劉寶妹 陳美玲 白興瑞

摘 ? 要：隨著信息技術的快速發(fā)展，高校信息化建設已邁入智慧校園階段。建設共享數據中心，解決“煙囪式”系統建設、“信息孤島”等問題，實現應用資源、信息資源的集成和共享，是智慧校園建設的核心基礎之一。在對目前高校數據中心建設現狀分析的基礎上，文章設計了高校共享數據中心的總體架構，應用虛擬化技術整合基礎設施資源，研究了學校統一信息標準建設，詳細分析了數據交換與清洗平臺及數據中心建設，提出了業(yè)務系統接入共享數據中心的方案。

關鍵詞：智慧校園;共享數據中心;虛擬化技術;數據交換與清洗;統一信息標準

中圖分類號：TP393.18 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）07-0070-04

一、引言

信息技術的快速發(fā)展為高校信息化建設的蓬勃發(fā)展提供了良好的機遇。特別是隨著物聯網、云計算、大數據等新技術的廣泛應用，高校信息化建設經由基礎設施階段、數字校園階段而逐步進入智慧校園建設階段。智慧校園基于大數據、物聯網、移動互聯、云計算、知識管理、社交網絡等新興信息技術，集成學校的應用、信息、資源，將學校物理空間和數字空間有機銜接起來，構建智慧校園綜合信息服務平臺，實現以人為本的個性化創(chuàng)新服務，為全校師生提供工作、學習和校園生活一體化的智能化感知環(huán)境，為教學、科研、管理和生活提供智能化、個性化、便捷化的信息服務。[1][2]而如何將學校分散的各個信息資源、應用資源連接起來進行集成，實現資源的高效共享和優(yōu)化，成為現代智慧校園建設的關鍵。[3]基于學校信息資源及應用資源，建設共享數據中心，實現資源的集成和共享，從而建設統一的數字化智慧校園平臺，是高校信息化建設的核心任務之一，也是高校信息化建設發(fā)展的必然階段。

二、共享數據中心建設背景

目前，各高校都已建立了各種業(yè)務系統，比如教務管理系統、學工系統、圖書管理系統等，這些業(yè)務系統的建設能基本滿足本部門業(yè)務需求。但是，由于前期缺乏對學校業(yè)務系統的頂層規(guī)劃和整體設計的全局觀，導致了眾多“煙囪式”業(yè)務系統的出現。這些各自為政的業(yè)務系統，是根據各個業(yè)務部門的需求而建設的，系統相對獨立分散，并且隨著時間的發(fā)展，積累了海量數據，并形成了“信息孤島”，嚴重影響了高校智慧校園的建設。總體來說有以下問題：

（1）早期業(yè)務系統建設基于垂直的體系結構，有獨自的服務器、存儲、數據庫等，如此造成了計算、存儲等資源的浪費，IT資源利用率也低，并且管理運維成本高，難以滿足高校信息化對應用的快速擴展、靈活部署及方便維護的需求。

（2）各業(yè)務系統獨立建設，處于隔離狀態(tài)，數據存儲在不同業(yè)務系統中，系統間缺乏集成和共享，形成“信息孤島”，這也造成了大量的冗余數據、不一致數據，難以進行綜合信息查詢和決策分析。

（3）沒有統一的信息標準，各部門使用的信息編碼不一致。

以上這些問題極大地制約了智慧校園的建設?；谝陨锨闆r，筆者提出了共享數據中心的建設方案。通過分析共享數據中心的建設目標，提出共享數據中心的總體架構，并運用虛擬化技術實現基礎設施資源的集成整合、統一管理;同時建立統一信息標準與規(guī)范，基于數據交換與清洗平臺，實現異構系統數據源的抽取與交換，從而建設共享中心庫，保證數據的一致性和準確性，并提出了各業(yè)務系統接入共享數據中心的方案。

三、共享數據中心建設目標

共享數據中心的建設是一項長期的系統工程，需要從基礎設施、各類信息資源的集成、數據的交換與共享及相應的支撐保障體系方面考慮。[4-6]共享數據中心建設的總體目標如下：

（1）建設一套計算、存儲、網絡等IT資源集中融合、統一管理的數據中心，實現對資源的快速擴展、重組部署和業(yè)務編排自動化，從而為智慧校園提供高效的IaaS服務，滿足智慧校園對節(jié)能高效、綠色環(huán)保數據中心的需求;

（2）建設統一的學校信息標準，實現數字化智慧校園統一信息編碼;

（3）建設統一的數據共享平臺，通過整合學校各業(yè)務系統數據，將各部門的基本數據集中統一管理，實現對分散在各業(yè)務系統數據庫中數據的采集與整合、交換與共享，同時要保證數據的準確性、一致性、完整性、安全性和實時性。

四、共享數據中心設計與建設

1.架構設計

為滿足共享數據中心平臺按需擴展、資源可管理及共享需求，學校設計了共享數據中心平臺架構。平臺建設在現有學校業(yè)務系統基礎之上，遵循學校信息標準及規(guī)范，從各業(yè)務系統中采集數據，通過數據交換與清洗，建設共享數據中心，通過對集成共享的數據進行分析與利用，為學校提供各種數據應用服務。平臺總體架構如圖1所示。

采用云計算理念設計平臺的技術架構如圖2所示。共享數據中心平臺建設利用虛擬化技術，將網絡、計算、存儲等基礎設施進行池化，建設IaaS硬件平臺，并基于建設的學校統一信息標準，通過數據交換與清洗平臺，整合各應用系統數據，構建統一數據平臺。共享數據中心架構從底至上包括基礎設施層、數據交換層、數據中心層和提供的信息服務四個層面，并貫穿四個層次的標準規(guī)范體系及安全管理、運維保障體系。

2.基礎設施虛擬化方案

基礎設施層為共享數據中心提供網絡、存儲、計算等資源，是智慧校園建設的基礎工程。基礎設施層包括物理資源和相應的虛擬資源池。物理資源包括網絡設備、存儲系統、服務器、計算機設備、安全等內容。機房是運行這些設備需要的基本環(huán)境，包括空調系統、消防系統、動環(huán)監(jiān)控、UPS電源等設施。為實現IT資源的動態(tài)擴展及統一管理，提高資源利用率及業(yè)務的可用性，降低成本，滿足共享數據中心對高性能數據讀寫和存儲需求，采用VMware vSphere虛擬化解決方案對計算、存儲、網絡等物理資源進行池化，實現資源的按需分配，改變傳統的“煙囪架構”模式，從而為智慧校園建設提供更好的基礎設施服務。

3.數據交換與清洗平臺

數據交換與清洗平臺是共享數據中心的關鍵，是實現數字智慧校園數據共享、數據分析挖掘的重要基礎。數據交換與清洗平臺通過從學校各異構業(yè)務系統中采集所需的數據，根據學校信息標準進行標準化，實時同步到數據中心，實現了部門內的應用和跨部門應用業(yè)務數據間的整合與數據共享，解決了學校各種應用系統間大量基礎數據冗余容易引起數據不一致的危機，打通了系統間業(yè)務數據通道。

（1）數據交換與清洗技術

數據交換與清洗技術是實現數據交換整合的關鍵技術。數據交換與清洗技術又稱ETL（Extract-Transform-Load），是指數據抽取、轉換和裝載，它實現了對分散在各業(yè)務系統中的現有數據的提取、轉換、清洗和加載。采用ETL工具，通過從多個異構數據源中抽取數據，使用一系列的清洗過程將數據中存在的冗余、錯誤、缺失等數據檢測出來并加以改正，同時使用預定義的ETL規(guī)則對數據進行相應的約束轉換，最后將處理后的數據存儲到共享中心庫中。[7]其中，數據清洗與轉換解決了數據質量問題，保證了數據的正確性、一致性、完整性和可用性。[8]

應用Kettle ETL開源工具能實現學校應用系統之間數據的轉移、清洗與整合。Kettle是純java編寫，具有數據抽取高效穩(wěn)定的特點，可通過圖形化拖拉拽方式對ETL作業(yè)進行編輯。ETL作業(yè)是指可執(zhí)行的一次ETL轉換，具有明確的執(zhí)行配置和狀態(tài)（啟動/暫停/……）約定的任務。圖3是一項ETL作業(yè)，將學工系統中學生評優(yōu)數據推送到共享中心庫，通過Kettle設計的作業(yè)，能夠清晰地看到數據轉換流向。

（2）數據交換與清洗平臺管理

數據ETL平臺運維管理包括ETL作業(yè)管理（指作業(yè)的查看、啟動、運行、暫停、審核、刪除等）、作業(yè)的監(jiān)控狀態(tài)（指運行作業(yè)的實時在線監(jiān)控、負載、執(zhí)行情況等）、業(yè)務管理（指作業(yè)的展示、數據流的流向、作業(yè)的設計修改等）、數據源管理（包括數據庫數據源的分布圖展示、添加、修改、刪除、可用性檢測及相應的監(jiān)控等）、平臺用戶管理、權限管理、日志管理、安全控制及容災備份恢復。

4.數據中心平臺

數據中心平臺通過數據交換與清洗平臺層，遵循學校信息標準，對數據進行清洗、整合和雙向交換，實現了各業(yè)務系統數據的集成、存儲和共享，從而為學校教科研、管理和師生提供完整、實時的數據服務。數據中心平臺包括學校統一信息標準建設、共享中心庫和數據管理平臺。

（1）統一信息標準建設

信息標準是信息在采集、傳輸、交換和處理過程中使用統一的規(guī)范、數據格式及存儲模式等，是學校信息化建設的數據字典，通過統一的數據字典對公共數據達成統一認識，是實現業(yè)務系統數據交換、信息資源共享及業(yè)務協同的基礎。[9]統一信息標準的建設解決了不同應用系統間數據共享時數據不一致問題。信息標準的建立要符合國際、國家、教育部、行業(yè)標準和學校內部自己的標準，遵守“循序漸進，逐步完善”原則，建設具有高校自身特色的信息標準。[4]結合學校實際情況，信息標準建設需要涵蓋學校所有業(yè)務，按照以下兩個維度進行：①按照學生、教職工、資產、財務等主題對象進行建設;②按照學校的管理、教學、科研、信息服務等業(yè)務進行建設。

（2）共享中心庫

共享中心庫集中存儲著全校規(guī)范的、權威的數據，是所有應用系統共享數據的集成地，為綜合查詢和決策支持等信息服務提供良好的數據基礎。共享中心庫的設計遵循學校統一的信息標準，結合元數據管理工具，建立主題數據庫（如教職工庫、學生庫、科研庫、財務庫等），實現標準、開放的共享中心庫。共享中心庫中的數據來源于各個業(yè)務系統，采用中間庫方式對異構數據源進行集成，將業(yè)務系統權威數據定時集成到共享中心庫，再從共享中心庫把權威數據分發(fā)給各個應用系統數據庫，從而保證數據的一致性和有效性。業(yè)務系統遵循“誰產生，誰維護”原則，來保障業(yè)務系統之間數據共享的準確性、安全性和可管理性。

（3）數據中心管理

數據管理平臺主要包括數據的訪問控制（如數據查詢、統計、分析）、數據接口管理、元數據管理、信息標準管理、數據服務管理、主題庫管理及其他系統管理。數據管理平臺規(guī)范化共享數據接口，為各應用系統提供統一規(guī)范的數據推送及數據查詢接口，并遵循“一數一源”原則進行數據服務、管理數據服務授權。

5.共享數據中心應用服務

基于共享數據中心，為學校提供信息的查詢、分析、下載及推送等各種數據服務，同時，也為學校的決策分析、教學、科研、管理及師生提供全面、準確的數據支持。在共享數據中心構建過程中，通過對校內信息資源和應用系統的整合，建立統一身份認證系統和統一信息門戶系統。統一身份認證系統實現全校師生用戶的統一管理、統一授權和統一身份認證功能，實現所有接入應用系統的單點登錄功能，從而解決了離散應用系統的身份信息不一致、多次登錄的問題，并提供身份賬戶數據管理與安全監(jiān)控。統一信息門戶提供了統一的訪問入口、統一的資源導航、個性化門戶定制、資源訪問權限控制，面向不同對象提供個性化頁面，按角色為全校師生提供個人情況、一卡通、科研、教務等信息服務。

6.業(yè)務系統接入共享數據中心方法

共享數據中心是基于元數據管理技術實現數據集成、存儲及分發(fā)的數據共享平臺。利用數據清洗與整合平臺，遵循學校信息標準，從各異構數據源中抽取需要共享和分析的數據到數據中心，數據中心將相關數據推送給業(yè)務系統，實現各業(yè)務系統與數據中心的數據集成與共享，實現系統間數據的交流。采用中間庫的方法實現業(yè)務系統的數據集成，能確保數據交換的效率與應用系統數據的完整安全，降低了應用系統數據結構改動帶來的修改成本。[10]業(yè)務系統集成要求與方法如下：

（1）實現數據抽取。業(yè)務系統創(chuàng)建中間數據庫，數據以視圖的方式提供給數據中心，利用數據交換與清洗平臺將需要共享和分析的數據自動定期同步更新到數據中心，實現數據的抽取。

（2）實現數據推送。數據中心以中間表的方式推送權威數據到業(yè)務系統中間數據庫視圖。如數據中心通過數據交換與清洗平臺自動將教職工基本信息、學生基本信息同步到中間表中，再由業(yè)務系統從中間表中抽取數據，達到數據推送實時同步的目的。

五、結束語

智慧校園建設是一項長期復雜的工程，共享數據中心是這個工程的核心基礎之一。本文研究了智慧校園共享數據中心的建設，分別從基礎實施、數據交換與整合平臺構建，數據中心平臺、業(yè)務系統接入共享數據中心方案等方面進行了探討，實現了基礎設施資源的統一管理、多個業(yè)務系統之間數據交換及數據共享，改變了傳統“煙囪式”系統建設方式，消滅了信息孤島，為高校數據分析與挖掘、決策支持等服務提供了強有力的數據支撐，為智慧校園綜合信息服務平臺提供數據支持。智慧校園共享數據中心的建設是一個長期連續(xù)性的過程，還有許多問題亟待解決，如共享數據中心的優(yōu)化及安全建設、數據質量的治理、海量數據存儲處理問題、數據的分析利用等。

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（編輯：王天鵬）