，此时可以借助数据统计、数据挖掘、机器学习方面的大数据技术，对数据进行数学模型设计，使数据的价值得到更加深入的发掘。这些设计完成的模型，可以由大数据平台的算法功能进行引入，并开放给开发者用于进行应用程序开发使用。

（6）数据治理输出成果是在数据采集处理过程中，形成的各种输出交付物，主要包括数据标准体系、数据管理知识库体系、数据管理规范制度体系。