一種便攜式無線存儲器的設計方法

華北電力大學控制與計算機工程學院 魏育坤

引言

隨著計算機網絡技術及存儲技術的不斷發展，數據的存儲不再局限于本地，越來越多的用戶選擇將個人數據部署到云服務器。云服務的廣泛應用極大地增強了互聯網數據的流通、降低了用戶存儲數據的成本，為未來的發展帶來了無限的可能。

1.發展現狀及主要問題

就目前而言，民用市場上存在著各式各樣的云存儲服務，如：Google Drive、iCloud等。然而，使用這些云存儲服務通常需要付出高昂的服務費用，數據的傳輸速率隨網絡狀況而波動，且信息泄露的狀況時有發生[1-3]。針對上述問題，本文提出了一種便攜式無線存儲器的設計方法，以搭載Ubuntu系統的Raspberry Pi為硬件依托，具有成本低廉、傳輸速率穩定、安全性強等特點，在一定程度上彌補了傳統云存儲服務存在的不足。此外，存儲器采用“太陽能+蓄電池”雙供電的設計模式，兼具環保性。

2.系統架構

本文技術框架主要由五個部分構成，從下到上依次為：硬件層、數據庫層、數據訪問層、業務邏輯層、表示層。如圖1所示：

圖1 系統架構

2.1 硬件層

硬件層作為系統架構的最底層，擔負著支持軟件系統運行的任務。系統的硬件部分主要由微型開發板樹莓派(Raspberry Pi)、蓄電池、太陽能板及光伏控制器組成。其中，Raspberry Pi搭載Ubuntu操作系統，在此基礎上可進行云服務的開發；蓄電池支持外部充電，其存儲的電能可為Raspberry Pi供電；太陽能板將太陽能轉化為電能，經光伏控制器調節后為蓄電池充電。

2.2 數據庫

數據庫是存儲用戶信息、用戶數據及系統資源的重要容器。用戶對用戶信息、用戶數據的訪問與管理均是基于數據庫進行的。在選擇數據庫的類型時，要以實際需求為導向，以確保管理效率的最大化。

2.3 數據訪問層

數據訪問層區分了用戶訪問數據庫數據的類型。用戶訪問云服務時，首先需要驗證用戶名及口令，驗證通過后可以訪問對應賬戶的數據，這兩個部分在邏輯上是相互獨立的。與數據庫不同的是，數據訪問層是以用戶交互劃分的，它屏蔽了底層細節，對上層提供統一接口，增強了系統的安全性。

2.4 業務邏輯層

業務邏輯層描述了系統的主要功能。就本系統而言，系統功能主要體現在：用戶信息管理、用戶數據管理及數據空間管理。用戶信息管理包括對用戶信息進行的一系列操作，如：更改密碼、設置用戶組等；用戶數據管理則與用戶存儲在云端的數據密切相關，用戶可以對存儲在云端的數據進行下載、刪除、移動、在線預覽等操作，其中，在線預覽包括對圖片、視頻、文本文檔的實時查看；數據空間管理涉及到用戶數據的規劃，主要體現在存儲空間的分配及數據存儲位置的設置。此外，業務邏輯層還包括用戶與界面的基本交互，圖中不再單獨列出。

2.5 表示層

表示層是最終展現給用戶的界面。用戶可使用Web瀏覽器或通過專門的應用訪問云服務器。Web端具有界面友好、訪問便捷、多平臺兼容等特性，而移動端App相較于Web端功能更加豐富、性能也更為穩定，但需要針對不同的操作系統進行定制開發。

3.設計與實現

3.1 系統設計

存儲器主要由觸控屏、Raspberry Pi、供電模塊及外殼四部分組成，設備的概念設計如圖2所示：

圖2 概念設計

各部分的功能介紹如下：

·電容式觸控屏：位于存儲器的頂部，與Raspberry Pi相連，用于數據庫文件的實時預覽及可視化管理。具體配置為：3.5英寸IPS屏幕，分辨率為800*480，刷新率為60Hz。系統待機時，屏幕處于關閉狀態以降低能耗、延長存儲器的續航時間；

·Raspberry Pi：位于存儲器的中部，是設備的核心部分。具體配置為：ARM Cortex-A53 1.4Ghz CPU，1GB LPDDR2 RAM，且內置有無線網卡，支持建立熱點以允許其它設備的連接。通過對應用軟件的開發，可將云服務程序部署并運行于上述開發板之上；

·供電模塊：為觸控屏及開發板提供電能的模塊。供電模塊包括一塊可充放電的蓄電池、三塊太陽能電池板及光伏控制器。其中，太陽能電池板通過光伏控制器與蓄電池相連，太陽能電池板采用折疊式設計，電池板之間通過鉸鏈連接。當需要隨身攜帶存儲器時可將電池板折疊以增強設備的便攜性，每塊太陽能電池板的額定功率為2.5W；

·外殼：用于連接存儲器個各個組件。在確定存儲器各部件的參數信息后，可通過CAD、SolidWorks等設計軟件構建外殼的三維模型，并使用3D 打印機進行打印。

3.2 系統實現

在實際開發過程中，選用MySQL數據庫，采用基于PHP開發的開源項目ownCloud作為云服務的服務器端及客戶端的解決方案。通過Raspberry Pi建立的熱點，外部設備可通過WiFi連接至無線存儲器。

圖3給出了系統的Web界面，左側為登錄界面，用戶輸入用戶名及口令，并通過驗證后即可訪問賬戶下的數據文件；右側為文件預覽界面，用戶可對存儲在數據庫中的文件進行在線預覽、移動、刪除或上傳新文件等操作。

圖3 Web界面

通過實際測試，系統支持用戶信息管理及用戶數據的基本操作。此外，系統支持視頻、圖片、Word文檔等格式的文件的在線預覽，可滿足用戶在數據高速傳輸、數據安全及數據的可視化管理等方面的需求。

4.總結

從低速到高速、從有線到無線，存儲技術及計算機網絡技術的不斷進步一次次地見證著時代的發展。本文提出的便攜式無線存儲器設計方法在一定程度上彌補了傳統云存儲服務存在的不足，為用戶提供了新選擇。然而，該方法仍存在一定的不足，具體體現在：(1).存儲器的存儲空間是基于外部存儲介質的，這意味著數據的最大傳輸速率可能受制于外部存儲介質的質量；(2). Raspberry Pi在處理多用戶同時訪問存儲器的情形時便顯得捉襟見肘，在一定程度上影響了用戶體驗，有待進一步研究。