一種基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計

張朵朵++王海春

摘要：常規(guī)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般是小流量的M2M應(yīng)用，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，原有的2G網(wǎng)絡(luò)足以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)量的支撐。但是，物聯(lián)網(wǎng)也有大量占用高帶寬的應(yīng)用，如平安城市建設(shè)、公共交通監(jiān)控、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等以視頻圖像為主的監(jiān)控業(yè)務(wù)。本文主要描述了一個基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的開發(fā)與設(shè)計，給出了系統(tǒng)設(shè)計的框架和具體的方案，具有重要的技術(shù)參考價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 云平臺 專網(wǎng)設(shè)計

中圖分類號：TP3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0140-02

1 引言

當(dāng)前，全球信息化方興未艾，各國紛紛啟動國家級智慧城市發(fā)展戰(zhàn)略。人們熱切地關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)，各地興建了若干物聯(lián)網(wǎng)示范工程，有的如視頻監(jiān)控、安全應(yīng)急響應(yīng)、城市交通管理等。但當(dāng)這些系統(tǒng)真正投入運行的話，支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要資源—無線電頻譜是不能夠承載其發(fā)展需求的。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。而物聯(lián)網(wǎng)無處不在的特點，使得有線傳輸受到很大限制，移動網(wǎng)絡(luò)和寬帶無線接入將成為物聯(lián)網(wǎng)的主要傳輸方式。而物聯(lián)網(wǎng)信息交互與傳輸以無線為主的特點，注定了它將成為頻譜資源需求的大戶。雖然我國寬帶、移動通信用戶數(shù)已經(jīng)是全球第一，但仍處于“低速寬帶”階段，無論是有線、無線寬帶速率還是普及率，與發(fā)達國家相比都存在較大差距。目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般是小流量的M2M應(yīng)用，比如路燈管理、水質(zhì)監(jiān)測等，所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，原有的2G網(wǎng)絡(luò)足以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)量的支撐。同時，物聯(lián)網(wǎng)涉及的控制、計費、支付，實際上都不會占用大量帶寬，目前有充足的頻譜資源支撐建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)。但是，物聯(lián)網(wǎng)也有大量占用高帶寬的應(yīng)用，比如平安城市、公共交通等以視頻圖像為主的監(jiān)控業(yè)務(wù)。以成都公交系統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)為例，目前成都市有6000多輛公交車，如果每輛公交車上布設(shè)4個攝像頭，則6000輛公交車的數(shù)據(jù)總量預(yù)計將達到約50Gbit/s，且對圖像的連續(xù)性和實時性有較高要求，所以傳輸頻譜需求絕不是目前2G、3G甚至未來4G可以輕松承載的。

目前多數(shù)城市和大型企業(yè)在建設(shè)云計算中心，但據(jù)我們調(diào)查，大部分在建的云中心都重點考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲和查詢使用?；诔杀究紤]，建設(shè)大規(guī)模并行存儲的云中心現(xiàn)在還沒有。而一些重點監(jiān)控領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)，對基于云存儲的數(shù)據(jù)中心的響應(yīng)速度要求是很高的。

綜上所述，基于一個專有的企業(yè)云中心，開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，專門用于涉及視頻監(jiān)控和安全應(yīng)急響應(yīng)等應(yīng)用，具有現(xiàn)實的需求。同時，基于這樣的云中心，建設(shè)一個涉及視頻監(jiān)控和安全應(yīng)急響應(yīng)、交通監(jiān)視及生產(chǎn)管理的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，對提高區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，具有重要意義。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

目前國內(nèi)外云中心建設(shè)發(fā)展很快。多數(shù)城市和大型企業(yè)都在規(guī)劃各自的云計算中心和云平臺。但據(jù)我們調(diào)查，大部分在建的云中心都重點考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲和查詢使用?；诔杀究紤]，建設(shè)大規(guī)模并行存儲的云中心現(xiàn)在還沒有。

2.1 物聯(lián)專網(wǎng)建設(shè)中的通信現(xiàn)狀

未來10年，當(dāng)很多在建的物聯(lián)網(wǎng)正式實現(xiàn)，有超過500億以上的終端需要通過無線方式連接在一起時，形成遠遠大于人與人通信互聯(lián)的移動通信與無線接入的數(shù)據(jù)量，其對頻譜的需求絕不是如今己分配的移動通信和無線接入頻率所能承載的。到那時，頻譜資源的短缺將成為物聯(lián)網(wǎng)難以克服的瓶頸。

目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般是小流量的M2M應(yīng)用，比如路燈管理、水質(zhì)監(jiān)測等，所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，原有的2G網(wǎng)絡(luò)足以實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)量的支撐。同時，物聯(lián)網(wǎng)涉及的控制、計費、支付，實際上都不會占用大量帶寬，目前有充足的頻譜資源支撐建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)。但是，物聯(lián)網(wǎng)也有大量占用高帶寬的應(yīng)用，比如平安城市、公共交通等以視頻圖像為主的監(jiān)控業(yè)務(wù)。以城市公交系統(tǒng)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)為例，目前某城市有3萬多輛公交車，如果每輛公交車上布設(shè)4個攝像頭，則3萬輛公交車的數(shù)據(jù)總量預(yù)計將達到約180Gbit/s，且對圖像的連續(xù)性和實時性有較高要求，所以傳輸頻譜需求絕不是目前2G、3G甚至未來4G可以輕松承載的。

物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模巨大，盡管有些業(yè)務(wù)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不一定非常大，甚至只有幾十個字節(jié)，但是必須一次傳輸成功，有著非常實時的傳輸要求。另外，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)著重考慮用戶數(shù)量，而物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)特性，可能會造成大量用戶堆積在熱點區(qū)域，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者資源分配不平衡。這些都會造成物聯(lián)網(wǎng)對頻譜的需求方式和規(guī)劃方式有別于己有的無線通信，所以不能輕言物聯(lián)網(wǎng)不存在頻譜資源的制約。

2.2 物聯(lián)專網(wǎng)建設(shè)中的國外通信現(xiàn)狀

為了適應(yīng)不斷的變化、整合和急需頻譜的美國物聯(lián)市場，最近發(fā)生的多起收購，都與頻譜有關(guān)。

Dish與Softbank（軟銀）在競購Sprint，而Sprint想收購Clearwire剩下50%股份，同時Dish和Verizon也打算收購Clearwire。還有T-Mobile去年下半年宣布收購MetroPCS，但遭到一部分MetroPCS股東的抵制。美國無線市場正在快速整合，大者恒大，小的聯(lián)手。

那么，這段時間美國無線市場并購活動如此頻繁的原因何在？Analysys Mason高級經(jīng)理Philip Bates表示一切都是為了頻譜。

“美國的頻譜政策導(dǎo)致了移動運營商之間的頻譜資產(chǎn)不平衡，從而創(chuàng)造出一個運營商到運營商的交易市場”。

由于運營商們要努力趕上Verizon在LTE方面的步伐，所以他們不得不不斷戰(zhàn)斗以獲得更多的頻譜和用戶數(shù)，從而導(dǎo)致市場大型玩家和低成本Alternative運營商之間的分化更嚴重，同時這兩者中間的運營商也受到擠壓。

2.3 國內(nèi)在建云中心現(xiàn)狀分析

硬件平臺：從應(yīng)用角度分析，未來不會只有一個云平臺。目前云中心的三種工作模式如圖1所示。

目前已公布的在建云數(shù)據(jù)中心，基于建設(shè)成本考慮，操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)都保存在存儲器中，不管理其采取的集群文件系統(tǒng)（如google）還是SAN塊存儲結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)讀寫速度（I/O）都不是很高。能滿足一般基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存取業(yè)務(wù)的要求。但對于支撐大規(guī)模、高速、寬帶的物聯(lián)專網(wǎng)業(yè)務(wù)，顯得力不從心。endprint

3 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計思路

3.1 建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺

研究開發(fā)建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺，平臺支持大規(guī)模高分辯率視頻信號的安全存取。

3.2 開發(fā)兩項關(guān)鍵技術(shù)

（1）并行存儲技術(shù)。將控制器與多塊磁盤并行連接，將信息并行存放與提取，提高信息的吞吐率。具體考慮購買部分低價硬盤，通過自己研發(fā)的控件器，實現(xiàn)并行存取。

（2）信號壓縮技術(shù)。目前分別有分形壓縮、矢量壓縮、動態(tài)壓縮、基于感興趣區(qū)的壓縮。不同的壓縮技術(shù)，對應(yīng)不同的應(yīng)用提供給云的使用者。平臺基于SOA 服務(wù)調(diào)度，滿足各種不同的應(yīng)用的需要。

3.3 提供三種存儲方式

所謂分級存儲，就是根據(jù)數(shù)據(jù)不同的重要性、訪問頻次等指標(biāo)分別存儲在不同性能的存儲設(shè)備上，采取不同的存儲方式。這樣一方面可大大減少非重要性數(shù)據(jù)在一級本地磁盤所占用的空間，還可加快整個系統(tǒng)的存儲性能。在這里就涉及到幾種不同性能的存儲設(shè)備和不同的存儲形式了。這不同的存儲形式包括在線存儲（OnStore）、近線存儲（NearStore）和離線存儲（OffStore）。

（1）線存儲。在線存儲又稱工作級的存儲，存儲設(shè)備和所存儲的數(shù)據(jù)時刻保持“在線”狀態(tài)，是可隨意讀取的，可滿足計算平臺對數(shù)據(jù)訪問的速度要求。如我們PC機中常用的磁盤基本上都是采用這種存儲形式的。一般在線存儲設(shè)備為磁盤和磁盤陣列等磁盤設(shè)備，價格相對昂貴，但性能最好。

（2）離線存儲。離線存儲主要是用于對在線存儲的數(shù)據(jù)進行備份，以防范可能發(fā)生的數(shù)據(jù)災(zāi)難，因此又稱備份級的存儲。離線海量存儲的典型產(chǎn)品就是磁帶或磁帶庫，價格相對低廉。離線存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)在讀寫時是順序進行的。當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時，需要把帶子卷到頭，再進行定位。當(dāng)需要對已寫入的數(shù)據(jù)進行修改時，所有的數(shù)據(jù)都需要全部進行改寫。因此，離線海量存儲的訪問是慢速度、低效率的。

（3）近線存儲。所謂近線存儲，就是指將那些并不是經(jīng)常用到，或者說數(shù)據(jù)的訪問量并不大的數(shù)據(jù)存放在性能較低的存儲設(shè)備上。對這些的設(shè)備要求是尋址迅速、傳輸率高。因此，近線存儲對性能要求相對來說并不高，但由于不常用的數(shù)據(jù)要占總數(shù)據(jù)量的大多數(shù)，這也就意味著近線存儲設(shè)備首先要保證的是容量。

在分級數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)中，磁帶庫等成本較低的存儲資源用來存放訪問頻率較低的信息，而磁盤或磁盤陣列等成本高、速度快的設(shè)備，用來存儲經(jīng)常訪問的重要信息。數(shù)據(jù)分級存儲的工作原理是基于數(shù)據(jù)訪問的局部性。通過將不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)自動移到存儲層次中較低的層次，釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數(shù)據(jù)，可以獲得更好的總體性價比。

4 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)設(shè)計

通過通信設(shè)備和線路租賃，建設(shè)一個物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，專門用于涉及視頻監(jiān)控和安全應(yīng)急響應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

4.1 通信線路的設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電信VPN專線。有線網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電視光纖。無線部分重點考慮租用TD-LTE試驗網(wǎng)。

具體當(dāng)前可考慮與中國移動共同投入建設(shè)基于成都的TD-LTE試驗網(wǎng)。TD-LTE有望在全國實現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，成為我國信息化自主創(chuàng)新的重大突破。推動TD-LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)對低功率、短距離無線接入的頻譜需求與己有頻率資源之間同樣存在很大差距。以Wi-Fi為例，我國至今在非授權(quán)的2.4GHz和5.8GHz頻段為 Wi-Fi規(guī)劃了208.5MHz頻率，與到2020年Wi-Fi人與人通信所需的2500MHz頻率尚存巨大缺口，如果加上物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求，其頻率缺口更大。

物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模巨大，盡管有些業(yè)務(wù)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不一定非常大，甚至只有幾十個字節(jié)，但是必須一次傳輸成功，有著非常實時的傳輸要求。另外，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)著重考慮用戶數(shù)量，而物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)特性，可能會造成大量用戶堆積在熱點區(qū)域，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者資源分配不平衡。這些都會造成物聯(lián)網(wǎng)對頻譜的需求方式和規(guī)劃方式有別于己有的無線通信，所以不能輕言物聯(lián)網(wǎng)不存在頻譜資源的制約。

4.3 感知層設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)的感知層將信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理，而這種連接將采用低功率技術(shù)。

以Wi-Fi為例，如果將Wi-Fi用于物聯(lián)網(wǎng)，Wi-Fi的頻譜需求將大大超過目前己分配的頻譜總量。

物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 結(jié)語

但由于整個項目投入較大，擬采取邊研究、邊實踐、邊投入的積木式發(fā)展結(jié)構(gòu)。前期1年，示范性專網(wǎng)投入300萬，建設(shè)具有100臺專用服務(wù)器的云平臺，建設(shè)基于成都的用于安全應(yīng)急處理和安全監(jiān)控的示范性物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)一個。主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理和安全實時監(jiān)控。中期3年內(nèi)，示范性專網(wǎng)投入600萬，建設(shè)具有200臺專用服務(wù)器的云平臺，加強基于成都的用于交通監(jiān)控、過程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)控制的專網(wǎng)建設(shè)。專網(wǎng)主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理、安全交通實時監(jiān)控和大中型企業(yè)的各種物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

參考文獻：

[1]秦志光，潘郁，凌晨.云計算環(huán)境下的資源節(jié)能調(diào)度[J].計算機應(yīng)用，2012，32（7）；1913-1915.

[2]馮登國，張後，張妍.云計算安全研究[J]. 軟件學(xué)報，2011，22（1）：71-83.

[3]陳松，邵廉明.ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的圖像傳輸[J].計算機工程，2008，34（11）；129-130.endprint

3 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計思路

3.1 建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺

研究開發(fā)建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺，平臺支持大規(guī)模高分辯率視頻信號的安全存取。

3.2 開發(fā)兩項關(guān)鍵技術(shù)

（1）并行存儲技術(shù)。將控制器與多塊磁盤并行連接，將信息并行存放與提取，提高信息的吞吐率。具體考慮購買部分低價硬盤，通過自己研發(fā)的控件器，實現(xiàn)并行存取。

（2）信號壓縮技術(shù)。目前分別有分形壓縮、矢量壓縮、動態(tài)壓縮、基于感興趣區(qū)的壓縮。不同的壓縮技術(shù)，對應(yīng)不同的應(yīng)用提供給云的使用者。平臺基于SOA 服務(wù)調(diào)度，滿足各種不同的應(yīng)用的需要。

3.3 提供三種存儲方式

所謂分級存儲，就是根據(jù)數(shù)據(jù)不同的重要性、訪問頻次等指標(biāo)分別存儲在不同性能的存儲設(shè)備上，采取不同的存儲方式。這樣一方面可大大減少非重要性數(shù)據(jù)在一級本地磁盤所占用的空間，還可加快整個系統(tǒng)的存儲性能。在這里就涉及到幾種不同性能的存儲設(shè)備和不同的存儲形式了。這不同的存儲形式包括在線存儲（OnStore）、近線存儲（NearStore）和離線存儲（OffStore）。

（1）線存儲。在線存儲又稱工作級的存儲，存儲設(shè)備和所存儲的數(shù)據(jù)時刻保持“在線”狀態(tài)，是可隨意讀取的，可滿足計算平臺對數(shù)據(jù)訪問的速度要求。如我們PC機中常用的磁盤基本上都是采用這種存儲形式的。一般在線存儲設(shè)備為磁盤和磁盤陣列等磁盤設(shè)備，價格相對昂貴，但性能最好。

（2）離線存儲。離線存儲主要是用于對在線存儲的數(shù)據(jù)進行備份，以防范可能發(fā)生的數(shù)據(jù)災(zāi)難，因此又稱備份級的存儲。離線海量存儲的典型產(chǎn)品就是磁帶或磁帶庫，價格相對低廉。離線存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)在讀寫時是順序進行的。當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時，需要把帶子卷到頭，再進行定位。當(dāng)需要對已寫入的數(shù)據(jù)進行修改時，所有的數(shù)據(jù)都需要全部進行改寫。因此，離線海量存儲的訪問是慢速度、低效率的。

（3）近線存儲。所謂近線存儲，就是指將那些并不是經(jīng)常用到，或者說數(shù)據(jù)的訪問量并不大的數(shù)據(jù)存放在性能較低的存儲設(shè)備上。對這些的設(shè)備要求是尋址迅速、傳輸率高。因此，近線存儲對性能要求相對來說并不高，但由于不常用的數(shù)據(jù)要占總數(shù)據(jù)量的大多數(shù)，這也就意味著近線存儲設(shè)備首先要保證的是容量。

在分級數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)中，磁帶庫等成本較低的存儲資源用來存放訪問頻率較低的信息，而磁盤或磁盤陣列等成本高、速度快的設(shè)備，用來存儲經(jīng)常訪問的重要信息。數(shù)據(jù)分級存儲的工作原理是基于數(shù)據(jù)訪問的局部性。通過將不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)自動移到存儲層次中較低的層次，釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數(shù)據(jù)，可以獲得更好的總體性價比。

4 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)設(shè)計

通過通信設(shè)備和線路租賃，建設(shè)一個物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，專門用于涉及視頻監(jiān)控和安全應(yīng)急響應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

4.1 通信線路的設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電信VPN專線。有線網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電視光纖。無線部分重點考慮租用TD-LTE試驗網(wǎng)。

具體當(dāng)前可考慮與中國移動共同投入建設(shè)基于成都的TD-LTE試驗網(wǎng)。TD-LTE有望在全國實現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，成為我國信息化自主創(chuàng)新的重大突破。推動TD-LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)對低功率、短距離無線接入的頻譜需求與己有頻率資源之間同樣存在很大差距。以Wi-Fi為例，我國至今在非授權(quán)的2.4GHz和5.8GHz頻段為 Wi-Fi規(guī)劃了208.5MHz頻率，與到2020年Wi-Fi人與人通信所需的2500MHz頻率尚存巨大缺口，如果加上物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求，其頻率缺口更大。

物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模巨大，盡管有些業(yè)務(wù)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不一定非常大，甚至只有幾十個字節(jié)，但是必須一次傳輸成功，有著非常實時的傳輸要求。另外，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)著重考慮用戶數(shù)量，而物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)特性，可能會造成大量用戶堆積在熱點區(qū)域，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者資源分配不平衡。這些都會造成物聯(lián)網(wǎng)對頻譜的需求方式和規(guī)劃方式有別于己有的無線通信，所以不能輕言物聯(lián)網(wǎng)不存在頻譜資源的制約。

4.3 感知層設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)的感知層將信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理，而這種連接將采用低功率技術(shù)。

以Wi-Fi為例，如果將Wi-Fi用于物聯(lián)網(wǎng)，Wi-Fi的頻譜需求將大大超過目前己分配的頻譜總量。

物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 結(jié)語

但由于整個項目投入較大，擬采取邊研究、邊實踐、邊投入的積木式發(fā)展結(jié)構(gòu)。前期1年，示范性專網(wǎng)投入300萬，建設(shè)具有100臺專用服務(wù)器的云平臺，建設(shè)基于成都的用于安全應(yīng)急處理和安全監(jiān)控的示范性物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)一個。主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理和安全實時監(jiān)控。中期3年內(nèi)，示范性專網(wǎng)投入600萬，建設(shè)具有200臺專用服務(wù)器的云平臺，加強基于成都的用于交通監(jiān)控、過程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)控制的專網(wǎng)建設(shè)。專網(wǎng)主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理、安全交通實時監(jiān)控和大中型企業(yè)的各種物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

參考文獻：

[1]秦志光，潘郁，凌晨.云計算環(huán)境下的資源節(jié)能調(diào)度[J].計算機應(yīng)用，2012，32（7）；1913-1915.

[2]馮登國，張後，張妍.云計算安全研究[J]. 軟件學(xué)報，2011，22（1）：71-83.

[3]陳松，邵廉明.ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的圖像傳輸[J].計算機工程，2008，34（11）；129-130.endprint

3 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計思路

3.1 建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺

研究開發(fā)建設(shè)一個支撐物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)應(yīng)用的企業(yè)云平臺，平臺支持大規(guī)模高分辯率視頻信號的安全存取。

3.2 開發(fā)兩項關(guān)鍵技術(shù)

（1）并行存儲技術(shù)。將控制器與多塊磁盤并行連接，將信息并行存放與提取，提高信息的吞吐率。具體考慮購買部分低價硬盤，通過自己研發(fā)的控件器，實現(xiàn)并行存取。

（2）信號壓縮技術(shù)。目前分別有分形壓縮、矢量壓縮、動態(tài)壓縮、基于感興趣區(qū)的壓縮。不同的壓縮技術(shù)，對應(yīng)不同的應(yīng)用提供給云的使用者。平臺基于SOA 服務(wù)調(diào)度，滿足各種不同的應(yīng)用的需要。

3.3 提供三種存儲方式

所謂分級存儲，就是根據(jù)數(shù)據(jù)不同的重要性、訪問頻次等指標(biāo)分別存儲在不同性能的存儲設(shè)備上，采取不同的存儲方式。這樣一方面可大大減少非重要性數(shù)據(jù)在一級本地磁盤所占用的空間，還可加快整個系統(tǒng)的存儲性能。在這里就涉及到幾種不同性能的存儲設(shè)備和不同的存儲形式了。這不同的存儲形式包括在線存儲（OnStore）、近線存儲（NearStore）和離線存儲（OffStore）。

（1）線存儲。在線存儲又稱工作級的存儲，存儲設(shè)備和所存儲的數(shù)據(jù)時刻保持“在線”狀態(tài)，是可隨意讀取的，可滿足計算平臺對數(shù)據(jù)訪問的速度要求。如我們PC機中常用的磁盤基本上都是采用這種存儲形式的。一般在線存儲設(shè)備為磁盤和磁盤陣列等磁盤設(shè)備，價格相對昂貴，但性能最好。

（2）離線存儲。離線存儲主要是用于對在線存儲的數(shù)據(jù)進行備份，以防范可能發(fā)生的數(shù)據(jù)災(zāi)難，因此又稱備份級的存儲。離線海量存儲的典型產(chǎn)品就是磁帶或磁帶庫，價格相對低廉。離線存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)在讀寫時是順序進行的。當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時，需要把帶子卷到頭，再進行定位。當(dāng)需要對已寫入的數(shù)據(jù)進行修改時，所有的數(shù)據(jù)都需要全部進行改寫。因此，離線海量存儲的訪問是慢速度、低效率的。

（3）近線存儲。所謂近線存儲，就是指將那些并不是經(jīng)常用到，或者說數(shù)據(jù)的訪問量并不大的數(shù)據(jù)存放在性能較低的存儲設(shè)備上。對這些的設(shè)備要求是尋址迅速、傳輸率高。因此，近線存儲對性能要求相對來說并不高，但由于不常用的數(shù)據(jù)要占總數(shù)據(jù)量的大多數(shù)，這也就意味著近線存儲設(shè)備首先要保證的是容量。

在分級數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)中，磁帶庫等成本較低的存儲資源用來存放訪問頻率較低的信息，而磁盤或磁盤陣列等成本高、速度快的設(shè)備，用來存儲經(jīng)常訪問的重要信息。數(shù)據(jù)分級存儲的工作原理是基于數(shù)據(jù)訪問的局部性。通過將不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)自動移到存儲層次中較低的層次，釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數(shù)據(jù)，可以獲得更好的總體性價比。

4 物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)設(shè)計

通過通信設(shè)備和線路租賃，建設(shè)一個物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，專門用于涉及視頻監(jiān)控和安全應(yīng)急響應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

4.1 通信線路的設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電信VPN專線。有線網(wǎng)絡(luò)部分可考慮租用電視光纖。無線部分重點考慮租用TD-LTE試驗網(wǎng)。

具體當(dāng)前可考慮與中國移動共同投入建設(shè)基于成都的TD-LTE試驗網(wǎng)。TD-LTE有望在全國實現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，成為我國信息化自主創(chuàng)新的重大突破。推動TD-LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.2 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)對低功率、短距離無線接入的頻譜需求與己有頻率資源之間同樣存在很大差距。以Wi-Fi為例，我國至今在非授權(quán)的2.4GHz和5.8GHz頻段為 Wi-Fi規(guī)劃了208.5MHz頻率，與到2020年Wi-Fi人與人通信所需的2500MHz頻率尚存巨大缺口，如果加上物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求，其頻率缺口更大。

物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模巨大，盡管有些業(yè)務(wù)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不一定非常大，甚至只有幾十個字節(jié)，但是必須一次傳輸成功，有著非常實時的傳輸要求。另外，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)著重考慮用戶數(shù)量，而物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)特性，可能會造成大量用戶堆積在熱點區(qū)域，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者資源分配不平衡。這些都會造成物聯(lián)網(wǎng)對頻譜的需求方式和規(guī)劃方式有別于己有的無線通信，所以不能輕言物聯(lián)網(wǎng)不存在頻譜資源的制約。

4.3 感知層設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)的感知層將信息傳感設(shè)備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理，而這種連接將采用低功率技術(shù)。

以Wi-Fi為例，如果將Wi-Fi用于物聯(lián)網(wǎng)，Wi-Fi的頻譜需求將大大超過目前己分配的頻譜總量。

物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 結(jié)語

但由于整個項目投入較大，擬采取邊研究、邊實踐、邊投入的積木式發(fā)展結(jié)構(gòu)。前期1年，示范性專網(wǎng)投入300萬，建設(shè)具有100臺專用服務(wù)器的云平臺，建設(shè)基于成都的用于安全應(yīng)急處理和安全監(jiān)控的示范性物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)一個。主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理和安全實時監(jiān)控。中期3年內(nèi)，示范性專網(wǎng)投入600萬，建設(shè)具有200臺專用服務(wù)器的云平臺，加強基于成都的用于交通監(jiān)控、過程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)控制的專網(wǎng)建設(shè)。專網(wǎng)主要應(yīng)用各級政府的安全應(yīng)急處理、安全交通實時監(jiān)控和大中型企業(yè)的各種物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用。

參考文獻：

[1]秦志光，潘郁，凌晨.云計算環(huán)境下的資源節(jié)能調(diào)度[J].計算機應(yīng)用，2012，32（7）；1913-1915.

[2]馮登國，張後，張妍.云計算安全研究[J]. 軟件學(xué)報，2011，22（1）：71-83.

[3]陳松，邵廉明.ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的圖像傳輸[J].計算機工程，2008，34（11）；129-130.endprint