智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)及服務(wù)模式研究

引言

智能家居(SmartHome)是將家中的各種設(shè)備通過有線或者無線的方式連接到家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或者遠(yuǎn)程的監(jiān)控和家庭事務(wù)性管理，保持家庭設(shè)施與住宅環(huán)境和諧的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。云計(jì)算(CloudComputing)是一種將分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算以及Internet結(jié)合起來的新的IT資源提供模式，能將動(dòng)態(tài)、可伸縮的IT資源以服務(wù)方式通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶。將智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和外部云計(jì)算平臺(tái)對(duì)接，捜集和分析社區(qū)業(yè)主的生活內(nèi)容及應(yīng)用，生成云社區(qū)數(shù)據(jù)庫，從而可以實(shí)現(xiàn)家庭小網(wǎng)、社區(qū)中網(wǎng)、世界大網(wǎng)的互聯(lián)互通。云社區(qū)系統(tǒng)中，用戶云服務(wù)平臺(tái)安全、高效、統(tǒng)一、經(jīng)濟(jì)，可有效地對(duì)用戶云服務(wù)資源動(dòng)態(tài)整合與擴(kuò)展，信息資源的定制能力和用戶個(gè)性化服務(wù)水平也不斷增強(qiáng)。同時(shí)，通過統(tǒng)一界面、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一服務(wù)來為用戶提供“一站式”服務(wù)。因此，加強(qiáng)對(duì)智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的研究，是提高智能云社區(qū)服務(wù)保障力、降低建設(shè)與運(yùn)營投入、提高用戶滿意度和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的保證。

1智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

1.1Eucalyptus簡介

提供多種云服務(wù)，首先要有一個(gè)良好的云計(jì)算平臺(tái)，目前比較流行的開源云計(jì)算平臺(tái)有AbiCloud、Eucalyptus和Nim-bus。其中，Eucalyptus從技術(shù)和市場(chǎng)角度來看都是比較成功的開源框架，它易于安裝、部署、維護(hù)，且能夠很好地提供智能云社區(qū)應(yīng)用開發(fā)研究所需的硬件資源。其架構(gòu)如圖1所示。

在圖1中，架構(gòu)主要分為三個(gè)層次：客戶端層、云控制臺(tái)層和云后端層。在最上層，客戶通過基于Rest和Soap的web服務(wù)就可以與Eucalyptus平臺(tái)進(jìn)行交互。云控制臺(tái)層和云后臺(tái)層構(gòu)成Eucalyptus的5大核心組件，分別是云控制器(CLC)、集群控制器(CC)、Walrus、存儲(chǔ)控制器(SC)和節(jié)點(diǎn)控制器(NC)。

CLC:控制管理局域網(wǎng)內(nèi)所有NC，是用戶和管理員進(jìn)入Eucalyptus云平臺(tái)的主要入口。CC:負(fù)責(zé)管理整個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)有關(guān)運(yùn)行在系統(tǒng)內(nèi)的NC的全部信息，并將開啟虛擬機(jī)實(shí)例的請(qǐng)求路由到具有可用資源的NC節(jié)點(diǎn)上。SC:存儲(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)Amazon的S3接口，它與Walrus聯(lián)合工作，用于存儲(chǔ)和訪問用戶數(shù)據(jù)及虛擬機(jī)映像等。Walrus:提供和S3一致的接口，管理對(duì)Eucalyptus的存儲(chǔ)服務(wù)的訪問。NC:控制當(dāng)前機(jī)器節(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)實(shí)例。節(jié)點(diǎn)自身通過虛擬化管理軟件與在線或離線虛擬機(jī)進(jìn)行交互。一臺(tái)單個(gè)虛擬機(jī)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)器上是作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)例存在的。多個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器組成了特定的云。

1.2智能社區(qū)云平臺(tái)框架

本次研究的云服務(wù)平臺(tái)主要應(yīng)用于智能社區(qū)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，面向的是生活在一個(gè)云社區(qū)的用戶，所以云的各個(gè)組成部分均位于同一局域網(wǎng)內(nèi)，可以通過交換機(jī)完成它們的互聯(lián)，同時(shí)局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)用戶機(jī)均可以直接訪問云或使用云資源。為滿足這些需求，本次構(gòu)建了基于Eucalyptus的智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)，其框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)以Eucalyptus開源基礎(chǔ)設(shè)施、中間件、Portlet[5]技術(shù)為基礎(chǔ)，通過虛擬機(jī)資源和操作系統(tǒng)模板等方式，向不同用戶提供智能社區(qū)硬件和軟件資源服務(wù)?？蚣苡蒅ridsphere門戶系統(tǒng)、Euca2ools中間件[6]、DLCloud云平臺(tái)三部分組成。Gridsphere[7]門戶作為訪問智能社區(qū)云平臺(tái)的入口，提供了用戶登錄、注冊(cè)、驗(yàn)證等功能。Euca2ools是Gridsphere與DLCloud云平臺(tái)通信的中間件，功能有虛擬機(jī)運(yùn)行管理、操作系統(tǒng)模板管理、IP管理、存儲(chǔ)管理等。DLCloud云基礎(chǔ)設(shè)施是整個(gè)架構(gòu)的核心模塊，為智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)提供操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)等資源，由Eucalyptus開源云平臺(tái)及硬件資源構(gòu)成。

2智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建

根據(jù)硬件資源設(shè)計(jì)的智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)如圖3所示。該平臺(tái)主要由四部分構(gòu)成：第一是門戶端(192.168.142.167),即防火墻左邊，用于部署Gridsphere門戶系統(tǒng)，是普通用戶訪問和使用智能社區(qū)云服務(wù)和管理員管理云資源的入口，安裝有Euca2ools工具以及訪問Eucalyptus平臺(tái)的相應(yīng)證書信息，可作為訪問云服務(wù)平臺(tái)的中間件；第二是FTP服務(wù)器(192.168.142.162)，用于存儲(chǔ)上傳至云平臺(tái)的鏡像文件和存儲(chǔ)智能社區(qū)各子系統(tǒng)，如智能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)、資源加工系統(tǒng)、網(wǎng)頁采集系統(tǒng)、物業(yè)綜合服務(wù)系統(tǒng)等；第三是外部存儲(chǔ)(192.168.142.163—192.168.142.165),采用Hadoop[8]存儲(chǔ)架構(gòu)技術(shù)組合在一起，作為云平臺(tái)的外部存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的備份與快照，同時(shí)還存放了門戶系統(tǒng)所用到的Mysql數(shù)據(jù)庫；最后就是私有云，私有云的架構(gòu)由三臺(tái)物理主機(jī)構(gòu)成，分為前端和后端。前端(192.168.142.166)安裝了Eucalyptus云平臺(tái)的四大組件：CloudController,Walrus、ClusterController,StorageController；后端包括兩臺(tái)刀片機(jī)(192.168.142.160和192.168.142.161)，均安裝了NodeController組件，用來運(yùn)行虛擬機(jī)。每個(gè)虛擬機(jī)的IP分為公共IP和內(nèi)部IP,用戶要訪問虛擬機(jī)，必須使用公共IP。節(jié)點(diǎn)192.168.142.160采用的是Ubuntu10.04操作系統(tǒng)和KVM虛擬化技術(shù)機(jī)制，192.168.142.161采用的是CentOS5.4操作系統(tǒng)和Xen虛擬化技術(shù)機(jī)制，利用兩種不同的虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同操作系統(tǒng)、不同平臺(tái)及軟件的虛擬機(jī)服務(wù)。

3智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)模式

云平臺(tái)分為3個(gè)層次的服務(wù)，即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IaaS(InfrastructureasaService)、平臺(tái)即服務(wù)PaaS(PlatformasaService)和軟件即服務(wù)SaaS(SoftwareasaService)。本次研究正是在這樣的基礎(chǔ)平臺(tái)上進(jìn)一步開發(fā)實(shí)現(xiàn)了智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)。智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的分層架構(gòu)圖如圖4所示，下面將分層對(duì)該云平臺(tái)的服務(wù)進(jìn)行說明和實(shí)現(xiàn)。

3.1用戶層

智能社區(qū)云服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)由云管理和云服務(wù)兩部分組成。管理員主要負(fù)責(zé)云管理和用戶管理，開發(fā)人員和普通用戶主要是訪問云服務(wù)。開發(fā)人員、普通用戶只能通過Gridsphere門戶系統(tǒng)來完成對(duì)云資源的訪問和使用，管理員既可以通過門戶系統(tǒng)來完成云資源的管理，也可以通過Eucalyptus提供的原始命令行的形式來直接對(duì)各層資源進(jìn)行管理操作。

3.2門戶系統(tǒng)層

門戶系統(tǒng)是智能社區(qū)云服務(wù)系統(tǒng)對(duì)外服務(wù)和管理的入口，是采用Struts架構(gòu)［9］和portlet技術(shù)，在開源軟件Gridsphere基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的訪問云服務(wù)系統(tǒng)的界面。Eucalyptus并不提供給用戶簡單直接的通過Web就能訪問的服務(wù)，它對(duì)使用者有較高的專業(yè)水平要求。為了解決此瓶頸，利用開源軟件Gridsphere二次開發(fā)了門戶系統(tǒng)，這樣，管理員通過門戶系統(tǒng)可以非常方便地完成對(duì)云軟硬件虛擬資源的管理，開發(fā)人員、普通用戶也通過門戶系統(tǒng)使用云資源，得到虛擬機(jī)服務(wù)，簡單實(shí)用。

3.3私有云

IaaS模式

IaaS是智能家居云服務(wù)系統(tǒng)的最底層結(jié)構(gòu)。采用虛擬化技術(shù)，將云基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存、I/O設(shè)備等資源虛擬化為資源池統(tǒng)一管理，按需為用戶提供相應(yīng)的云服務(wù)。IaaS模式可為PaaS和SaaS提供相應(yīng)的云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)服務(wù)的基礎(chǔ)架構(gòu)，是PaaS和SaaS云服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建的前提和基礎(chǔ)模式。

智能家居云平臺(tái)管理員是IaaS的管理者和主要用戶。第一，根據(jù)智能家居云服務(wù)內(nèi)容和用戶需求對(duì)IaaS資源實(shí)施高效率的管理和調(diào)度，并對(duì)資源的管理、分配、使用、回收過程進(jìn)行監(jiān)控，確保云系統(tǒng)和云服務(wù)安全、高效地運(yùn)行。第二，通過分析智能家居用戶的資源需求和應(yīng)用服務(wù)的負(fù)載情況，加強(qiáng)對(duì)云資源分配和負(fù)載運(yùn)營的管理，確保智能家居云系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、平衡地運(yùn)營。第三，對(duì)云存儲(chǔ)服務(wù)和數(shù)據(jù)庫實(shí)施有效的管理，確保用戶云服務(wù)數(shù)據(jù)的完整、可靠、可控和可用。第四，實(shí)現(xiàn)IaaS云資源創(chuàng)建、管理、使用過程的自動(dòng)化和智能化，確保智能家居用戶安全、高效地使用IaaS云資源。

PaaS模式

PaaS是基于IaaS云服務(wù)平臺(tái)之上的智能化應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)。開發(fā)人員在現(xiàn)有的PaaS云服務(wù)平臺(tái)上完成開展服務(wù)所需軟件和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和托管等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能家居應(yīng)用和服務(wù)活動(dòng)的創(chuàng)建、測(cè)試和部署。

智能家居云服務(wù)管理員和應(yīng)用程序開發(fā)者是PaaS的主要用戶。利用PaaS提供的友好開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)支持，在本地機(jī)方便地進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)和測(cè)試。

同時(shí)，PaaS平臺(tái)會(huì)通過API(應(yīng)用程序編程接口)來支撐高層的云應(yīng)用服務(wù)，并通過自動(dòng)、智能化的資源調(diào)度和精細(xì)化的管理、監(jiān)控，來提高云系統(tǒng)資源的使用效率，并均衡智能家居云服務(wù)用戶使用過程中產(chǎn)生的負(fù)載與突發(fā)流量。PaaS強(qiáng)大的智能家居應(yīng)用程序開發(fā)和運(yùn)行支撐能力，降低了SaaS云服務(wù)開發(fā)與應(yīng)用活動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求，提高了SaaS服務(wù)的多元化和定制水平，確保智能家居云服務(wù)管理員、智能家居應(yīng)用軟件開發(fā)商在統(tǒng)一的PaaS服務(wù)模式下共同開發(fā)，并且所開發(fā)的智能家居應(yīng)用程序能夠在統(tǒng)一的云服務(wù)平臺(tái)上運(yùn)行，具有較高的安全性、高效性、獨(dú)立性、兼容性、可擴(kuò)展性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性吧

SaaS模式

SaaS是用戶通過獲取軟件使用服務(wù)的一種云應(yīng)用服務(wù)模式。云計(jì)算環(huán)境下，用戶對(duì)智能終端便攜性和可移動(dòng)性的需求不斷提高。通過降低智能終端計(jì)算、存儲(chǔ)性能來提高其便攜性，保證用戶能夠利用無線網(wǎng)絡(luò)從云數(shù)據(jù)中心獲得云資源，成為用戶隨時(shí)隨地控制家中情況和移動(dòng)終端設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和用戶是SaaS云服務(wù)模式的主要使用者,可使用的主要SaaS云服務(wù)內(nèi)容有Email服務(wù)、視頻監(jiān)控、智能控制、傳真、在線殺毒、云服務(wù)管理等。因此，SaaS智能家居軟件的安全性、可靠性、易用性和可擴(kuò)展性等是評(píng)定SaaS云服務(wù)模式與應(yīng)用平臺(tái)有效性的主要指標(biāo)。此外，SaaS云服務(wù)平臺(tái)是否能夠?yàn)楹Ａ坑脩舾咝?、便捷、?jīng)濟(jì)、并發(fā)地提供云服務(wù)，也是關(guān)系到用戶滿意度的關(guān)鍵因素四。

4結(jié)語

本次研究將當(dāng)前炙手可熱的云計(jì)算和智能家居結(jié)合到一起，將云服務(wù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，從而形成智能云社區(qū)。給出了一種社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)方法，并搭建了云服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)，完成了服務(wù)模式的研究和實(shí)現(xiàn)。本智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)可以提供多種云服務(wù)，為用戶提供一體式的家居智能服務(wù)。云計(jì)算環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心具有資源組織結(jié)構(gòu)龐大、虛擬化資源管理效率高、云資源按需分配、服務(wù)安全可靠和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。因此，基于云計(jì)算技術(shù)建設(shè)智能家居或者智能云社區(qū)，為用戶提供個(gè)性化、按需自助服務(wù)、高寬帶網(wǎng)絡(luò)接入、彈性、快捷的智能家居管理服務(wù)，成為目前智能家居發(fā)展的趨勢(shì)和方向。

20211102_6180e1c949da1__智能社區(qū)云服務(wù)平臺(tái)及服務(wù)模式研究