云計算環(huán)境下城市基礎信息庫的研究

引 言

當前城市基礎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)重復建設，信息重疊造成大量浪費[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。城市基礎信息庫由自然人、社會法人、社會公共等信息構成。城市基礎信息是重要的信息資源，但這些信息目前獨立存儲在政府部門，不利于保障數(shù)據(jù)的一致性、準確性和完整性。城市基礎信息庫的建設是為了全面消除信息孤島問題 [3]，將城市基礎信息在一個統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)庫中存儲和管理，為各政府業(yè)務部門提供數(shù)據(jù)支撐。隨著近年來云計算技術的迅猛發(fā)展，利用云計算環(huán)境部署城市基礎信息庫，充分發(fā)揮云計算虛擬化 [4]、按需提供服務等優(yōu)勢， 能夠加強信息資源整合、促進政府業(yè)務部門信息可跨越部門和層級共享，提高基礎設施使用率，降低系統(tǒng)建設成本[5]。

1 云計算環(huán)境下城市基礎信息庫部署

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器中，云計算環(huán)境下的城市基礎信息庫部署具有更高效的特點。按照系統(tǒng)的部署方案，利用云計算中心平臺進行部署。即通過動態(tài)虛擬方式將系統(tǒng)部署在云計算中心的服務器， 將一臺云計算中心服務器的資源虛擬為多個互相隔離、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器虛擬出兩臺應用服務器、一臺Web 服務器和兩臺數(shù)據(jù)服務器，且可動態(tài)分配。系統(tǒng)服務器設置拓撲圖如圖 1 所示。

當增添城市基礎信息庫用戶時，可以增加 Web 服務器， 實現(xiàn)負載均衡。同時可以增設應用服務器，形成集群訪問，提高系統(tǒng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。城市基礎信息庫系統(tǒng)部署在專網(wǎng)內(nèi)， 相對外網(wǎng)可獨立運行。

2 數(shù)據(jù)采集

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

城市基礎信息庫對在云計算數(shù)據(jù)中心部署的部門業(yè)務數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行采集時，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)庫設計結構的區(qū)別。針對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的差異，城市基礎信息庫采用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)庫設計結構的差異，城市基礎信息庫信息采集通過一組標準統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問服務，利用客戶端與服務器交互操作來解決數(shù)據(jù)庫設計結構的差異問題。首先由客戶端向服務器端發(fā)送訪問數(shù)據(jù)的請求， 待服務器接收到該請求后，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫訪問接口的方式處理該請求，然后由服務器端將處理結果發(fā)送到客戶端。

城市基礎信息庫基于ESB（企業(yè)服務總線）數(shù)據(jù)交換平臺，實現(xiàn)了對部署在原單位部門業(yè)務數(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。中間件是處在平臺和應用程序之間的服務程序或系統(tǒng)軟件[8]，支持標準的協(xié)議和接口。中間件模型如圖 2所示。

政務網(wǎng)絡上。城市基礎信息庫的數(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。在前置設備上建立交換數(shù)據(jù)庫， 與部門業(yè)務數(shù)據(jù)庫連接，交換數(shù)據(jù)庫是與業(yè)務數(shù)據(jù)庫隔離的、參與政務部門間數(shù)據(jù)交換的臨時數(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備上，負責從部門業(yè)務應用系統(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)務數(shù)據(jù)庫，完成部門業(yè)務系統(tǒng)與前置數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)在線實時交換。中心交換節(jié)點管理前置交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換服務， 并按照需要建成共享的基礎信息庫。

ESB 提供了標準的消息機制， 使用面向消息的中間件（MOM）[9]等方式實現(xiàn)異構系統(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，面向客戶時屏蔽了底層的網(wǎng)絡協(xié)議等信息。利用數(shù)據(jù)共享交換平臺從部門業(yè)務數(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、數(shù)據(jù)項缺失、數(shù)據(jù)標準不同、數(shù)據(jù)錯誤等問題。因此，為確保數(shù)據(jù)的準確性， 數(shù)據(jù)比對是至關重要的環(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)進行比對，那 么系統(tǒng)運行效率極為低下。建議采用基準數(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 到個人、法人的精確字段作為基準數(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，進行數(shù)據(jù)預處理。 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 索引表中的基礎數(shù)據(jù)進行比對。將能夠比對的數(shù)據(jù)中基礎信 息表中需要的字段信息記錄到基礎信息表中。無法比對的數(shù)據(jù) 則成為疑問數(shù)據(jù)并將結果輸出，由數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)將結果返回 給數(shù)據(jù)提供方。業(yè)務部門按照提交的疑問數(shù)據(jù)報告再次核對， 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

為滿足城市基礎信息庫與政府部門業(yè)務數(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。數(shù)據(jù)交換模型如圖 4 所示。

系統(tǒng)實現(xiàn)城市基礎信息庫與業(yè)務部門的數(shù)據(jù)交換業(yè)務， 形成高效的數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡。政府部門業(yè)務應用系統(tǒng)部署在電子政務網(wǎng)絡上。城市基礎信息庫的數(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。在前置設備上建立交換數(shù)據(jù)庫， 與部門業(yè)務數(shù)據(jù)庫連接，交換數(shù)據(jù)庫是與業(yè)務數(shù)據(jù)庫隔離的、 參與政務部門間數(shù)據(jù)交換的臨時數(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 備上，負責從部門業(yè)務應用系統(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) 務數(shù)據(jù)庫，完成部門業(yè)務系統(tǒng)與前置數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)在線 實時交換。中心交換節(jié)點管理前置交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換服務， 并按照需要建成共享的基礎信息庫。

5 數(shù)據(jù)安全訪問控制

城市基礎信息庫的開發(fā)需要建立訪問控制機制解決數(shù)據(jù) 訪問的安全問題。訪問控制的目的是防止未經(jīng)授權而對資源進 行訪問的行為?；诮巧脑L問控制 RBAC 是解決大型應用 系統(tǒng)資源訪問控制安全有效的途徑。在城市基礎信息庫底層 利用 RBAC 的訪問控制實現(xiàn)對城市基礎信息的分權管理。創(chuàng) 建不同的角色實現(xiàn)對城市基礎信息的查閱、修改、插入等分 級分權操作。角色在 RBAC 體系里是一個核心的安全屬性 [11]。 通過給用戶分配角色，給角色分配權限實現(xiàn)人員的權限控制。 每個角色可能獲得多個權限，而每個權限也可能被賦予多個角 色。同時，每個用戶可以承擔多種角色，每種角色也可以對應 多個用戶。角色分配要按照之前確定的靜態(tài)約束關系來分配。 在權限分配時依照最小特權的基本原則 [12]，把角色配置為最 小的權限集，在確保角色能夠充分使用職權的同時又不超出職 權范圍。角色、用戶、權限三者間的關系如圖 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，并為每個角色賦予特定的權限。 在管理過程中，面對大量用戶時，只需針對角色授予權限或撤 銷權限即可，無需對用戶進行逐一的授權或撤銷權限操作。

6 結 語

在云計算環(huán)境的背景下，本文對構建城市基礎信息庫框 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)的實時更新、大數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)檢索等方 面是需要進一步研究的課題。