云环境下基于中间件的电子政务系统

【摘 要】计算机及网络技术的发展,信息社会对效率的追求,促成了电子政务系统的提出与应用发展.现有系统都是各部门在各自的设备中独自建设管理,不仅造成资源浪费,还因为无统一标准而导致交互困难,影响工作效率进一步提升,成为亟待解决的问题.在研究云计算与中间件相关概念与技术的基础上,本文提出了一种云环境下基于中间件的电子政务系统.云环境将解决资源问题,中间件则构建统一系统建设标准,解决不同系统交互问题.

【关 键 词 】云环境 电子政务系统 中间件

1.引言

随着计算机与网络技术的快速发展,人们正步入一个全面信息化的时代,生活工作各个方面都与信息化息息相关,政府办公亦是如此.在这种情况下,电子政务的概念被提出,相应的电子政务系统正在不断被投入到实践应用中.电子政务指的是运用计算机、通信以及网络等现代科学技术,打破时间、空间、部门的限制,将政府的组织结构以及工作流程进行优化重组,从而建立精简、高效、廉洁、公平的政府运作模式,为社会提供全方位的、透明的政府服务[1].电子政务系统自动化的特点使政府工作人员摆脱了以往反复、繁琐的纸质工作过程,在提高了工作效率的同时节省了成本,因此受到政府部门的青睐,得到了广泛的应用.

但是,现在的电子政务系统也存在着不少问题.它们没有统一的建设标准,而是根据各个部门的不同工作需求而建立,甚至在同一个部门内也可能存在多个针对不同业务的电子政务系统.这些系统由于建设标准不同,因此结构也各不相同,严重阻碍了相互之间的信息交互与共享,从一方面促使各个系统形成了信息孤岛[2],不利于各个部门的沟通与交流.同时,现有电子政务系统是由各自所属的部门提供设备、人员来运行与维护,这需要花费大量的人力成本,同时配置的设备资源常常多于实际使用的资源,造成了基础设备的浪费.电子政务系统现存的缺点不仅造成了资源的浪费,还阻碍了工作效率、规模的进一步提升,在如今讲求效率的信息社会中成为了亟待解决的问题.

云计算概念的提出,为解决上述问题提供了一个可行的方向.云是一个整合各种软硬件资源、面向广大用户提供各类服务的灵活、高效的计算平台,它的这一特性向我们指出了利用云环境解决电子政务系统资源问题的可能.通过使用云平台的服务,各部门不必再考虑基础设施的问题,只需要付出比原有成本低得多的代价便能使用同样的设备资源,同时不会造成资源的浪费.在人力资源方面,也仅需投入开发、维护系统的资源,而不必再投入维护基础设施的成本.但是,如果仅仅只是将不同的电子政务系统简单地托管到云环境中,对于工作效率的提升并无太大作用,因为由于建设标准的不一致,各个系统之间的结构、接口仍存在着巨大差异,信息交互共享依然存在障碍.在这种情况下,考虑将云平台与中间件结合来设计问题的解决方案.作为中间层的软件,中间件可以将电子政务系统工作流程所涉及的各个步骤、数据信息进行抽象,形成统一的规范与格式.作为云用户的各部门通过调用中间件,即可根据各自需求建设具有统一标准的不同电子政务系统,使各系统之间的交互不再成为工作效率提升的障碍.

2.相关概念与技术

2.1 云计算

根据NIST（National Institute of Standards and Technology）的定义[3],云计算是一种允许随时、方便地对一个可配置的共享计算资源池进行按需网络访问的模型,它能够以最小的管理代价以及与服务提供商最少交互来提供或释放计算资源.

根据云计算的定义,它的本质特征包含如下几个方面：

（1）按需自主服务.云用户能够根据需要单方面地指定计算的能力（如服务器时间以及网络存储等）而不必与每个服务提供商都进行人工交互；

（2）广泛的网络访问.云计算的实现基于互联网络,用户可以根据标准机制使用各种各样的客户端平台（例如移动、平板电脑、工作站、个人电脑等）对云进行访问；

（3）资源池.服务提供商的计算资源形成池,以多租户共享的模式为多用户提供服务,根据用户的消费需求为用户动态地分配以及再分配物理或者虚拟资源.用户无法控制或者知道服务提供商资源的准确位置,但是能够在一定程度上指定要使用的资源的位置（如哪个国家、哪个州或者数据中心的资源）；

（4）快速灵活.云计算的资源能够根据需求灵活地供应与释放,即对于用户来说,云计算能够供应的资源是没有限制的,能够在任何时间使用任何数量的资源；

（5）量化的服务.云系统能够通过在一定层次上测量每种服务来自动控制以及优化资源的使用.由于资源的使用能够被监视、控制以及报告,因此云对服务提供商和该服务的使用者提供了透明性.

目前存在的云根据其部署方式可以分为私有云、社区云、公共云以及混合云四类.私有云为单个组织的多个用户提供服务,仅仅只面向该组织开放.社群云面向一个群体的多个组织,这些组织具有共同的关注点,如任务、安全需求、政策等.公共云则是面向所有的用户,任何用户只要付出一定的代价就能够获得需要的资源及服务.混合云由两种或者两种以上不同类型的云联合构成,通过标准化技术或者专有技术将不同结构的云连接到一起.

2.2 中间件技术

中间件技术是一类被设计用于帮助管理分布式系统复杂、非同质内容的软件技术[4].中间件位于操作系统之上、应用层之下,为分布式系统各个部分提供抽象化程序接口,屏蔽操作系统与网络协议的差异,实现计算资源与网络通信的管理,其所处层次结构如图1所示.

图1 包含中间件的系统层次

一般认为,中间件具有如下基本特点[5]：

（1）支持标准的协议与接口；

（2）支持分布式计算,提供网络、硬件、操作系统平台透明性；

（3）能够运行在多种操作系统与硬件构成的平台上；

（4）满足大量应用的不同需求. 根据IDC的分类方式,中间件可以被分为6种类型[6]：终端仿真/屏幕转换中间件,用于实现使用图形用户接口的客户端与使用已有字符接口的服务器应用程序的交互；数据访问中间件,用于应用程序与数据源之间的互操作；远程过程调用中间件,用于客户端应用调用远端服务器的过程；消息中间件,适用于事件驱动应用,在一个事件发生时通知服务端做何操作；交易中间件,专门用于联机交易处理系统；对象中间件,提供一个标准的构件框架,使不同厂家的软件能够在不同地址空间、操作系统或者网络之间进行交互.

中间件技术屏蔽网络与操作系统差异、提供统一接口框架的特点使它能在消除信息孤岛、推动无边界信息流动方面发挥重要作用.对于现在结构各异的电子政务系统,中间件的使用是一个有效的优化方案.

3.云环境下基于中间件的电子政务系统设计

3.1 总体层次结构

在我们的设计中,我们的云电子政务系统将分为四个层次：UI界面层、应用服务层、中间件层、云基础设施层.系统总体的层次结构如图2所示.

图2 云环境下基于中间件的电子政务系统结构

在图2的这个结构中,应用服务层与中间件层构成了电子政务系统的核心部分.由于该电子政务系统是基于中间件设计的,因此下面将会重点介绍中间件层的内容设计,同时简要介绍其他层次的内容.

3.2 中间件层设计

在中间件层次中,我们引入了四类中间件：工作流中间件、消息处理中间件、文件管理中间件、认证授权中间件.这四类中间件基本上涵盖了电子政务系统工作流程中的所有步骤以及相关的信息数据,调用这四个中间件即可构成一个具有统一标准的电子政务系统主体结构或者框架.因此接下来介绍每个中间件设计的用途与特点.

3.2.1工作流中间件

我们的工作流中间件支持流程建模,它的元模型基于WFMC规范[7]实现,对业务流程所具有的共性进行完整的抽象与描述,模型中实现了规范中定义的包、流程、活动等概念.现有大多数的电子政务系统都具有相似甚至相同的特征、过程,因此使用工作流中间件对现有这些系统进行流程的抽象建模是必要的,有助于建立统一的流程标准.同时,我们的工作流中间件还支持在WFMC规范基础上的扩展流程建模,因为对于不同部门或者是不同地区的相同部门,电子政务系统的业务流程也会有所差别,仅仅使用标准化的规范流程是无法完整描述整个业务流程的,这就需要对标准的流程模型进行扩展,补充各自业务流程所需的属性元素.由于是基于标准流程模型进行扩展,因此不同电子政务系统的流程结构仍然是统一的,不会影响系统之间的交互.

此外,该工作流中间件还支持静态流程控制与动态流程控制.静态流程控制是指工作流引擎严格按照定义的业务流程驱动相关业务实例的运行,静态运行的工作流模式包括串型、并型、循环等,其中并型模式又包括了同步分叉、选择分叉、选择合并、同步合并.动态流程控制则指的是在系统运行的过程中,动态决定某些步骤跳转或者回退等.动态流程控制使系统更加灵活,更符合电子政务系统业务流程需求.例如,对于一个具有审批流程的电子政务系统,当进行到流程中某一步时,发现前面某一步的审核结果不符合标准,如果不能回退,那就意味需要停止当前流程,然后从第一步重新开始,这会造成时间与人力的浪费,如果支持回退,那就只需要回到出现问题的步骤重新开始即可.

3.2.2消息中间件

我们的云电子政务系统采用消息中间件来处理系统运行以及云平台中各个电子政务系统之间交互的信息.消息中间件是指支持与保障分布式应用程序之间同步/异步收发消息的一类软件.通过提供消息传递与消息队列模型,消息中间件可以在分布式环境下扩展进程间的通信,支持多硬件、软件、语言、操作系统之间的消息通信,目前消息中间件的主要标准规范为JMS和AMQP.消息中间件规范了消息的表示格式,能使不同电子政务系统之间的消息交换更为方便.同时,该中间件支持异步消息传输使得系统之间的通信不需要一方停下来等待另一方的回复.

3.2.3文件管理中间件

文件管理中间件主要用于管理云电子政务系统中的各种文件,它使用统一的标准来描述和组织系统中的文件,实现系统文件数据的集中化管理.由于使用了统一的文件描述与组织标准,各个电子政务系统的文件就不再存在格式与形式方面的差异,能够方便地进行文件共享,跨系统使用文件不会再因为标准不一致而造成问题.同时,文件管理中间件还能够对文件使用情况、文件生命周期、文件等级等进行控制与管理,及时地备份使用率高的文件、回收销毁过期的无价值文件,阻止对文件的越级查看.

3.2.4认证授权中间件

认证授权中间件为各个系统管理用户、分配权限提供统一的标准与模式.该中间件的存在使各个部门在进行角色管理时基于相同的认证与授权模式,为各系统之间的跨部门合作奠定基础,在跨部门访问系统时,只需要按照同样的标准为其他部门的人员分配角色与权限,而不必再花费其他成本来设计另外的权限分配方案.认证授权中间件还可以为云电子政务系统提供一定的安全性防护,阻止不符合统一认证授权标准的用户对系统进行访问,同时防止越级访问等违规问题,以免造成重要信息的泄漏或者对系统的破坏.

3.3 其他层次描述

除了中间件层,我们的云电子政务系统还有UI界面层、应用服务层、云基础设施层这三层结构.UI界面层是为用户使用云电子政务系统提供交互的接口,如web页面或者应用程序的客户端界面等.应用服务层是调用中间件层实现的各个电子政务系统的具体应用程序.云基础设施层为电子政务系统提供了托管的环境,同时解决云电子政务系统数据存储、计算等问题,基于政府部门安全性的考虑,云的类型采用私有云或者社区云较为合适.

4.结语

目前,电子政务系统在各政府部门得到了广泛的应用,这是追求效率的信息化社会大势所趋.但是,现有电子政务系统从基础设施到系统建立维护都是由各部门单独负责,这不仅造成了设备与人力资源的浪费,还因为各系统结构标准不一致而导致它们之间信息交互共享存在各种问题,形成信息孤岛,影响了工作效率的进一步提升.具有按需取用特点的云计算的提出,为解决资源浪费问题指明了方向,而中间件则能抽象电子政务系统的业务流程与数据信息格式,制定统一的系统建设标准,消除各个电子政务系统之间的交互壁垒.由此,我们提出了云环境下基于中间件的电子政务系统,为电子政务系统的未来发展提供一些思路与建议.但是,我们的系统也存在着许多不足.首先,中间件层还有许多不完善的地方.其次,系统安全性没有进行足够的考虑,这在新兴的云环境中是一个较为严重的问题,云用户对于云环境的安全与隐私有着更多的担心.今后我们对于这些方面将进行进一步的研究.