“互聯網+”背景下高校校園電器共享平臺研究與設計

裴劍輝 王強

摘 ?要：為積極響應國家“互聯網+”的戰略號召，推動共享經濟在校園中快速合理發展，更好地利用和管理高校校園電器設備，讓廣大師生能夠以更小的代價享受便利、優質的服務。對國內已經投入使用的校園共享平臺進行了廣泛調研，并對當前該領域下產品普遍存在的問題進行總結與分析，在現有研究的基礎上對高校校園電器共享平臺進行設計。

關鍵詞：互聯網+;高校校園;電器;共享平臺

中圖分類號：TP311 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）24-0062-03

Abstract： In order to respond positively to national strategic call of“Internet plus”， promote the rapid and rational development of the shared economy in the campus， and better use and manage the university campus electrical appliances， so that a large number of teachers and students can enjoy convenient and high-quality services at a lower cost. This paper makes an extensive investigation on the campus sharing platform that has been put into use in China， summarizes and analyzes the common problems of products in this field at present， and designs the university campus electrical appliance sharing platform based on the existing research.

Keywords： Internet plus; university campus; electrical appliance; sharing platform

0 ?引 ?言

近年來，隨著信息技術和硬件設備的快速發展，“互聯網+”在各行各業產生了革命性的影響。據普華永道（PriceWaterhouseCoopers， PWC）預測，到2025年，全球共享經濟產值可以達到2 300億英鎊，產業規模和發展潛力巨大。共享經濟是一種“互聯網+”創新經濟模式[1]，共享經濟的發展還拉動了IT軟硬件生產、無線網絡和信息終端等產業的發展。共享經濟帶來了全新的生產模式、消費模式和企業運營模式，各領域專家學者普遍認為，共享經濟浪潮已經來臨[2]。

高校校園內的閑置固定資產較多，且用戶需求單一。在某些領域如：洗衣、制冷、取暖、打印、餐飲、設備充電等方面有較大需求，并且學生群體人員變更較快，更加注重物品的使用價值而非私有價值、共享性而非獨占性。因此，高校可通過“共享經濟”對資產進行合理配置、科學管理、充分利用。

基于以上論述，共享經濟在高校校園具有較強的適應性和可發展性。在“互聯網+”背景下借助網絡平臺將供給方閑置資源的使用權暫時轉移，實現生產要素的社會化，通過提高存量資產的使用效率為需求方創造價值，促進社會可持續發展[3]。因此，為更好的發展高校校園共享經濟，論文對高校校園電器共享平臺進行具體研究與設計。

1 ?研究現狀

近年來，各大高校在電器設備智能化集中管控方面出現了較大的需求。得益于物聯網、大數據、云計算等技術的高速發展，實現純軟件技術層面的功能已非難事，但整體技術方案的領域，特別是設備入網這一塊，一直受制于商業應用環境的復雜性、多樣性，很難選擇

一種成本低、可靠性高、適用范圍廣、運維成本低的技術來大規模普及和推廣共享電器智能化發展。因此，對共享電器及管理云平臺的合理設計實施是當前的重點之一。以四川省為例，目前眾多川內高校包括四川大學、成都中醫藥大學、西南科技大學、綿陽師范學院等院校在與四川長虹合作的過程中，都提出了非常明確的空調遠程集中管控與學生宿舍空調租賃業務的訴求。

而市面上推出的共享電器云平臺普遍存在以下問題：（1）所管理的電器設備種類單一，僅限于部分電器。（2）對于不同的應用場景適應性較差，如校園部分地區的集中管理和寢室里的分散管理。（3）在擴展性上表現不佳，無法與當前校園已有的軟硬件設備兼容。論文提出的云平臺可以本地部署，還可以實現云端部署。不僅可以實現空調設備的集中管理，還可以實現數據統計。不僅可以獨立管控，后續還可以擴展與校園信息系統、教務系統、節能監管平臺對接，實現與課表、能源管理等系統的聯動。項目將在平臺通用性、擴展性上采用前沿的架構設計，不僅可以通過定制的方式輕松滿足不同校園的差異化需求，而且對共享經濟、新零售等領域的業務需求有良好的支持。

2 ?設計方案

2.1 ?整體設計

項目總體實施框架如圖1所示。圍繞電信基礎設施，分設備終端、后臺和前端三個方向實施建設，形成智能終端到前端完整解決方案。

根據整體規劃，項目首先需要完成基于蜂窩物聯網（NB-IOT）[4]的智能家電新技術研發，其次完成校園共享空調、冰箱、洗衣機云平臺的研發。

其中，智能產品核心硬件計劃采用如下實施方案。主芯片采用華為海思Hi2115。主要規格為：CPU ARM Cortex M0，三核（分別應用核、安全核、協議核），主頻50 MHz。內置容量為352 KB的Flash，64 KB的RAM。DC/DC芯片選用MP1657，電頻轉換電路采用MOS搭建，滿足主板對電源穩定性的要求。采用先進的eSIM直接在主板上貼片安裝。支持PCB天線和柱狀天線。智能終端可通過串口與常規家用電器的電控系統對接，將其植入常規家電產品后，可實現常規家電的智能化。其次可通過電信基站接入電信核心網，然后對接入電信IoT平臺。

2.2 ?云平臺設計

通過校園電器智能化管理平臺總體實施框架設計出云平臺系統架構。系統總體采用微服務架構設計，其系統架構如圖2所示。

其中，展示層由WEB頁面、APP客戶端組成，實現平臺業務使用操作，通過統一的接口標準及規范可以實現多種展現形式。接口層，通過Zuul公共網關[5]進行統一鑒權，動態路由、負載均衡以及對外統一入口。業務邏輯層，總體采用微服務架構，由用戶服務、設備服務、故障服務、分析服務、管理員服務等獨立服務組合而成，形成一個高可用的分布式的微服務系統，系統伸縮性更強、擴展性更好，服務之間通過rest api或相關RPC解決方案進行通信交互。各個服務可以有各自的數據庫存儲等，每個服務可以獨立運行并提供相應服務，服務間沒有任何強依賴和影響。數據服務層由關系性數據庫或nosql數據庫以及相關緩存解決方案來實現系統數據存儲、分析、計算。數據庫及緩存都做集群進行分布式處理，增強數據層的存儲讀取性能。

2.3 ?功能模塊設計

在功能模塊設計上，根據業務內容對系統進行合理、有效的拆分。其拆分出的模塊均為系統核心模塊，為上層業務提供基礎服務。系統業務核心采用微服務架構，將其充分解耦。模塊間采用服務總線模式實現服務的治理，避免由于服務間依賴導致服務跟蹤及維護難度增大。也正因為采用微服務架構，所以整個系統的伸縮性及可擴展性大大增強。可有效地保證業務在某些特定時期急劇增大時，只需通過調整云服務的相關資源，或通過部署新的系統模塊即可保證系統的可用性。相關功能模塊如下。

2.3.1 ?賬戶/租戶服務

用戶即設備管理員，也是前臺的使用用戶。用戶認證服務提供統一的用戶身份認證功能，將該服務剝離后，可為該產品線之后的所有系統提供身份認證服務。在該服務中會按多租戶系統的要求進行相關設計和開發，以滿足將來多租戶的設備分時租賃系統的業務需求。在當前項目中會默認為一個唯一固定的初始租戶。

2.3.2 ?綜合管理服務

提供整個系統的一般業務管理功能。包括設備分組管理、計劃管理、統計分析、設備授權、付費授權、用戶資料等功能。將該服務獨立是考慮到該部分與業務緊密相關，且在當前階段無具體項目、客戶，無明確需求，在這個過程中可能存在較大的需求變化。當有明確的客戶需求時，可根據具體客戶的需求做定制化開發，只需調整該部分業務邏輯即可。保證其他服務的穩定性，提高復用度。

2.3.3 ?設備故障服務

基于通用性和業務內聚性的考慮，將設備故障服務剝離。該業務實現對所有設備的故障上報、故障跟蹤提供服務，之后可持續性對該服務進行功能擴展，如對接設備生產商、故障維修點等，將設備的故障業務流程都納入其中，進行集中化管理。

2.3.4 ?數據分析服務

數據分析服務包含兩部分，其一，對電器設備的控制記錄進行定時分析，包含每日開機量走勢、每日運行溫度分布、設備各項指標走勢分析等。其二，對用戶數據進行分析，包含客戶端使用狀態分析、用戶賬戶分析、用戶反饋分析等。

基于以上功能模塊設計，該云平臺可以實現電器管理、用戶管理、系統管理、故障上報、數據分析功能。

2.4 ?技術指標

考慮產品后續更新和擴展需要，并盡可能地滿足用戶對該平臺的需求，產品將進行以下幾方面測試：終端設備相關數據上報至云平臺的穩定性、時效性測試，終端設備是否能支持離散的網絡接入策略和數據上報策略測試，接收并執行來自云平臺的控制指令響應速度及時延測試，云平臺響應時延、服務并發量、日均最大訪問量測試。

3 ?結 ?論

論文基于共享經濟在高校校園中的發展現狀進行調研，在已有研究的基礎上提出校園電器共享平臺。該平臺主要提供校園電器設備的租用、管理、故障上報和數據分析服務，可較好的將校園閑置或低頻使用的設備通過現代技術手段進行合理使用和管理，既服務了廣大師生的學習與生活，又響應了國家節能減排的號召，并為之后的智慧校園的建設打下基礎。下一步需要解決的技術難點在于合理設計通信模塊的防網絡擁塞機制和端到端的確認重傳機制，并引入符合amqp的消息中間件，將其同步調用轉化為異步推送。

參考文獻：

[1] 甘蕾，陳楠，張曦幻，等.基于共享經濟的研究——以共享冰箱為例 [J].產業與科技論壇，2020，19（3）：83-84.

[2] 湯天波，吳曉雋.共享經濟：“互聯網+”下的顛覆性經濟模式 [J].科學發展，2015（12）：78-84.

[3] 鄭志來.共享經濟的成因、內涵與商業模式研究 [J].現代經濟探討，2016（3）：32-36.

[4] OH S M，SHIN J S. An Efficient Small Data Transmission Scheme in the 3GPP NB-IoT System [J].IEEE Communications Letters，2017，21（3）：660-663.

[5] 廖俊杰，陶智勇.微服務API網關的設計及應用 [J].自動化技術與應用，2019，38（8）：85-88.

作者簡介：裴劍輝（1992—），男，漢族，河南濮陽人，中級工程師，碩士研究生，研究方向：數據挖掘;王強（1983—），男，漢族，四川廣元人，中級工程師，碩士研究生，研究方向：計算機軟件。