基于网络的城市应急联动中心方案设计研究

曹立1,吴明晖2,应晶1

(1.浙江大学计算机学院,浙江杭州310012; 2.浙江大学城市学院计算分院,浙江杭州310015)

摘要:首先介绍了网格的基本思想和开放网格服务体系结构的概念,在此基础上提出了城市应急联动中心方案的基本设计,并对系统的体系结构、主要子系统、安全控制策略等关键性问题进行了分析,并给出了数据资源挖掘和安全委托与单点登录实例。

关键词:网格;城市应急联动中心;开放网格服务体系结构;数据挖掘

中图法分类号:TP393.09;TP302.1文献标识码:A文章编号:1001-3695(2004)10-0061-03 Resea rch on Schem e of Gr id-ba sed Count ry Em ergency Respon se Cen tr e

CAO Li1,WU M ing-hui2,YIN G J ing1

(1.College of Computer,Zhejiang Univers ity,Hangzhou Zhejiang310012,C hina;2.Computing Br anch of College of City,Zhejiang Univers ity,

H angz hou Zhejiang310015,China)

Abst ract:The ba sic idea of grid a nd OGSA(Open Grid Services Archit ect ure)a re presented,ba sed on w hich w e provide t he s chem e of Count ry Em erg ency Res ponse Cent re,and it s key fea tures s uch as a rchit ecture,m ain s ubsy st em s,securit y etc.a re a na lyzed in deta il.T wo ex am ples of da ta m ining and s ecurity consign a re present ed in t he las t.

Key wo rds:Grid;CERC;OGS A;Dat a Mining

1 引言

随着社会经济文化生活的不断发展和进步,公共安全和公众服务成为部门的一个非常富有挑战性的任务。如何高效地利用有限资源,提高对紧急事件的快速反应能力和抗风险能力,以及如何为市民提供快捷而又全方面的紧急救助服务,日益成为城市管理者的关注话题。

城市应急联动中心(CERC)作为杭州城市信息化———打造数字天堂的主要构成部分,通过对各种分离的信息与通信资源进行系统集成,将110报警服务台、119火警、120急救、122交通事故报警台以及12345公开电话纳入统一的指挥调度系统,实现、消防、急救、抢险、民防等职能部门之间的统一指挥、协调一致、高效应急、联合行动,提高对重大突发事件的快速反应能力和科学决策水平。

系统采用信息网格为服务平台,将各部门所有连接在本系统中的计算机资源充分利用起来,整合各类计算机、大型数据库、通信设备、可视化设备和各种传感器,提供跨部门的业务应用,形成一个巨大的虚拟超级计算机,为应急联动中心服务,满足其快速反应的要求。由于采用网格标准,各部门提供的服务可以分步参与应急联动中心系统,使得系统在完善过程中有标准可循,能够有前瞻性地保护投资。

2基于网格的结构原理

2.1基本思想

网格是一个集成的计算与资源环境,或者说是一个计算机资源池[1]。它利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个虚拟的超级计算机,其中每一台参与计算的计算机就是一个节点,而整个计算是由成千上万个节点组成的一张网格。这样组织起来的虚拟的超级计算机有两个优势:一是数据处理能力超强;二是能充分利用网上的闲置处理能力,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。

2.2开放网格服务体系结构(OGS A)

开放网格服务体系结构OGSA(Open Grid Services Archi-tecture)[2,3]是继五层沙漏结构[4]之后最重要,也是目前最新的一种网格体系结构。该体系结构构建在Grid(即Globus服务包)和Web服务的概念和技术上,定义了网格服务(Grid Ser-vice)的概念。网格服务是一种Web Service,该服务提供了一组接口,解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题。简单来说,网格服务=接口/行为+服务数据,图1[5]是对网格服务的简单描述。

图1网格服务示意图

在OGSA中,将一切都看成是网格服务,因此网格就是可扩展的网络服务的集合,即网格={网格服务}[6]。以网格为服务中心的模型有如下好处[2]:

(1)由于网格环境中所有的组件都是虚拟的(这里的具

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第10期曹立等:基于网格的城市应急联动中心方案设计研究

收稿日期:2003-10-19;修返日期:2004-03-06体含义是指对相同接口不同实现的封装),因此,通过提供一组相对统一的核心接口,所有的网格服务都基于这些接口实现,就可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务(图2),这些服务可以跨越不同的抽象层次,以一种统一的方式来看待。

图2 OGSA的服务示意图

(2)虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能,在对服务进行组合时不必考虑具体的实现,可以将通用的服务语义和行为,无缝地映射到本地平台的基础设施之上。

3 城市应急联动中心系统方案设计

3.1系统结构

城市应急联动中心系统包含指挥调度中心系统、大屏幕显示系统、辅助决策预案系统、信息咨询集成系统,市民只需拨打110、119、120、122和12345等报警电话中的任何一个即可接通应急联动中心。应急联动中心通过OGSA平台挖掘各部门连接在本系统中的所有资源(包括计算资源、存储资源、数据资源、信息资源等),统一调用各种人力、物力资源。其架构如图3所示。

图3 应急联动中心架构图

3.2系统主要子系统

(1)指挥调度中心

其工作流程为接警、处警、跟踪、记录。

①接警:调度中心显示来电人的姓名、地址和电话号码,以及报警点附近的电子地图,并将报警事件按性质传给相应的部门来处理。

②处警:调用信息咨询集成系统和辅助决策预案系统,对所有的资源和救援力量分布了如指掌,参照系统提供的救援方案指挥相应部门、人员或现场指挥车出警,并通过无线调度台和数据传输设备,将指令实时下达给街面执勤警员。

③跟踪:现场的画面、话音和数据信息通过无线通信系统传回指挥中心,形成指挥中心与现场之间的互动反馈。

④记录:信息网络及画面、语音记录设备如实记录下与事件相关的画面、语音及数据信息,供未来检索查询。

(2)大屏幕显示系统

根据指挥需要展示报案地点的电子地图、救援现场画面以及其他相关信息。

(3)辅助决策预案系统

①根据用户电话号码自动在屏幕上标志出报警地点,并根据用户的报告描述自动显示事故地点,同时显示相应警区、消防区或救护中心信息。

②系统自动产生警戒圈或堵截半径,自动确定堵截路口及相应的支援警区、消防区或医院。

③根据信息咨询集成系统,掌握警车位置和道路交通的实时状况,实现自动派车和最佳路线实时选择。

④请求无线定位技术的服务,来实现恶意电话识别和自动锁定跟踪。

(4)信息咨询集成系统

信息咨询集成系统是一个全方位全透明的可视化信息挖掘系统。系统根据指挥调度中心和辅助决策预案系统的需要,自动向各相关部门请求服务,挖掘有效数据,以各种形式自由便捷展示报案地点的地理环境:从街道、娱乐场所和居民住宅分布,到路灯、变压器和消火栓分布;再细化到一幢大厦的材料结构、房屋分层分幅图和能源供应线路、通信线路等,以及通过请求门的GPS系统服务掌握该区巡逻警车的具体实时位置,或是请求交警部门的路况监测系统的服务掌握报案地点的交通状况。

3.3安全控制策略

基于网格的城市应急联动中心是一个涉及多部门和多业务的系统,应该全方位进行安全控制。

(1)设备安全性和可靠性

机房环境和制度应符合国家有关计算机机房安全的专门标准。对关键部件采取1+1冗余配置,如中心服务器。

(2)主机配置优化

采用口令安全性规则,超级用户唯一性规则,禁用Trusted 主机(被信任主机)规则,禁用r命令规则,禁用X Windows规则,审核用户账户的安全性规则,禁止不必要的网络访问服务规则,检查服务器登录记录,检查用户信息。

(3)数据存储安全

采用磁盘阵列和异地容灾备份,再结合数据系统自身的安全机制。

(4)数据传输安全

采用Globus项目中的GSI[7]技术进行通信加密(将公钥技术和对称加密技术相结合)和私钥(采用加密的Smartcard 来保护私钥)保护。

(5)数据访问安全

采用GSI技术进行安全认证(采用X.509认证)、安全身份相互识别(采用SSL协议)、委托和单点登录(采用支持委托扩展的SSL),以及防火墙技术来保证数据访问的安全。

3.4资源挖掘实现实例

下面给出一个资源挖掘的实例(图4),它展示了基于网格

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年的城市应急联动中心是如何挖掘报警地区的所有救护中心的信息资源。

图4 数据挖掘应用实例

(1)初始状态,该环境包括以下运行环境。应急联动中心的一个应用程序,卫生局的应用环境(支持产生数据查询服务),以及各个救护中心的数据库。

(2)应用程序激发创建网格服务的请求,要求创建数据查询服务,该请求会激发应急联动系统与卫生局应用环境的相互认证(使用网格服务规定的认证机制),然后就是对相应请求的授权。请求的成功将导致数据查询实例的创建,并给该实例赋予一个初始的生命周期。新的数据查询服务实例就有了委托代理证书,该证书允许服务实例以用户身份执行进一步的远程操作。

(3)新创建的数据查询服务使用委托代理证书开始向救护中心的数据库提出数据请求,并将中间结果放在自己的局部存储器,数据查询服务同时使用通知机制向用户应用周期性提供更新后的状态。同时应用程序产生周期性的请求保持的请求,使得创建的网格服务实例能够不断存活下来。

(4)如果由于某种原因,用户应用失败,但是数据查询计算仍继续进行,其结果已无人关心,请求保持的消息请求也不再产生。

(5)由于应用失败,请求保持消息停止,查询实例最终因为超过其生命周期规定的时间而终止,同时释放相关的计算和存储资源,回到最初状态。

3.5 安全委托与单点登录实例

下面给出一个安全委托与单点登录实例(图5),它展示了基于网格的城市应急联动中心是如何请求一个区交通局的交通视频监测服务。

图5 安全委托与单点登录实例

应急联动中心首先在市交通局创建一个用户代理,这个代理包含一个新的证书,这个证书是由用户签署的,而不是认证中心。证书中有新的公钥和私钥、用户的标志、代理标志和时间戳。时间戳表示在一定的时间范围内,这个代理是有效的。最后由应急联动中心通过市交通局的用户代理向区交通局申请交通视频服务,此时资源管理者会收到用户签署的证书和代理签署的证书。其中用户证书的用户公钥,是用来确认代理证书中数字签名的合法性。这样实际上就形成了认证中心-用户-代理-资源管理者的信任链。

4结论

基于网格的城市应急联动中心是一项复杂的系统工程项目,其前期的网格基础设施建设技术性很强,除了需要邮政、电信部门的积极配合外,还需要组织一大批科学工作者投入到这一工程中。就总体而言,该项目投资规模大、性强、涉及面广、实施周期长、不确定因素多,因此其风险也相对较大,需要部门的大力支持。

统一报警、统一指挥、快速反应、联合行动,城市应急联动中心必将显示出为市民解难,为分忧的巨大力量。由浙江大学网新与IBM合作的城市应急联动中心的模型系统目前已经通过专家认证,项目的实施工作正在紧张地进行中。

参考文献:

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[2]Ian Foster,Carl Kessel man,Jeffrey M Nick,et al.The Physiology of

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[8]L Pearlman,V Wel ch,I F oster,et al.A Community Authorization

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作者简介:

曹立(1977-),男,浙江温州人,在读硕士生,主要研究方向:软件工程;吴明晖(1976-),男,江西景德镇人,讲师,硕士,主要研究方向为软件工程;应晶(1971-),男,浙江龙游人,软件学院副院长,博士生导师,主要研究方向为软件工程。

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第10期曹立等:基于网格的城市应急联动中心方案设计研究