基于云架構(gòu)的物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與應(yīng)用研究

楊一峰 賴獻昆 姚金華 俞善文

（浙江嘉興數(shù)字城市實驗室有限公司，浙江嘉興 314001）

0.引言

云架構(gòu)是指建立在云計算之上各種技術(shù)整合的一種虛擬化延伸。隨著我國信息化產(chǎn)業(yè)不斷進步，科技的發(fā)展，云架構(gòu)已經(jīng)被用于多個環(huán)境和行業(yè)領(lǐng)域之中，其強大的計算能力能夠為企業(yè)提供更多的便捷。2016—2020年物聯(lián)網(wǎng)復(fù)合增長率為45.9%，預(yù)計至2025年可突破150億，而云架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)之間的結(jié)合為人工智能市場又開辟了全新的運作模式，能夠在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)共享與擴展。

1.運用云構(gòu)架來實現(xiàn)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢

1.1 可擴展性

運用云架構(gòu)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)，存在彈性較大，可擴展性較強，靈活度較高的特點，其主要體現(xiàn)在：第一，云構(gòu)架的計算功能較為強大，通過計算能夠根據(jù)當前用戶的實際需求以動態(tài)資源分布情況合理輸出與滿足用戶的需求。第二，無論是企業(yè)還是服務(wù)平臺，隨著科技的不斷發(fā)展會出現(xiàn)用戶激增的情況，云架構(gòu)可以很好地解決這一問題，通過與物聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)能夠進一步保持網(wǎng)絡(luò)的通暢以及實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴展與延伸[1]。

1.2 低碳節(jié)能

云架構(gòu)顧名思義就要采用“云”這樣虛擬化的管理以及計算方式進行，相比較傳統(tǒng)的平臺以及底層IT架構(gòu)而言更具環(huán)保和低碳性。傳統(tǒng)IT架構(gòu)會使用到大量的硬件設(shè)施，在運維的成本上就有著極大的消耗性，而云架構(gòu)通過云計算的方式能夠?qū)F(xiàn)有資源以及數(shù)據(jù)進行整合，這樣一是能夠提升資源的利用率，二是更加安全并且方便管理。這種改變了傳統(tǒng)硬件基礎(chǔ)設(shè)施層以及平臺和軟件服務(wù)層的方式能夠更加環(huán)保、高效以及低碳。

1.3 起步快速

云架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)進行融合，在應(yīng)用范圍上更加廣闊，就運營方面而言，企業(yè)可以采用這種方式實現(xiàn)快速地完成商業(yè)目標。并且，基于云架構(gòu)的低碳節(jié)能性在使用時無需購入大量的硬件設(shè)置作為運行基礎(chǔ)，節(jié)省了投入成本，為項目的確立與創(chuàng)新方面提供了更多的便捷性，使其能夠快速上手。

2.云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與應(yīng)用問題

2.1 技術(shù)設(shè)計問題

當前雖云架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，但在融合、功能擴展、應(yīng)用集成以及業(yè)務(wù)彈性方面仍然存在著不足，在設(shè)計時所出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下2個方面：第一，缺乏設(shè)備內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用支持。造成這一點的主要原因是由于功能擴展方面設(shè)計不當，導致無法實現(xiàn)對無線終端設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的支持，內(nèi)網(wǎng)也難以形成銜接。第二，安全防護性能較差。在設(shè)計時忽略了對于用戶安全審計的關(guān)公工作，使得認證方式方面存在欠缺，不符合非經(jīng)營性互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的要求。

2.2 缺乏行業(yè)標準

云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與應(yīng)用受到外界因素影響較深，隨著信息化科技水平的高速發(fā)展，隨之而來的規(guī)范性問題也逐漸加重，在技術(shù)水平以及建立標準上也缺乏一定的行業(yè)標準，使得目前的終端技術(shù)設(shè)備無法實現(xiàn)統(tǒng)一性[2]。市面上廠家制造的不同產(chǎn)品的質(zhì)量也不同，在實施過程會出現(xiàn)無法兼容的現(xiàn)象產(chǎn)生，為設(shè)計工作就制造了一定的困難，限制了部分終端設(shè)備以及物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍，阻礙了云構(gòu)架物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得在商業(yè)價值上有所減弱，行業(yè)之間存在技術(shù)上的隔閡[3]。

2.3 運營成本較高

雖依靠云計算技術(shù)減少了對于基礎(chǔ)設(shè)施成本組建的投入，但物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)在具體實施過程中仍會需要用到大量的終端設(shè)備，目前國際雖對此項技術(shù)有一定的支持與認可，但能大規(guī)模投入使用的云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)項目卻極少，像常見的電子標簽以及讀卡器等價格較高，為保證數(shù)據(jù)的安全性以及網(wǎng)絡(luò)暢通的，在維護成本方面也是一筆不小的費用。

3.云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與應(yīng)用途徑

3.1 云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能架構(gòu)的設(shè)計

云構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 云構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能

3.1.1 設(shè)備接入層

為保證云架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)充分的融合，并實現(xiàn)云化管理提升用戶的決策以及審計能力，實施具有針對性和特色化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。在設(shè)計設(shè)備接入層時，要充分考慮到無線網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的銜接性，才能實現(xiàn)支持多種設(shè)備的介入與使用并保證后期網(wǎng)絡(luò)的擴張以及延展性。在設(shè)計時應(yīng)注意以下3點：第一，內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用[4]。以企業(yè)經(jīng)營管理為例，主要用于移動POS機終端、盤點槍以及廣告發(fā)布和巡檢終端，注重內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用的集成性，并提高工作效率。第二，用戶應(yīng)用。為提高用戶對于云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)的體驗感，在設(shè)計時充分考慮到網(wǎng)頁瀏覽、App使用等問題，以保證其通暢性。第三，實現(xiàn)RFID技術(shù)應(yīng)用。主要用于資產(chǎn)標簽、電子價簽以及照明控制等方面，具體設(shè)備接入層架構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備接入層架構(gòu)

3.1.2 云管理平臺

網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)環(huán)境進行分層，主要包括以下3個層次：第一，資源層。是指網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架整體基礎(chǔ)性設(shè)施，像云計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲功能以及虛擬化和SDS等。第二，云架構(gòu)層。主要負責的是管理、申請以及合理支配云資源。第三，CMP層。主要負責企業(yè)與用戶之間基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺的對接，用戶可通過CMP層直接對云平臺作出指令，云服務(wù)管理平臺通過用戶指令并將其下達給基礎(chǔ)設(shè)施層并進行操作，具體云管理平臺架構(gòu)如圖3所示。

圖3 云管理平臺架構(gòu)

3.1.3 應(yīng)用業(yè)務(wù)層

基于云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求，在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面要實現(xiàn)2種場景的應(yīng)用：（1）營銷場景；（2）物聯(lián)場景。在營銷場景方面建立智慧門店，根據(jù)不同客戶需求對角色進行分類，將運維人員的知識變成客戶可重復(fù)使用的自動化邏輯，使用戶能夠依據(jù)不同的情況充分利用云資源。像可以為到店用戶提供資源數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品信息推送、發(fā)行電子優(yōu)惠券、進行掃描購物、閃付以及電子發(fā)票等。通過對用戶數(shù)據(jù)的整理為營銷決策提供可靠依據(jù)并制定有針對性的營銷方案。在物聯(lián)場景應(yīng)用方面，其主要的實現(xiàn)方式可以通過協(xié)議與各個物聯(lián)設(shè)備進行銜接，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)供應(yīng)鏈的管理以及智能交通和實現(xiàn)城市的建設(shè)、工業(yè)控制、智能家居服務(wù)以及AR鷹眼、水務(wù)、煙感等感知設(shè)備，形成較為系統(tǒng)化的管理應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)[5]。

3.2 云架構(gòu)物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用方式

3.2.1 云管理架構(gòu)

云管理架構(gòu)在應(yīng)用時應(yīng)具備比傳統(tǒng)模式組網(wǎng)相比具備更高的管理能力，保證既能實現(xiàn)全平臺部署又可以單獨落地，并實現(xiàn)自治云管理。在管理層方面有以下5種服務(wù)：第一，賬號管理服務(wù)。用戶在應(yīng)用時通過賬號管理服務(wù)能夠在安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之中自由登錄，并且管理員通過云管理架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對于用戶賬號的管理，提高了網(wǎng)絡(luò)整體安全性能。第二，SLA監(jiān)控。簡單來說就是服務(wù)等級協(xié)議監(jiān)控，此等級協(xié)議能夠為用戶提供更加具有品質(zhì)的服務(wù)，并在執(zhí)行和應(yīng)用過程之中，在優(yōu)先權(quán)以及責任義務(wù)方面達成協(xié)議形成服務(wù)過程中雙方需要承擔的責任商務(wù)條款內(nèi)容，保障其運行。第三，計費管理。對用戶的咨詢耗量進行統(tǒng)計，并依據(jù)此數(shù)據(jù)索取費用。第四，安全管理。對云計算架構(gòu)資源實施保護，避免遭受惡意攻擊。第五，負載均衡，降低運維的成本。

3.2.2 云管理運維

在云管理運維方面，主要為站點運維以及設(shè)備運維優(yōu)化提供相關(guān)的服務(wù)。第一，站點運維方面主要為大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和提供基礎(chǔ)信息，并且可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)速率、接入用戶時間、終端流量等業(yè)務(wù)統(tǒng)計信息的可視性。第二，設(shè)備運維可以實現(xiàn)設(shè)備版本、設(shè)備接入以及SSID信息和內(nèi)存以及流量數(shù)據(jù)等，并且能夠?qū)Σ涣歼\維狀態(tài)的警報。第三，無線射頻調(diào)優(yōu)工具。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)經(jīng)驗數(shù)據(jù)定期進行優(yōu)化與革新，提高智能性，并能對無線網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)實施監(jiān)督與管理。

3.2.3 智慧安全審計

智慧安全審計主要用于非經(jīng)營性互聯(lián)網(wǎng)信息提供方面，由于無線網(wǎng)絡(luò)的普及，現(xiàn)代用戶在實行網(wǎng)絡(luò)操作時經(jīng)常會在公共場所進行，增加了網(wǎng)絡(luò)整體的安全風險，因此要通過智慧安全審計的方式，防止用戶信息被冒用以及違法行為的出現(xiàn)。其應(yīng)用方式，主要通過云管理平臺提供的第三方接口，將其接入到智慧安全審計系統(tǒng)之中，安全審計系統(tǒng)會對云架構(gòu)背景之下物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行收集，并通過審計的方式，將整理完畢后的數(shù)據(jù)，上傳至當?shù)毓簿W(wǎng)絡(luò)監(jiān)管部門，對其操作實施監(jiān)控，保證網(wǎng)絡(luò)整體的安全性。

3.2.4 應(yīng)用的場景

在應(yīng)用場景之中要實現(xiàn)云計算至大數(shù)據(jù)到人工智能的轉(zhuǎn)化，并將其數(shù)字化，對網(wǎng)絡(luò)整體的運行情況進行優(yōu)化改造，形成現(xiàn)代化運營模式。可通過以下2種方式實現(xiàn)：其一，物聯(lián)應(yīng)用場景。其二，大數(shù)據(jù)分析場景如圖4所示。

圖4 物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實際應(yīng)用

4.結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍較廣，云架構(gòu)作為現(xiàn)代信息關(guān)鍵技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)強大的計算能力，為客戶提供更好、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)?；诋斍霸萍軜?gòu)和物聯(lián)融合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與應(yīng)用所存在的問題，相關(guān)設(shè)計人員也應(yīng)將技術(shù)標準與設(shè)計形成統(tǒng)一性，加強對于平臺的管理，減少投入成本，并提高整體網(wǎng)絡(luò)的安全性，為后期的運營提供良好的保障。