CN110020061A - 一种智慧城市时空信息云平台服务引擎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智慧城市时空信息云平台服务引擎，包括软件开发模块、缓存模块及访问调度模块，其中：软件开发模块是基于Owin规范的Katana架构，根据不同服务类型对应用程序进行组件式开发，并分布式部署；缓存模块是基于缓存阈值及时空挖掘算法对Redis缓存策略进行优化；访问调度模块采用基于时空弹性调度的Nginx反向代理服务器策略；基于机器学习算法对用户访问日志挖掘、分析，将用户分为正常用户和非正常用户两类，并对非正常用户访问进行预警提示和限制访问操作。该服务引擎在高并发访问的情况下，可实现用户在线安全访问并快速调用云平台各种服务，灵活实现服务间的彼此通信和转换。

Description

一种智慧城市时空信息云平台服务引擎
技术领域
本发明涉及智慧城市时空信息云平台领域，尤其涉及一种智慧城市时空信息云平台服务引擎。
背景技术
伴随着新一代信息技术的诞生，智慧城市是城市发展的新兴形态和未来趋势。以物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能等技术为代表的新兴科技集成是智慧城市建设的核心，其中物联网、大数据、移动互联网都与地理位置和时空演变具有紧密关系，即与地理信息系统(GIS)技术息息相关，智慧城市的发展离不开GIS技术和应用的不断发展和创新应用。GIS应用的发展积累了很多的空间地理数据资源和GIS应用系统，为城市GIS应用的发展奠定了很好的基础。目前，全国多个城市正在开展智慧城市建设，但信息孤岛的问题普遍存在，大多数分布的、异构的数据资源以及应用系统事实上已经形成了GIS应用的孤岛。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种智慧城市时空信息云平台服务引擎，该服务引擎在高并发访问的情况下，可实现用户在线安全访问并快速调用云平台各种服务，灵活实现服务间的彼此通信和转换。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种智慧城市时空信息云平台服务引擎，包括软件开发模块、缓存模块及访问调度模块，其中，软件开发模块是基于Owin规范的Katana架构，根据不同服务类型对应用程序进行组件式开发，并分布式部署，用于解决.NET应用程序与IIS服务器的紧耦合问题；缓存模块是基于缓存阈值及时空挖掘算法对Redis缓存策略进行优化，用于解决平台内部性能问题；访问调度模块采用基于时空弹性调度的Nginx反向代理服务器策略，用于实现高并发服务访问的服务器负载均衡。
优选地，所述组件包括服务组件及功能组件，所述服务组件包括数据服务组件、功能服务组件、接口服务组件及知识服务组件。
优选地，所述组件链接成一个管道，管道中所有服务组件都是异步的。
优选地，，所述Nginx反向代理服务器的实施步骤包括：
接收客户端发送的服务请求；
分析请求内容，将不同的请求划分为不同的类型，分析结果将供给分析调度算法使用；同时定期检索Web集群系统中服务器的各种信息，分析Web服务器运行日志，如果发现Web服务器的负载状态与上一次检索的负载状态差别较大时，立即转发该Web服务器的负载状态，并实时保存各Web服务器的负载状况；
根据分析请求内容结果以及服务器运行日志情况，采用相应的权值计算公式计算各个服务器的权值，选择权值最大的三台，向选中的Web服务器分配服务访问请求，再根据请求响应时间长短，选中响应时间短的服务器分配任务；
接收到Web服务器返回的访问结果后，将访问结果返回给用户。
优选地，，Web服务器的状态监控记录了Web服务器处理服务访问请求的时间，并将结果供给反向代理服务器定期检索使用，用于Web预判服务器是否已经处于“假死”状态。
优选地，基于机器学习算法对用户访问日志挖掘、分析，将用户分为正常用户和非正常用户两类，并对非正常用户访问进行预警提示和限制访问操作来保障时空信息全方位的安全。
实施本发明具有如下有益效果：本发明是针对智慧城市时空云平台开发的支撑数据服务、功能服务、接口服务和知识服务的共享和交换的服务引擎，该引擎通过基于Owin协议的Katana架构，云计算环境下，基于Nginx作为反向代理和时空弹性调度策略结合解决高并发服务访问的负载均衡问题，基于优化后的Redis缓存技术解决平台内部性能问题，基于机器学习算法的用户访问日志挖掘分析功能，达到服务访问的实时安全监控和预警。开发了智慧城市时空云平台服务引擎，平台在保障访问安全的情况下，不仅具有良好的服务承载能力，而且具有支撑高并发访问的能力，快速地响应各级各类用户的服务访问请求，真正达到一个城市地理信息、功能接口及其增值服务的实时共享交换，且可以监控到某类请求或某个请求访问的频率，有利于管理端实时监控。
附图说明
图1是本实施例提供的一种基于Owin规范组件式开发的结构示意图；
图2是本实施例提供的一种基于Nginx反向代理服务器的架构示意图；
图3是本实施例提供的一种基于Nginx反向代理服务器访问请求流程图；
图4是本实施例提供的一种基于Nginx反向代理服务器调度算法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供的一种智慧城市时空信息云平台服务引擎，包括软件开发模块、缓存模块及访问调度模块，其中，软件开发模块是基于Owin规范的Katana架构，根据不同服务类型对应用程序进行组件式开发，并分布式部署，用于解决.NET应用程序与IIS服务器的紧耦合问题；缓存模块是基于缓存阈值及时空挖掘算法对Redis缓存策略进行优化，用于解决平台内部性能问题；访问调度模块采用基于时空弹性调度的Nginx反向代理服务器策略，用于实现高并发服务访问的服务器负载均衡。
OWIN是一种定义Web服务器和应用程序组件之间交互的规范，并且通过抽象层使得这两个在微软平台结合紧密进行解耦，是一种编写和托管组件的新方式。Katana是实现Owin规范的应用程序框架，平台是基于.NET框架开发的。基于Owin规范组件式开发的结构示意图如图1所述，应用程序通过Owin规范与云平台IIS服务器关联起来。应用程序包括服务组件及功能组件，服务组件包括数据服务组件、功能服务组件、接口服务组件及知识服务组件，数据服务组件包括空间数据服务和非空间数据服务，功能组件包括服务鉴权、协议转换、文档处理能力及服务转发；每一种类型的服务都依托于不同的组件向服务器提供应用程序委托，这些组件链接成一个管道，基于OWIN的服务器将会向该管道推送请求。管道中的所有服务组件都是异步的，以便更有效地使用资源。通过这种模式可以按服务类型在IIS服务器上进行分布式部署，例如将交互数据量较大的数据服务与本身运算量较大、消耗运算服务器运算资源较多的知识服务分开，充分利用服务器资源，提高服务访问响应速率。基于Owin规范的Katana架构，进行组件式开发，根据不同服务类型进行分布式部署，解决.NET应用程序与IIS的紧耦合问题。
智慧城市时空云平台面向全市域范围内各部门的时空信息共享、接口共享和知识共享等需求，并发访问量大，数据量多，响应速度要求高，对平台性能是一大挑战。为了解决平台内部性能问题，引入Redis内存数据库技术，当被访问的服务在缓存中已存在时直接查询缓存数据；缓存中不存在时则基于实时接口获取结果。为了避免在缓存太满出现查询服务卡顿的现象，本发明做了两点优化：
A.对缓存数量设置阈值，当达到阈值时，对缓存数据进行清理，将部分数据保存到硬盘上，方便后续继续访问。
B.基于机器学习的预测算法对数据库中历史访问日志进行挖掘分析，将服务查询结果在时间区域和空间区域的预测对Redis缓存通过异步查询进行更新，提高服务访问效率，提升用户体验。
通过优化后的Redis缓存技术，解决了智慧城市时空云平台面向全市域范围内各部门的时空信息共享、接口共享和知识共享等需求而带来的并发访问量大，数据量多，响应速度要求高等平台内部性能问题。
基于Nginx反向代理服务器的架构示意图如图2所述，用户与Web服务器集群之间加入反向代理服务器集群。基于Nginx反向代理服务器访问请求流程图如图3所述，具体实施步骤如下：
S1.接收客户端发送的服务请求；
S2.分析请求内容，将不同的请求划分为不同的类型，分析结果将供给分析调度算法使用；同时定期检索Web集群系统中服务器的各种信息，分析Web服务器运行日志，如果发现Web服务器的负载状态与上一次检索的负载状态差别较大时，即CPU或内存占用率超过80％，高过上一次的30％将转发该Web服务器的负载状态，并实时保存各Web服务器的负载状况；
S3.根据分析请求内容结果以及服务器运行日志情况，采用相应的权值计算公式计算各个服务器的权值。平台最开始所有服务器配置相同，权值设定为100，第一次服务请求随机取一个，当有服务器运行请求，其权值根据处理消耗的CPU、内存资源与服务器总资源的比率计算相加出一个值，将该服务器的权重值减去该值，得到剩余权值；选择权值最大的三台，向选中的Web服务器分配服务访问请求，再根据请求响应时间长短，选中响应时间短的服务器分配任务；
S4.接收到Web服务器返回的访问结果后，将访问结果返回给用户。
计算资源一定的情况下，云计算通过弹性调度以按需、易扩展的方式获得所需资源。Nginx负载均衡器本身是通过接收客户端的服务访问请求，经过相应的负载均衡算法把请求合理的分配给后端服务器，最后把服务器处理结果返回给客户端，同时定期收集后端服务器的负载信息。以Nginx作为反向代理服务器，反向代理服务器是将防火墙后面的服务器提供给Internet用户访问。反向代理服务器可以为后端的多台服务器提供负载平衡，或为后端较慢的服务器提供缓冲服务，对来自多个客户端的高并发服务访问进行反向代理。云计算环境下，基于Nginx作为反向代理和时空弹性调度策略结合解决高并发服务访问的负载均衡问题。
上述步骤S3中调度算法流程图如图4所示，首先根据服务器配置标识每台服务器权重，当有客户访问请求时，选中高权重服务器前三名尝试连接，然后选中连接相应时间最短的服务器处理服务器请求，被选中的服务器权重减一，重新排序。
智慧城市时空云平台面向全市提供时空信息服务，安全性要求非常高，在保障物理环境的安全情况下，软件设计时也必须保障数据安全，除提供安全认证，访问鉴权，应用注册及认证的方式共享到平台中的服务；还需要对用户访问日志记录跟踪分析，实时监控用户足迹，真正落实事前预警，安全预防的策略。
针对海量的日志记录引入机器学习中决策树算法，将用户设定为正常访问用户、非正常访问用户两种类型；根据待预测用户访问记录进行预测，判断其为正常用户或非正常用户，对非正常访问用户进行预警提示和限制访问操作来保障时空信息全方位的安全。预测方法为从用户的服务请求开始，经过安全认证、应用认证、服务鉴权、日志访问量分析、服务下载量分析以及用户行为预测分析逐级判断用户是正常用户还是非正常用户。
实施本发明具有如下有益效果：本发明是针对智慧城市时空云平台开发的支撑数据服务、功能服务、接口服务和知识服务的共享和交换的服务引擎，该引擎通过基于Owin协议的Katana架构，云计算环境下，基于Nginx作为反向代理和时空弹性调度策略结合解决高并发服务访问的负载均衡问题，基于优化后的Redis缓存技术解决平台内部性能问题，基于机器学习算法的用户访问日志挖掘分析功能，达到服务访问的实时安全监控和预警。开发了智慧城市时空云平台服务引擎，平台在保障访问安全的情况下，不仅具有良好的服务承载能力，而且具有支撑高并发访问的能力，快速地响应各级各类用户的服务访问请求，真正达到一个城市地理信息、功能接口及其增值服务的实时共享交换，且可以监控到某类请求或某个请求访问的频率，有利于管理端实时监控。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，包括：软件开发模块、缓存模块及访问调度模块，其中：
软件开发模块是基于Owin规范的Katana架构，根据不同服务类型对应用程序进行组件式开发，并分布式部署，用于解决.NET应用程序与IIS服务器的紧耦合问题；
缓存模块是基于缓存阈值及时空挖掘算法对Redis缓存策略进行优化，用于解决平台内部性能问题；
访问调度模块采用基于时空弹性调度的Nginx反向代理服务器策略，用于实现高并发服务访问的服务器负载均衡。
2.如权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，所述组件包括服务组件及功能组件，所述服务组件包括数据服务组件、功能服务组件、接口服务组件及知识服务组件。
3.如权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，所述组件链接成一个管道，管道中所有服务组件都是异步的。
4.如权利要求1所述的智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，所述Nginx反向代理服务器的实施步骤包括：
接收客户端发送的服务请求；
分析请求内容，将不同的请求划分为不同的类型，分析结果将供给分析调度算法使用；同时定期检索Web集群系统中服务器的各种信息，分析Web服务器运行日志，如果发现Web服务器的负载状态与上一次检索的负载状态差别较大时，立即转发该Web服务器的负载状态，并实时保存各Web服务器的负载状况；
根据分析请求内容结果以及服务器运行日志情况，采用相应的权值计算公式计算各个服务器的权值，选择权值最大的三台，向选中的Web服务器分配服务访问请求，再根据请求响应时间长短，选中响应时间短的服务器分配任务；
接收到Web服务器返回的访问结果后，将访问结果返回给用户。
5.如权利要求4所述的智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，Web服务器的状态监控记录了Web服务器处理服务访问请求的时间，并将结果供给反向代理服务器定期检索使用，用于Web预判服务器是否已经处于“假死”状态。
6.如权利要求1至5中任一项所述的智慧城市时空信息云平台服务引擎，其特征在于，基于机器学习算法对用户访问日志挖掘、分析，将用户分为正常用户和非正常用户两类，并对非正常用户访问进行预警提示和限制访问操作来保障时空信息全方位的安全。
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