智慧校園建設(shè)技術(shù)路線及其數(shù)據(jù)中心構(gòu)建目標(biāo)導(dǎo)向性探析

陶祥亞，仲兆滿

(1.江蘇海洋大學(xué) 信息化處;2.江蘇海洋大學(xué) 計算機工程學(xué)院，江蘇 連云港222005)

0 引言

“智慧校園”是指通過利用云計算、虛擬化與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)改變學(xué)生、教師、管理服務(wù)人員與校園資源交互的方式，整合教學(xué)、科研、管理、校園資源與應(yīng)用系統(tǒng)，以提高應(yīng)用交互明確性、靈活性與響應(yīng)速度，實現(xiàn)智慧化服務(wù)與管理的校園模式［1－2］?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃(2011 －2020年) 》［3］要求，以“三通兩平臺”建設(shè)為抓手，充分利用信息技術(shù)手段改革教學(xué)模式、創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式、提升管理水平，大力開展智慧校園建設(shè)的探索與實踐。以江蘇為例，全省46 所本科學(xué)校中有30 余所已建成了智慧校園。

1 智慧校園特征

1.1 高集成度

通過云計算與泛在網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)統(tǒng)一信息門戶、公共數(shù)據(jù)中心與認(rèn)證平臺，將服務(wù)器、信息數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)等資源集成在統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)資源與應(yīng)用跨部門、業(yè)務(wù)共享、共用。

1.2 高協(xié)同性

依托組織機構(gòu)管理功能、業(yè)務(wù)，關(guān)聯(lián)部門間協(xié)作、網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布平臺，應(yīng)用云計算、OSB＆SOA 架構(gòu)等技術(shù)手段，實現(xiàn)校園各類基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)動，形成高水平、高質(zhì)量的校園協(xié)同與調(diào)控運行環(huán)境［4］。

1.3 高智能性

通過個性化定制信息門戶將相關(guān)信息按需、按角色推送，構(gòu)建智慧校園體系下數(shù)字化工作、學(xué)習(xí)、生活的“一體三面”環(huán)境;利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將生產(chǎn)型數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)型數(shù)據(jù)按不同維度及其交叉性集中管理并展現(xiàn)出來，方便決策者與管理者從全局掌握校情運行狀況。

2 智慧校園建設(shè)技術(shù)路線與框架

2.1 技術(shù)路線決定智慧校園建設(shè)整體質(zhì)量

高校智慧校園建設(shè)最好采用面向服務(wù)的SOA 總體技術(shù)架構(gòu)，以商用ESB 企業(yè)服務(wù)總線為基礎(chǔ)，為校園應(yīng)用提供松耦合交互通信、服務(wù)協(xié)作、數(shù)據(jù)同步等功能的平臺，為不同接口、協(xié)議、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供統(tǒng)一支持，應(yīng)通過ESB 實現(xiàn)對服務(wù)的“即插即用”，快速實現(xiàn)應(yīng)用集成與服務(wù)集成［5］。高校智慧化校園系統(tǒng)開發(fā)最好采用J2EE 標(biāo)準(zhǔn)、組件技術(shù)及在數(shù)據(jù)交換上對XML 的支持，使系統(tǒng)功能最優(yōu)化，將整體系統(tǒng)內(nèi)部在技術(shù)上的相互依賴性減至最低。

2.2 技術(shù)框架是智慧校園建設(shè)總體路線圖

高校智慧校園建設(shè)的技術(shù)框架圖結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

(1) 基礎(chǔ)設(shè)施層。構(gòu)建系統(tǒng)、完備的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心與泛在網(wǎng)絡(luò)，為智慧校園提供基礎(chǔ)支撐。

(2) 數(shù)據(jù)資源層。構(gòu)建覆蓋全校所有業(yè)務(wù)與服務(wù)的多類型(如Oracle、SQL Server、Mysql、Sybase 等) 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化學(xué)校辦學(xué)全域數(shù)據(jù)進行管理、集成、分析與挖掘。

(3) 支撐平臺層。建設(shè)統(tǒng)一信息門戶、統(tǒng)一身份認(rèn)證、公共數(shù)據(jù)中心、移動服務(wù)、流程事務(wù)等中間管理平臺，實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心互聯(lián)互通。

(4) 服務(wù)層與應(yīng)用層。面向師生，構(gòu)建建設(shè)到邊、覆蓋到面的信息系統(tǒng)體系，形成信息化應(yīng)用完好生態(tài)。

(5) 信息標(biāo)準(zhǔn)體系。整個校園數(shù)據(jù)信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)、教育部標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)的順序兼顧各標(biāo)準(zhǔn)間的兼容性與一致性;應(yīng)在教育部《教育管理信息化標(biāo)準(zhǔn)》基礎(chǔ)上，結(jié)合調(diào)研校內(nèi)各業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)，編寫學(xué)校信息編碼集［6］。

(6) 信息安全體系。智慧校園建設(shè)必須要從“物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全、應(yīng)用軟件安全、用戶安全、數(shù)據(jù)安全(包括數(shù)據(jù)備份) ”為應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建信息安全體系，保障智慧校園應(yīng)用生態(tài)內(nèi)所有應(yīng)用免受外部惡意攻擊、破壞性使用及系統(tǒng)內(nèi)部缺陷帶來的干擾。

(7) 運維體系。以人、財、物為核心，以數(shù)據(jù)集成與業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)為關(guān)鍵流程，建立智慧校園運維模型，實現(xiàn)信息化業(yè)務(wù)工作可視化展示與自動化管理。

圖1 智慧化校園建設(shè)總體規(guī)劃框架

3 智慧校園數(shù)據(jù)中心構(gòu)建目標(biāo)導(dǎo)向性研究

3.1 數(shù)據(jù)中心重要性

“共享數(shù)據(jù)中心”整合高校多個獨立應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，有效激活數(shù)據(jù)層實現(xiàn)資源共享。數(shù)據(jù)中心是未來“智慧校園”綜合管理平臺系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)工程［7］，是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析的重要基礎(chǔ)。

公共數(shù)據(jù)中心的公共數(shù)據(jù)庫主要由以下方面組成: 原有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、新建應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、純數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫、公共代碼庫、歷史數(shù)據(jù)庫、虛擬文件庫等，主要功能是為各業(yè)務(wù)應(yīng)用主體與主要管理者提供數(shù)據(jù)查詢、綜合報表、統(tǒng)計分析、決策的權(quán)威數(shù)據(jù)庫等功能［8］。

3.2 數(shù)據(jù)中心建設(shè)目標(biāo)

(1) 要保證學(xué)校信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，平臺建設(shè)要嚴(yán)格遵循高校數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。在業(yè)務(wù)上對數(shù)據(jù)管理范圍進行劃分，在服務(wù)上進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一，保證數(shù)據(jù)的精簡與準(zhǔn)確。

(2) 要保證任何兩個異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享。這是智慧校園建設(shè)難點，必須構(gòu)建優(yōu)質(zhì)、先進的技術(shù)架構(gòu); 系統(tǒng)要提供安全審計功能，保證對業(yè)務(wù)操作的嚴(yán)格監(jiān)督。

(3) 要保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成的松耦合性與數(shù)據(jù)同步及時性。單一業(yè)務(wù)系統(tǒng)的變動不影響其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行，要保持與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步更新［9］。

(4) 要采用按維度集成、按維度展現(xiàn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)管理原則。構(gòu)建數(shù)據(jù)庫分析模型，保證為整個學(xué)校提供綜合查詢與決策支持所需的數(shù)據(jù)信息。另外，數(shù)據(jù)中心建設(shè)要為后續(xù)開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)庫平臺，保證新系統(tǒng)建立在公共數(shù)據(jù)庫平臺上時，不會產(chǎn)生新的分散數(shù)據(jù)。

(5) 要保證建設(shè)完善的平臺管理功能，要提供存儲安全、備份安全、數(shù)據(jù)回溯、數(shù)據(jù)完整性保證、垃圾數(shù)據(jù)清洗、圖形化開發(fā)與管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)維護等方面的工具。

3.3 數(shù)據(jù)中心功能需求

數(shù)據(jù)中心除滿足多源數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用開發(fā)，滿足內(nèi)部應(yīng)用或管理系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用外，還必須滿足如下功能:

(1) 要滿足元數(shù)據(jù)庫建設(shè)與元數(shù)據(jù)發(fā)布，元數(shù)據(jù)庫應(yīng)包含元數(shù)據(jù)管理工具，要建立業(yè)務(wù)信息、數(shù)據(jù)背景、內(nèi)容、質(zhì)量等檔案;業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要能在一定標(biāo)準(zhǔn)下互操作，數(shù)據(jù)源實現(xiàn)邏輯集中、管理與應(yīng)用; 有健全的數(shù)據(jù)存取安全機制，歷史數(shù)據(jù)可回溯，數(shù)據(jù)在平臺層的調(diào)用有較高優(yōu)化效率。

(2) 提供數(shù)據(jù)自定義權(quán)限查詢與報表功能，支持代碼集、表結(jié)構(gòu)目錄樹狀管理的標(biāo)準(zhǔn)管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)項、更正、糾錯等全類項信息維護; 提供多種交換觸發(fā)機制的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化等異構(gòu)數(shù)據(jù)源以及包含Oracle、MS SQL Server、ODBC、OLEDB、JDBC 等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源的適配。

(3) 數(shù)據(jù)平臺要能實現(xiàn)主數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查、ETL(數(shù)據(jù)提?。D(zhuǎn)換－加載) 、數(shù)據(jù)審計等管理功能，極力保證主數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.4 數(shù)據(jù)中心性能要求

為了減少維護管理工作及應(yīng)用程序調(diào)試，數(shù)據(jù)集成與同步支持實時、定時、觸發(fā)等多種數(shù)據(jù)采集與交換方式。它應(yīng)該滿足以下特征:

(1) 使用便利性、使用范圍廣。能夠提供圖形化與簡單化的開發(fā)與管理工具，支持聲明式設(shè)計，快速響應(yīng)開發(fā)、生產(chǎn)過程中環(huán)境變化，模塊是完全可擴展的，模塊中代碼是開放的，可以提供直觀視圖、靈活配置以及自定義功能，ETL安裝無需安裝要連接的數(shù)據(jù)庫客戶端; 支持在各主流廠商硬件平臺、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫上部署。

(2) 擴展性好、管理性強。要保證隨著系統(tǒng)硬件資源的擴展系統(tǒng)性能接近線性增長，要提供硬件配置文件以利于ETL 平臺擴展，支持多機集群并行處理。應(yīng)提供完善與易用的故障告警、質(zhì)量預(yù)警、運行統(tǒng)計等數(shù)據(jù)平臺運行監(jiān)控管理功能，管理“鏈條”支撐數(shù)據(jù)獲取整個過程。

(3) 元數(shù)據(jù)管理與ETL 功能先進成熟。元數(shù)據(jù)應(yīng)為數(shù)據(jù)庫存儲、管理、維護與擴展能提供動態(tài)影響分析; ETL 支持多種策略的變化數(shù)據(jù)捕獲(CDC) 能力與高性能數(shù)據(jù)抽取接口;能提供有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)變化影響分析功能; 支持流水線并行數(shù)據(jù)調(diào)度且能從最近校驗點開始數(shù)據(jù)恢復(fù)。

(4) 支持ESB/OSB 基礎(chǔ)上的SOA。采用SOA 的總體技術(shù)架構(gòu)，以ESB/OSB 服務(wù)總線為基礎(chǔ)，為校園應(yīng)用提供應(yīng)用對接、數(shù)據(jù)集成等功能的分布式、松耦合平臺。

(5) 數(shù)據(jù)備份及容錯。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)多服務(wù)器聯(lián)機存儲與備份功能，能支持不依賴于第三方軟件與存儲的異地雙機與多機熱備; 支持對物理備用數(shù)據(jù)庫進行只讀訪問，主數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建有有效負(fù)載均衡機制;支持Web 管理頁面，能直觀查看主備數(shù)據(jù)庫間的切換與運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

智慧校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)是智慧校園各類應(yīng)用得以順暢運行的基礎(chǔ)與核心。智慧校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)必須以面向師生應(yīng)用的信息系統(tǒng)建設(shè)為抓手，由點及面、由小到大、由輕到重，逐步構(gòu)建校內(nèi)數(shù)據(jù)與應(yīng)用的全覆蓋，并且要以提升師生用戶應(yīng)用體驗為抓手，為師生提供高質(zhì)量信息化服務(wù)。

智慧校園建設(shè)需要引入先進技術(shù)支撐平臺，還應(yīng)同步構(gòu)建先進開發(fā)及運維管理模式，運用諸如Jenkins 自動化管理系統(tǒng)、Gitlab 代碼數(shù)據(jù)倉庫等工具，打通線上平臺、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)間的無縫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)端到端的持續(xù)數(shù)據(jù)、門戶與認(rèn)證集成，不斷提升應(yīng)用治理的自動化管理水平。