物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云服務框架

王曉明，張龍昌，欒斯喬，林 朗，穆麗珠

(渤海大學 信息科學與技術(shù)學院，遼寧 錦州 121013)

物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云服務框架

王曉明，張龍昌，欒斯喬，林 朗，穆麗珠

(渤海大學 信息科學與技術(shù)學院，遼寧 錦州 121013)

隨著時代的發(fā)展，人們對食品質(zhì)量的要求逐步提高。消費者已經(jīng)不希望局限于只通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管食品安全，還希望可以通過物聯(lián)網(wǎng)獲得食品安全監(jiān)管信息。其希望即使不能獲取準確的數(shù)據(jù)也需要獲得能夠表達食品安全實際情況的信息，同時期望通過融合環(huán)境的各種異構(gòu)終端如手機、個人計算機、電視機等接收；食品企業(yè)希望獲得自身企業(yè)食品安全的第一手數(shù)據(jù)，從而獲取對應的實際的食品安全實時信息，降低成本并保密；管理部門則希望能夠?qū)ζ涔茌爡^(qū)域內(nèi)的食品企業(yè)分段管理?；诖耍闹惺紫冉榻B了目前國內(nèi)外相關(guān)的研究成果，然后在此基礎(chǔ)上提出物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境食品安全云服務框架及關(guān)鍵服務，之后研究物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云服務帶來的影響，最后做了總結(jié)。

食品安全;物聯(lián)網(wǎng);融合;云計算;區(qū)域

0 引 言

食品安全被食品安全法定義為無毒、無害，符合應當有的營養(yǎng)要求，對人體健康不造成任何急性、亞急性或者慢性危害。食品安全涉及到食物的安全，人們已經(jīng)利用云計算來監(jiān)控和管理食品安全,同時希望監(jiān)測食品生產(chǎn)到消費各環(huán)節(jié)的不安全因素，如殘留了有毒或者有害物質(zhì)、環(huán)境的污染等[1]。對于食品安全的監(jiān)管，廣大消費者已經(jīng)不希望只從互聯(lián)網(wǎng)上獲得，而希望知道食品安全從生產(chǎn)到消費各個環(huán)節(jié)的實時信息，同時希望通過手機、電視等融合環(huán)境異構(gòu)終端獲得；企業(yè)希望實時監(jiān)管自身食品安全，期望保證其在信息不外泄的前提下能夠減少建設成本；監(jiān)管部門希望能夠集中分段管理海量食品安全信息資源，為其提供全面、統(tǒng)一的食品安全信息，保證信息的完整性；全程管理的信息互通可以全程監(jiān)控食品從最初始的原料到商品的整體過程?；诖?，文中致力于建設一個既適應物聯(lián)網(wǎng)，又適應融合環(huán)境，滿足個人、企業(yè)和管理部門需求和全程管理的食品安全云。

文中首先分析國內(nèi)外食品安全系統(tǒng)的研究，分析和研究目前成果的優(yōu)點、缺欠和不足。其次，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境提出物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云服務框架，其滿足文中所提消費者、企業(yè)、管理部門的需求，適用于物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境，實現(xiàn)全程管理。最后，結(jié)合前兩項成果研究物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云帶來的影響。

1 國內(nèi)外研究進展

目前國內(nèi)外對食品安全系統(tǒng)的相關(guān)研究主要集中在互聯(lián)網(wǎng)的角度，主要是對現(xiàn)有云和系統(tǒng)的改進，物聯(lián)網(wǎng)有部分涉及但卻只能涉及食品安全的部分環(huán)節(jié)或環(huán)境，無法以偏概全；融合環(huán)境沒有食品安全方面的研究，無法提供融合環(huán)境異構(gòu)終端的食品安全監(jiān)管服務；沒有細分用戶，沒有區(qū)分用戶進行研究，更談不到為不同的用戶提供不同的服務；大多數(shù)沒有涉及到區(qū)域，更沒有涉及到分段管理和全程管理的信息互通。

對于目前國內(nèi)外對食品安全系統(tǒng)的研究成果，國外的研究中，文獻[2]中的Pro-MED系統(tǒng),為國際傳染病協(xié)會推出，能有效預警風險，但需要人工參與處理和采集的措施，針對互聯(lián)網(wǎng)。文獻[3]中的MedlSys系統(tǒng)，為歐洲委員會聯(lián)合研究中心推出，基于互聯(lián)網(wǎng)信息采集技術(shù)風險預警，速度快，但其采集的信息僅限于新聞，針對互聯(lián)網(wǎng)。國內(nèi)的研究中，文獻[4]集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)控農(nóng)業(yè)機械為一體，建設新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理體系。但其針對的是農(nóng)業(yè)，而沒有涉及到食品安全，更沒有涉及到食品安全從生產(chǎn)到消費的所有環(huán)節(jié)，同時只涉及物聯(lián)網(wǎng)，沒有涉及融合環(huán)境，區(qū)域和細分用戶極少涉及。文獻[3]結(jié)合云計算、信息爬取、垃圾意見識別等關(guān)鍵技術(shù)設計了分析和監(jiān)控云平臺，但其針對的對象是互聯(lián)網(wǎng)，沒有涉及物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境，雖然涉及到區(qū)域，但用戶涉及極少，沒有細分用戶。文獻[5]為了建設智能化日光溫室物聯(lián)網(wǎng)，提出服務平臺的設計方案，其研究只能滿足日光溫室下，其他環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)無法適用，同樣沒有涉及到融合環(huán)境、用戶細分和區(qū)域。此外，筆者以“融合”、“云”、“服務”、“食品安全”為題名和篇名對萬方和知網(wǎng)進行精確檢索，然而均為0篇；以“食品安全”、“云”、“服務”為題名和篇名分別精確檢索，萬方檢索到1篇，知網(wǎng)檢索到3篇，但這些研究均沒有涉及到物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境。

2 物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境食品安全云服務框架

根據(jù)文中引言部分的需求，研究物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境食品安全云服務問題，文中認為首先需要構(gòu)建云服務的最底層服務，其包括云存儲集群設備[6-7]、物聯(lián)網(wǎng)使用的傳感設備、用于定位的GPS設備、用于連接融合環(huán)境和物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的網(wǎng)絡設備[8]、云計算設備等，作為物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云的技術(shù)和資源支撐[9-10]。這些硬件設施可以用于物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域食品安全云服務的建設，但其雜亂無章、極難管理，需要經(jīng)過虛擬化和統(tǒng)一的集群資源描述。經(jīng)過統(tǒng)一管理的資源及其獲得的數(shù)據(jù)與定位信息數(shù)據(jù)相互結(jié)合獲得物聯(lián)網(wǎng)食品安全監(jiān)控的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，即溫度、濕度、光照等各方面參數(shù)，獲得初始的食品安全信息。這時信息只是未經(jīng)過處理的、海量的參數(shù)信息，無法直接使用，需要根據(jù)食品安全管理規(guī)則為依據(jù)研判數(shù)據(jù)，這樣雖然沒有提交給用戶但食品安全監(jiān)管已經(jīng)實現(xiàn)了。將信息提交給融合環(huán)境下的異構(gòu)網(wǎng)絡和異構(gòu)終端則需要確定用戶權(quán)限是否符合，再將數(shù)據(jù)經(jīng)過獲取、加工、轉(zhuǎn)換和處理然后提交給服務層[11-12]。此外，文中還融合了互聯(lián)網(wǎng)食品安全監(jiān)管，可以參考文獻[3]。物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境區(qū)域云服務框架模型如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境食品安全云服務框架模型

其中的關(guān)鍵服務如下：

權(quán)限服務：是用戶服務的基礎(chǔ)，指根據(jù)用戶類型和職能設置不同的權(quán)限以控制用戶使用的云服務的范圍。用戶從其類型的角度，可以分為個人用戶、企業(yè)用戶和管理部門用戶三類。個人用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控食品安全信息，可以獲得各個企業(yè)食品安全模糊的信息，獲得管理部門指定的食品安全的規(guī)章、制度、條例等；企業(yè)用戶可以獲得云中存儲的、自己企業(yè)食品安全的準確信息和實時信息；管理部門用戶可以獲得自己管轄范圍內(nèi)各個企業(yè)的食品安全信息。從職能的角度來看，部分企業(yè)可能只涉及食品生產(chǎn)到銷售部分環(huán)節(jié)，有些企業(yè)的原料可能不是食品。企業(yè)獲得的食品安全監(jiān)管實時數(shù)據(jù)，通常應該是該企業(yè)自身的食品安全信息，企業(yè)的食品安全信息數(shù)據(jù)對個人用戶和其他企業(yè)應該是一定程度上保密的。用戶和管理部門希望監(jiān)管范圍較大，若全部使用實時數(shù)據(jù)，很難滿足，因而部分數(shù)據(jù)可能需要檢索后監(jiān)管。

用戶服務：指用戶的新增、存儲、檢索、修改和刪除。其在權(quán)限服務基礎(chǔ)之上提供服務，其信息一方面來源于用戶自身隱形地獲得，一方面需要云服務提供商予以核實。此外，根據(jù)其監(jiān)管的信息來源可以分為基本信息、融合環(huán)境下的信息和物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信息。前兩部分信息的服務可以參考文獻[11，13-14]。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境用戶多是企業(yè)用戶，其新增、修改和刪除是避免重復建設、降低成本的關(guān)鍵。此類用戶首先需要在資源層為其監(jiān)管對象添加傳感設備和定位設備，獲取其實時監(jiān)控的食品安全的各種參數(shù)和對象，添加到云數(shù)據(jù)集群資源池并虛擬化；其次通過權(quán)限管理模塊為該企業(yè)用戶和相應的管理部門用戶設置監(jiān)管對象，以便該企業(yè)用戶的食品安全信息和狀態(tài)能夠同時被企業(yè)和管理部門監(jiān)管。

監(jiān)管邏輯服務：其實質(zhì)是對食品安全的監(jiān)管邏輯進行管理和設置，即食品安全日常管理規(guī)則的新增、修改和刪除。監(jiān)管邏輯是食品安全監(jiān)管的依據(jù)，其需要融合管理部門的制度、方針、政策、標準，同時包含對個人用戶提供信息時所劃分的層次標準，包含企業(yè)用戶專用的監(jiān)管邏輯，管理部門專用的分段監(jiān)管邏輯，全程信息互通各個環(huán)節(jié)所需要的標準。根據(jù)食品種類、保存時間等的不同，其要求又會有所變化，不能以文本的形式存在，而是需要將具體的要求轉(zhuǎn)換成為參數(shù)及函數(shù)的形式。其研判依據(jù)主要有兩種：一是用戶為各個觀測點環(huán)境的具體內(nèi)容設置具體的閾值，根據(jù)單個閾值做出研判；二是結(jié)合整體環(huán)境的各種參數(shù)模糊化、推理、去模糊處理，然后再進行研判。文中推薦第二種方式。

檢索服務：用戶需要監(jiān)管食品安全以往信息時通過檢索獲得相應信息，其實質(zhì)是通過檢索獲得對應的食品安全數(shù)據(jù)，然后針對檢索獲得的數(shù)據(jù)提供食品安全監(jiān)管服務。檢索可以參考文獻[15],不同之處在于數(shù)據(jù)是針對食品安全信息而不針對圖書館。

個人用戶食品安全監(jiān)管服務：是針對個人用戶提供的食品安全監(jiān)管服務。其服務主要包括：通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控食品安全信息，可以參考文獻[3]。可以獲得各個企業(yè)食品安全模糊的信息，這里是指個人用戶希望獲得物聯(lián)網(wǎng)上的企業(yè)食品安全相關(guān)數(shù)據(jù)，可以將基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全監(jiān)管獲得的數(shù)據(jù)和云存儲中保存的數(shù)據(jù)按照制度、標準等劃分成不同的層次，以層次信息的形式提供給用戶。這樣一方面保護了企業(yè)的信息不會泄露，同時也保證了用戶實時監(jiān)管的要求。獲得管理部門指定的食品安全的規(guī)章、制度、條例，可以將相應的規(guī)章、制度等以文本或者數(shù)據(jù)庫記錄的形式保存在云存儲設備中，然后提交給用戶。

企業(yè)用戶食品安全監(jiān)管服務：其服務內(nèi)容包括個人用戶食品安全監(jiān)管服務的內(nèi)容，區(qū)別在于其需要滿足企業(yè)自身食品安全的實時監(jiān)管，因而可以獲得其企業(yè)自身食品安全的監(jiān)管的實際參數(shù)。

管理部門食品安全監(jiān)管服務：其服務內(nèi)容包括其所監(jiān)管企業(yè)能夠獲得的幾乎所有云服務，與企業(yè)用戶食品安全監(jiān)管服務區(qū)別在于其需要監(jiān)管的不是單個企業(yè)而是監(jiān)管范圍內(nèi)的所有食品企業(yè)，因此確認權(quán)限之后需要通過用戶服務獲取需要監(jiān)管的企業(yè)信息，提供需要監(jiān)管的企業(yè)的食品安全監(jiān)管服務。

個人、企業(yè)和管理部門的食品安全監(jiān)管流程圖見圖2。

圖2 用戶、企業(yè)、管理部門監(jiān)管食品安全流程圖

食品安全全程管理信息互通服務，指監(jiān)管從生產(chǎn)到消費各個環(huán)節(jié)的食品安全信息，與其他服務的區(qū)別關(guān)鍵在于需要依次監(jiān)管食品的來龍去脈及過程中的食品安全，需要依次追蹤從生產(chǎn)到消費各環(huán)節(jié)的所有信息，即追蹤各環(huán)節(jié)所有對象的食品安全信息，然后依次監(jiān)控，最后提供服務。

3 物聯(lián)網(wǎng)和融合環(huán)境食品安全云服務的影響

食品安全涉及到從生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，涉及到企業(yè)自身產(chǎn)品或商品的質(zhì)量，是涉及民生的問題。而食品安全云服務與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、融合環(huán)境、區(qū)域的結(jié)合，可以解決融合環(huán)境下異構(gòu)終端通過異構(gòu)網(wǎng)絡接入問題，能夠在一定程度上打破時空的限制，為用戶監(jiān)控食品安全提供便利[11-16]；可以解決食品安全實時監(jiān)管的問題，可以讓個人了解到其所希望獲得的食品的實際情況，解決居民“放心肉”“放心奶”問題；在降低成本的前提下為企業(yè)監(jiān)控自身食品安全提供有效的信息和數(shù)據(jù)，有效解決企業(yè)在食品安全方面的成本高、見效慢、信息不通暢的顧慮，使企業(yè)安心提高其實際管理水平和競爭能力；為管理部門提供區(qū)域內(nèi)、第一手食品安全監(jiān)管的信息和資料，同時其不需要再因為食品安全問題前往企業(yè)調(diào)研，降低了人力、物力、財力的消耗。全程信息互通，這個問題是以往食品安全監(jiān)管很難實現(xiàn)的問題，雖然文中所提云服務框架模型沒有減少食品生產(chǎn)到銷售的各個環(huán)節(jié)，但是只要其生產(chǎn)到銷售的各個環(huán)節(jié)都在云服務的范圍內(nèi)，就可以形成生產(chǎn)到銷售一條龍的食品安全監(jiān)管服務。其解決了用戶和管理部門對食品生產(chǎn)到銷售各環(huán)節(jié)食品安全不了解的問題，更解決了企業(yè)原料進貨所擔心的對原料原有保存環(huán)境不了解的問題。

4 結(jié)束語

文中旨在建立一個既能適用于物聯(lián)網(wǎng)又能適用于融合環(huán)境的食品安全云。首先介紹了目前食品安全系統(tǒng)主要的研究成果，其次提出了云服務框架模型，之后研究了該模型所產(chǎn)生的影響，但沒有對該環(huán)境下的用戶模型和云平臺架構(gòu)進行研究，在以后的研究中將逐步完善。

[1] 陳雨生,梁 杰,尹世久.我國食品安全認證與追溯體系耦合監(jiān)管研究[J].經(jīng)濟問題,2015(3):93-97.

[2] Madoff L.ProMED-mail:an early warning system for emerging diseases[J].Clinical Infectious Diseases,2004,39(2):227-232.

[3] 黎建輝,楊風雷,崔建業(yè),等.全球食品安全信息監(jiān)控與分析云平臺架構(gòu)研究[J].計算機應用研究,2014,31(8):2361-2366.

[4] 劉 洋,張 鋼,韓 璐.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算服務的農(nóng)業(yè)溫室智能化平臺研究與應用[J].計算機應用研究,2013,30(11):3331-3335.

[5] 崔文順，張芷怡，袁力哲，等.基于云計算的日光溫室群物聯(lián)網(wǎng)服務平臺[J].計算機工程,2015,41(6):294-299.

[6] Yachin D.2009 M&A overview:cloud computing[R].[s.l.]:International Data Corporation,2010.

[7] 馬 蕾,龔戈淬,劉建平.基于物聯(lián)網(wǎng)的云數(shù)據(jù)存儲訪問和隱私保護機制研究[J].計算機應用與軟件,2013,30(9):319-322.

[8] 蘇 偉,劉 琪,張宏科.一體化標識網(wǎng)絡體系及關(guān)鍵技術(shù)[J].中興通訊技術(shù),2011,17(2):1-4.

[9] Vaquero L M,Rodero-Merino L,Caceres J,et al.A break in the clouds:towards a cloud definition[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review,2009,39(1):50-55.

[10] Arutyunov V V.Cloud computing:its history of development,modern state,and future considerations[J].Scientific and Technical Information Processing,2012,39(3):173-178.

[11] 王曉明.三網(wǎng)融合環(huán)境區(qū)域云數(shù)字圖書館構(gòu)建研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2014,24(5):227-230.

[12] 袁超偉,張金波,姚建波.三網(wǎng)融合的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].北京郵電大學學報,2010,33(6):1-8.

[13] 張龍昌,劉冬升.三網(wǎng)融合下區(qū)域數(shù)字圖書館云服務框架研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2015,25(1):177-182.

[14] 李春杰,王曉明,張龍昌.云計算環(huán)境圖書檔案管理系統(tǒng)用戶模型研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2015,25(5):233-236.

[15] 王曉明,王春陽,張龍昌,等.云圖書檔案系統(tǒng)環(huán)境下的終端體系結(jié)構(gòu)研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2015,25(3):99-102.

[16] 王曉明,張龍昌.三網(wǎng)融合區(qū)域云數(shù)字圖書館跨庫檢索服務研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2014,24(9):245-248.

Cloud Service Framework of Food Security under Internet of Things and Fusion Region

WANG Xiao-ming,ZHANG Long-chang,LUAN Si-qiao,LIN Lang,MU Li-zhu

(College of Information Science and Technology,Bohai University, Jinzhou 121013,China)

With the development of the times,people gradually increase the requirement of food quality.Consumers already don’t want to supervise the food security only through the Internet,also hope that the Internet of Things is used for food safety regulatory information.Even it could not get accurate data,also need to express the actual situation of food safety information,at the same time by heterogeneous terminals of integration environment such as mobile phone,personal computers,televisions,etc to receive.Food enterprises want to get the first-hand data about their own food safety,so as to obtain the corresponding actual food safety real-time information,and reduce the cost and be confidential.Management department is its jurisdiction to food companies block management.Based on this,the relevant research results at home and abroad is introduced,and then the cloud services framework of food security and key services under Internet of Things and integration environment is proposed key services,and the influence is studied for food security cloud services of Internet of Things and integration environment.Finally the summary has been made.

food security;Internet of Things;integration;cloud computing;region

2015-07-01

2015-10-14

時間：2016-03-22

遼寧省教育科學技術(shù)研究項目(L2014451)

王曉明(1979-)，男，碩士，講師，研究方向為云、融合、物聯(lián)網(wǎng)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160322.1519.044.html

TP39

A

1673-629X(2016)04-0123-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.04.027