大數(shù)據(jù)背景下智慧校園平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

雷藏民

摘要：智慧校園是我國大學(xué)建設(shè)的主要發(fā)展趨勢。在大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)等新信息技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用的背景下，有代表性的是智慧校園平臺(tái)使用基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)。將根據(jù)服務(wù)平臺(tái)的介紹要求，分析具體服務(wù)平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)過程，并給出服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)實(shí)施策略?？偨Y(jié)大數(shù)據(jù)背景下構(gòu)建智慧校園服務(wù)平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)，為智慧校園平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)提供了很好的參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智慧校園;云計(jì)算

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0017-03

Abstract： Smart campus is the main development trend of my country's university construction. In the context of the current application of new information technologies such as big data， the Internet of Things and cloud computing technologies， the most representative one is the smart campus platform using big data and cloud computing technologies. According to the introduction requirements of the service platform， the framework design process of the specific service platform will be analyzed， and the technical implementation strategy of the service platform will be given. Summarizing the experience of building a smart campus service platform under the background of big data provides a good reference for the specific realization of the smart campus platform.

Key words： Big Data; Smart campus; Cloud computing

“智慧校園”是數(shù)字校園升級(jí)到一定階段的性能是數(shù)字校園發(fā)展的階段。促使信息技術(shù)與學(xué)校教學(xué)的融合，并以新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等為核心技術(shù)。將校園網(wǎng)中的各個(gè)物件連接起來，它以不同的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將高校正常的教學(xué)管理、科研管理、學(xué)生管理和校園生活等管理工作進(jìn)行充分融合到一個(gè)綜合信息服務(wù)平臺(tái)中。為師生在校園工作和生活中帶來以高效 、便捷及快捷的體驗(yàn)方式。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大學(xué)生嚴(yán)重依賴信息技術(shù)，高校發(fā)展智慧校園是必然的。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)對(duì)智慧校園的資源利用的現(xiàn)狀，針對(duì)基于大數(shù)據(jù)的智慧校園利用提出了平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)模型，給出了對(duì)平臺(tái)構(gòu)架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 智慧校園平臺(tái)利用需求分析

首先，評(píng)價(jià)高校智慧校園的好壞的關(guān)鍵因素，就是廣大師生的需求是否得到滿足，廣大師生的校園服務(wù)功能便要特別的凸顯。例如：管理者要統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一系統(tǒng)入口、用戶認(rèn)證管理等，同時(shí)將經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性實(shí)現(xiàn)更高的需求;大多數(shù)師生需求登錄便捷的方式、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)功能能夠?qū)W(xué)習(xí)資源實(shí)現(xiàn)共享傳輸[1];開發(fā)人員需有詳細(xì)的Web信息介紹、改善系統(tǒng)開發(fā)、服務(wù)多功能性以及后期的升級(jí);需要實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的整合貫通，資源共享使用于電腦、移動(dòng)終端（手機(jī)），布局一些終端能夠訪問校園內(nèi)各種資源信息。通過智慧校園信息平臺(tái)，提供面向廣大師生的一站式服務(wù)。

需求，發(fā)揮管理者的效用。最后，它為智慧校園網(wǎng)絡(luò)管理人員的可擴(kuò)展性帶來了更大的便利其次，它是一個(gè)開放平臺(tái)，可為將來的變化和學(xué)校需求的擴(kuò)展以及通過開放平臺(tái)的持續(xù)改進(jìn)提供支持，更加便捷的維護(hù)系統(tǒng)。相對(duì)管理者來說，不同的管理人員嚴(yán)格執(zhí)行職責(zé)，參與智慧校園的整體管理，并響應(yīng)大多數(shù)師生的。

最后，在智慧校園功能性的需求上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是具備的一項(xiàng)基礎(chǔ)性功能，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，可以適用校園內(nèi)大多數(shù)師生對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)呈指數(shù)增長的需求，該功能包括分支功能，例如：數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的操作、校正數(shù)據(jù)和共享信息;數(shù)據(jù)計(jì)算。用戶只需將計(jì)算任務(wù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，將計(jì)算結(jié)果或狀態(tài)返回; Web服務(wù)的統(tǒng)一管理，為了應(yīng)付跨部門業(yè)務(wù)在系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的情況，將逐步管理不斷增加的項(xiàng)目;針對(duì)認(rèn)證身份的統(tǒng)一，可以多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)共享使用身份驗(yàn)證服務(wù)器，同時(shí)訪問多個(gè)系統(tǒng)模塊時(shí)用戶不必要登陸多次，只需要登錄一次即可。

2 基于大數(shù)據(jù)的智慧校園的模型設(shè)計(jì)

2.1 基于平臺(tái)的總體構(gòu)架模型設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)的智慧校園云資源利用的建設(shè)總體目標(biāo)，針對(duì)高?，F(xiàn)階段智慧校園現(xiàn)狀及實(shí)際需求分析，智慧校園服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)架包括基礎(chǔ)設(shè)施層IaaS、平臺(tái)支撐層PaaS以及軟件應(yīng)用層SaaS三個(gè)部分，而兩邊的信息規(guī)范體系和安全保障體系為輔助。如圖1所示：

1）基礎(chǔ)設(shè)施層是由運(yùn)行大量硬件資源的平臺(tái)形成的主要資源池，而上層則為發(fā)揮硬件功能提供了支持?；A(chǔ)設(shè)施層它主要由四個(gè)部分組成：各種服務(wù)器、存儲(chǔ)器，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源和物聯(lián)網(wǎng)的感知設(shè)備，并且具有高擴(kuò)展性，同時(shí)產(chǎn)生各類大量的數(shù)據(jù)，通過基礎(chǔ)設(shè)施層來收集、分析處理，將數(shù)據(jù)歸類共享給使用人員[2]。云計(jì)算及存儲(chǔ)是將收集到的校園相關(guān)數(shù)據(jù)信息用科學(xué)有效的保存和計(jì)算處理。

2）平臺(tái)支撐層是實(shí)現(xiàn)的核心環(huán)節(jié)，做到?jīng)Q定性的作用。它位于基礎(chǔ)設(shè)施層和軟件應(yīng)用層之間，可以支持對(duì)應(yīng)用軟件和環(huán)境的開發(fā)。此層關(guān)鍵是基于云計(jì)算的大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建，要對(duì)校內(nèi)全部數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、分析處理，全部應(yīng)用程序在統(tǒng)一的資源池上，這樣方便數(shù)據(jù)資源共享[3]。

3）軟件應(yīng)用層是平臺(tái)構(gòu)架建設(shè)的關(guān)鍵，它主要指的是人機(jī)交互系統(tǒng)在智慧校園的業(yè)務(wù)，為用戶提供不同的特定應(yīng)用程序。在基于多種服務(wù)的構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)每個(gè)應(yīng)用程序的需要。將各種服務(wù)調(diào)用貫穿全部智慧校園的建設(shè)。為了平臺(tái)的擴(kuò)展性和兼容性，將以前的管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到體系中，在同一的資源池上，為校園用戶提供特定的應(yīng)用程序。

2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

確定構(gòu)架模型后，DSCP、UAP等的服務(wù)，需要不同的基礎(chǔ)硬件功能，如：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)計(jì)算是有DSCP 提供，為適應(yīng)大數(shù)據(jù)的場景，提供服務(wù)一個(gè)集群;Web服務(wù)的注冊、登錄信息及用戶存儲(chǔ)地址都是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中;管理UAP中用戶的身份識(shí)別將由身份驗(yàn)證服務(wù)器來進(jìn)行單獨(dú)完成。硬件是拓?fù)涞幕A(chǔ)，將有云計(jì)算來進(jìn)行處理，使用是在虛擬化之后采用。為學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用保障服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)和信息安全提供保證，但對(duì)校外用戶的訪問也提供方式。

3 基于大數(shù)據(jù)的智慧校園模型的實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)的開發(fā)環(huán)境及集群部署

使用Hadoop集群在大數(shù)據(jù)的智慧校園云資源利用平臺(tái)下進(jìn)行搭建環(huán)境，它是云計(jì)算當(dāng)中應(yīng)用最多的[4]。針對(duì)數(shù)據(jù)大規(guī)模時(shí)被使用，在數(shù)據(jù)處理時(shí)優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、安全，可靠等，不需要考慮底層框架的實(shí)現(xiàn)。在Linux系統(tǒng)之上部署Hadoop開發(fā)環(huán)境，然后開發(fā)語言使用Java。云計(jì)算集群部署過程如下：

首先， 對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置。將對(duì)全部使用的計(jì)算機(jī)進(jìn)行IP地址的設(shè)置，從設(shè)置過的IP地址計(jì)算機(jī)中選擇任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為主節(jié)點(diǎn)，除主節(jié)點(diǎn)以外將剩下的計(jì)算機(jī)設(shè)置為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。接下來，在所有節(jié)點(diǎn)上安裝UbuntuLinuxl2.04系統(tǒng)，然后創(chuàng)建一個(gè)集群用戶賬戶。最后需要在將Hadoop-1.0.4安裝在主節(jié)點(diǎn)之上[5]。

其次，進(jìn)行修改全部的計(jì)算機(jī)上的hosts文件，同時(shí)將主節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)都對(duì)所有的計(jì)算機(jī)進(jìn)行配置。

最后，將對(duì)沒有密碼登錄遠(yuǎn)程的配置，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間在群集中的數(shù)據(jù)訪問都需要在訪問前進(jìn)行安全身份驗(yàn)證。該過程的方法通過密鑰、加密和解密來實(shí)現(xiàn)。為了避免每次訪問都需要驗(yàn)證，減少了時(shí)間，并且避免了將來對(duì)訪問進(jìn)行驗(yàn)證的麻煩，就要對(duì)無遠(yuǎn)程訪問進(jìn)行設(shè)置。公鑰存儲(chǔ)在主節(jié)點(diǎn)中，并且在第一次認(rèn)證通過后將直接對(duì)其進(jìn)行訪問。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)在智慧校園的服務(wù)平臺(tái)中，都是以文件讀取的形式，因此文件上傳和下載是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的實(shí)施。根據(jù)校園用戶的說法，HDFS集群是一種將本地文件傳輸上傳的方式，代理用戶地址下存儲(chǔ)的是所有文件的地址，文件訪問的權(quán)限僅限于相應(yīng)的用戶。通過業(yè)務(wù)層調(diào)用持久層來實(shí)現(xiàn)文件的上傳與下載。由DfsProxy類的copyFromLocal （）方法來實(shí)現(xiàn)上傳操作，釆用DfsProxy 類的getFileStream（String uri）方法來實(shí)現(xiàn)下載操作。

3.3 數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

智慧校園用戶用到的數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)，用戶不必?fù)?dān)心其他類在虛擬計(jì)算環(huán)境中運(yùn)行的操作（軟件部署、群集負(fù)載、資源的調(diào)度）。數(shù)據(jù)的計(jì)算要求通過設(shè)置代碼和編程功能來完成。為了用戶使用計(jì)算服務(wù)的門檻降低。目前，基于大數(shù)據(jù)智慧校園云資源利用支持平臺(tái)的數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù)（分支統(tǒng)計(jì)、平均計(jì)算、最大統(tǒng)計(jì)、最小統(tǒng)計(jì)）。如果要獲取平臺(tái)目標(biāo)數(shù)據(jù)源文件，就需要用戶先提交計(jì)算作業(yè)，其實(shí)現(xiàn)方法為runJob（）。除了數(shù)據(jù)源文件之外，您還需要以Jar格式呈現(xiàn)JarReduce源代碼文件。它的實(shí)現(xiàn)方法是runJobFromJar（）。

3.4 統(tǒng)一驗(yàn)證身份的實(shí)現(xiàn)

在服務(wù)器上進(jìn)行統(tǒng)一身份驗(yàn)證的過程中，跳過操作過程就要使用Spring Web Flow進(jìn)行操作。如果是，將就登錄視圖的重定向僅需要跳轉(zhuǎn)到Bean并在配置文件中查看處理類的視圖URL。對(duì)服務(wù)器的所有驗(yàn)證身份的請(qǐng)求將路由到FlowController，接下來將根據(jù)相應(yīng)的順序處理該請(qǐng)求。同時(shí)，驗(yàn)證票據(jù)、操作過程的查看基本上是一樣的，操作類型和方法就是唯一的區(qū)別。當(dāng)用戶第一次登錄Web應(yīng)用程序時(shí)，將進(jìn)行對(duì)用戶信息必須綁定和身份驗(yàn)證。用戶填寫要綁定的表格中的信息，并為用戶生成特殊的信息憑證。接下來就要使用路由到AuthenticateLogInOut登錄。然后再到登陸類的login（）方法登陸，在登陸的過程中，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用身份的信息認(rèn)證，假如認(rèn)證通過，將操作過程則跳至轉(zhuǎn)到sendTGT的操作，否則，將再次顯示登錄信息。用于確定下一步的流程標(biāo)識(shí)是“成功”寫入瀏覽器，將錯(cuò)誤返回到登錄嘗試，然后對(duì)瀏覽器重定向。平臺(tái)身份驗(yàn)證服務(wù)界面中的TGT票證和ST票證是通過生成固定長度的字符串隨機(jī)生成的，并且兩個(gè)票證都是唯一的。

當(dāng)用戶拿到ST票證并再次訪問Web時(shí)，Web會(huì)取出ST票證并向服務(wù)器提交本地身份驗(yàn)證請(qǐng)求。對(duì)與/ stValidate對(duì)應(yīng)的票證執(zhí)行驗(yàn)證。判斷票證是否有效就是驗(yàn)證過程的重點(diǎn)工作。怎樣與用戶提交身份驗(yàn)證的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，是向服務(wù)器查詢票據(jù)信息的屬性來確定認(rèn)證。最后的結(jié)果是否通過，系統(tǒng)都將會(huì)銷毀票據(jù)，以保障安全性的登錄。

3.5 wsap服務(wù)平臺(tái)訪問的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)注冊與更新：當(dāng)以驗(yàn)證信息是不是有訪問權(quán)限，需要用戶將信息提交給系統(tǒng)信息模塊，對(duì)提交的信息將使用ServiceUtil檢查信息服務(wù)地址和服務(wù)名稱是否存在等。驗(yàn)證之后，將信息提交給數(shù)據(jù)庫注冊服務(wù)。服務(wù)的更新是通過持久層數(shù)據(jù)庫的操作實(shí)現(xiàn)的，但服務(wù)注冊的實(shí)現(xiàn)方法和服務(wù)更新的實(shí)現(xiàn)方法相同。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)：基于大數(shù)據(jù)智慧校園的云資源不斷完善，對(duì)功能的需求更加全面，服務(wù)的數(shù)量和類型也在逐漸增加。WSAP為服務(wù)提供分類搜索和關(guān)鍵字搜索，需要在最短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確定位在用戶所需的服務(wù)。

4 結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的運(yùn)用的背景下，在智慧校園服務(wù)平臺(tái)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了快捷、高效、性能強(qiáng)的功能。并將大數(shù)據(jù)應(yīng)用在學(xué)校的實(shí)際管理中，在對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行更深度地分析過程中，可以獲得用戶對(duì)服務(wù)平臺(tái)的實(shí)際需求，然后給出智慧校園服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)框架的詳細(xì)的論述，最后給出智慧校園平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)路徑。通過對(duì)決策的優(yōu)化，給用戶操作提供了服務(wù)平臺(tái)的智能化、人性化的服務(wù)，同時(shí)為在大數(shù)據(jù)背景下高校智慧校園發(fā)展提供了理論意義與參考價(jià)值。

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【通聯(lián)編輯：梁書】