裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺構(gòu)建研究

紀伯公　吳迪　石晶　王猛

摘 要：在大數(shù)據(jù)時代，各單位對裝備保障能力的開發(fā)和應用需求不斷增加，所以，擬采用基于云計算的裝備保障業(yè)務托管模式、云化（上云）和動態(tài)資源調(diào)度技術(shù)、基于ESB和RESTful的能力服務總線、基于云計算的裝備保障業(yè)務開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于云計算的裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺，從而為裝備保障業(yè)務、數(shù)據(jù)融合和資源整合提供統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：裝備物聯(lián)網(wǎng)；云科研實驗平臺；裝備保障；數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：TP393.022 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.003

1 研究背景

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺集成了先進的云計算技術(shù)、移動/互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、嵌入式中間件技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)等，利用它可以實時監(jiān)測戰(zhàn)地狀況、裝備車輛技術(shù)狀況，并完成車場管理、裝備維修和裝備物資管理等工作。該平臺有統(tǒng)一、開放的API接口，可為各個環(huán)節(jié)提供各種傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲和應用服務。另外，用戶可以利用桌面平臺、軍用手機平臺等終端登錄云平臺遠程訪問系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)設備，也可以利用開放API的方法搭建各種裝備物聯(lián)網(wǎng)的其他應用系統(tǒng)。

2 功能劃分

在劃分平臺功能時，可從系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和它所提供的服務等方面入手。

2.1 根據(jù)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)劃分

2.1.1 云服務器端

當云服務器端接入互聯(lián)網(wǎng)后，可以將其作為Web服務器，實現(xiàn)Web服務等功能。在Windows系統(tǒng)中，通常利用IIS（Internet Information Services，互聯(lián)網(wǎng)信息服務）搭建Web服務器平臺，并依次配置網(wǎng)站文件目錄、服務器IP地址（或者申請的域名）、身份驗證和asp.net的運行環(huán)境。同時，服務器可以利用asp.net編寫頁面，利用TCP/UDP端口監(jiān)聽線程和串口線程，利用SQL Server 2008開發(fā)數(shù)據(jù)庫存儲、接收ZigBee節(jié)點數(shù)據(jù)。

2.1.2 PC客戶端

PC端采用B/S架構(gòu)，在客戶端輸入服務器端的IP地址或域名，經(jīng)過身份驗證后就可以訪問服務器存儲的網(wǎng)頁，訪問ZigBee-TCP/IP網(wǎng)關(guān)上傳的各個節(jié)點信息。

2.1.3 智能軍用手機和平板客戶端

智能軍用手機采用的是Android系統(tǒng)，所以，可以利用Web Service的API接口開發(fā)應用程序，從而實現(xiàn)對各個ZigBee節(jié)點的遠程訪問。

2.2 根據(jù)系統(tǒng)提供的服務劃分

云平臺提供開放的API接口主要有賬戶管理、系統(tǒng)設置、設備管理和設備信息管理等功能。

2.2.1 賬戶管理

賬戶管理允許用戶采用安全賬戶管理方式登錄云平臺。

2.2.2 設備管理

設備管理是指ZigBee無線傳感網(wǎng)絡設備利用嵌入式網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)中的云平臺相連，進而實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)設備的集中、統(tǒng)一管理。

2.2.3 設備信息管理

利用云平臺集中管理物聯(lián)網(wǎng)傳感設備可以實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的采樣和執(zhí)行設備的實時遠程控制。

3 平臺組成

3.1 硬件組成

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺的基礎系統(tǒng)是用彎曲開源的云計算平臺OpenStack構(gòu)建的，它主要包括云控制器、云計算節(jié)點和客戶端。OpenStack云平臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 軟件組成

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺的軟件主要包括Openstack云計算平臺和裝備物聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)。

3.2.1 Openstack云計算平臺

Openstack云計算平臺可以幫助用戶建立自己的IaaS，分別在2臺PC上布設云控制器和計算節(jié)點。云控制器主要服務項目有Compute（Nova）、對象存儲（Object Storage，Swift）、鏡像服務（Image Service，Glance）、Identity Service（Keystone）和Dashboard（Horizon）。其中，Nova提供虛擬計算服務，Swift提供存儲服務，Glance提供虛擬機鏡像的注冊、分發(fā)服務，Keystone提供認證和授權(quán)服務，Horizon提供基于頁面的模塊化接口和特定部署服務的目錄。

Compute（代號“Nova”）是一種控制器，它可以幫助單個用戶或使用群組啟動虛擬機，并為包含多個實例的特定項目設置網(wǎng)絡。

對象存儲（代號“Swfit”）應用于大規(guī)?？蓴U展系統(tǒng)中，通過內(nèi)置冗余和容錯機制可以實現(xiàn)對象存儲。這些對象能夠利用REST API或是Cyberduck（1個開放源代碼的FTP和SFTP軟件，基于GPL授權(quán)，操作界面簡單，支持WebDAV、Amazon S3瀏覽和文件傳輸?shù)裙ぷ鳎┗謴蛯訉ο蟠鎯PI的客戶端。

鏡像服務（代號“Glance”）是一套虛擬機鏡像查找和檢索系統(tǒng)，它有3種配置形式——利用 OpenStack 對象存儲機制存儲鏡像，利用 Amazon 的簡單存儲解決方案（簡稱“S3”）直接存儲信息，將S3存儲與對象存儲結(jié)合起來作為S3訪問的連接器。OpenStack鏡像服務支持多種虛擬機鏡像格式，包括 VMware（VMDK）、Amazon鏡像（AKI、ARI、AMI）和VirtualBox所支持的各種磁盤格式。

3.2.2 裝備物聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)

在IaaS基礎上設置Web Service的開發(fā)環(huán)境，構(gòu)建PaaS，然后在此基礎上開發(fā)裝備物聯(lián)網(wǎng)云服務系統(tǒng)。另外，云平臺構(gòu)建的Web Service可以為用戶提供各種API函數(shù)接口，以完成遠程調(diào)用、監(jiān)控等操作。與此同時，用戶可以通過電腦、手機等終端應用程序登錄云平臺，遠程訪問系統(tǒng)中的任何設備，也可以利用開放API的方法搭建各種物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)。

4 戰(zhàn)技性能指標

4.1 科研領(lǐng)域

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺主要應用于以下3個方面：①基于云計算的裝備保障云平臺基礎架構(gòu)層的構(gòu)建。它主要研究裝備物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的存儲和處理。②基于云計算的裝備保障云平臺層的構(gòu)建。它主要研究開放的裝備物聯(lián)網(wǎng)應用標準環(huán)境和平臺的構(gòu)建，可以在此基礎上快速開發(fā)和應用裝備保障業(yè)務軟件。③基于云計算的裝備保障服務層的構(gòu)建。它主要用于裝備物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的分析和挖掘、事件和情況的高度并發(fā)、自主智能協(xié)同組網(wǎng)研究等工作中。

4.2 實驗能力

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺能夠搭建OpenStack云計算平臺、設計Web Service應用軟件API，有遠程調(diào)用和監(jiān)控等功能。裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗的典型實驗情況如表2所示。

4.3 軟件配置

裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺的軟件配置如表3所示。

5 應用前景

從裝備物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢看，裝備物聯(lián)網(wǎng)云科研實驗平臺有廣闊的應用前景。通過建設該平臺，裝備主管部門能夠清楚地掌握裝備保障業(yè)務的情況，并為相關(guān)單位提供更優(yōu)質(zhì)的服務。在建設平臺的過程中，全軍裝備保障業(yè)務主管部門可以充分利用網(wǎng)絡和資源的優(yōu)勢，不斷整合裝備保障業(yè)務，提高對整個裝備保障產(chǎn)業(yè)鏈（含軍地）的掌控力?；谄脚_的開放規(guī)范和協(xié)議，各級裝備保障管理部門可以將相關(guān)網(wǎng)絡資源和信息資源向軍工集團和授權(quán)進入軍工領(lǐng)域的民營高科技企業(yè)開放，將各方力量集中在統(tǒng)一的平臺下，攜手共進，以推動我軍裝備保障信息化建設的可持續(xù)發(fā)展，促進裝備保障能力生成模式的轉(zhuǎn)變，進而創(chuàng)造良好的軍事效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]何蔚.面向物聯(lián)網(wǎng)時代的車聯(lián)網(wǎng)研究與實踐[M].北京：科學出版社，2013.

[2]陸平，李明棟，羅圣美，等.云計算中的大數(shù)據(jù)技術(shù)與應用[M].北京：科學出版社，2013.

〔編輯：白潔〕