大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用

呂 明，馬 亮，齊冰冰

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

大數(shù)據(jù)和云計算結(jié)合可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)采集和分析，能夠在萬千結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)當(dāng)中找到有關(guān)事物的存在依據(jù)、發(fā)展規(guī)律，可以為事物的健康發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)為城市發(fā)展構(gòu)建了一個最強(qiáng)“大腦”，讓各個組織協(xié)調(diào)一致，提高城市運作效率[1]。

1 大數(shù)據(jù)、云計算及智慧城市概述

1.1 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)即巨量資料，是指在一定時間中無法借助常規(guī)工具提取、處理、管理其內(nèi)容的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)主要呈現(xiàn)以下特征：一是數(shù)據(jù)量大，超出PB級；二是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)過程中遵循1秒定律，能夠在不同類型數(shù)據(jù)中對快速獲得的信息進(jìn)行歸納處理；四是價值密度低，在巨量數(shù)據(jù)中的有用數(shù)據(jù)比重較小[2]。

1.2 云計算

云計算主要借助互聯(lián)網(wǎng)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(shè)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(chǔ)設(shè)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(yè)充分運用信息技術(shù)，在知識社會基礎(chǔ)上對城市信息化進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展的高級形態(tài)。其綜合運用了云計算、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、綜合集成法以及Living Lab、Fab Lab、社交網(wǎng)絡(luò)等工具，創(chuàng)造了良好的創(chuàng)新發(fā)展環(huán)境，進(jìn)而實現(xiàn)寬帶泛在互聯(lián)、透徹感知以及智能融合應(yīng)用[3]。

2 智慧城市中大數(shù)據(jù)和云計算應(yīng)用形式

基于云計算與大數(shù)據(jù)構(gòu)建智慧城市框架，如圖1所示。

圖1 基于云計算與大數(shù)據(jù)的智慧城市構(gòu)建框架

通過圖1能夠發(fā)現(xiàn)，智慧城市框架在云計算的PaaS、IaaS、SaaS基礎(chǔ)上增加了DaaS（數(shù)據(jù)即服務(wù)）。

2.1 IaaS

IaaS層主要是通過服務(wù)模式提供云安全服務(wù)工作，涵蓋云配套、云儲存、云網(wǎng)絡(luò)以及云主機(jī)，保證用戶能夠借助相關(guān)服務(wù)建立數(shù)據(jù)中心和對基礎(chǔ)設(shè)施資源展開池化與虛擬化管理。現(xiàn)階段，資源池主要涵蓋網(wǎng)絡(luò)、儲存與計算資源池，同時涵蓋其他數(shù)據(jù)與軟件資源池。通過儲存、計算資源方式提供云服務(wù)，例如為政府部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供虛擬機(jī)與其他設(shè)施服務(wù)[4]。

2.2 DaaS

DaaS層，借助對誠信庫、法人與人口等信息庫進(jìn)行融合，為城市政務(wù)應(yīng)用體系提供權(quán)威性突出、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)保障[5]。

2.3 PaaS

PaaS層主要在IaaS層基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)理，主要提供應(yīng)用軟件服務(wù)等，例如數(shù)據(jù)庫、開源代碼以及相關(guān)平臺軟件等。向上可以提供業(yè)務(wù)調(diào)度服務(wù)，對平臺中相關(guān)資源展開實時監(jiān)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(guān)支撐服務(wù)，促使智慧城市中相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)得到充分滿足。將特定應(yīng)用程序提供給用戶，應(yīng)用程序能夠?qū)ζ脚_層中相關(guān)服務(wù)加以應(yīng)用。SaaS層為所有部門提供電子監(jiān)察、OA、政府網(wǎng)站群等業(yè)務(wù)系統(tǒng)[7]。

3 基于大數(shù)據(jù)與云計算智慧城市系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 軟件系統(tǒng)

智慧城市建設(shè)過程中，可以選擇VMware v Sphere系統(tǒng)。其可以充分強(qiáng)化外部云與內(nèi)部云的合作，構(gòu)建跨不同云提供商參與數(shù)據(jù)中心的私有云。在技術(shù)與功能方面，VMware v Sphere均持續(xù)地更新。健全的VMware v Sphere框架如圖2所示。

圖2 VMware v Sphere架構(gòu)

該系統(tǒng)屬于云計算與數(shù)據(jù)中心的虛擬化架構(gòu)，其核心部件為ESXi，具有良好的獨立性，對于操作系統(tǒng)的依賴性較小，能夠獨立工作。ESXi能夠為內(nèi)核級硬件虛擬化提供良好支持，虛擬機(jī)系統(tǒng)在穩(wěn)定性與可靠性方面與硬件服務(wù)器并無較大差異，但是其維護(hù)工作更加便捷。借助計算數(shù)據(jù)軟件，促使硬件設(shè)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(jī)管理進(jìn)行文件配置，實現(xiàn)統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化管理[8]。通過儲存寄存能夠充分提高數(shù)據(jù)儲存的靈活性。結(jié)合VMware v Sphere設(shè)施，可以對計算資源進(jìn)行整合，并將硬件性能充分發(fā)揮出來，提高數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。結(jié)合VMware v Sphere的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)見圖3。

圖3 結(jié)合VMware v Sphere的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

開展設(shè)計工作時，結(jié)合硬件系統(tǒng)工作環(huán)境，并針對數(shù)據(jù)中心虛擬主機(jī)選擇物理服務(wù)器。構(gòu)建HA與DRS，根據(jù)群集中主機(jī)虛擬網(wǎng)絡(luò)、儲存以及運算等資源構(gòu)建資源池，為虛擬服務(wù)器提供支撐。在應(yīng)用層方面，構(gòu)建以此為基礎(chǔ)的服務(wù)器，將OS系統(tǒng)設(shè)置于服務(wù)器中，之后在Unix、Linux、Windows等操作系統(tǒng)中對智慧城市需要的系統(tǒng)進(jìn)行運行，涵蓋智慧教育、數(shù)據(jù)庫、OA辦公等，進(jìn)而實現(xiàn)以VMware v Sphere為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)[9]。

3.2 硬件系統(tǒng)

在建設(shè)云計算數(shù)據(jù)系統(tǒng)過程中，基本上會應(yīng)用到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)硬件設(shè)施，然而對于相關(guān)硬件要求存在一定差異，數(shù)據(jù)中心選擇冗余高性能高速硬件系統(tǒng)，例如高性能儲存、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等，保證云主機(jī)業(yè)務(wù)實用性與可靠性要求得到充分滿足。

（1）服務(wù)器。在智慧城市系統(tǒng)中，云計算數(shù)據(jù)服務(wù)器相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在作用方面存在一定差異，云服務(wù)器具有良好兼容性與可靠性。通常，采用多內(nèi)核、多CPU、大內(nèi)存服務(wù)器能夠保證虛擬化架構(gòu)對資源進(jìn)行合理調(diào)配，智慧城市的云計算數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)服務(wù)器參數(shù)如表1所示。

表1 服務(wù)器參數(shù)

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

（3）網(wǎng)絡(luò)交換。因為數(shù)據(jù)中心中需要借助傳輸機(jī)對不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，例如業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)等，所以應(yīng)該對相關(guān)分組交換機(jī)進(jìn)行配置，與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)適配器進(jìn)行連接[10]。

（4）網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡器。由于虛擬服務(wù)器主要借助虛擬網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)運行，因此對于網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)來講，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼安季€與傳統(tǒng)模式相比更加簡單，借助該設(shè)備可以充分提高虛擬服務(wù)器的接入便捷性。

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

4 結(jié) 論

綜上所述，本文根據(jù)理論實踐對智慧城市中云計算、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析。通過大數(shù)據(jù)與云計算結(jié)合建立智慧城市系統(tǒng)，并介紹了其軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)設(shè)計，促使智慧城市系統(tǒng)得以實現(xiàn)，充分提高智慧城市發(fā)展科學(xué)性與先進(jìn)性，為民眾創(chuàng)造先進(jìn)、安全的生活環(huán)境。