智慧園區建設探討

摘要：園區是我國經濟建設中的一種重要形態，智慧化是今后園區建設發展的必然方向。給出了智慧園區信息服務平臺的體系結構，分為感知層、網絡層、平臺層和（智慧）應用層4個層次，基于該體系結構討論了園區各個層的建設內容。感知層收集園區數據信息，是智慧的基礎；數據互聯是智慧的核心，網絡層和平臺層提供數據互聯的基礎設施，應用層挖掘數據間的關聯，提供各類應用服務，是智慧的體現。分析了智慧園區建設中涉及的若干關鍵技術，包括物聯網、云計算、面向服務的架構（SOA）和安全。智慧園區可看作一組物聯網應用，云計算是實現平臺層的理性技術，而SOA支持智慧服務的快速開發和部署。最后針對園區建設內容多、周期長等特點，討論了園區建設規劃問題。

關鍵詞：智慧園區； 物聯網； 云計算； SOA

中圖分類號： TN919?34； TP399 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0061?04

Investigation of smart economic zone construction

SUN Han?lin 1， FAN Jiu?lun 2， LIU Jian?hua 1， LIU Guo?ying 3， ZHANG Gao?ji 2

（1. School of Compute Science， Xi’an University of Posts and Telecommunications， Xi’an 710121， China；

2. School of Communication and Information Technology， Xi’an University of Posts and Telecommunications， Xi’an 710121， China；

3. Information Center， Xi’an University of Posts and Telecommunications， Xi’an 710121， China）

Abstract： Economic zone is one of the important modalities in China’s economic development. Construction of the zone in smart way is the inevitable trend in future. The architecture of smart zone information service platform is presented， including perception layer， network layer， platform layer and intelligent application layer. Based on this architecture， the contents of the smart zone construction are discussed. The perception layer collects data information of the zone environment， and is the basis of intelligence. The network layer and platform layer provide the infrastructures for data interconnection， which is the core of intelligence. Relationship between data is excavated at the application layer， at which various intelligence services are provided and the intelligence is reflected as well. Several key technologies involved in zone construction are analyzed， including Internet of Things （IOT）， cloud computation， service oriented architecture （SOA） and security. The smart economic zone can be viewed as a set of IOT applications. Cloud computation is the rational technique for platform layer. The SOA supports rapid development and deployment of intelligent applications. Taking into account the characteristics of zone construction， such as complicated content and long period in the zon construction， the construction planning of the smart zone is discussed.

Keywords： smart economic zone； Internet of Things； cloud computation； SOA

0 引 言

IBM 2008年提出了“智慧的地球” 這一理念[1]，此后全球掀起了智慧城市的建設熱潮[2?3]。園區作為城市的重要組成部分，一直是中國經濟的一種特殊產業形態和經濟建設的重要支柱。在經濟增長方式轉變、產業結構升級的新形勢下，園區發展出現了新的趨勢：園區經濟向生態型轉變，注重產業的生態化和生產、生活、生態的協調發展；園區企業向高新型轉變，即通過技術創新，由制造向創造轉變，占領產業鏈中的高附加值環節；園區管理也向城市化轉變，以滿足日益復雜的社會功能需求[4]。以智慧化的方式建設園區將是滿足園區新發展需求的必然選擇。近年來，國內一批優秀園區已開展了智慧園區的建設工作，如蘇州工業園區建設了智能公交系統試點，實現了電子站牌、公交監控（GPS和視頻）和公交調度智能化；上海漕河涇開發區以智能安防平臺、智能一卡通、信息發布系統以及智能樓宇建設為重點，大力建設智慧化園區[5]。

智慧園區建設是一個大的系統性工程，具有建設內容多、建設周期長、涉及技術多、投資規模大等特點。當前建設中存在缺乏整體規劃、標準缺失等問題。本文首先探討了智慧園區的建設內容，進而分析了涉及的若干關鍵技術，最后討論了園區的建設規劃問題。

1 智慧園區建設內容

智慧園區的最終目標是以豐富的智慧服務改變園區政府、企業和居民之間的交互方式，實現更加智能化的園區運作。實現智慧化的服務，需要對園區的透徹感知并對感知數據進行深入分析。因此，智慧園區的建設內容就是基于信息通信技術（ICT），構建一個全方位、智能化的園區服務平臺，其體系結構如圖 1所示，包括4個層次：感知層，網絡層，平臺層和（智慧）應用層。

圖1 智慧園區服務平臺體系結構

感知是智慧的基礎，感知層實現對園區的透徹感知。它包括了遍布園區的各種傳感器/傳感網、視頻監視器、RFID讀寫器、智能移動終端、GPS接收器等信息采集設備，可完成對生產場地、建筑物、道路、車輛、公共場所、市政基礎設施、環境等信息的采集，為智慧應用提供廣泛而堅實的數據基礎。

互聯是智慧的核心。互聯包括感知數據的匯集和數據聯系的挖掘兩層含義。網絡層完成數據的安全傳輸，分為覆蓋園區的泛在接入網絡和骨干傳輸網絡兩部分。接入網絡可包括各種無線網絡（如2.5G，3G，LTE，WiFi，WiMax等）和有線網絡（如xDSL，xPON，FTTx，CATV等），為感知設備和用戶提供隨時隨地的寬帶接入服務。骨干網則負責園區內所有信息基礎設施的互聯。隨著網絡融合技術的發展，骨干網將是支持全業務的寬帶IP網絡。

平臺層的主要功能是提供感知數據存儲和處理、智慧服務運行所需的基礎設施及環境。首先，平臺層應是共享的，以在最大程度上減少基礎設施的重復建設，提高資源利用率。云計算作為一種新型的IT資源共享技術，具有靈活擴展、按需訪問（或按需提供）和經濟高效等特點，是實現平臺層的理想技術。其次，實現智慧應用的關鍵在于打破信息孤島，實現數據的互聯，而采用云計算更有利于實現信息的互聯互通。例如，可將各種基礎數據庫（如地理信息庫、法人組織庫等）和園區主題數據庫（如交通數據庫、市政數據庫、能源數據庫等）部署在云計算數據中心，并在云平臺上構建“目錄服務”、“數據交換”等服務，借助SOA技術，實現快速、安全的數據共享。

服務是智慧的體現，應用層是智慧園區建設的重點。采用數據挖掘算法，深入分析各類感知數據的隱含信息及數據間的關聯，并依此開發針對園區內外各類主體的智慧應用服務，實現智能化的決策。例如，為園區政府提供智慧的政務服務（行政審批、政務資訊、信息發布等）和市政管理服務（交通監控、能源監控、環境監控等）；為園區企業提供IT資源服務（桌面云、服務云、存儲云）和各類生產、經營支持服務（生產流程管理、物流管理、客戶管理、銷售管理、員工管理、呼叫中心等）；為園區居民提供民生服務（個人生活信息服務、支付服務等）。不同園區定位不同，應結合園區特色，開發有針對性的特色智慧服務，體現園區的品牌優勢。

總體而言，感知層和應用層要具有靈活擴展的特性，能滿足新應用的簡單、快速部署；而網絡層和平臺層應具有集約共享的特性，以達到減小重復建設和提高資源利用率的目的。感知層的擴展只需在特定場景部署感知設備并接入網絡層即可；而應用層則可采用面向服務的體系架構進行組織。

2 關鍵技術

2.1 物聯網

物聯網是互聯網的延伸，它把信息通信網絡擴展到了更為廣泛的物理世界。2005年11 月，國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU 互聯網報告2005： 物聯網》，正式提出物聯網（Internet of Things， IoT）的概念。物聯網的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理[6]。因此，智慧園區也可以看作是一組物聯網應用，在智慧園區建設中，可借鑒物聯網的相關研究成果，如在感知層的傳感器/傳感網技術，在網絡層的下一代網絡技術（NGN）等。

2.2 云計算

云計算是實現平臺層的理想技術。云以服務的方式按需向用戶提供資源，有3種服務模式：基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務（Software as a Service，SaaS）[7]。其中，IaaS按需向用戶提供計算、存儲、網絡等基礎IT資源，如遠程桌面、虛擬服務器、虛擬存儲空間等；PaaS在IaaS資源的基礎上，通過部署中間件，給開發者提供開發和部署特定應用的安全環境；而SaaS則直接向用戶提供軟件使用服務。文獻[8]探討了以云計算為信息基礎設施的工業園區智慧化方案。智慧園區的各類數據庫可部署在IaaS虛擬服務器中。為了實現對這些數據庫的安全訪問，并打通各類數據之間的聯系，可在PaaS上開發數據庫訪問控制服務、信息目錄服務和數據交換服務等，這些服務作為SaaS運行，供開發其他智慧服務使用。園區的各類智慧應用也是服務提供者在PaaS上開發的SaaS服務。見圖2。

圖2 云計算在智慧園區的應用

2.3 面向服務的架構

面向服務的架構（Service Oriented Architecture， SOA）使用自治的、平臺獨立的、松散耦合且可重用的服務作為基本元素來快速低成本地構建可互操作的、可進化的分布式軟件應用，能夠靈活快速地應對業務的頻繁變化[9]。在SOA中，數據和服務以標準格式描述，以服務形式提供，而服務實現的具體細節則被屏蔽了。服務之間以標準接口和網絡協議進行通信，從而實現松耦合形式的互聯和互操作，完成特定的業務需求。

智慧園區的智慧服務類型眾多，要實現快速、簡單地開發和部署，可采用SOA方式進行組織。提煉普遍存在或核心的共性支撐服務（如數據庫訪問服務、信息目錄服務、數據交換服務、統一認證服務等）作為基本的SOA單元，供開發其他智慧應用使用。SOA本身也可建立在云服務之上，即服務注冊/發布服務也作為一個云服務。圖 3給出了一種以SOA方式組織智慧服務的示意圖，服務注冊/發布服務作為一個基礎服務運行，接收各種基礎服務和智慧服務的注冊請求（智慧服務可注冊，也可不注冊）；開發或運行新的智慧服務時，通過向注冊服務查詢獲得可用的服務，并調用某些服務作為新服務的組成部分。此外，SOA也可將已有的信息系統統一納入到園區智慧服務體系中。

圖3 用SOA組織智慧服務

2.4 安全

安全是任何信息系統應用的前提。智慧園區信息平臺要考慮數據采集安全、數據傳輸安全、數據存儲和處理安全以及服務使用安全。集約共享的基礎設施提供了進行統一安全監控的可能，但同時也擴大了安全隱患的影響面，一旦系統的任何一個漏洞被攻擊者攻破并利用，都會造成巨大的影響。因此，智慧園區平臺要在各個層面上采用適當的安全技術。

在感知層，要實現安全的數據采集，主要是傳感器/傳感網、RFID讀寫器等感知設備的安全，保證設備中的數據無法被非法讀取或篡改；同時，還要保證這些設備不會被攻破并利用作為攻擊整個平臺的入口。在網絡層，要實現安全的數據傳輸，有線網絡的安全技術較成熟，如可采用加密、安全協議、VPN等技術保證數據傳輸安全；無線網絡具有鏈路開放的特點，容易被攻擊者竊聽，需要更復雜的安全技術，如更高級的加密算法，更好的認證算法、安全的無線傳輸協議等。在平臺層，主要是云安全，包括基礎設施（物理基礎設施和虛擬基礎設施）安全、數據和隱私安全等，冗余、備份和隔離等是實現多租戶云環境下數據安全的主要技術。在應用層，主要是對服務訪問的控制，通過認證、審計、密鑰管理等技術實現。

安全并不僅僅是一個技術問題，還需要建立一套嚴密的安全策略和制度。

3 建設規劃探討

智慧園區建設不可能一蹴而就，而是一個長期的系統性工程，無論在信息基礎設施和智慧服務建設中，都應采取“分步實施，漸進擴展”的原則。園區建設內容繁雜，不僅有共享的信息基礎設施，更包括大量的智慧服務，涉及技術眾多，需要考慮到建設過程中技術的演進。因此，園區建設過程中需要有一個機構進行統一的規劃和持續的引導。園區管理模式一般分為行政主導型、公司治理型和混合型（行政+公司）3種類型[10]。顯然，園區政府或由政府設立的園區開發公司最適合擔當這一角色，它們需要根據園區定位及特色，在園區建設初期制定統一的規劃方案，并制定各類標準和規范（包括技術標準、規范），保證園區建設的可持續性。

園區建設資金投入巨大，應堅持市場化方式運作，吸引企業和社會資金共同參與。以政府投資為引導，以企業投資為主體，堅持“誰投資，誰受益；誰使用，誰付費”的原則。

4 結 語

建設智慧型園區是未來各類經濟園區發展的方向。實現智慧園區需要建設一個智能化的園區服務平臺。本文討論了智慧園區服務平臺的建設內容和若干關鍵技術。智慧服務平臺的體系結構分為4層，分別是感知層、網絡層、平臺層和應用層。感知層實現數據的全面采集，網絡層完成數據的安全傳輸（并提供用戶訪問接入），平臺層提供存儲、處理感知數據和運行服務所需的基礎設施，而應用層則是給園區內外用戶提供的各類智慧服務。智慧園區服務可看作一組物聯網應用，可借鑒物聯網的相關技術；云計算是實現平臺層的理想技術；采用SOA可支持智慧服務的快速開發；最后，服務平臺的可靠運行需要有各個層次上的安全保障。最后討論了智慧園區的建設規劃，政府或園區開發公司在建設之初就要制定出長期、統一的規劃和各類標準、規范；園區建設投資巨大，應堅持市場化方式運作。

參考文獻

[1] IBM.什么是智慧的地球[EB/OL].[2012?06?19].http：//www.ibm.com/smarterplanet/cn/zh/overview/ideas/index.html.

[2] 王家耀.智慧讓城市更美好[J].自然雜志，2012，34（3）：139?142.

[3] IBM.以智慧城市支持中國城市經濟轉型和持續發展[EB/OL].[2012?07?14].http：//www.ibm.com/smarterplanet/cn/zh/smarter_cities/ideas/index.html？re=spf.

[4] 余冬蘋，林濤，梁崢.園區信息化發展趨勢探討[J].廣東通信技術，2011（7）：15?22.

[5] 張擎.智慧園區：源于數字化高于數字化[J].中國高新區，2011（9）：128?129.

[6] 孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1?9.

[7] NIST. The NIST definition of cloud computing [EB/OL]. [2011?09?11]. http：//csrc.nist.gov/publications/PubsSPs.html.

[8] 魏進武，陳清金，房秉毅，等.云計算助推工業園智慧化建設[J].電信網技術，2011（5）：27?31.

[9] 朱志良，苑海濤，宋杰，等.SOA與云計算：競爭還是融合[J].計算機科學，2011，38（12）：6?11.

[10] 沈揚.產業園運營模式比較[J].中國經濟和信息化，2011（23）：92?93.