云計算環(huán)境下基于大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)信息化建設研究

方文祥，胡偉清

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

時代的發(fā)展與科學技術的不斷進步促使物聯(lián)網(wǎng)信息化建設進入全新階段，而基于大數(shù)據(jù)的云硬件架構及物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)正是這一時期出現(xiàn)的產(chǎn)物之一。它是一種新型的信息化管理模式，也是當前社會經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力。因此，研究大數(shù)據(jù)背景下物聯(lián)網(wǎng)信息化管理方式以及關鍵技術問題有著重大的現(xiàn)實意義。

1 技術簡介

1.1 云計算技術

云計算技術以互聯(lián)網(wǎng)作為基礎平臺，并借助計算機和軟件技術來完成網(wǎng)絡存儲與虛擬化、分布式計算、負載均衡等。它可以將復雜龐大的數(shù)據(jù)處理成一個相對簡單的模塊，并且具有很好的可擴展性和低成本的構建與管理能力，同時也能在對傳統(tǒng)信息系統(tǒng)結構和性能進行有效調(diào)整的基礎上，滿足不同領域內(nèi)用戶的需要。

1.2 大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)技術是近幾年新興的一項計算機技術，它是指海量、高增長率、無時間間隔性以及非結構化的數(shù)據(jù)集合，涵蓋了社會生活的方方面面，其中包括金融、電信、交通、氣象等行業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種海量數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析與關聯(lián)，從而創(chuàng)造出一種更具價值的信息業(yè)態(tài)[1]。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)技術是以互聯(lián)網(wǎng)技術、移動通信技術等為核心的新一代信息技術，可以分為傳感器技術、嵌入式技術2 種。物聯(lián)網(wǎng)技術有效融合了傳感網(wǎng)、信息網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)，其目標是建立物與物、人與物之間的聯(lián)系，使人們享受更方便快捷且豐富的感知與體驗，而這些功能的實現(xiàn)離不開約定協(xié)議與信息傳感設備的支撐[2]。

2 基于大數(shù)據(jù)技術的物聯(lián)網(wǎng)在云計算環(huán)境下的信息化建設

2.1 總體框架結構

物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的總體結構如圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)總體架構

2.1.1 應用層

應用層由各種應用軟件及其適配平臺組成，其作用就是實現(xiàn)云計算技術和大數(shù)據(jù)技術在物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中的有效連接與融合，這一功能的實現(xiàn)離不開應用層內(nèi)部應用軟件平臺的支撐。各個應用軟件的設計者在物聯(lián)網(wǎng)信息化建設工作中除了要進行日常軟件設計，還應提供包括軟件管理、系統(tǒng)硬件更新、使用規(guī)則與權限明確、知識產(chǎn)權管理等的支持平臺，并盡可能保證該軟件與其配套平臺的設計和營銷都在同一運營商指導下進行。

為了增強物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)的精確性和運行可靠性，還應將設計與建設重點轉(zhuǎn)移到軟件與平臺的參數(shù)協(xié)調(diào)方面，必要時可以將二者合為一個板塊，這樣既能減輕物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運行負擔，又能增強其整體功能性，推動物聯(lián)網(wǎng)信息化建設的順利進行。

2.1.2 網(wǎng)絡層

云計算網(wǎng)絡層是基于大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)在云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)層，其作用是利用內(nèi)部現(xiàn)有操作板塊，如業(yè)務操作、營銷作業(yè)等實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生各類數(shù)據(jù)信息的存儲和處理。它主要通過網(wǎng)絡將各個企業(yè)、機構相互關聯(lián)起來進行統(tǒng)一管理，根據(jù)自身需求為用戶提供各種服務。通過對這些數(shù)據(jù)信息進行合理的加工和處理，物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)能夠更好地服務于企業(yè)管理和決策[3]。不僅如此，云計算網(wǎng)絡層結構也被稱為容器化基礎架構。它通過虛擬化方式構建出多個物理機，每個物理機都有自己獨立的操作系統(tǒng)，不同的主機之間采用不同的虛擬機，這樣就使得整個數(shù)據(jù)中心的負載分布更加均勻，同時減少了服務器數(shù)量和硬件設備。

云計算網(wǎng)絡層由云應用框架、云軟件框架和云硬件框架3 個部分組成。其中，云應用框架直接與物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的內(nèi)部應用中心進行聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同環(huán)境下的智能作業(yè)，如智能電網(wǎng)、工業(yè)監(jiān)控、智能交通等。云軟件框架又分為云訪問和云服務，在二者的作用支撐下，云軟件現(xiàn)已成為云計算網(wǎng)絡層的運行核心，為物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)增設了訪問管理與嵌入控制2 大功能。而云服務則主要用來滿足不同設備之間對信息資源的共享要求，同時還具備網(wǎng)絡接入能力、存儲能力、計算能力以及網(wǎng)絡通信能力等，能夠?qū)⒏黝悜梅占善饋?，形成統(tǒng)一的服務接口，從而滿足各種業(yè)務場景下對其服務性能和服務質(zhì)量要求較高的客戶群體的實際使用需求。云硬件框架與物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的內(nèi)部云計算設施相連，負責實現(xiàn)底層硬件平臺的搭建工作，并對物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中涉及到的相關硬件進行安裝調(diào)試[4]。

2.1.3 接入層

大數(shù)據(jù)接入層在物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中起著至關重要的作用。作為物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)的底層支撐部分，大數(shù)據(jù)接入層負責將物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點采集到的各類數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，能夠?qū)⒋罅慨悩?、分散的?shù)據(jù)整合起來，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚，最終形成統(tǒng)一的業(yè)務模型，以便后續(xù)分析與挖掘利用。其組成包括無線網(wǎng)關、有線網(wǎng)關以及核心網(wǎng)關3 個部分，無線網(wǎng)關采用了蜂窩數(shù)據(jù)和衛(wèi)星實時網(wǎng)絡，有線網(wǎng)關采用了傳統(tǒng)撥號網(wǎng)，而核心網(wǎng)關則使用了先進的同步數(shù)字技術，實現(xiàn)了傳輸網(wǎng)與光纖寬帶的協(xié)調(diào)合作[5]。

除此之外，基于大數(shù)據(jù)技術的物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)接入層還肩負著對各種信息進行存儲和管理的任務，如網(wǎng)絡訪問日志、設備運行狀態(tài)監(jiān)測、告警事件處理等，這些功能都依賴于數(shù)據(jù)的完整性和正確性。因此，為了保證物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)接入層的正常運轉(zhuǎn)，對大數(shù)據(jù)接入層上安全性能的測試就顯得尤為重要，這也是目前物聯(lián)網(wǎng)在信息化建設中需要關注的重點問題之一。

2.1.4 感知層

大數(shù)據(jù)感知層的主要工作就是獲取環(huán)境實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)生成相應的預測結果，然后通過相關算法來計算出用戶所需的服務參數(shù)，最后將這些結果發(fā)送給服務端，使得服務端可以根據(jù)這些服務參數(shù)來提供個性化的服務或定制化的服務[6]。

具體應用原理為在云平臺上構建一個具有高并發(fā)能力的數(shù)據(jù)庫，收集來自不同位置無線傳感器節(jié)點的原始數(shù)據(jù)。經(jīng)過預處理后得到具有時間序列特性的歷史數(shù)據(jù)，再由數(shù)據(jù)挖掘技術挖掘出其中蘊含的隱含規(guī)律，進而預測出未來一段時間內(nèi)各個節(jié)點的負載情況以及用戶對于服務參數(shù)的請求情況，然后由該數(shù)據(jù)庫向各個不同類型的終端發(fā)送請求消息。當接收到來自于終端的響應消息時，便可獲得當前時刻下的實時數(shù)據(jù)，包括時間戳和對應的歷史數(shù)據(jù)，而所有的這些數(shù)據(jù)都是經(jīng)過加密后才被傳送給服務端。當接收來自于云平臺服務器的請求消息之后，客戶端會自動啟動自身的應用程序，完成一次完整的操作流程，即完成了整個大數(shù)據(jù)感知層的開發(fā)與應用過程[7]。

2.2 功能模塊與接口邏輯

就目前的現(xiàn)實情況來看，基于大數(shù)據(jù)技術的物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)在建設過程中主要有6個不同的接口，每個接口之間的關系如圖2 所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)的接口邏輯

接口1 為大數(shù)據(jù)訪問接口，能夠?qū)崿F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務支持。接口2 為對接接口，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)技術與物聯(lián)網(wǎng)技術的有效連接，還能在物聯(lián)網(wǎng)信息化建設的大環(huán)境下增強其原有的信息化營銷功能。接口3 為業(yè)務接口，與大數(shù)據(jù)訪問接口不同，業(yè)務接口的作用主要體現(xiàn)在其與物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)內(nèi)部大數(shù)據(jù)業(yè)務能力平臺的整合，用戶能夠借此接口來實現(xiàn)短信傳輸和語音傳送。接口4 是大數(shù)據(jù)管理接口，與存儲模塊相連，使用該物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的相關工作人員能夠通過管理接口對其所需的信息資源進行有效收集，如當前業(yè)務的受理情況、實施進度等。此外，還能在聚合模塊的作用推動下自動登錄系統(tǒng)后臺，對每位用戶的基礎性信息進行查詢和修改[8]。與大數(shù)據(jù)管理接口相同，接口5 也是由存儲模塊發(fā)出的。該接口為消費計算接口，物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)能夠根據(jù)此接口來對所用費用進行計算，將計算結果發(fā)送給與其相對應的用戶，提醒用戶進入繳費鏈接中按照步驟繳納業(yè)務費用，并向其提供電子消費賬單和已繳費憑證。接口6 為物聯(lián)網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的代理接口，除了能夠?qū)崿F(xiàn)存儲模塊與代理接口的連接以外，還能對該系統(tǒng)中所涉及的相關數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，并在此基礎上對其進行整合管理與研究分析[9]。

3 基于大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)信息化在云計算環(huán)境下的功能展現(xiàn)

基于大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)信息化在云計算環(huán)境下的功能展現(xiàn)體現(xiàn)在以下4 點：一是通過對大量傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的分析來獲取相應信息，并利用這些數(shù)據(jù)來建立起一個相對精確的數(shù)學模型，為用戶提供更為準確可靠的決策支持；二是通過對采集到的海量數(shù)據(jù)進行分析處理，得到有價值的結果，并且可以根據(jù)這一模型快速做出正確的判斷和推理，從而得到更加合理的決策方案，進而提升了整個物聯(lián)網(wǎng)信息化管理工作的水平，降低了運營成本，促進了行業(yè)發(fā)展進程[10]；三是利用數(shù)據(jù)分析技術為用戶提供方便快捷且具有較高準確度的個性化推薦服務；四是建立了一個安全可靠的數(shù)據(jù)安全傳輸通道，確保數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性，防止非法攻擊。

4 結 論

目前，我國物聯(lián)網(wǎng)信息化建設在云計算和大數(shù)據(jù)技術的推動下已取得了較為不錯的成效，技術人員和研究人員應在此基礎上通過各種手段進一步加深對云計算和大數(shù)據(jù)的認識，并站在全局視角下重新審視物聯(lián)網(wǎng)的信息化建設工作，從而增強物聯(lián)網(wǎng)的功能性和穩(wěn)定性，為我國現(xiàn)代信息技術與整個社會的發(fā)展提供助力。