基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)架構(gòu)設(shè)計

1、第33卷第1期 2014年1月實驗室研究與探索RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)架構(gòu)設(shè)計王令群, 何世鈞, 袁小華, 張術(shù)臺(上海海洋大學(xué)信息學(xué)院,上海201306摘 要:在智慧社區(qū)建設(shè)中需解決多種問題,現(xiàn)階段主要是三個問題:滿足社區(qū)管理和住戶的復(fù)雜業(yè) 務(wù)需求,其功能與技術(shù)的可擴展性,對現(xiàn)有信息資源的整合和集成。而現(xiàn)有解決方案主要考慮的 是對第一個問題的解決,對第二和第三個問題則考慮較少。J2EE支持對復(fù)雜、可移植性、安全和可再用 軟件體系的設(shè)計開發(fā),是廣泛被采用的技術(shù)框架,而云計算虛擬化技術(shù)則支持信息系統(tǒng)對基礎(chǔ)資源的動

2、態(tài)管理,故基于J2EE和云計算技術(shù),本文提出了一種智慧社區(qū)架構(gòu),在智慧社區(qū)的總體、軟件、業(yè)務(wù)和 數(shù)據(jù)的設(shè)計中,針對智慧社區(qū)建設(shè)的三個問題提出了解決方案。該架構(gòu)設(shè)計在智慧社區(qū)案例的成功應(yīng) 用說明了其有效性。關(guān)鍵詞:智慧社區(qū);系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計;J2EE;云計算中圖分類號:TP 393.1文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:10067167(201401012305Architecture Design of I ntelligent Community Based onJ2EE and Cloud ComputingWANGLingqun,HE Shi-jun, YUAN Xiaohua, ZHANG Shut

3、ai(Institute of Information,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,ChinaAbstract:A variety of problems exist in building nfl intelligent community.At this stage,there are mainly three problems,which are to satisfy the requirement of community management and household complex business,to satisfy t

4、he expandability of its function and technology,under the situation of continuous innovation and change of the community framework and technology,and to satisfy the incorporation and integration of existing information resources.The present solution is mainly aiming at solving the first problem,does

5、 not consider the other two problems.J2EE is a widely used technology framework because of supporting design and developing the complex,portability,safe and reusable software system.The cloud computing supports the information technology managing the dynamic basic resources.Based on J2EE and cloud c

6、omputing,this paper presents an intelligent community framework,which is an overall intelligent community design,and integrates the software,business and database design,The design aims to give an efficient solution for the three problems.The successful application in the intelligent community case

7、illustrates its effectiveness.key words:intelligent community;system architecture design;J2EE;cloud computing0引智慧社區(qū)的建設(shè)目的是對內(nèi)提供社區(qū)業(yè)務(wù)管理, 對外提供社區(qū)宣傳,而住戶則于安全居家的同時,既能 獲取信息資訊,還能處理相關(guān)業(yè)務(wù)。為此,在智慧社區(qū)收稿日期:2013040l作者簡介:王令群(1979一,女,山東鄒城人,博士,副教授,主要從 事物聯(lián)網(wǎng),智能控制等方面的研究。Tel.:02161900627:Email:.CII 建設(shè)中,需對:智慧社區(qū)需滿

8、足社區(qū)管理和住戶對社區(qū) 安防、設(shè)備管理和信息通訊等的多種需求;社區(qū)系統(tǒng)架 構(gòu)和技術(shù)在不斷革新和變化;智慧社區(qū)多在現(xiàn)有硬件 設(shè)施和管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行,涉及到對現(xiàn)有信息資 源的整合和集成等,提出有效方案。在現(xiàn)有智慧社區(qū)建設(shè)中,文獻12將智慧社區(qū)劃 分為設(shè)備控制和信息兩個模塊,文獻3-5劃分為安 防、設(shè)備管理和信息通信系統(tǒng)三個組成,文獻6按功 能將智慧社區(qū)劃分為感知、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、業(yè)務(wù)層等言口124實 驗 室 研 究 與 探 索 第33卷四個層次;針對社區(qū)控制,文獻2,4,7認為分布式控制存在諸多不足,提出了基于LonWorks的現(xiàn)場總線控制,文獻7還給出基于LonWorks的社區(qū)測控系統(tǒng)控制節(jié)

9、點的信號采集和設(shè)備管理實現(xiàn)過程;針對硬件集成,文獻3,8提出的網(wǎng)絡(luò)集成模式主張成本低但抗干擾能力弱的的多網(wǎng)合一,文獻2,4,7主張采用成本高但安防性能強的現(xiàn)場總線控制;針對軟件集成,文獻5提出基于多平臺集成,其中C/S模式用于構(gòu)建小區(qū)安防和物業(yè)管理系統(tǒng),B/S用于建立信息通信系統(tǒng),在基于Web Services舊9。叫的系統(tǒng)集成方面,主要有J2EE舊1和ROR91的兩種集成方案,前一方案過于簡略,后者基于的ROR尚不能承載大型系統(tǒng)設(shè)計。在智慧社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入方式上,主要有xDsL、HFC、寬帶無線(LMDSHomePNA和以太網(wǎng)等接人方案。總體看來,現(xiàn)有解決方案主要考慮的是對第一個問題的解決,對

10、第二和第三個問題考慮較少?？紤]到J2EE支持對復(fù)雜、可移植性、安全和可再用軟件體系的設(shè)計開發(fā),是廣泛被采用的技術(shù)框架,云計算虛擬化技術(shù)則支持信息系統(tǒng)對基礎(chǔ)資源的動態(tài)管理,因此基于J2EE和云計算對智慧社區(qū)進行架構(gòu)設(shè)計,對智慧社區(qū)建設(shè)的上面三個問題,提出了系統(tǒng)的解決方案。1總體設(shè)計在分析了智慧社區(qū)的建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,將給出基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)云平臺總體架構(gòu)。智慧社區(qū)云平臺不僅對內(nèi)實現(xiàn)社區(qū)管理和信息服務(wù),對外作為智慧城市的組成部分,還為智慧城市提供構(gòu)件服務(wù),因此智慧社區(qū)主要需求如圖1所示。智慧社區(qū)云平臺 社區(qū)管理互動交流 提供構(gòu)件服務(wù)社區(qū)服務(wù) 開放電子商務(wù) 平臺 接入管理第二!方應(yīng)用 I

11、CT行業(yè)應(yīng)用 平安城市電子政務(wù) 數(shù)字城管 面向個人應(yīng)用幽l 智慧社區(qū)箭水依據(jù)智慧社區(qū)的建設(shè)目標(biāo),基于業(yè)務(wù)驅(qū)動、現(xiàn)有資 源整合、適應(yīng)集成和擴展的原則,對智慧社區(qū)的內(nèi)部組 成、外部環(huán)境及相互關(guān)系,進行了設(shè)計,形成如圖2所 示的社區(qū)總體架構(gòu)。為方便開發(fā)和管理,對智慧社區(qū)由頂向下,分為應(yīng) 用層(SaaS,計算和集成與交換層(PaaS,以及軟平 臺支撐層(IaaS等三層。其中:(1SaaS層提供智慧社區(qū)的應(yīng)用。包括:構(gòu)建智 慧社區(qū)的多個門戶,實現(xiàn)社區(qū)管理、小區(qū)服務(wù)等;智慧 社區(qū)的平臺用戶可訂購相應(yīng)門戶及應(yīng)用。智慧社區(qū)與外部環(huán)境間的關(guān)系為:電信系統(tǒng)為智 慧社區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)接入和信息通訊;智慧社區(qū)與國家基 礎(chǔ)數(shù)

12、據(jù)系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換;以及為智慧城的其他 項目提供應(yīng)用接入。3架構(gòu)設(shè)計基于J2EE和省級的云計算中心,給出了智慧社 區(qū)的軟件、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)及基礎(chǔ)平臺的架構(gòu)。因篇幅限 制,智慧社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)與安全架構(gòu)省略。智慧社區(qū)的軟件架構(gòu)上需解決三個特殊問題: 需考慮軟件平臺內(nèi)部多個子系統(tǒng)的集成,以及與外部 的協(xié)調(diào);平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用需調(diào)用若干基礎(chǔ)構(gòu)件,而 基礎(chǔ)構(gòu)件存在交集;需求的變化和技術(shù)革新。對此,基于先進性、靈活性和可擴展性等原則,我 們對智慧社區(qū)平臺的軟件的思路是:對復(fù)雜的軟件體 系進行分層設(shè)計,以解決第1個問題;對基礎(chǔ)構(gòu)件建進 行抽取,形成一個通用的公共服務(wù)層,以解決第2個問 題;采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA

13、,Service Oriented Architecture,通過對現(xiàn)有服務(wù)的復(fù)用和新業(yè)務(wù)需求擴 展的支持,以解決第3個問題,從而形成如圖3所示的 分層式的、可抽取和替換的智慧社區(qū)軟件架構(gòu)設(shè)計。 在智慧社區(qū)軟件的分層設(shè)計中,各層向下依賴。 其中:(1展現(xiàn)層。展現(xiàn)層是智慧社區(qū)平臺的用戶人 口,負責(zé)接收輸人和呈現(xiàn)輸出,進行用戶驗證,處理功 能模塊和平臺通信間的交互。該層設(shè)計中采用MVC 三層體系,并融人了Web2.0的Web3.0的理念,特別 是AJAX特性,以實現(xiàn)豐富的用戶體驗;選用技術(shù)成熟 Struts2框架做為技術(shù)實現(xiàn)。(2服務(wù)層。服務(wù)層中包含了智慧社區(qū)業(yè)務(wù)所需 的各種服務(wù),依據(jù)業(yè)務(wù)邏輯,完

14、成服務(wù)的組裝。該層的 設(shè)計中我們采用接口與實現(xiàn)分離的思路。具體說: 基于面向?qū)ο蟮乃枷?由抽象層中的抽象類及接口 (即圖中的“服務(wù)接口”規(guī)定具體類的特征,而由抽象第1期王令群,等:基于J2EE和云計算的智慧社區(qū)架構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)源圓 口;肯矗黲罐物、Ik 居民 商家智慧社區(qū)平臺.j鍾陳政府屆委會l機構(gòu)專題門戶I!智慧社區(qū)區(qū)域門戶兒智慧社區(qū)手機臼戶j *t 一刪g 一 一- _ 嘞P 曼 ,_。 _o _。 竹叮SaaS。r一、一1.1i、I社會管理應(yīng)劂社會服務(wù)應(yīng)用1I互動交流應(yīng)用51社區(qū)商務(wù)應(yīng)用睜能終端應(yīng)用:lliSB企業(yè)服務(wù)總線用戶一hIlp/hnps一愿。型:、型 第三方應(yīng)用竺_服囅壺者替服務(wù)層

15、=!:!:.二=父=L堡釜塞翌J L童魚笪翌I(lǐng)、。業(yè)務(wù)I:些魚些旦堅竺墊堅.墜唑乩Lj?蠡爨件邏輯層唾蚤回函匹函!一數(shù)據(jù)訪阻對毒D卓略A麟鞲0bjcc【I箍零醞護命洲層;數(shù)鬃問l對蒜系II蝴f州.類的派生類(圖中的“服務(wù)實現(xiàn)”定制各自的行為。 采用IoC框架提供的依賴注入(Dependency Injection,實現(xiàn)服務(wù)接口與具體實現(xiàn)的分離;由事 務(wù)管理(Transaction Manager模塊管理被整合的服務(wù) 的有效性。(3業(yè)務(wù)邏輯層。該層是軟件架構(gòu)的核心層,負 責(zé)業(yè)務(wù)規(guī)則的制定和業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)。該層在數(shù)據(jù)訪 問層與服務(wù)層之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,是前者的調(diào)用者,被 后者調(diào)用,如何實現(xiàn)兩種依賴關(guān)

16、系的解耦,是軟件架構(gòu) 設(shè)計的關(guān)鍵,對此,我們在業(yè)務(wù)邏輯層的幾個模塊中, 分別:依賴IoC框架定義業(yè)務(wù)邏輯接口和其具體實現(xiàn);采用JBoss Rules(Drools作為規(guī)則引擎;采用JBoss iBPM(JavaBusiness ProcessManagement實現(xiàn)業(yè)務(wù)流儺(4數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層隱藏對數(shù)據(jù)庫的操 作細節(jié),隔離業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)庫,增加代碼的重用。 該層的各模塊中:數(shù)據(jù)訪問組件建立應(yīng)用程序與數(shù)據(jù) 庫之間的聯(lián)系,我們采用JDBC對其實現(xiàn);對象關(guān)系映 射(ORM轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)形式,解決面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫與關(guān)系 數(shù)據(jù)庫間的匹配問題,我們采用Hibernate對其實現(xiàn); 而連接池創(chuàng)建和管理連接的

17、緩沖池,以改善用戶應(yīng)用 程序的性能,其實現(xiàn)采用dbcp。(5公共組件服務(wù)層。公共服務(wù)層提供與業(yè)務(wù)無 關(guān)的基礎(chǔ)公共服務(wù),相應(yīng)服務(wù)以構(gòu)件方式組裝,通過平 臺服務(wù)目錄對外提供服務(wù)。(6IoC框架?？刂品崔D(zhuǎn)(Inversionof Control,IoC,關(guān)注組件的依賴性、配置以及生命周期,在設(shè)計 中,我們采用IOC:描述創(chuàng)建各類對象的方式;描述各 個組件所需的服務(wù)。在智慧社區(qū)平臺軟件架構(gòu)中,我 們選用主流的Spring做為IoC框架。智慧社區(qū)的數(shù)據(jù)架構(gòu)在智慧社區(qū)中,我們將所包含的實體和關(guān)系劃分為5個主題域,包括:參與者、服務(wù)、內(nèi)容、交互和地域。 各個主題域之間的關(guān)系如圖4所示。其中:(1參與者主題域

18、。指系統(tǒng)的所有用戶,包括居 民、社區(qū)管理者、商家等多種實體,其中居民以計生委 為準,按民政、公安的需求加以細化,其他以系統(tǒng)需求為準。(2服務(wù)主題域。指參與者提供的所有服務(wù),包 括志愿者服務(wù)、商品、產(chǎn)品等,其中志愿者服務(wù)按照社 區(qū)提供的需求設(shè)計和細化,另兩者分別依據(jù)電信和商 家的需求設(shè)計和細化。黧9一;c盆一智慧交通=智慧.一一智慧教育二 智慧經(jīng)濟 一 一囤圓圈囤實 驗 室 研 究 與探 索第33卷發(fā)參與人創(chuàng)建、管理、訂閱內(nèi)容4糾,譬f:【|.。t2、f門ij趟如t坡(久憊(3內(nèi)容主題域。是指系統(tǒng)內(nèi)的所有信息,包括 新聞、通知公告、文檔等,其中,通知公告以社區(qū)需求為 準,其他以可快速檢索和可擴展

19、為原則設(shè)計。(4交互主題域。是指參與者之間所關(guān)聯(lián)的事 件,包括交易、共享、信息推送等。主要設(shè)計居民之間、 以及居民與商家、社區(qū)管理者等間的交互過程。(5地域主題域。是指社區(qū)所在的地域空間,可看級門戶網(wǎng)站 市級fj阿詁群區(qū)/縣】戶網(wǎng)站群街道蘊r瀘菌站群、圈皇牲皆門戶誓嗣圈計生省級f】戶網(wǎng)蛄 計生市級f1戶網(wǎng)站l計生氣警門戶 訓(xùn)生讎門戶i民政省緞門戶嗣站民政市級門戶網(wǎng)蛄; 民政警門廣二 l二按行政區(qū)域劃分、郵政與電信區(qū)域劃分等需求,進行設(shè) 計。業(yè)務(wù)功能智慧社區(qū)為用戶提供通訊和信息資源共享,并支在智慧社區(qū)門戶網(wǎng)站群中,主要包括從省到社區(qū) 及部落的各級社區(qū)門戶網(wǎng)站。其中:社區(qū)門戶網(wǎng)站欄目包括社區(qū)政務(wù)、

20、便民服務(wù)等;部落門戶網(wǎng)站為由相同 興趣愛好的居民提供在線交流;“智慧社區(qū)平臺管理 門戶網(wǎng)站”定制門戶模板的欄目和信息,自助建網(wǎng),并 對用戶、運行和系統(tǒng)進行管理;“智慧社區(qū)平臺運營門 戶網(wǎng)站”則作為平臺運營的門戶,主要負責(zé)用戶(商 家注冊、用戶行為分析等。門戶網(wǎng)站群的組成與邏 輯關(guān)系,如圖5所示。牡區(qū)門戶同蛄群1小區(qū)j戶同站群個人fJ戶網(wǎng)站群II_小區(qū)n戶罔站個人門戶阿站 圖5智慧往區(qū)fjP站群架構(gòu)應(yīng)用分為專有應(yīng)用和公共應(yīng)用兩類。其中:專有 應(yīng)用專門為居委會、居民、商家和第三方等提供管理服 務(wù);公共應(yīng)用面向所有用戶提供各種通訊和信息服務(wù)。能力能力是指智慧社區(qū)系統(tǒng)中的各類構(gòu)件的功能實 現(xiàn)。相應(yīng)構(gòu)件

21、作為可復(fù)用的軟件模塊,可提供給系統(tǒng) 內(nèi)部和第三方調(diào)用。本系統(tǒng)能力包含的主要控件類別 如圖6所示。能力目錄服務(wù)I能力目錄管理J I自叻發(fā)確管理l、-_一q,B1支持類應(yīng)用日I擎類融合通訊類門戶支持類l圊酗匣型圈 i面袤i礦l l搜索引每一Ij全球鼴拉件t I竺蘭竺皇皇I、二=三二二=二=二=f麗1也齟叫心登糾留藍叫滓再爿 幽_瞄u菌基于云計算的虛擬化技術(shù),設(shè)計了智慧社區(qū)云平 臺,該平臺內(nèi)各種物理資源,分別被虛擬化為計算、存 儲和網(wǎng)絡(luò)的資源池,以支持對社區(qū)物理資源管理上的 動態(tài)架構(gòu)和調(diào)配。智慧社區(qū)的云平臺架構(gòu)如圖7所示。L磬鱉一安全管理奚平臺管理類安全管理I I平臺管理I-_-_-.一、o_-_一

22、誓劃堅絲型 I苧蘭苧蘭Jk削i:譬鯊一3實現(xiàn)實例在福建廈門的四個智能社區(qū)建設(shè)中,采用了我們提出的基于J2EE和云計算的解決方案,其中,建成后 的廈門某智慧社區(qū)信息平臺。因其內(nèi)容和功能完整, 技術(shù)先進和系統(tǒng)管理方便,已在我國智能社區(qū)建設(shè)中 被推薦加以推廣。籍1剪127主凳:;君躲接入與資源資源處理與分發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施平臺 資源管理計算資源池化存儲資源池化網(wǎng)絡(luò)資源池化爭爺睜睜逸由口j_-口j白白口4結(jié) 語鞠d硬件設(shè)備圖7智慧社區(qū)云平臺架構(gòu)建設(shè)智慧社區(qū)需要考慮復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求,需求變 化與技術(shù)擴展,以及對現(xiàn)有信息資源的整合等問題。 現(xiàn)有的智慧社區(qū)解決方案尚未對這三個問題系統(tǒng)地解 決,為此,基于J2EE和云計

23、算虛擬化技術(shù),我們提出 一個較為系統(tǒng)的智慧社區(qū)解決方案,對智慧社區(qū)的總 體結(jié)構(gòu),以及軟件、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和設(shè)施平臺的架構(gòu)等,進 行了設(shè)計,其中對一些關(guān)鍵技術(shù)的選型進行了說明。 本解決方案在福建廈門智慧社區(qū)的成功應(yīng)用,說明其 可資參考。參考文獻(References:2678910胡聽宇.承載于有線電視網(wǎng)絡(luò)的智能社區(qū)的設(shè)計與實現(xiàn)J.廣 播電視信息,2009(2:61-63.HU Ting-yu.Design and ImpementationofIntelligentCommunity basedonCable TeleVisionNetworkJ.RadioandTeleVisio“121Info

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