云计算在港口行业中的应用.docx
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云计算在港口行业中的应用
云计算在港口
行业中的应用
1需求分析
云计算作为一种全新的商业模式，己经深刻的影响着整个IT产业。
将云计算结合到各个行业的业务应用中，从而将过去多年来积累的业务知识整合到云计算架构体系上，将体现出更深层次的价值。
随着物流行业整体信息化水平的不断提升和市场竞争的日益激烈，作为物流重要枢纽的港口企业，需要构建高效灵活的IT系统，快速应对市场需求变化，确保在竞争中的优势地位。
港口作为物流供应链中的重要环节，以单个港口企业为中心的IT系统不利于供应链的优化，缺乏全局的统筹。
另一方面，随着政府监管部门对港口企业的监管日益规范，也对港口企业的IT系统提出了新的要求。
如海关对进出口货物进行监管，需要从港口的IT系统中提取进出口货物的数据，甚至需要对港口的生产业务流程直接进行控制，所以需要从整个港口物流的角度来重新审视IT系统的建设。
港口行业中存在着大量的中小型企业，如何提高他们的IT水平，是一直以来难以解决的难题。
同时大型港口企业维护着庞大的IT基础设施，其维护成本日益增加。
庞大的IT投入使得大型企业在采用新技术和企业创新等方面受到了限制。
随着云计算的迅速发展，凭借自身的优势，云计算可以帮助港口企业以最少的工T投入，获得高性能的IT服务，有利于中小港口企业获得大企业级别的IT服务。
同时减轻大型企业的IT负担，使企业把精力投入到其核心业务上。
基于云计算的流程优化，可以实现整个港口行业的大型重构，提升行业的总体IT水平和竞争力。
2意义和目的
在港口行业中使用云计算，可以用更少的成本提升行业的整体信息化水平，加快行业的IT变革，快速的应对市场变化。
具体意义包括:
1）全方位的IT服务。
云计算平台可为港口行业中的大中小企业，船货代理公司，船货主，以及上级监管部门提供统一的、全方位的工T服务。
2）港口物流一体化。
实现港口物流的一体化，提升港口物流整体竞争力。
使各个环节密切协调，优化资源的配置，提高生产效率。
3）规范监管。
规范港口作业流程，便于监管部门管理。
港口业务涉及危险品、进出口货物的装卸作业，监管部门可以使用云计算平台的提供的服务，实现统一监管，规范作业流程，提高各部门系统效率。
4）随需而变。
对市场需求快速反应，随需而变，提高企业lT的灵活性和扩展性。
云计算平台的开放性允许用户在平台中部署自己开发的应用，并进行各个应用间的集成。
云计算平台提供的服务构建在S以基础架构上，能有效利用SOA的灵活性，实现IT与业务的对齐。
5）降低IT成本。
云计算平台由专业的第三方维护，利于采用现代信息技术的成果，实现规模效应，减少用户的IT投入成本。
3港口业务流程分析
3.1外部环境分析
港口企业面临的外部环境复杂，需要与多个部门交互才能完成生产。
这些部门主要包括港务局、出入境检验检疫局、海关、海事局、出入境边防检查总站、铁路集团公司、中央气象台、船代、货代、船主、货主以及合资单位等。
交互关系如图1所示:
港口企业与各个外部实体间交换的信息如下表所示:
3.2协同作业流程分析
港口业务流程的特点，决定了必须通过各部门的配合，才能完成作业流程。
这就对业务流程的协同作业提出了更高的要求，需要有一个灵活高效的IT支持。
这种需求使得在考虑业务流程优化时，不能仅局限于一个企业内，要从整个供应链的角度，综合分析与港口业务相关的上下游企业、政府部门的交互等。
跨越企业、政府部门边界的大型业务流程重构是业务流程优化是新亮点，是提高业务流程优化的重要途径。
为了更好的说明跨流程、跨部门的业务优化在港口企业中的重要性，以外贸进口业务流程来说明各部门如何进行协调，完成作业。
图2港口企业业务流程与外部实体的交互
从图2中可以看出，港口的业务系统要与多个外部部门、用户进行交互才能完成一次作业。
对于这样的业务流程，仅对港口内部流程优化是不能满足要求的，而在单凭一个企业的能力是难以完成这样大型重构是不可能的。
3.3港口企业内部生产业务流程分析
（略）
4港口行业云计算服务平台设计
云计算的IT即服务的思想，能有效的解决港口企业面临的IT困境，减少IT投入和风险，能够以较少的投资和最短的周期获得IT交付，提高企业对业务变化的反应能力。
同时云计算可以让企业获得更专业、更适合企业发展的IT解决方案，云计算平台的服务提供商，将根据市场和技术的发展，持续的对软件服务进行维护，保证了所提供的服务的先进性。
云计算提供的大规模计算能力，使得在实现跨企业、跨组织的流程重组成为可能，可以对业务流程进行更大、更深层次的优化。
4.1总体架构模型
结合云计算平台和港口业务的特点，本方案经过分析论证，提出了云计算+SOA架构的港口行业云计算应用模型，具有一定的创新性。
如图3所示。
港口行业云计算平台的基本架构应该包括三个层次:
基础设施层，应用层，服务提供层。
4.2基础设施层设计
基础设施层包括对平台起支撑作的硬件资源、软件资源。
硬件资源包括:
计算机、存储设备、网络设备等。
这些硬件资源由一个分布式计算框架管理着，这个分布式计算框架隐藏了后台分散的硬件资源，对外提供统一的计算服务。
软件资源包括:
供存储服务、队列服务、应用服务、以及其他与企业运用相关的服务。
根据港口行业的特点来看，云计算可分为私有云和公共云两大类。
4.2.1私有云
私有云是指港口企业在自己企业内部搭建云计算平台，来管理企业内部的资源，实现IT资源的有效管理。
对于大型的港口企业来说，其自身就拥有大量的软硬件资源。
随着企业IT环境的日益复杂，IT预算更多地被用于维护基础架构和应用程序的正常运行，而不是更好地满足新的业务需求。
此外，目前企业采用的IT架构模式是为每一个应用分配特定的软硬件资源。
由于软件使用都会有个一个最大的峰值，通常情况下IT资源的供给量都是满足这个峰值的，这就导致了在峰值过后，企业出现了大量的闲置IT资源。
由于没有良好的架构模式，这些闲置的lT资源并不能分配给其它的计算需求，导致了企业大量lT资源的浪费。
企业可以通过在内部采用云计算，建立私有云。
通过构建私有云，IT部门可以大大简化计算的交付，从而降低成本、提高灵活性，使IT能够以更快的速度响应不断变化的业务需求。
港口企业搭建私有云是其使用云计算的主要方式。
私有云可以屏蔽掉云计算在企业应用中的诸多不足。
私有云能有效的解决企业的安全问题，数据通过企业内部网传输，在自己的服务器上进行处理，并保存在自己的储存设备上。
也就是说，企业能对数据进行完全控制。
私有云作为企业使用云计算的主要方式之一，目前己经有成熟的技术支撑。
如Apache的Hadoop和VMware的VMwarevsphere4都能为企业提供很好的云计算解决方案。
由于搭建私有云先期投资大，技术要求高，需要专业的技术人才，所以私有云只适合大型港口企业。
4.2.2公共云
与私有云不同，公共云由第三方提供，并通过互联网对外提供服务。
由于多个企业共享同一个云的服务，这为基于云计算平台的行业流程优化奠定了基础。
本方案将从公共云的提供者和使用者对公共云做以论述。
1.公共云的提供者。
公共云提供者应提供云计算服务的技术、人才优势，对港口行业有较深的理解，能够提供港口行业IT解决方案，帮助企业有效的解决运营中的问题，用来促进企业的发展。
由于公共云担负着整合行业资源、优化供应链等职责，公共云的提供商可能得到政府及相关监管部门的支持，从而有效的对各方进行协调，共同致力于港口行业信息化的提升。
2.公共云的使用者。
企业通过公共云获得IT服务，可以利用云计算的所有优势，如IT投入少、风险小、即买即用等。
不足是基础资源由第三方掌握，企业难以控制云服务的稳定性和可靠性;同时由于企业数据通常具有敏感性，对数据安全程度要求较高。
这成为了企业使用云计算的阻碍。
在这种情况下，企业一般采取把一些辅助性的IT资源移到公共云中，而把核心的业务处理留在企业内部的方案，这一方案能有效的利用云计算带来的优势并弥补其不足。
公共云的使用者主要是中小港口企业，货主、船、货代公司等，它们可以通过公共云获得完整的解决方案。
对于大型企业来说通常是采取公共云与私有云相结合的模式，把一些起辅助作用的IT资源交给专业的云来处理，如大量的文档存储，电子邮件处理等。
而把企业核心的业务处理留在企业的私有云上。
4.3应用层设计
基础设施层类似于一台没有安装任何软件的电脑，不能对外提供任何应用服务。
要能对外提供企业级的服务，发挥云计算平台的优势，还必须在基础设施层上构建满足企业应用需求的软件基础。
在平台总体架构中，本方案把这些支持服务的集合放入应用层，由应用层统一管理。
用户要想在云计算平台中开发、运行服务，要求云计算提供基本运行环境。
运行环境应满足服务的定义、服务的管理和服务的调用三个方面的要求。
运行环境对服务的定义的支持，使用户能进行服务的定义来满足业务的需求。
服务管理主要提供对服务的组装、编排、监管等功能，以满足特定业务流程的定义。
而服务调用则为用户提供的服务调用的统一接口，方便用户使用云计算平台中的服务。
SOA架构满足上述云计算服务生命周期的管理需求，并且SOA己是成熟的企业架构模式，在港口云计算平台的应用层设计上，本方案认为SOA是最佳架构模式。
以下本方案将对SOA与云计算的结合方式做以论述。
4.3.1云计算与SOA
SOA架构风格是将业务转换为一组相互链接的服务或可重复的业务任务，在需要时通过网络访问这些服务和任务。
这个网络可以是本地网络、Intemet，也可以分散于各地且采用不同的技术。
SOA可以对这些服务进行结合，以完成特定的业务任务，从而让您的业务快速适应不断变化的客观条件和需求。
SOA强调服务第一，业务和IT对齐，为灵活而构建的思想，这些都能很好的帮助港口企业快速应对市场需求变化。
港口业务流程涉及多个部门，需要各环节有效协同，相应的软件架构要能有效的对跨流程、跨组织的流程进行有效整合。
在云计算模型中，因为各个港口企业的业务在大体上相同的，可以重用大部分业务服务。
另外根据各个港口的业务的不同，流程也不同，所以云计算提供的服务要能根据企业的个性需求进行灵活的配置。
从港口行业对IT服务的需求和SOA风格的特点来看，SOA能够满足港口企业对IT随需而变，实现流程的快速重组等需求。
本方案认为云计算平台与SOA相结合，能有效满足港口企业对IT服务的需求，综合分析云计算平台和SOA的特点，二者结合可以带来诸多优势。
1.有效的服务设计。
SOA架构的服务设计一般用于特定系统的集成中，一般情况下在接口设计，对外提供服务等方面设计比较粗;但部署在云中的服务要提供给各种不同的用户进行调用或组装的，一般都是经过良好的封装和设计的。
云计算对SOA的服务质量提出了更高的要求，对用户来说，可以获得更高质量的服务。
从而增加了服务的重用性和灵活性。
2.提高服务的隔离度。
以SOA的观点分析企业的lT资源时，每一项资源都可以看成是一项服务。
就目前云计算的应用发展状况来说，企业不会把所有的数据、计算都放到云上，特别是其核心的业务数据。
采用SOA架构后，企业就可以通过隔离服务的关注度，找出哪些资源应该驻留在本地，哪些资源应该放在云中。
3.提高服务管理的质量。
许多服务位于云计算的资源池中，并没有得到的很好的管理。
就目前而言，云计算技术没有服务管理的概念。
但SOA有成熟的服务管理框架，如服务的统一描述、发现和集成（UDDI），服务质量管理等，从这个层面上说，SOA有效的弥补了云计算在服务管理上的不足。
在复杂企业运用方面，云计算并没有很好的软件架构，而SOA与云计算的诸多相似点和优势互补性，说明SOA作为云计算应用软件的基础架构，可以充分发挥各自优势，为企业提供更好的服务。
4.3.2应用服务定义层设计
服务定义主要为用户提供在平台中定义服务的功能，包括两个方面的含义，其一支持企业的目标和战略的服务设计。
SOA的IT与业务对齐的思想可以实现满足云计算的这种需求。
其二是从编程角度上看，支持服务的设计与开发，即具体服务的实现，本方案将对服务的具体实现方式做进一步论述。
服务组件体系结构（SCA）由一组规范组成，使用面向服务的体系结构描述构建应用程序和系统的模型。
它的基本理念是:
业务功能都是用服务来描述的，通过将这些服务进行组装就可以提供新的业务;在组装的过程中，可能需要新开发一些服务，也可能从企业己有的业务功能中抽取出服务进行重用。
使用SCA装配模型，我们可以方便的将构件的服务，暴露为不同的调用协议，实现SOA中对各业务模块间服务整合的功能。
SCA服务组件往往是粗粒度的，能够独立处理一定业务流程。
SCA服务组件的接口是标准的，主要是WSDL接口和Java接口。
SCA服务组件可以通过组件容器提供QoS（qualityofservice）的服务。
根据港口企业业务的特点，对业务功能进行适当的切分，封装为服务组件，便于组件重用和流程组装，提高系统的灵活性和可维护性。
4.3.3应用服务管理层设计
服务管理主要提供组装服务所需的流程编排服务，统一事件支持，以及相关的规则服务、任务调度、选择器等。
服务管理层提供的服务既可为系统内部服务集成提供支持，也可以以webserviee或API的方式提供给外部程序调用，如服务编排和规则服务等，这也为平台为用户提供了更多服务选择。
SOA中流程往往是跨系统的，通过流程编排与管理来协调系统之间的业务流转。
企业通过对流程的编排与管理可以监控企业的运行状况，并通过对流程的优化提高企业对业务的响应时间，降低运营成本。
此外，流程编排与管理负责把在流程协调的同时，产生的相关人的任务，推送到个人工作台。
所以把流程服务提供给最终用户是使用是平台的不可或缺的功能，也是平台的一大特色。
统一事件支持提供对业务事件的支持，帮助各业务模块间实现松祸合。
业务逻辑发出事件后不需要关心事件消费者。
通过业务事件的方式，可以实现系统间非侵入式的集成。
在流程管理方面，统一事件支持提供了业务流程的自动流转的功能。
4.3.4应用服务调用层设计
提供给用户使用的服务位于该层。
提供的服务包括:
支持开发用户在平台中开发运用的SDK，可供外部调用的webService，平台提供的个性化软件服务，以满足用户个性化需求的其它服务。
SDK（softwareDevelopmentKit）提供在云平台上开发的应用工具，类似传统开发中的API，但这里的SDK是经过深度定制的，提供符合云计算平台的架构的应用服务接口。
提供SDK的主要目的是满足港口企业对IT的个性化需求。
在当前企业自己管理软件的模式中，当企业需要一些个性化的软件时，技术部门就会把这个应用开发出来放到服务器上。
如果有云计算平台提供服务时，企业可以借助SDK来开发个性化应用。
SDK提供支持企业应用基本的内容，包括存储服务，队列服务，安全认证服务等。
此外还提供调用webservice和封装成webservice供外部调用的能力。
Webservice封装云计算平台中的SCA组件提供给外部的调用。
与SDK不同，webservice可以被外部系统直接调用，如提供天气、潮汐服务，位置服务等。
应用服务是本层的主体，以完整企业运用的方式提供给企业用户，一般采用SaaS的方式提供。
云计算平台已经定位到港口企业，说明有很多软件都是类似的，这为深度集成应用软件提供了必要条件。
对于港口企业而言，这些软件包括:
船舶跟踪地位系统，泊位可视化管理系统，库场可是管理系统，邮件服务，内容管理（CMS），客户管理系统（CRM）等。
4.4服务提供层设计
4.4.1服务提供方式
作为一种全新的商业模式，云计算以IT即服务的方式提供给用户使用。
IT即服务可以细分为:
基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）三种方式。
企业对IT的需求是灵活多样的，云计算提供的这三种方式能在不同应用级别上满足企业用户的需求。
IaaS为用户提供基础设施，满足企业对硬件资源的需求。
PaaS为用户提供应用的基本运行环境，支持企业在平台中开发应用，使平台的适应性更强。
SaaS提供的支持企业运行的一般软件，使企业能够获得较快的软件交付，以较少的lT投入获得专业的软件服务。
在IT即服务模式下，服务提供商通过网络向用户提供硬件，软件服务，以及咨询服务等。
用户可以根据自己的实际需求定制云中的服务。
用户可以按定购的服务多少和时间长短向云计算提供商支付费用。
这样港口企业无需对软件进行维护，由云计算平台的服务提供商负责维护。
由于云计算平台以服务的方式来交付IT资源，这就需要使用一定的协议来对服务进行约束。
目前主要采用SLA（ServiceLevelAgreement）来实现这种约束。
SLA是服务提供者和客户之间的一个正式合同，用来保证可计量的网络性能达到所定义的品质。
在SLA中可以规定服务在一定百分比的时间内（例如，99.9%）是可用的，数据备份频率，以及无法满足协议规定的服务品质时，如何赔偿等。
经过以上分析，本方案认为用户使用云计算中的服务可以通过下面的流程进行:
如图4所示:
1.确定使用意向。
这是云计算服务提供商和企业相互协调的过程。
用户可以通过提供商的演示或者在其他企业的实际运行效果，决定是否采用云计算提供的服务。
云计算服务提供商也需对企业的现有IT环境进行分析，为用户提出基于云计算平台的IT解决方案。
2.个性化定制。
采用SaaS模式时，一般都需要根据港口企业的实际情况对软件服务进行个性化定制。
3.用户免费试用。
用户以免费的方式使用云计算服务，这样降低了用户的IT投资的风险，同时也加快了IT服务的交付。
4.签订sLA协议，在线租用。
协议的内容主要包括服务内容、费用，数据安全、备份等方面。
5.结合用户实际情况的深度定制。
云服务提供商可以结合用户的实际，在原有服务的基础上，对应用进行扩充和改进，满足其个性化需求。
6.售后服务。
云计算提供商负责服务的维护，系统升级等服务，保证系统的平稳运行。
4.4.2用户交互层
一般情况下，用户可以通过web浏览器使用“云”中的服务。
但对于复杂的企业应用而言，简单的IE可能难以满足云计算的需求，如库场、泊位可视化等服务，对前台客户端的交互性提出了新的需求。
为了满足这种需求可以发布自定义的客户端，这种客户可以兼具浏览器的功能，但又能提供云计算平台的服务的支持。
如Google的chrome浏览器。
港口企业云计算平台可以提供类似的浏览器来使用服务。
这种专属浏览器可以集成与云计算平台相关的服务，如为库场、泊位可视化管理提供的图形化操作界面。
此外为了满足不同用户的需求，平台应提供不同的交互方式，方便用户操作。
港口业务的复杂性决定了我们应该为用户提供不同的展现方式。
如对现场作业人员，应该提供无线终端设备，如手机、手持PDA等，以便他们能与系统进行实时交互，这有利于现场作业数据的采集。
对于办公室作业人员，应该提供基于富客户端的界面，使操作人员能方便的进行业务工作。
对于重要的消息、指令等，将通过手机短信的方式通知相关人员。
4.5平台运维方式设计
4.5.1中小港口企业采用云服务
为了适应企业不同发展阶段对资源的需求，云服务将为企业提供适合自身发展的服务。
云服务针对中小港口企业在起步发展、成熟、稳定阶段的不同IT需求，提出相应的解决方案。
1.起步发展阶段——共享的云。
处于这一阶段的中小企业，资金实力相对薄弱，对IT资源依赖少。
此时中小企业可采用SaaS模式，从云中获得服务。
处在这一阶段的IT服务资源通用性强，个性化要求低。
如面向中小企业的电子商务网站。
采用SaaS模式获得IT资源，可降低中小企业的IT建设与维护成本。
由于各企业共享运用程序，维护方能方便快捷的对软件进行升级、拓展，以满足企业的需求。
2.成熟阶段——资源独占的云。
当企业发展到成熟阶段时，生产业务流程相对稳定。
此时企业要求采用IT服务，来提高生产效率，在竞争中取胜。
云服务为处于成熟阶段的企业提供资源独占的云。
此时企业的运用程序将独享运行在云计算平台上的运用程序，并且享有一定的流程定制权利和管理权限。
企业独享运行在云计算平台的运用程序可以带来诸多好处。
这种模式类似于云为企业提供一个运行在远程的数据中心。
传统模式下，企业不但要购置全套的软硬件设备，还必须有专业的IT队伍来维护这些软硬件。
在云服务模式下，企业只需花少量资金就能从云中获得具备大企业服务质量的IT服务，并有专业的技术人员为其维护，保证应用的有效运行。
3.稳定发展——随需而变的云。
企业经营有一定的周期，企业都是采购运营峰值时需要的IT资源来满足需求，但更多的时候，这些IT资源都是闲置的，没有被有效利用。
云服务将有效的解决这一矛盾，当企业运营峰值到来时，云计算平台将自动为其分配满足其要求的IT资源。
峰值过后也将自动的移除多余的IT资源。
这样不仅实现了资源的有效利用，而且降低了企业使用IT资源的成本。
随需而变的云为企业动态分配IT资源。
4.5.2大型港口企业采用云服务
大型企业与中小企业采用云计算服务的策略有所不同，在形式上更加灵活。
主要方式包括:
1.搭建企业专属的内部云计算平台。
大型港口企业一般具有较强的软硬件资源和相对专业的人才。
随着环境的复杂性与日俱增，企业的IT预算更多地被用于维护基础架构和应用程序的正常运行，而不是更好地满足业务需求。
借助云计算技术，如Hadoop，VMware等，企业可以采取注重实效的方法在自身的IT环境中实现云计算。
通过构建内部云，IT部门可以大大简化计算的交付，从而降低成本、提高灵活性，使IT能够以更快的速度响应不断变化的业务需求。
2.内部IT服务与云计算服务相结合。
要把整个企业的IT转移到云计算中成本高，不利于重用现有资源。
所以大型企业采用把企业现有IT资源与云计算服务相结合的方式，来支撑企业IT运行。
这种方式可以有效降低采用云计算的成本，又能降低企业采用新技术的成本。
企业可以从云中采购先进的软件服务，通过标准化的接口，与现有应用进行整合，加快软件的交付和减少IT运维成本。
4.5.3问题及对策
一直以来，安全问题都成为了云计算发展的瓶颈，是云计算实施的最大阻碍。
结合港口行业的特点和云计算目前的技术现状，本方案提出来平台面临的安全问题和对策。
1.数据安全问题。
数据的安全问题来自数据通过internet传输，数据交由云服务提供管理后如何保住数据的安全，以及数据在服务器端的计算和数据备份问题。
一般来说，企业数据都有其机密性，如客户数据，合同条款中的计费规则等。
但企业把这些数据交给云计算平台后，企业就失去了对数据的控制权，增加了数据被泄露的可能性。
通过对数据加密来保证数据在internet上的传输，建立SSL安全隧道，采用VPN技术等方式来保证数据在internet上的可靠传输。
另外对数据库中保存的敏感数据进行加密处理，这样可以有效的保证数据的安全。
云计算的虚拟技术可以实现各企业应用之间的隔离，保证企业的数据与其他企业用户的数据隔离开来。
2.服务质量问题。
企业用户担心云计算服务质量得不到保证。
如系统可靠性，可用性等质量问题，以及当出现问题后是否能快速的得到服务商的及时解决等，所以企业用户对云计算持怀疑态度。
通过SLA服务水平协议来确保为用户提供可靠的服务。
同时SLA可以进一步对云服务提供商进行约束，提高服务质量，增加企业用户对云服务的信心。
3.用户心理问题。
用户认为技术问题都是可以解决的，但要取消用户对云计算的忧虑，除了靠技术发展外，还需要很长的时间来消除这种心理障碍。
从技术角度来看，云计算提供的服务，要比企业自己维护的质量高得多。
云计算服务商拥有专业的IT维护人员和设备，对数据的安全、加密、备份等处理的效率要高于企业。
随着云计算技术的不断发展，会有更多的企业用户接受云计算。
4.6服务平台的特点
4.6.1随需而变
港口行业的云计算平台采用SOA架构风格和云计算平台的相结合的方式，能有效的满足企业用户对随需而变的需求。
这种随需而变主要体现在业务流程和IT
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