淺析云計(jì)算在電梯行業(yè)中的應(yīng)用

吳祥容

(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建 漳州 363105)

0 引言

隨著各種新技術(shù)的突破及運(yùn)營(yíng)服務(wù)模式的創(chuàng)新，世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生極大的調(diào)整，云計(jì)算正是基于此狀的一種全面創(chuàng)新。云計(jì)算的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和信息服務(wù)行業(yè)的社會(huì)化、專業(yè)化和集約化；信息服務(wù)將成為隨處可見的公共基礎(chǔ)設(shè)施；降低社會(huì)經(jīng)濟(jì)的整體運(yùn)營(yíng)成本。不僅是新興的亞馬遜、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司，傳統(tǒng)的軟件公司微軟以及硬件供應(yīng)商IBM、惠普和英特爾等，都已經(jīng)發(fā)布了自己的云計(jì)算戰(zhàn)略或?qū)嵤┎呗浴?guó)內(nèi)外大型IT公司對(duì)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)已經(jīng)從最初的概念醞釀發(fā)展到如今的大規(guī)模推進(jìn)。

云計(jì)算的發(fā)展將使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的管理水平、生產(chǎn)效率、服務(wù)模式、用戶服務(wù)能力實(shí)現(xiàn)跨越式的提升。作為管理樓宇垂直交通的電梯產(chǎn)業(yè)也應(yīng)如此。隨著近幾年電梯業(yè)與信息服務(wù)業(yè)的融合逐漸得到重視，電梯行業(yè)內(nèi)對(duì)電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)的提取和分析做了不少研究[1]。電梯服務(wù)業(yè)的整體信息化水平還處于初級(jí)階段，電梯產(chǎn)業(yè)若能借著云計(jì)算的浪潮，突破傳統(tǒng)電梯服務(wù)模式和商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，將極有機(jī)會(huì)打破現(xiàn)有電梯產(chǎn)業(yè)的國(guó)際格局。本文正是由此出發(fā)，提出電梯云架構(gòu)設(shè)計(jì)和四個(gè)層面的云服務(wù)模式。

1 電梯云服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 管理層次設(shè)計(jì)

云計(jì)算的出現(xiàn)代表著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，同時(shí)培育出一種新的產(chǎn)業(yè)服務(wù)模式。未來(lái)電梯服務(wù)業(yè)將朝著服務(wù)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)的方向發(fā)展，電梯服務(wù)實(shí)現(xiàn)社會(huì)化、專業(yè)化和集約化[2]。從電梯服務(wù)云平臺(tái)的管理運(yùn)營(yíng)層面，設(shè)計(jì)其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電梯云管理層次架構(gòu)

電梯云服務(wù)平臺(tái)有以下四種涉眾：

(1)顧客：電梯的終端使用者，是電梯服務(wù)的最終對(duì)象，電梯就是為顧客提供垂直交通服務(wù)。

(2)客戶：電梯的所有者，業(yè)主，是電梯服務(wù)業(yè)的直接服務(wù)對(duì)象。客戶需要承擔(dān)電梯的維保、安裝等費(fèi)用。傳統(tǒng)的電梯服務(wù)是由電梯廠商的維保部門或電梯服務(wù)商對(duì)客戶提供。但云平臺(tái)上還有其他幾種涉眾。

(3)用戶：云平臺(tái)的使用者，包括電梯廠商、專業(yè)電梯服務(wù)商和其他維保機(jī)構(gòu)等，是電梯云服務(wù)的服務(wù)對(duì)象。

(4)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商：電梯云服務(wù)的提供者和管理者，通過建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施和提供云服務(wù)解決方案，節(jié)約用戶的服務(wù)成本。

總之，平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商通過云計(jì)算的技術(shù)手段為用戶(電梯廠商、服務(wù)商)提供服務(wù)(云服務(wù))，從而讓用戶以最低的服務(wù)成本為客戶提供服務(wù)(電梯技術(shù)、維保等服務(wù))，進(jìn)而讓客戶更加方便、有保障地為顧客提供服務(wù)(垂直交通服務(wù))?？梢钥闯鏊姆N涉眾總共提供了三種層次的服務(wù)，從而極大地提高了電梯服務(wù)業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)多家共贏的局面。

電梯云服務(wù)平臺(tái)的四種涉眾，對(duì)應(yīng)四個(gè)管理控制層次，如圖1所示。

(1)客戶應(yīng)用控制層：通過電梯控制器，自主調(diào)度，為顧客提供垂直交通服務(wù)。

(2)客戶管理層：通過終端電腦或PDA，為客戶提供監(jiān)控、安保、消防、增值服務(wù)支持等服務(wù)管理功能。

(3)用戶管理層：通過云服務(wù)終端軟件，為用戶提供電梯管理、電梯監(jiān)控、服務(wù)管理、業(yè)務(wù)管理、計(jì)費(fèi)管理、維保跟蹤、服務(wù)質(zhì)量管理等云服務(wù)功能，同時(shí)提供給用戶二次開發(fā)的接口。

(4)云系統(tǒng)管理層：通過云平臺(tái)后臺(tái)管理軟件，進(jìn)行用戶管理、計(jì)費(fèi)管理、客戶跟蹤、用戶服務(wù)質(zhì)量評(píng)估、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)、服務(wù)戰(zhàn)略規(guī)劃與調(diào)整等管理職能。

對(duì)于不同的電梯應(yīng)用場(chǎng)合，客戶管理層和客戶應(yīng)用控制層與云中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)有所差別，主要有以下3類應(yīng)用：

(1)高層多梯群控應(yīng)用：因?yàn)樯婕岸嗯_(tái)電梯的群控調(diào)度問題，如果有條件的話，可以將終端電梯控制器直接連接云中心，通過云計(jì)算的分布式并行計(jì)算的能力，更好地對(duì)電梯進(jìn)行調(diào)度控制，即云控制。當(dāng)然終端電梯控制器也保留著自主調(diào)度功能，確保電梯能離線工作；在客戶管理室有一個(gè)管理監(jiān)控服務(wù)器，能夠同時(shí)連接終端電梯控制器和云中心，向云中心上報(bào)數(shù)據(jù)，方便服務(wù)商及時(shí)提供服務(wù)，同時(shí)也向客戶提供基礎(chǔ)的管理功能及監(jiān)控和安保處理等。

(2)單梯或扶梯應(yīng)用：?jiǎn)翁莺头鎏菹到y(tǒng)無(wú)需云控制，只需通過客戶管理室的管理監(jiān)控服務(wù)器向云中心上報(bào)電梯狀況和提供客戶基礎(chǔ)管理功能即可。

(3)別墅梯等專有特種電梯應(yīng)用：此類應(yīng)用有幾個(gè)特點(diǎn)：電梯為專人使用，不需要專業(yè)的管理；需要特殊服務(wù)，如多媒體業(yè)務(wù)。所以終端電梯控制器直接連接到云中心，向云中心上報(bào)電梯狀況，并從云中心獲得云服務(wù)。終端PDA接入終端電梯控制器，為客戶提供人性化的管理工具。

綜上所述，電梯云服務(wù)的整體思路是基于平臺(tái)服務(wù)運(yùn)營(yíng)模式，早期建議由國(guó)內(nèi)的電梯廠商或服務(wù)商組成聯(lián)盟，與電信、移動(dòng)或聯(lián)通開展合作，利用現(xiàn)有的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，做服務(wù)應(yīng)用，以形成專業(yè)化平臺(tái)運(yùn)營(yíng)為最終目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)提升和多家共贏。

1.2 架構(gòu)的開源實(shí)現(xiàn)

從技術(shù)層面，實(shí)現(xiàn)云架構(gòu)有許多解決方案[3-4]，目前還沒有行業(yè)內(nèi)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文通過免費(fèi)開源軟件來(lái)設(shè)計(jì)電梯云服務(wù)平臺(tái)，提供一個(gè)可行的開源解決方案，其實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖2所示。電梯云架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要從低到高五個(gè)層次。

圖2 電梯云架構(gòu)的開源實(shí)現(xiàn)

1.2.1物理層

云中心的物理層需要擁有數(shù)千臺(tái)服務(wù)器，通過路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，形成底層基礎(chǔ)的服務(wù)器集群。電信、移動(dòng)和聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備這方面的基礎(chǔ)設(shè)施。也可以借助IBM或華為等公司提供的服務(wù)器通信解決方案?？紤]到安全性問題，同一個(gè)云中心的各服務(wù)器應(yīng)布置在同一內(nèi)部局域網(wǎng)中。

1.2.2虛擬化層

虛擬化技術(shù)是云服務(wù)平臺(tái)的標(biāo)志性技術(shù)，它對(duì)外屏蔽物理層服務(wù)器集群的拓?fù)浼軜?gòu)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬服務(wù)器層[5]，通過調(diào)度器實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資源的合理調(diào)度。虛擬化技術(shù)通過資源的集中和共享，實(shí)現(xiàn)成本降低、優(yōu)化利用的目的。這一層設(shè)計(jì)用XEN實(shí)現(xiàn)。

圖3 MapReduce架構(gòu)

XEN虛擬機(jī)是劍橋大學(xué)開發(fā)的一個(gè)開源虛擬機(jī)服務(wù)器，通過一種稱為準(zhǔn)虛擬化的技術(shù)獲得高性能。XEN可以在多個(gè)物理主機(jī)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移。在操作過程中，虛擬機(jī)在不停止工作的情況下將內(nèi)存反復(fù)地復(fù)制到目標(biāo)機(jī)器。虛擬機(jī)在最終目標(biāo)開始執(zhí)行之前，將進(jìn)行60～300 ms的暫停，用以執(zhí)行最終同步，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫遷移。使用類似的技術(shù)可以將一臺(tái)正在運(yùn)行的虛擬機(jī)暫停復(fù)制到磁盤，并切換到另一臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行，并且稍后可以恢復(fù)原先前一臺(tái)虛擬機(jī)。XEN目前可以運(yùn)行在x86系統(tǒng)上，并正在向x86_64、IA64、PPC移植。

1.2.3控制層

控制層是配合虛擬機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)資源的調(diào)度和管理，這一層設(shè)計(jì)用Eucalyptus實(shí)現(xiàn)。

Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems (Eucalyptus)是一種開源的軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，用來(lái)通過計(jì)算集群或工作站群實(shí)現(xiàn)彈性的、實(shí)用的云計(jì)算。Eucalyptu包含的幾個(gè)組件通過使用具有 WS-Security 的 SOAP 消息傳遞，可以安全地相互通信協(xié)作來(lái)提供相應(yīng)的云服務(wù)。

(1)Cloud Controller (CLC)：管理整個(gè)系統(tǒng)的主控制器組件，是用戶和管理員進(jìn)入Eucalyptus云的主要網(wǎng)關(guān)。

(2)Cluster Controller (CC)：管理整個(gè)虛擬實(shí)例網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)有關(guān)在系統(tǒng)中運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)控制器的所有信息，并負(fù)責(zé)控制這些實(shí)例的生命周期。

(3)Node Controller (NC)：控制主機(jī)操作系統(tǒng)及相應(yīng)的 hypervisor(XEN)。

1.2.4系統(tǒng)層

系統(tǒng)層是云服務(wù)應(yīng)用程序的直接支撐，需要提供應(yīng)用程序所需要的文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和Web服務(wù)支持。這一層設(shè)計(jì)用Hadoop配合Web服務(wù)器(Tomcat)集群來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Hadoop是Apache軟件基金會(huì)的開源Java項(xiàng)目，它主要是由HDFS、MapReduce、Zookeeper和Hbase組成，是Google分布式框架的開源實(shí)現(xiàn)，是開源的云計(jì)算分布式基礎(chǔ)框架的重要組成部分。

(1)HDFS：海量數(shù)據(jù)的分布式文件系統(tǒng)[6]，是基于一組特定的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的，這些節(jié)點(diǎn)包括:①NameNode(僅一個(gè))，它在 HDFS 內(nèi)部提供元數(shù)據(jù)服務(wù)；②DataNode，它為 HDFS 提供存儲(chǔ)塊。

(2)MapReduce：并行程序框架[7]。MapReduce是一個(gè)用于并行處理大型數(shù)據(jù)集的軟件框架。它由兩個(gè)可能包含許多實(shí)例(許多Map和Reduce)的操作組成。Map 函數(shù)將接收到的一組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)鍵/值對(duì)列表，輸入字段中的每個(gè)元素都對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵/值對(duì)。Reduce 函數(shù)接收到Map函數(shù)輸出的列表，并根據(jù)鍵值(一個(gè)鍵生成一個(gè)鍵/值對(duì))減少鍵/值對(duì)列表，如圖3所示。

(3)Zookeeper: 分布式鎖系統(tǒng)，主要用于解決分布式應(yīng)用程序經(jīng)常遇到的一些數(shù)據(jù)管理問題，如集群管理、統(tǒng)一命名服務(wù)、狀態(tài)同步服務(wù)、分布式應(yīng)用配置項(xiàng)管理等。

(4)HBase：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，是一個(gè)分布式的、面向列的開源數(shù)據(jù)庫(kù)，是Google Bigtable的開源實(shí)現(xiàn)[8]。利用Hadoop HDFS作為其文件存儲(chǔ)系統(tǒng)；利用Hadoop MapReduce來(lái)處理HBase中的海量數(shù)據(jù)；利用Zookeeper作為協(xié)同服務(wù)。

1.2.5應(yīng)用層

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)電梯云服務(wù)的直接應(yīng)用，通過利用MapReduce 的并行計(jì)算框架，提供海量數(shù)據(jù)分析與處理能力；通過分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)提供海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，通過Web服務(wù)集群，提供具體云服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)。云服務(wù)模式的實(shí)現(xiàn)過程可以從低到高分為四級(jí)進(jìn)行闡述。

1.3 電梯云服務(wù)模式

1.3.1云管理(Level1)

云管理是電梯廠商或服務(wù)商提供電梯業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理信息化的管理工具，這只是電梯云服務(wù)的最低級(jí)別，也就是實(shí)現(xiàn)最基本的管理功能，包括：

(1)電梯服務(wù)商的信息管理，包括服務(wù)商信息、服務(wù)能力、服務(wù)類型等。

(2)電梯客戶的信息管理，包括客戶信息、電梯信息等。

(3)電梯運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)啟停和維修情況等。

(4)電梯維保管理，維保服務(wù)跟蹤。

1.3.2云安全(Level2)

云安全是電梯安全管理方面的服務(wù)工具，用以確保電梯更安全可靠地運(yùn)行。這個(gè)級(jí)別能夠?qū)崿F(xiàn)電梯安全的網(wǎng)絡(luò)信息化，一方面及時(shí)排除安全隱患，另一方面完善電梯安全管理制度。

需要實(shí)現(xiàn)：

(1)安全聯(lián)防：與安保、消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安保數(shù)據(jù)的云端備份、消防報(bào)警的快速響應(yīng)。

(2)質(zhì)檢年檢流程化管理：信息服務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)出具電梯的質(zhì)檢年檢信息，對(duì)電梯質(zhì)量檢驗(yàn)和年檢的流程進(jìn)行規(guī)范化。

(3)電梯易損部件監(jiān)測(cè)：對(duì)電梯的易損部件和關(guān)鍵部件應(yīng)定期自動(dòng)檢測(cè)，上報(bào)數(shù)據(jù)至云中心，并自動(dòng)提醒進(jìn)行維保服務(wù)。

(4)電梯實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)電梯當(dāng)前運(yùn)行狀況、顧客流量、滿載情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)電梯的負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估。

1.3.3云控制(Level3)

針對(duì)高層電梯群控系統(tǒng)，通過云控制算法提供高效、節(jié)能的群控策略，縮短顧客候梯時(shí)間，延長(zhǎng)電梯的使用壽命。終端控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)擁有兩種模式：離線調(diào)度模式和在線調(diào)度模式。離線調(diào)度模式采用傳統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則控制電梯。在線調(diào)度模式將內(nèi)呼數(shù)據(jù)、外招數(shù)據(jù)和轎廂顧客數(shù)據(jù)上報(bào)至云中心，云中心將計(jì)算出最優(yōu)調(diào)度方案，指導(dǎo)電梯運(yùn)行。因?yàn)閿?shù)據(jù)是實(shí)時(shí)改變的，所以調(diào)度策略也是實(shí)時(shí)的。

雖然這一級(jí)別的服務(wù)僅限于有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的高層電梯群控系統(tǒng)，但隨著未來(lái)高層建筑的不斷增多、網(wǎng)絡(luò)成本的降低會(huì)有越來(lái)越廣闊的需求。

1.3.4云業(yè)務(wù)(Level4)

云業(yè)務(wù)是電梯云服務(wù)發(fā)展的最大利潤(rùn)點(diǎn)，可提供以下幾方面業(yè)務(wù)：

(1)廣告管理服務(wù)：目前，許多電梯轎廂內(nèi)已安裝了液晶顯示屏，以提供視頻廣告，這種廣告業(yè)務(wù)隨著電梯行業(yè)的發(fā)展將成為客戶的重要收入來(lái)源。通過云業(yè)務(wù)提供專業(yè)的廣告服務(wù)，廣告源更廣，管理和分成更方便。

(2)多媒體服務(wù)：對(duì)于別墅梯等專用電梯，可提供音視頻等多媒體服務(wù)。

(3)數(shù)據(jù)分析與決策：通過對(duì)采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為電梯廠商和服務(wù)商提供電梯銷售和服務(wù)銷售的指導(dǎo)。

(4)二次開發(fā)服務(wù)：提供二次開發(fā)的接口，為第三應(yīng)用提供服務(wù)。

2 結(jié)論

將云計(jì)算的技術(shù)和模式運(yùn)用到電梯服務(wù)業(yè)，有可能成為電梯服務(wù)業(yè)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向，也是改變世界電梯產(chǎn)業(yè)格局的一次機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。本文從系統(tǒng)架構(gòu)和可行的發(fā)展方向來(lái)闡述電梯云服務(wù)模式，希望為電梯業(yè)的發(fā)展帶來(lái)一些參考和啟發(fā)。