云计算在电子政务系统中的应用研究

云计算在电子政务系统中的应用研究刘晓英电子政务就是把现代信息和通信技术引入政府机构，将管理和服务通过网络技术进行集成，在互联网上实现政府组织结构和工作流程的优化重组，创建一个虚拟的政府办公环境。电子政务系统则是建设在互联网和其他计算机网络的基础上，充分利用现代信息与通信技术，以实现政府政务流程智能为目标的信息系统［１］。但是电子政务系统建设过程中也出现了一系列问题，如网络分离、部门分割、信息孤岛、信息分散、缺乏智能和语义互操作等，而这些问题理论上借助云计算可以得到很大程度的改善。云计算兴起于2007年末，在Google、IBM等巨头公司的大力推动下逐渐进入了人们的视野。总的来说，云计算是一种发展的分布式计算技术，它利用Internet上的资源，将其整合成“云”，成为一种超级计算模式［２－３］。“云”通常是由一些大型服务器集群组成，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。传统的计算模式和云计算就像早先单台发电机模式转向发电厂集中供电的模式。云计算的出现使得计算能力也可以作为一种商品就像煤气水电一样进行流通。随着云计算应用范围的逐步扩大，它的应用也已经渗入到电子政务领域。１云计算的概念与特征１.１云计算的概念云计算从2007年进入人们的视野中，引起了社会各界的广泛重视。但具体到什么是云计算，至今仍然是众说纷纭。维基百科中将云计算定义为一种基于Internet的计算，与电力资源的服务模式类似，共享资源、软件和信息可以被终端计算机或其他设备按需使用；IT巨头IBM则认为云计算既是一种新的计算模式，又是一种新的基础架构。作为一种新的计算模式，云计算把IT资源、数据、应用以服务的形式通过互联网提供给用户。而作为一种新的基础架构，云计算把大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源提供给用户使用［２］；国内云计算研究的先驱中国云计算网则把云计算定义为：指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源，包括软硬件及平台资源等［４］。虽然定义多种多样，但共同点就是：云计算就是将所有的资源从本地转移到云端，用户可以随时随地的利用网络来访问与使用云端资源。１.２云计算的特征纵观国内外云计算的相关研究，虽然它是以超大存储量、低成本等优势吸引众多用户。但云计算还有其他有别于以往计算模式的优势，概括起来有三方面：(1)云服务器端就是提供、管理和维护云服务的一方。它是由众多PC机、服务器等组成，体现了虚拟性、敏捷性、高效率性、高安全性、高可靠性和经济性特点；(2)中间连接端是连接云服务器端与用户终端的网络设备，它可以很大程度上降低云服务器端与用户终端之间的相互依赖性。它体现了松散耦合、大规模协同和实时同步性特点；(3)用户终端则是购买、租用和消费云服务的一方。它泛指用户使用的终端设备，体现了多样性、低成本性、共享性和绿色性特点。２云计算应用在电子政务系统的必要性与可行性２.１必要性分析２.１.１存储必要性我国的电子政务建设从1997年的全国信息化工作会议发展至今，已经进入了全面实施阶段，核心内容涉及电子政务全面实施、实施的标准化、总体规划与协调、政务信息公开、政务信息资源开发利用与共享、电子政务绩效评估等，所有都需要电子政务系统的存储量尽可能的大而且能扩展。“云”的出现为其找到了新的解决办法。“云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon，IBM，Microsoft等公司的“云”均拥有几十万台服务器。“云”能赋予用户前所未有的计算能力［５］。同时，“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。２.１.２安全必要性政府在开展电子政务的活动中，会采集和产生出众多的政务信息、用户私密资料等等，而这些信息一般来讲需要高程度的安全性保障，以防止信息丢失、信息外泄或被非法访问。而云计算服务器端提供了最可靠、最安全的数据存储中心，有全世界最专业的团队管理来信息，有全世界最先进的数据中心来保存数据，严格的权限管理策略可以帮助用户放心地与指定人共享数据。同时，云使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换措施来进一步保障服务的高安全可靠性。２.１.３交互必要性从政府所提供的公共服务的角度来看，政府已经花费了大量的资金投资来实现公共服务的在线交互式提供，而真正使用这些在线服务的用户数量却较少，信息孤岛、信息分散等问题层出不穷。用户一旦连接到云中，“云”里的任何东西包括数据、设备等都是你的。用户还可以根据自己的需要或喜好定制相应的服务、应用及资源，云计算平台均可以按照用户的需求来部署相应的资源、计算能力、服务及应用。２.２可行性分析２.２.１理论可行性从理论基础上来看，目前已经形成了较为完备的理论体系来支撑构建电子政务信息系统。一方面，云计算理论体系研究发展速度快，理论成果层出不穷。国内外在云计算方面的研究仍是继续升温，为云计算应用于现代社会打好了坚实的理论基础。另一方面，随着电子政务和电子政府的发展,电子政务方面的理论研究成果众多。如：王丛霞、方洁的《Web2.0在电子政务中的应用领域及其问题研究》，周义刚的《基于本体的电子政务领域数字档案管理系统的设计与实现》，刘晓英等的《我国电子政务建设的新动向》等等，这些都为在云计算环境下研究电子政务系统提供了理论基础［６－８］。２.２.２技术可行性从技术条件上看，云计算其实并不是什么新技术，只是分布式处理、并行处理和网格计算等技术的发展。而且，国内外众多专家和IT机构都在对其进行研究，已形成了一些具有代表性的技术方案体系。如IBM的政府云计算解决方案由底层——硬件和操作系统的基础设施、软件系统和管理平台（包括一组部署管理软件，虚拟化组合和云计算管理系统）、云计算提供的各种虚拟机的组合形成了各个具体的云计算使用中心［９］。而在国内，例如用友提出了NC5.5一体化集团管控解决方案等。可以说，这些技术及其实现方案为政府信息资源共享的“云计算化”提供了有力的借鉴和技术平台支持。也就是说，构建电子政务云结构系统在技术上是可行的。２.２.３成本可行性从经济成本上来看，电子政务云结构系统不仅不需要高昂的建设费用支出，而且还能降低相关管理费用。由于云计算对用户端设备要求很低，可将95%的工作转移到浏览器，用户端只需要运行简单的操作系统和浏览器软件即可［１０］。所以说，在云计算环境下重新建设电子政务系统一方面不需要购买高昂的物理设施，另一方面由于云环境下服务器的日常维护由云服务商来提供，电子政务系统管理部门不必支付维护费用，从成本上来看，利用云计算技术构建电子政务系统也是可行的。２.２.４实践可行性从实践环境来看，目前已有众多IT巨头积极地研究和部署云计算，并获得了一定程度的成功，如Google正在运营的云计算商用平台——GAE(GoogleAPPEngine)。在这里，开发人员可以利用GAE提供的API免费创建应用服务；Amazon的EC2和ES3服务以及国内一些IT企业的“云战略”［３，９］。可以说，现阶段这些云计算的应用，为云计算应用于电子政务系统营造了良好的社会环境并积累了丰富的实践经验。３电子政务云计算系统体系结构电子政务云计算系统的体系结构包括4层：资源层、虚拟层、应用管理层和业务表现层。其中最关键的是应用管理层。图２电子政务云计算系统体系结构３.１资源层资源层位于系统体系的最底层。包含了物理资源层和资源池层。物理资源层又包含了服务器、存储设备和各种网络设备等，而资源池层则是云端的软件及信息集合。云计算的提出动机就是要整合所有的软硬件资源，支持资源按需提供，按使用量付费。云计算的主要思想就是资源整合与资源共享，利用云计算将现有的硬件设备集合，有效地增强系统的存储能力、计算能力，满足电子政务不断提高的需求。通过整合，还可以大大减少硬件支出成本，实现社会资源的合理配置。而资源池层中软件及信息资源整合则是把相同或相似类型的资源同构化，建立各种不同的计算资源池，存储资源池，软件资源池等，目的就是将异构资源同构化，使云计算环境下的电子政务具有协同的工作基础。３.２虚拟层该层包括虚拟服务器、虚拟存储器和虚拟网络。云计算的核心就是虚拟化，可以说是虚拟化为我们带来了“云”，同时也是云计算区别于传统计算模式的重要特点。虚拟化的目的是虚拟化出一个或多个相互隔离的执行环境，用于运行操作系统及应用，并且确保在虚拟出的环境中操作系统与应用的运行情况与在真实的物理设备上运行的情况基本相同［５］。云计算通过虚拟化技术，可以使得系统中的物理设施的资源利用率得到明显提高，可以有效地平衡电子政务云计算系统的性能，还使得系统动态部署变得更加灵活、便捷。３.３应用管理层这是电子政务云计算系统中最关键的一层。该层作为系统的后台管理层，动态管理资源和支持电子政务系统的相关业务，主要负责系统的容量规划、资源的动态部署、动态调度，监控、安全等。其中，容量规划就是系统总体上规划分布式的数据资源和计算资源，设计相应的分布式数据存储系统，定义资源的单元和生命周期；动态部署是系统提供标准化的资源模板，用户可以根据需求选择应用程序、计算资源、存储资源等模块进行快速部署；动态调度则是动态分配系统的虚拟化资源，保证各种资源都能得到有效利用；监控是实时监测各种资源的工作动态，非正常状态时能够报警并自动调整资源的分配；安全就是保证系统中数据信息的安全，从而保证电子政务云计算系统的正常运行。３.４业务表现层该层是电子政务云计算系统的功能体现层。电子政务中不仅要使该层完成基本的计算、存储业务，还要提供各种网络服务，包括网上软件服务和网上平台服务等。电子政务系统发展之初，主要有办公自动化系统、决策支持系统、知识管理系统等，但随着其不断成熟，逐渐朝着一站式电子政务办公服务系统的方向发展。这和云计算的整合思想有异曲同工之处。利用云计算提供的虚拟平台共享技术，一方面用户可以通过系统提供的统一入口的服务平台，方便地进行注册、查询、访问、咨询，保证操作简单易用，一站式得到全程电子政务服务；另一方面，工作人员也无需在不同信息系统中反复进出办公，实现一站式办公，提高办公效率。４云计算给电子政务带来的优势与潜在风险云计算的诞生被称为是IT界的第四次革命浪潮，云计算的应用已扩展到众多领域，它在电子政务领域的应用也被提上日程。2010年5月21日，中国移动在北京正式发布了大云1.0系统，并联合天津市政府，试点推出了基于云计算的电子政务及无线城市的应用。在电子政务云环境中，电子政务系统利用云计算为用户提供更多服务，如一站式网络平台服务和各种在线软件的使用；利用云计算，电子政务系统对用户设备的要求降低，用户使用简单的终端设备，如PC、笔记本，甚至是手机等无线通信设备，就可以随时随地的通过网络使用电子政务云计算系统中的资源；云计算还实现了电子政务系统中不同设备间的数据与应用共享，不仅能减少成本支出，更有效节约了社会资源。和其他计算模式相比，云计算虽然具有明显的优势，但其潜在风险也不容忽视。用户最关注的是“弹性”和安全问题。今年Google和Amazon云计算服务故障频出，据Amazon的服务监控状况控制台报告称，在美国和欧洲的ES3服务的错误率增加了［１１－１２］。虽然云计算采用多种数据加密技术保证数据安全性，但由于电子政务系统中涉及到的信息很多都是公民的机密信息，对数据的安全性要求就更高。此外，云中的数据对云运营商也是完全透明的，用什么机制来保证数据信息的安全性显得至关重要。