大數據和云計算技術在智慧城市建設中的應用

呂 明，馬 亮，齊冰冰

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

大數據和云計算結合可以進行大數據采集和分析，能夠在萬千結構數據、半結構數據、非結構數據當中找到有關事物的存在依據、發展規律，可以為事物的健康發展提供參考和指導。大數據技術、云計算技術為城市發展構建了一個最強“大腦”，讓各個組織協調一致，提高城市運作效率[1]。

1 大數據、云計算及智慧城市概述

1.1 大數據

大數據即巨量資料，是指在一定時間中無法借助常規工具提取、處理、管理其內容的數據集合。大數據主要呈現以下特征：一是數據量大，超出PB級；二是數據類型較為豐富，例如視頻、音頻、圖片以及文本等；三是處理速度快，處理數據過程中遵循1秒定律，能夠在不同類型數據中對快速獲得的信息進行歸納處理；四是價值密度低，在巨量數據中的有用數據比重較小[2]。

1.2 云計算

云計算主要借助互聯網提供效勞和軟件，同時借助瀏覽器界面完成。用戶不需要通過客戶端軟件或是效勞器即能夠加入云核算，能夠在任何設備、地址與時刻中借助瀏覽器訪問。云核算效勞涵蓋3種類型，分別是即IaaS（基礎設施效勞）、SaaS（軟件即效勞）、PaaS（渠道即效勞）。

1.3 智慧城市

智慧城市主要是在城市中各個行業充分運用信息技術，在知識社會基礎上對城市信息化進行創新發展的高級形態。其綜合運用了云計算、互聯網信息技術、綜合集成法以及Living Lab、Fab Lab、社交網絡等工具，創造了良好的創新發展環境，進而實現寬帶泛在互聯、透徹感知以及智能融合應用[3]。

2 智慧城市中大數據和云計算應用形式

基于云計算與大數據構建智慧城市框架，如圖1所示。

圖1 基于云計算與大數據的智慧城市構建框架

通過圖1能夠發現，智慧城市框架在云計算的PaaS、IaaS、SaaS基礎上增加了DaaS（數據即服務）。

2.1 IaaS

IaaS層主要是通過服務模式提供云安全服務工作，涵蓋云配套、云儲存、云網絡以及云主機，保證用戶能夠借助相關服務建立數據中心和對基礎設施資源展開池化與虛擬化管理。現階段，資源池主要涵蓋網絡、儲存與計算資源池，同時涵蓋其他數據與軟件資源池。通過儲存、計算資源方式提供云服務，例如為政府部門業務系統提供虛擬機與其他設施服務[4]。

2.2 DaaS

DaaS層，借助對誠信庫、法人與人口等信息庫進行融合，為城市政務應用體系提供權威性突出、統一的數據保障[5]。

2.3 PaaS

PaaS層主要在IaaS層基礎上進行監理，主要提供應用軟件服務等，例如數據庫、開源代碼以及相關平臺軟件等。向上可以提供業務調度服務，對平臺中相關資源展開實時監控，同時借助API向SaaS用戶開放這些資源[6]。

2.4 SaaS

SaaS層主要是對平臺中相關支撐服務，促使智慧城市中相關應用系統得到充分滿足。將特定應用程序提供給用戶，應用程序能夠對平臺層中相關服務加以應用。SaaS層為所有部門提供電子監察、OA、政府網站群等業務系統[7]。

3 基于大數據與云計算智慧城市系統實現

3.1 軟件系統

智慧城市建設過程中，可以選擇VMware v Sphere系統。其可以充分強化外部云與內部云的合作，構建跨不同云提供商參與數據中心的私有云。在技術與功能方面，VMware v Sphere均持續地更新。健全的VMware v Sphere框架如圖2所示。

圖2 VMware v Sphere架構

該系統屬于云計算與數據中心的虛擬化架構，其核心部件為ESXi，具有良好的獨立性，對于操作系統的依賴性較小，能夠獨立工作。ESXi能夠為內核級硬件虛擬化提供良好支持，虛擬機系統在穩定性與可靠性方面與硬件服務器并無較大差異，但是其維護工作更加便捷。借助計算數據軟件，促使硬件設計管理工作更加有效合理，充分保證管理工作的便捷性。借助主機管理進行文件配置，實現統一化與標準化管理[8]。通過儲存寄存能夠充分提高數據儲存的靈活性。結合VMware v Sphere設施，可以對計算資源進行整合，并將硬件性能充分發揮出來，提高數據系統的可用性和穩定性。結合VMware v Sphere的數據中心系統見圖3。

圖3 結合VMware v Sphere的數據中心系統

開展設計工作時，結合硬件系統工作環境，并針對數據中心虛擬主機選擇物理服務器。構建HA與DRS，根據群集中主機虛擬網絡、儲存以及運算等資源構建資源池，為虛擬服務器提供支撐。在應用層方面，構建以此為基礎的服務器，將OS系統設置于服務器中，之后在Unix、Linux、Windows等操作系統中對智慧城市需要的系統進行運行，涵蓋智慧教育、數據庫、OA辦公等，進而實現以VMware v Sphere為基礎的數據軟件系統[9]。

3.2 硬件系統

在建設云計算數據系統過程中，基本上會應用到傳統數據硬件設施，然而對于相關硬件要求存在一定差異，數據中心選擇冗余高性能高速硬件系統，例如高性能儲存、網絡、服務器等，保證云主機業務實用性與可靠性要求得到充分滿足。

（1）服務器。在智慧城市系統中，云計算數據服務器相比傳統數據中心在作用方面存在一定差異，云服務器具有良好兼容性與可靠性。通常，采用多內核、多CPU、大內存服務器能夠保證虛擬化架構對資源進行合理調配，智慧城市的云計算數據中心系統服務器參數如表1所示。

表1 服務器參數

（2）存儲器。對于虛擬化架構，服務器并不需要獨立進行外儲存器配置，各個儲存操作均通過網絡化儲存器開展。無需將操作系統安裝于本地服務器儲存中，通過一臺服務器對其進行集中安裝處理，同時展開運行，進而防止服務器的儲存陣列發生故障。

（3）網絡交換。因為數據中心中需要借助傳輸機對不同類型數據進行傳輸，例如業務數據與控制數據等，所以應該對相關分組交換機進行配置，與相應網絡適配器進行連接[10]。

（4）網絡負載均衡器。由于虛擬服務器主要借助虛擬網絡實現運行，因此對于網絡邏輯結構來講，網絡拓撲及布線與傳統模式相比更加簡單，借助該設備可以充分提高虛擬服務器的接入便捷性。

（5）Web應用防火墻。IPS、防火墻等傳統設備在安全策略單元中具有重要作用，但是無法為Web應用提供良好防御。在應用程序攻擊方面，需要選擇特定機制，開展檢測與保護工作。

4 結 論

綜上所述，本文根據理論實踐對智慧城市中云計算、大數據的應用進行了深入分析。通過大數據與云計算結合建立智慧城市系統，并介紹了其軟件系統與硬件系統設計，促使智慧城市系統得以實現，充分提高智慧城市發展科學性與先進性，為民眾創造先進、安全的生活環境。