基于云服务的科普资源平台研究与设计
摘 要：针对当前科普资源平台存在的问题，从全新的角度提出科普平台构建方式。通过云计算技术的介入，使用新浪（SAE）云服务，采用瘦客户端模式，完成支持PC客户端和移动智能客户端的科普资源云平台架构模式设计，以及科普资源平台关键开发技术研究。对平台功能进行了详细的设计，为将来云计算技术大规模应用于科普资源平台建设提供了参考。
关键词：云服务；云架构模式；科普资源平台；Bootstrap
DOIDOI：10.11907/rjdk.151402
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）007-0129-03
0 引言
当前，科普平台建设遇到了新的问题与挑战。首先，科技进步推动海量科普资源的产生，若要完成大规模网络科普平台建设，需大量IT资源投入，实现大数据的存储和处理；其次，同水平网络科普平台重复建设、种类繁多、独立运作，缺乏协作和共享；最后，科普创作不景气、创作人员少、缺少科普精品、缺少读者的状况已成普遍问题。
“云服务”是一种新型的网络服务模式和网络平台架构，它把计算任务分布在大量分布式计算机中，提供给用户强大的计算能力及存储能力，通过虚拟化技术进行资源整合，形成庞大的计算与存储网络，可对互联网上大量的资源进行统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务[1]。使用云计算平台可以获取高密度、高水平的计算能力，很大程度上提高了IT资源利用率，可降低科普资源平台开发成本，解决当前科普资源平台孤立运作、访问效率低等问题。本文引入新浪云计算平台作为服务器，使用SAE（Sina App Engine）云服务完成平台特定功能开发。
1 科普资源平台云架构模式设计
基于云服务的科普资源平台由云基础设施层、云数据管理层、云通用服务层、云平台服务层4个部分构成。用户可以通过智能终端（台式机、笔记本、平板电脑、智能手机等）访问云平台，实现单点登录，信息同步。科普资源平台云架构模式如图1所示。
图1 科普资源平台云架构
（1）云基础设施层。 基础设施层将经过虚拟化的计算资源、存储资源和网络资源以基础设施即服务的方式，通过网络提供给用户使用和管理[2]。平台基础设施层主要有资源抽象、资源监控、负载管理、存储管理、资源部署、安全和风险管理等功能[3]。通过云基础设施存储科普资源，实现科普资源底层快速存储和计算。
（2）云数据管理层。 目前科普网站众多，资源量大，数据具有海量性、多样性、非确定性等特点，且资源分布相对分散，各网站之间缺少互联，形成信息孤岛现象，资源利用率比较低。云数据管理层针对大数据可扩展进行管理，实现信息的调度、采集及维护。通过对现有科普资源进行梳理和分析，将资源迁移到云服务器中进行有机整合和统一管理，构建云科普资源数据中心。该中心采用SAE的MYSQL服务、Storage服务（分布式文件存储服务，存放用户的持久化存储文件）、CDN服务（数据将推送至各个CDN节点，就近获取加速访问速度），实现科普资源的统一管理和调度。
（3）云通用服务层。 云通用服务层包括一组面向用户和应用的必备组件及服务，具有用户管理、安全管理、任务管理、平台运行环境管理、应用管理、代码管理、服务管理等基本功能。例如用户管理中可组建团队进行应用开发，通过成员管理邀请SAE注册用户一起参与、管理当前应用，若成员有变动，可删除。该层提供Cron服务（分布式定时服务，定时触发特定动作）、TaskQueue服务（分布式任务队列服务，异步HTTP方式执行任务）、Channel服务等。丰富的云端服务，为科普资源平台的云推送、云标签、云分享等功能提供了强有力的支持。
（4）云平台服务层。 云平台服务层在云平台管理层的统一认证、统一管理基础上加强了认证等级[4]，实现单点登录，提供科普资源平台管理服务，包括权限分配系统、科普资源管理系统、信息发布系统、云端管理系统、个人安全中心等，全方位多层次共享科普资源。
2 科普资源平台功能设计
基于云服务的科普资源平台采用B/S模式，服务端使用新浪SAE云计算平台，主要功能包括云端行为分析、云端数据推送、分布式定时等相关云服务，客户端支持PC、平板电脑、智能手机，具有平台管理员、科普组织、会员、游客4种角色。
科普资源平台功能包括权限分配系统、个人安全中心、资源管理系统、云端管理系统、信息发布系统、身份认证系统6个模块，如图2所示。
图2 平台主要功能
（1）权限分配系统。
权限分配系统主要包括权限管理、角色管理、配置管理。管理员可管理用户角色、分配用户权限，以及审批相关角色的权限申请。配置管理主要实现对平台相关业务的配置，管理云端API服务，例如配置定时触发科普数据统计分析时间、配置信息推送方式、配置消息推送时间等。
（2）个人安全中心。
个人安全中心主要包括个人信息维护、推送消息管理、草稿箱管理、科普创作统计。个人信息维护包括用户密码修改、密码找回、更改个性签名等。推送消息管理中用户可以随时查看云端推送过来的消息，可以批量删除推送消息。草稿箱管理主要用来存储和处理用户同步的资源，如用户在科普创作过程中，平台会根据用户需求将科普信息存入草稿箱，存入草稿箱的科普信息会保存在云端，实现多平台共享。科普创作统计主要完成用户对所创作的科普信息数量和评价情况统计。
（3）资源管理系统。
资源管理系统包括文章管理、专题管理、留言板管理。文章管理包括文章审稿、文章修改、文章退回、文章评论、文章下架等。专题管理可以添加科普专题、修改科普专题。留言板管理可以查看用户留言、回复用户留言等。
（4）云端管理系统。 云端管理系统主要包括云端信息推送、云端行为分析、云标签云分享。云端信息推送是指云服务器端，定时向客户端推送消息，平台通过调用SAE推送服务将消息先存入SAE，再由SAE推送服务器推送到用户智能终端。云分享是本平台的重要组成部分，在学习、创作科普知识的同时，可分享重大的发现或有趣的实验以及创作的历程，能够促进科普知识的传播及发展。云标签功能是通过云端科普资源数据统计，对科普资源智能排序，显示当前最新的科普信息，或者是点击量最大的信息。云端行为分析指的是云服务器端智能分析科普资源数据，包括用户访问平台时间、次数、喜好等，对用户行为进行分析，获取有用数据，实现云端科普资源的分析和统计，按需显示或推送消息到客户端。
（5）信息发布系统。
信息发布系统主要包括科普资源创作、信息云端同步、云端协同创设、科普资源评价、科普之星评选。科普资源创作中用户可一次或多次完成创作过程，一次完成创作，审稿通过后即可发布到科普资源平台。多次创作同一资源时，可将科普资源云端同步到草稿箱，用户创作过程中的工作流将保持移动智能客户端和PC端的同步。云端协同创设指多用户协同工作，共同完成科普资源创作，这里有两种类型：①创作完成之后再修订：科普创作之后，显示在对应的专栏下，访客可以对该科普资源进行编辑补充，审核通过后将会显示在此科普词条之下；②多人同时创作：在科普创作过程中可以邀请好友共同完成一项科普创新，完成协同创作的所有用户组成一个创作小组，系统会分配唯一的组标号，该编号对应平台提供的特定协同开发区，同一组创作的科普资源会存储在一起，同组组员都可以看到该科普作品，协同开发区的作品修改记录会存储在特定的日志表中，供组员查看。小组负责人可整合所有组员的作品发布。科普信息评价采用等级评价（五颗星）和语言评价模式。科普之星评选指的是每周、每月、每年会选出周之星、月之星、年之星。评选条件采用“双质模式”，即所创科普知识不仅数量高还要质量高，选举的科普之星可以获得相应的奖励，激发科普创的创作热情。
3 平台关键技术
3.1 本地开发环境云端快速部署
为简化开发过程，在平台的开发过程中需搭建本地开发环境。本地环境搭建要注意两点：①离线状态下本地如何模拟云服务；②代码如何快速部署到云端。
本科普平台采用Eclipse8.5开发工具和MYSQL数据库，使用新浪云计算平台提供的“ae-local-1.1.0.jar”支持包完成本地云端服务的模拟。将代码部署到云端需要在SAE云端创建对应的云端应用环境，应用创建的同时系统会创建该应用的SVN仓库，此SVN仓库是所有代码部署的最终入口，本地使用TortoiseSVN客户端提交代码来完成代码部署。
3.2 云标签、云推送、云同步
云标签：云服务器端定时智能分析科普资源数据，根据访问量、创新指数智能排序科普资源，将统计结果以云标签的形式展示。定时功能主要使用SAE提供的Cron分布式定时服务来触发计算科普资源排行。智能分析科普资源使用SAE提供的Counter计数器服务，实现高并发情景下的计数功能。在程序中创建计数器之后，通过Counter的API对计数器进行加减和统计设置，实现高并发情景下的计数功能。
云推送：云推送依赖SAE提供的SAE-Android-SDK支持环境。首先要在SAE云平台中申请云推送服务，在SAE-Android-SDK支持下，本地编写代码调用云推送API完成消息推送。Channel是SAE提供的实时消息推送核心服务。通过在浏览器和SAE服务端之间建立长连接，使得应用可以方便地向客户端实时推送消息。
云同步：通过在科普云端开辟一个称之为草稿箱的云存储区域，同一账号下，无论用户使用何种终端设备，上传到云端的信息都会存储在同一个存储区内，实现多平台同步、共享。
3.3 支持多种终端设备
本平台终端设备包括PC、移动智能设备。移动智能设备包括平板电脑、智能手机，有IOS操作系统，也有Android等其它操作系统。在设备不同、操作系统不同的背景下如何选择开发技术将直接影响用户的操作体验。本平台选用在Github发布的Bootstrap开源框架完成平台前台的开发。Bootstrap 是一个基于HTML、CSS、JavasCRIPT用于快速开发Web应用程序和网站的前端框架，它支持Internet Explorer、 Firefox Opera、 Google Chrome 、Safari等主流浏览器，只需要一次前端开发就能有效适配手机、平板、PC设备，实现系统跨平台。
4 结语
云计算技术的快速发展加快了教育信息化的建设进程，促进了IT技术架构的改革。云计算技术支持的科普资源平台解决了当前存在的众多问题，降低了平台的开发成本。本平台不仅实现了科普资源统一管理，信息互联共享，同时给广大访客提供了一个创新的舞台，从接受者变成创造者，从简单的科普知识浏览过渡到创造性自由发挥，在提高访客参与科普创造热情的同时，更凝聚了广大科普爱好者的智慧。基于云服务的科普资源平台开发是一种新的探索和创新，为将来云计算大规模应用于科普平台建设积累了宝贵经验。
参考文献：
[1] 岳敬华.基于云服务的智能家居系统的研究与设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2013.
[2] 高星华.基于Xen虚拟机的PAAS云平台的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2011.
[3] 李健.云计算支持下高校网络教育平台设计[J].鸡西大学学报，2015（15）：20-22.
[4] 金贵朝.基于云计算的高校青年教师教学发展在线平台的构建[J].中国教育技术装备，2014（16）：34-36.