数字化城市物联网信息平台设计

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摘 要：通过将银行系统、公共服务系统等应用系统与个人信息相结合，给出了利用云计算集群技术、传感器射频识别技术等硬件及网络手段来构建数字化城市底层物联网信息平台的设计方法。该平台可将人的属性做为系统中的数据链节点来与城市数字化资源相结合，以形成信息互联，从而建立一个基础的物联网信息系统。

关键词：物联网；云计算；信息平台；数字化城市

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)08-0044-03

信息技术的发展，使得建设低碳、高效的数字化城市物联网信息系统成为了可能。有别于现有物联网以RFID(射频识别技术)做为设计核心，本文所设计的物联网信息平台将个人做为数据的发起端，从管理的角度，围绕“人”这个个体设计物联网系统流程关系，采用专属的个人ID数据库系统做为平台核心与其他应用系统数据库进行对接，从而实现一个统一的、多功能应用系统。基于云计算技术的服务器集群将成为实现物联网信息处理中心的底层运行平台，为系统提供分布式数据存储池(例如：Hadoop分布式文件系统)和虚拟化集群计算中心(例如：VMware vSphere 4集群虚拟系统)。信息平台的核心是对社会主体“人”进行数字标识，使之成为物联网中数据发生、中转和结束的节点，平台中所有的信息将围绕“人”这个主体串联起来，以获得一个事物从创造到销毁的全程数据，使得人们能够获得更准确和完整的价值链数据。而在使用过程中，现实社会中的人只需要一个特征信息(例如：指纹、DNA信息)，然后通过RFID设备与物联网链接，从而获得所需要的服务。

本平台通过“人”的属性将现实生活中的物体与流动性结合运行于平台之上的应用系统(例如：GIS、ERP、MIS等系统)以数据的方式显示出来，采用云计算技术和终端采集设备、网络设备、计算设备一道构筑具有使用价值的物联网系统。该平台将城市资源以数字化方式进行整合，为城市经济建设和社会发展提供精确的数据依据，最大化的可能充分利用资源，降低消耗。

1 物联网信息平台的总体设计

1.1 物联网信息平台的结构组成

数字化城市资源综合应用物联网信息平台采用计算机网络集群技术作为物联网平台计算核心的底层物理架构；用虚拟化技术(计算机并行计算)与云存储技术(分布式存储)构成平台底层系统；分布式数据库系统设计为信息平台建设完善的数据结构和逻辑关系；应用系统依据功能划分独立运行在计算中心之上，通过数据库逻辑建立关联；客户终端输入(RFID)、输出设备将采用瘦客户端和个人特征设计方式。故其信息平台的结构如图1所示。

信息平台结构数字化城市资源综合应用物联网信息平台在云计算机群技术的支持之下，允许跨平台应用系统通过虚拟化方式建立独立的应用服务，通过API接口程序与EPC标识数据库连接，可调用所需的个人身份信息，从而实现个人用户唯一标识在不同应用系统中的应用。

1.2 物联网信息平台的工作流程

信息平台核心数据库是具有EPC(Electronic Product Code，产品电子代码)特性的个人身份标识数据库，通过ONS对象名解析服务器与应用系统软件的对接，可允许应用系统读取EPC数据，从而调用相应服务并显示在客户端或响应需求逆向流程。

系统强调个人用户标识的唯一性，以个人用户标识作为整个物联网系统中各应用系统的联接节点，使得不同的应用系统结合为一个有机的整体。个人用户标识成为打开物联网信息平台的钥匙。

图2所示是该物联网信息平台的基本关系图。在物联网信息平台中，个人用户EPC作为各应用系统的纽带，办公应用系统作为人流控制中心，生产系统作为物流中心，银行系统作为结算中心，公共设施收费系统与生活需求系统成为生活资料与财富消耗中心。系统之间的任何操作都需要由EPC发起和结束，每一次的任务都要带有EPC标识。整个物联网信息平台的核心就是围绕“人”进行服务。

2 物联网信息平台的技术原理

2.1 物联网信息平台的核心网络

本物联网信息平台计算核心分为两大部分：集群虚拟化平台和Hadoop分布式文件存储系统。其中集群虚拟化平台采用Vmware vSphere 4应用架构，虚拟机采用Vmeare虚拟操作系统，通过Vmware Virtual Symmetric Multi-Processing(SMP)将虚拟机所使用的CPU计算资源根据需求动态分配。虚拟化平台通过虚拟集群与管理系统构成光纤通信通道总线型结构，集群通过WebDAV协议与Hadoop分布式文件系统连接来调用所需存储资源。Hadoop分布式文件存储系统允许Vmware虚拟集群通过Nodecode接点调用Hadoop的Datacode资源。每一个Datacode节点都可通过iSCSI存储、光纤通道存储或NAS存储阵列扩大Datacode存储容量，从而构成存储阵列集群。各服务器根据功能需求通过三层交换与路由设备划分Vlan与获得相应私网IP地址，并最大可能保证系统网络结构平面化。

系统安装的Vmware Virtual Center Management Server服务器是配置、调配和管理虚拟化基础架构的核心。也允许安装多种第三方网络产品，例如安装流控系统对整个核心联网信息平台的数据流进行评估和监控。系统管理客户端安装的基线网络轮寻可对硬件服务器提供及时的预警检测。

2.2 物联网信息平台的应用拓补

图3所示是物联网信息平台的应用拓扑图。该平台中用户可以通过RFID输入设备将自己的个人标识信息与业务信息一同发送到应用服务系统，然后由应用系统将个人标识信息发送到信息平台上以获得所需信息ID，然后结算业务。而Hadoop和Vmware平台则可允许GIS系统利用其资源进行工作，同时提供实时通信接口与已有应用系统对接来实现其功能。物联网信息平台的Vmware虚拟化集群允许建立EPC服务器、ID数据库服务器、目录服务器、系统应用管理服务器、二级DNS服务器与实时通信服务器，以及其他应用系统服务器。

EPC服务器可保存个人用户识别码，并可通过PML服务器与目录服务器链接调用相应用户详细信息。PML服务器为授权方的数据读写访问提供了一个标准的接口，以支持与电子产品码相关数据的访问和持久存储，同时也支持与个人用户识别码相关数据的访问和持久存储。

ID数据库服务器依据已有应用系统识别特征来丰富ID数据库服务数据库中对应ID信息。例如：银行系统数据库(与一卡通系统对接)的每个用户帐户都有自己唯一的个人身份证号码，当用户需要通过指纹识别从取款机取现金时，将产生一个EPC标识，这个标识与银行电子帐单一同发送到银行系统内，系统则通过EPC标识查询到ID数据库中储存的个人身份证号码，从而完成电子账单交易。

目录服务器主要用来为虚拟系统中运行的各应用服务器提供与Hadoop存储系统中保存的文件信息目录，以供应用系统检索信息，实现文件共享和调用功能。

二级DNS服务器的主要功能是对计算核心内存在的Web应用服务器提供域名解析服务与流量负载均衡服务。负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过DNS负载分担技术，可将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器则独立地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，并籍此提供快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。

系统管理服务器通过网络基线管理软件、流量控制系统等网络监控系统，使得管理员可以通过该管理服务器集群对整个信息平台进行管理。

实时通信服务器可与Internet网络中RFID设备或其他已有应用系统(银行系统、电信系统等)实现即时通信。

VPN服务器允许管理员通过专有通道进入虚拟集群中对系统平台进行管理与设置。

其他应用服务器系统包括可在虚拟平台上建立的信息系统，例如：城市管理信息系统GIS等。另外，也包括已有应用系统，例如：银行系统、地铁系统等。

各应用系统通常可将自身的应用数据或文件存放在Hadoop分布式文件系统中，从而实现数据安全、容错和理论上的无限扩容能力。

3 结 语

数字化城市管理数据建设的基本要求, 是满足数字化城市管理对基础空间数据和计算能力的需求, 保证数字化城市管理平台的顺利搭建和数字化城市管理系统的运行。本系统将个人做为物联网信息平台数据的发起端，从管理的角度，围绕“人”这个个体设计物联网系统流程关系，并采用专属的个人ID数据库系统做为平台核心与其他应用系统数据库进行对接，从而实现了一个统一的多功能应用系统。

本平台采用分布式网络设计能最大限度发挥功能适应性；虚拟化设计可满足硬件资源共享以实现云计算初衷；多层次的安全措施有效的保障了系统数据安全；Hadoop的存储方式保障了数据扩容及灾备的需要；以共享标识结构为核心的数据设计满足了数据共享需求；客户端应用系统实现了对用户的安全管理。

参 考 文 献

［1］RAO E Pattabhi Rama, Satyanarayana B V, Nayak Shailesh. Ocean data and information system (ODIS) and web-based services\[J\]. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2008: 687-702.

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［4］张巍.企业虚拟化实战\[M\].北京:机械工业出版社,2009.

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