云計(jì)算在電梯物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

張峰久

摘要：本文對(duì)云計(jì)算在電梯物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。介紹了電梯物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，說明了云計(jì)算在系統(tǒng)中應(yīng)用的結(jié)合方式。在構(gòu)架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)云技術(shù)的虛擬化、數(shù)據(jù)庫管理、信息安全等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。對(duì)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用并進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后采用軟件的配置和微型計(jì)算機(jī)的服務(wù)器模擬進(jìn)行軟件配置研究，驗(yàn)證云計(jì)算技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的可行性。從設(shè)計(jì)層面分析云計(jì)算技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用所帶來的推動(dòng)效應(yīng)，說明該應(yīng)用設(shè)計(jì)框架的高效性和可實(shí)施性。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 電梯 物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）12-0157-02

隨著智能電梯控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)逐漸成為電梯行業(yè)的研究熱點(diǎn)，通過感知層、傳輸層和服務(wù)器平臺(tái)進(jìn)行電梯數(shù)據(jù)的信息處理，感知層主要依靠先進(jìn)的傳感技術(shù)和硬件信息處理技術(shù)；傳輸層主要依賴于愈加成熟的有線或無線的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)；電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的服務(wù)器平臺(tái)主要功能是將終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行展示。數(shù)據(jù)信息處理是物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，電梯品牌眾多，數(shù)量龐大，需要進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式往往采用大規(guī)模的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，通過不斷的提升硬件性能解決大數(shù)據(jù)的處理問題，這樣的處理方式往往帶來成本增加，數(shù)據(jù)處理效率低等問題。云計(jì)算技術(shù)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、服務(wù)的交付和使用模式，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，云技術(shù)可以資源進(jìn)行合理整合，化零為整的將資源提供給用戶使用，有效的對(duì)電梯行業(yè)進(jìn)行資源整合以服務(wù)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

本文首先介紹電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本架構(gòu)，說明了云計(jì)算在系統(tǒng)中應(yīng)用的結(jié)合方式。在構(gòu)架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)云技術(shù)的虛擬化、數(shù)據(jù)庫管理、信息安全等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。對(duì)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用并進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，最后采用軟件的配置和微型計(jì)算機(jī)的服務(wù)器模擬進(jìn)行軟件配置研究，驗(yàn)證云計(jì)算技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的可行性。

1 電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包含電梯信息實(shí)時(shí)采集分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等系統(tǒng)模塊組成，依托先進(jìn)的前段傳感技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和處理分析，數(shù)據(jù)鏈路模塊為數(shù)據(jù)傳輸層提供前段軟、硬件支持，將已經(jīng)采集好的電梯信息按照協(xié)議格式進(jìn)行打包處理，并采用文件加密系統(tǒng)進(jìn)行信息API（Application Programming Interface）[1]加密，以保障電梯信息安全。信息通過數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送，并接收數(shù)據(jù)中心所傳輸至終端的廣播信息，及時(shí)對(duì)終端電梯做出相應(yīng)處理。（如圖1）

電梯安全物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)由多個(gè)模塊實(shí)體組成，各模塊根據(jù)功能分布在體系的不同層次中，下層為上層或同層的軟件實(shí)體提供服務(wù)支撐，上層構(gòu)件可以調(diào)用下層各個(gè)軟件實(shí)體提供的功能。隨著電梯數(shù)量的不斷增加，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)量呈倍數(shù)增長，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模式提出了挑戰(zhàn)，分布式云計(jì)算技術(shù)使電梯的信息分析可以分成很多細(xì)粒度的子任務(wù)，這些子任務(wù)分布在多個(gè)有利計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行調(diào)度和計(jì)算，從而在整個(gè)電梯信息分析系統(tǒng)中獲得對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理能力。

2 云計(jì)算介紹及其特點(diǎn)[2][3]

云計(jì)算是一種新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式。該應(yīng)用的獨(dú)特性在于它是完全建立在可自我維護(hù)和管理的虛擬資源層上的。使用者可以按不同需求動(dòng)態(tài)改變需要訪問的資源和服務(wù)的種類和數(shù)量。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)，它具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等獨(dú)特功效。電梯安全物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)采用云計(jì)算應(yīng)用模式，可以實(shí)現(xiàn)資源共享的最大化，顯著提高了資源的利用率。分布式存儲(chǔ)技術(shù)利用了云環(huán)境中多臺(tái)服務(wù)器的存儲(chǔ)資源來滿足單臺(tái)服務(wù)器所不能滿足的存儲(chǔ)需求，其特征是存儲(chǔ)資源能夠被抽象表示和統(tǒng)一的管理，并能夠保證數(shù)據(jù)讀寫及其相關(guān)操作的安全性、可靠性等各方面要求。

3 云計(jì)算在電梯物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 虛擬化設(shè)計(jì)

虛擬化是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的最重要的技術(shù)基礎(chǔ)，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示。通過虛擬化技術(shù)可以提高資源的利用率，并能夠根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求的變化，快速、靈活地進(jìn)行資源部署。

在云計(jì)算環(huán)境中，通過在物理主機(jī)中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬化。多個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行在虛擬化平臺(tái)上，由虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的監(jiān)視和多個(gè)虛擬機(jī)對(duì)物理資源的共享。不同的電梯系統(tǒng)在各自的電梯管理服務(wù)器上進(jìn)行虛擬化分區(qū)，統(tǒng)一歸屬電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，通過不同的權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)云端服務(wù)器與公司內(nèi)物理服務(wù)器的存儲(chǔ)統(tǒng)一。

3.2 數(shù)據(jù)庫管理

分布式數(shù)據(jù)庫能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡、故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接管，具有高可靠性、高性能、高可用、高可擴(kuò)展性，在處理PetaByte級(jí)以上海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)上具備明顯性能優(yōu)勢(shì)。

在云數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中，客戶端不需要了解云數(shù)據(jù)庫的底層細(xì)節(jié)，所有底層硬件都已經(jīng)被虛擬化，對(duì)客戶端來說是透明的。它就像在使用一個(gè)運(yùn)行在單一服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫一樣，使用方便，同時(shí)可以獲得理論上近乎無限的存儲(chǔ)和處理能力[4]。（如圖2）

3.3 云數(shù)據(jù)信息安全管理

電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理采用云端分布式存儲(chǔ)處理模式，由于數(shù)據(jù)是在云端存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)管理和維護(hù)上的難道也較大，隨著各種應(yīng)用的增多，容易造成數(shù)據(jù)被竊取。數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，數(shù)據(jù)的加密不夠完善，有些數(shù)據(jù)甚至沒有經(jīng)過加密處理，很容易造成數(shù)據(jù)的泄露。因此，對(duì)云數(shù)據(jù)信息的安全管理直接涉及到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整體的運(yùn)行穩(wěn)定。目前一般采用硬件防火墻和軟件防火墻兩種技術(shù)保障信息安全。信息安全的核心是密碼，在云系統(tǒng)的電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，從傳感層的安全標(biāo)簽、到傳輸層的M2M加密和VPN，再到應(yīng)用層加密的各種主機(jī)加密機(jī)和加密模塊，使用大量的密碼設(shè)備和密碼系統(tǒng)來用于身份認(rèn)證、信息完整性保護(hù)、機(jī)密性保護(hù)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)智慧網(wǎng)絡(luò)單元的實(shí)體化，需要引入的用戶/設(shè)備證書，同樣需要權(quán)威機(jī)構(gòu)來為所有用戶、設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行證書管理。endprint

4 軟件配置和模擬試驗(yàn)

4.1 CloudStack介紹[5]

CloudStack是一個(gè)開源云計(jì)算解決方案。可以加速高伸縮性的公共和私有云（IaaS）的部署、管理、配置。使用CloudStack作為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)中心操作者可以快速方便的通過現(xiàn)存基礎(chǔ)架構(gòu)創(chuàng)建云服務(wù)。CloudStack形成的基礎(chǔ)設(shè)施云和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以快速，輕松地建立在其現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施提供云服務(wù)的需求，彈性云計(jì)算服務(wù)。 CloudStack用戶可以充分利用云計(jì)算提供更高的效率，無限的規(guī)模和更快地部署新服務(wù)和系統(tǒng)的最終用戶。CloudStack是一個(gè)開源的云操作系統(tǒng)，它可以幫助用戶利用自己的硬件提供公共云服務(wù)。CloudStack可以通過組織和協(xié)調(diào)用戶的虛擬化資源，構(gòu)建一個(gè)和諧的環(huán)境。本系統(tǒng)采用CloudStack對(duì)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分布式應(yīng)用進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究。

4.2 模擬研究

在LINUX環(huán)境下安裝CloudStack管理軟件，對(duì)電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中云管理服務(wù)器進(jìn)行配置，并設(shè)置兩臺(tái)遠(yuǎn)程服務(wù)器作為節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，用客戶端登陸后運(yùn)行相應(yīng)軟件進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，以驗(yàn)證云計(jì)算在電梯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的可行性。（如圖2、圖3所示）

通過云管理服務(wù)器軟件進(jìn)行模擬配置研究，驗(yàn)證云計(jì)算技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的可行性，通過軟件配置不同的設(shè)置實(shí)現(xiàn)資源的重新有效整合，通過統(tǒng)一的管理服務(wù)器進(jìn)行命令式服務(wù)管理，可靈活擴(kuò)展的服務(wù)器架構(gòu)保證了海量數(shù)據(jù)的無限擴(kuò)充。從設(shè)計(jì)層面分析云計(jì)算技術(shù)在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用所帶來的推動(dòng)效應(yīng)，說明該應(yīng)用設(shè)計(jì)框架的高效性和可實(shí)施性。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)將先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，利用云計(jì)算的多用戶、虛擬化、易擴(kuò)展性等優(yōu)秀架構(gòu)解決大數(shù)據(jù)處理問題，使電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的資源得到有效的利用，各級(jí)終端用戶處理不同品牌的電梯數(shù)據(jù)并進(jìn)行云端服務(wù)器數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，有效解決了電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)信息處理問題。

參考文獻(xiàn)

[1]邵昱，蕭蘊(yùn)詩.基于文件過濾驅(qū)動(dòng)器的加密軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，25（5）：79-83.

[2]郭春梅，畢學(xué)堯，楊帆.云計(jì)算安全技術(shù)研究與趨勢(shì)[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2005，[5]：8.

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[4]林子雨，賴永炫，等.云數(shù)據(jù)庫研究.軟件學(xué)報(bào)，2012，23（5）：1148-11166.

[5]Apache CloudStack Documentation. http：//cloudstack.apache.org/.endprint