時(shí)瑞華
(遷西縣人民醫(yī)院, 唐山 063000)
云計(jì)算在當(dāng)今社會(huì)應(yīng)用中扮演著重要角色,尤其是在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中更為凸顯。根據(jù)分析思科公司的主要數(shù)據(jù),截止到去年為止,涉及到該公司的主要數(shù)據(jù)計(jì)算均是通過云服務(wù)器來完成,與2013年的數(shù)據(jù)相比增長(zhǎng)了將近4倍[1]。云計(jì)算借助其強(qiáng)大的計(jì)算與存儲(chǔ)功能,為公司運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)建立起堅(jiān)固且有效的服務(wù),解決了傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的低效、低能問題[2]。不止如此,隨著現(xiàn)代社會(huì)生活對(duì)智能產(chǎn)品和移動(dòng)產(chǎn)品的大量依賴,使其在數(shù)量增長(zhǎng)方面呈現(xiàn)出了較為瘋狂的狀態(tài),這些無疑是對(duì)傳統(tǒng)云計(jì)算提出的又一挑戰(zhàn)。
霧計(jì)算著力實(shí)現(xiàn)“智能前端化”就是借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其它設(shè)備的力量來對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行提取或存儲(chǔ),使這些數(shù)據(jù)信息能夠在冗長(zhǎng)的信息中凸顯出來,使它們更接近于終端設(shè)備,由此實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器的“減負(fù)”效應(yīng)[3],也使得應(yīng)用系統(tǒng)的反應(yīng)速度更為迅捷,即便在沒有互聯(lián)網(wǎng)的情況下也能為所需要的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞或計(jì)算。該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛,從商場(chǎng)到學(xué)校等一些特定的目標(biāo)區(qū)域均可應(yīng)用,而電網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)同樣可以得到使用。不僅如此,霧計(jì)算的優(yōu)越特性還體現(xiàn)在對(duì)服務(wù)區(qū)域的覆蓋面積上,即便在一些較為偏僻的角落也能享受到由霧計(jì)算所帶來的數(shù)據(jù)和計(jì)算服務(wù)[4]。關(guān)于這一點(diǎn),已普遍得到學(xué)術(shù)界的關(guān)注并有更多的研究者為此而投入。本文就以霧計(jì)算在醫(yī)院信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用作為研究的切入點(diǎn),通過對(duì)霧計(jì)算的特點(diǎn)和技術(shù)的研究,并結(jié)合醫(yī)院真實(shí)案例來進(jìn)行比對(duì)分析,進(jìn)而得出結(jié)論。
移動(dòng)設(shè)備用戶的信息搜索需要衍生于一定的環(huán)境范疇中,以此進(jìn)行信息的搜索。如,在醫(yī)院時(shí),他需要搜索與醫(yī)院相關(guān)的信息,進(jìn)行就餐時(shí),他需要搜索與飲食相關(guān)的信息。我們以醫(yī)院為例,當(dāng)移動(dòng)用戶在醫(yī)院這個(gè)環(huán)境中時(shí),那么移動(dòng)設(shè)備就可通過霧計(jì)算框架,將與之相關(guān)的信息進(jìn)行存儲(chǔ),并可迅速的傳遞到移動(dòng)設(shè)備上,大大提升了數(shù)據(jù)傳遞效率和運(yùn)營(yíng)成本,這是云端服務(wù)所不可比擬的,這種便利性并不依賴于互聯(lián)網(wǎng),使服務(wù)覆蓋面更為廣泛。
本文根據(jù)霧計(jì)算這一理念的提出,進(jìn)行霧計(jì)算框架展示,如圖1所示。
圖1 霧計(jì)算框架
也由此說明之所以被稱為霧計(jì)算,就是在云端與終端之間建立了一個(gè)服務(wù)中間層地帶,該層就被命名為“霧層”[5]。這些“霧層”的出現(xiàn)就相當(dāng)于借助霧服務(wù)器與周邊的移動(dòng)設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)來進(jìn)行計(jì)算。與傳統(tǒng)方式相比,它的存儲(chǔ)性與運(yùn)算能力更為強(qiáng)大,不僅如此,霧服務(wù)器與移動(dòng)設(shè)備之間不僅關(guān)乎互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),它們之間還能將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳導(dǎo),使服務(wù)器與移動(dòng)設(shè)備之間的兼容性變得更為強(qiáng)大,有了該層的存在,不僅能夠存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)和極端,并且還能更好的提升移動(dòng)設(shè)備的性能,由此方便了用戶的使用。簡(jiǎn)單的可概括為:第一,數(shù)據(jù)緩存。第二,本地化計(jì)算。第三,無線接入這三大項(xiàng)。
霧服務(wù)器利用其廣覆蓋的特性,將移動(dòng)用戶所需信息進(jìn)行集中化網(wǎng)羅,借助主動(dòng)緩存的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。當(dāng)然,也可通過被動(dòng)緩存的方式來進(jìn)行。如,當(dāng)該服務(wù)器被放置于商場(chǎng)中時(shí),那么它就會(huì)將與商場(chǎng)相關(guān)的信息進(jìn)行擇優(yōu)選擇、存儲(chǔ)并下載,十分的便利化,不論是商場(chǎng)物品信息還是餐飲信息均可包括。也由此可見,對(duì)于霧服務(wù)器的使用其重點(diǎn)也在于其部署位置方面的選擇,這也直接決定了有效數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)及傳輸?shù)取?/p>
互聯(lián)網(wǎng)中其實(shí)早已應(yīng)用到一些緩存技術(shù),這些緩存技術(shù)能夠更為方便數(shù)據(jù)的傳輸,使數(shù)據(jù)傳輸變得更為迅捷。然而,其弊端就在于CDN與移動(dòng)設(shè)備之間的距離問題,由于距離相距比較遠(yuǎn),因此使得部分信息內(nèi)容不能進(jìn)行有效的傳輸。而ICN則進(jìn)一步的縮小了數(shù)據(jù)緩存與移動(dòng)設(shè)備之間的距離,而霧服務(wù)器則在此基礎(chǔ)上更為智能化,它能根據(jù)用戶的需求而進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存與優(yōu)化[6]。
霧服務(wù)器在設(shè)備設(shè)置上為了能夠滿足更多的不同用戶需求而選擇了多種無線通訊接口,這不僅極大提升了緩存空間,還能加大運(yùn)算能力,它與傳統(tǒng)單一接入方式相比,第一,實(shí)現(xiàn)了跨層設(shè)計(jì)。這種跨層更為注重?cái)?shù)據(jù)的有效選擇性與識(shí)別性上,能夠?qū)λ彺娴臄?shù)據(jù)進(jìn)行特定環(huán)境的認(rèn)知,方便用戶使用。第二,移動(dòng)感知。通過無線接入使移動(dòng)設(shè)備處在不同的環(huán)境中能夠使用的更為方便,當(dāng)移動(dòng)設(shè)備在在大巴車和商場(chǎng)中時(shí),它的特性是不同的,那么有了霧服務(wù)器在設(shè)備中的無線接入則很好的提供了這種差異性選擇優(yōu)化,它能利用對(duì)接入時(shí)機(jī)的調(diào)節(jié)在改變移動(dòng)設(shè)備的接入狀態(tài),從而更好的滿足其實(shí)用需求。
霧服務(wù)器的本地化計(jì)算服務(wù)是面向于移動(dòng)設(shè)備和云服務(wù)器而急性的雙向服務(wù),這也是它在提供數(shù)據(jù)緩存和無線接入之外的又一特性顯示。如,當(dāng)霧服務(wù)器被布置在商場(chǎng)中時(shí),那么這時(shí)的數(shù)據(jù)就會(huì)進(jìn)行周邊地區(qū)的信息搜索。當(dāng)將其應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中時(shí),其數(shù)據(jù)收集霧服務(wù)器則會(huì)利用移動(dòng)設(shè)備來進(jìn)行,而霧服務(wù)器則是將移動(dòng)設(shè)備收集的信息進(jìn)行有效選取并計(jì)算處理,然后將優(yōu)化后的信息傳輸?shù)皆品?wù)器。云計(jì)算就是借助龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)和虛擬技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)共享服務(wù)的,它不僅有效的減少網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本,并且能夠使系統(tǒng)維護(hù)更為方便。然而,由于網(wǎng)絡(luò)的局限性及無線區(qū)域覆蓋情況等其它方面的限制,使得云計(jì)算框架的使用效果不能達(dá)到較為理性的狀態(tài)。而霧計(jì)算則很好的將這一問題進(jìn)行解決,不僅隔斷了網(wǎng)絡(luò)對(duì)此技術(shù)的限定條件,并且將計(jì)算速度?計(jì)算精準(zhǔn)性進(jìn)行了提升。
本文以醫(yī)院場(chǎng)景為研究?jī)?nèi)容,通過研究由霧服務(wù)器所衍生的計(jì)算框架在為醫(yī)患進(jìn)行服務(wù)的基礎(chǔ)上,分析該信息系統(tǒng)對(duì)醫(yī)患所提供的服務(wù)項(xiàng),并進(jìn)行總結(jié)。首先,對(duì)于醫(yī)院中的就醫(yī)流程及相關(guān)內(nèi)容信息進(jìn)行介紹服務(wù)。其次,針對(duì)患者的就醫(yī)需求進(jìn)行查詢服務(wù)。最后,為醫(yī)患提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)。
由于霧服務(wù)器造價(jià)并不高,因此被廣泛應(yīng)用。在醫(yī)院的各個(gè)科室及周邊進(jìn)行部署。通過借助霧服務(wù)器與有線局域網(wǎng)之間關(guān)聯(lián)性,和互聯(lián)網(wǎng)與云服務(wù)器之間的連接來實(shí)現(xiàn)服務(wù)。并且,每個(gè)霧服務(wù)器都使用了 WiFi技術(shù),通過該技術(shù)與霧服務(wù)器之間的連接,來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的搜尋。在搜索或?yàn)g覽的過程中,霧服務(wù)器會(huì)將有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)先下載,下載的過程需要借助云服務(wù)器來完成,下載完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化,最后呈現(xiàn)在用戶面前的是以網(wǎng)頁的形式來出現(xiàn)的,非常的方便。而一旦用戶將移動(dòng)設(shè)備與霧服務(wù)器進(jìn)行連接后,就可以進(jìn)行瀏覽了。而在患者面對(duì)排隊(duì)困擾時(shí),有了霧服務(wù)器,就可隨時(shí)根據(jù)移動(dòng)設(shè)備中的信息提示來計(jì)算出自身所處的排隊(duì)狀態(tài)和排隊(duì)時(shí)間。而如果該用戶并未在醫(yī)院或周邊,也可通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問云服務(wù)器上的相應(yīng)網(wǎng)址,查詢自己所需的信息內(nèi)容。
霧服務(wù)器的硬件主要有:存儲(chǔ)模塊?處理器模塊?電源管理模塊?通信模塊四大部分。在本系統(tǒng)所使用的霧服務(wù)器為250 G的固態(tài)硬盤和Cortex A8 處 理 器芯片,和以太網(wǎng) 口 和3G / 4G 擴(kuò)展口,使互聯(lián)網(wǎng)的接入更為方便。微服務(wù)器配備了 2.4 GHz和 5.8 GHz 兩個(gè)頻段上的雙天線無線局域網(wǎng)通信模塊,如圖2所示。
(a) 硬件結(jié)構(gòu) (b) 軟件結(jié)構(gòu)
如圖2 ( a )所示。它的軟件操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)展示 Web系統(tǒng),如圖2 ( b )所示。其中,操作系統(tǒng)采用 Linux 3.0 內(nèi)核; Web 系統(tǒng)的服務(wù)器采用Apache ,服務(wù)器編程語言采用 PHP ,數(shù)據(jù)庫采用 MySQL ;排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算模塊包含 3 個(gè)子模塊:基于 WiFi 的定位模塊?排隊(duì)行為識(shí)別模塊和排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算模塊。
有了WiFi 接入技術(shù)才有了霧服務(wù)器上各種應(yīng)用的可能性,它是基礎(chǔ)性條件。由于醫(yī)院每天人數(shù)較多,使用霧服務(wù)器的頻率較高,甚至?xí)谕粫r(shí)間放生碰撞,這也更為充分的說明接入機(jī)制的關(guān)鍵性。沒有良好的接入機(jī)制,就不能實(shí)現(xiàn)無線頻譜資源的運(yùn)用。以本項(xiàng)研究?jī)?nèi)容為例。通過使用2.4 GHz和 5.8 GHz兩個(gè)ISM 頻段上的 WiFi接入網(wǎng)絡(luò)。就會(huì)發(fā)現(xiàn)過多的給予用戶選擇自由,勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象的發(fā)生,為了避免該問題的發(fā)生,因此,將霧服務(wù)器中的WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)定為服務(wù)集標(biāo)識(shí),并通過設(shè)定不同的接入機(jī)制來調(diào)節(jié)。如圖3所示。
圖3 多頻段負(fù)載均衡接入機(jī)制的主要模塊
信道占空比檢測(cè)模塊:在使用過程中根據(jù)周期的不同來針對(duì)兩個(gè)頻段上的網(wǎng)卡進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)信道的能量,以此計(jì)算出各自的占空比r1和r2 。通過比對(duì)r1 和r2之間的關(guān)系來計(jì)算兩個(gè)不同頻段比之間的空閑。而當(dāng)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行搜索 WiFi網(wǎng)絡(luò)時(shí),則會(huì)利用被動(dòng)監(jiān)聽和主動(dòng)掃描兩種方式來進(jìn)行。而 WiFi也會(huì)借用信標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳播,這時(shí)的移動(dòng)設(shè)備便會(huì)接收到由數(shù)據(jù)包發(fā)出的信道并將SSID信息出現(xiàn)于WiFi控制界面中,用戶就可根據(jù)就近原理進(jìn)行選擇了 。那么為了避免發(fā)生相同的碰撞,因此將信標(biāo)數(shù)據(jù)包進(jìn)行了基礎(chǔ)服務(wù)集標(biāo)識(shí)上的區(qū)別,以此來保障WiFi更好的 接入網(wǎng)絡(luò)。它是根據(jù)每輪中移動(dòng)設(shè)備所監(jiān)聽到的BSSID來提供給用戶的。這也是本文中先前所提到的,借助對(duì)WiFi兩個(gè)接入頻道的調(diào)節(jié),和對(duì)信標(biāo)發(fā)送發(fā)送周期來控制所對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的概率。也就是說,當(dāng)r1>r2 ,就需將 5.8 GHz 網(wǎng)絡(luò)的 Beacon 的發(fā)送周期設(shè)置的大一些,這樣就能保證2.4 GHz頻段接入的高一些。而當(dāng)兩種頻道所接收到是信道相同時(shí),那么就可利用控制其中的頻道來進(jìn)行接入口的管制,以此來保證WiFi更好的接入和使用。
在醫(yī)院里,患者對(duì)于排隊(duì)這個(gè)問題大傷腦筋,不知到底該在哪一個(gè)隊(duì)伍中去排,為此消耗了許多不必要的時(shí)間和精力。其實(shí),在醫(yī)院中會(huì)有多個(gè)窗口方便患者服務(wù),但由于患者的不熟悉才使得人滿為患的現(xiàn)象比比發(fā)生。一些窗口擁堵,一些窗口閑置,為了更好的解決該問題,本系統(tǒng)提出了排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)查詢機(jī)制,如圖 4 所示。
圖4 基于本地信息融合的排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)查詢機(jī)制
該機(jī)制的設(shè)定也是建立在霧服務(wù)器監(jiān)聽的基礎(chǔ)上,通過比較移動(dòng)設(shè)備的WiFi信號(hào)的強(qiáng)弱,在進(jìn)行監(jiān)聽,由此推出三邊定位算法。它利用排隊(duì)者所發(fā)出的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)來進(jìn)行監(jiān)聽,通過監(jiān)聽它們的頻率來推測(cè)和識(shí)別排隊(duì)的狀況。也借由該監(jiān)聽數(shù)據(jù),并經(jīng)過計(jì)算而得出排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)。計(jì)算完畢后,則會(huì)將該結(jié)果分別傳送給就近的霧服務(wù)器和云服務(wù)器,由此移動(dòng)用戶就可進(jìn)行最優(yōu)化選擇了。
傳統(tǒng)的云計(jì)算框架下,移動(dòng)用戶為了能夠進(jìn)行有效的排隊(duì)信息查詢,首先需要將自身信息提供給云服務(wù)器。云服務(wù)器有了相關(guān)的移動(dòng)設(shè)備的位置信息才能準(zhǔn)且識(shí)別周邊的排隊(duì)信息狀況,以此來傳輸有效的信息服務(wù)。因此,當(dāng)移動(dòng)設(shè)備要進(jìn)行查詢的時(shí)候,需要借助云服務(wù)器的幫助,這是移動(dòng)設(shè)備的終端服務(wù)。當(dāng)所查信息者與信息源上處于同一環(huán)境中時(shí),那么就可利用局部信息和本地計(jì)算來進(jìn)行有效信息的計(jì)算獲取,這不僅能夠有效的節(jié)省時(shí)間,提升云服務(wù)器的使用效率,并且會(huì)使該信息的傳輸更為有效,精準(zhǔn),最為重要的是,它的確方便快捷了許多,能夠一步到位將信息傳輸?shù)揭苿?dòng)用戶的移動(dòng)設(shè)備上。
為了能夠使本次論證更為真實(shí)有效,保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn),因此在特定場(chǎng)景設(shè)置中,首先在醫(yī)院實(shí)驗(yàn)部布置了20 臺(tái)霧服務(wù)器,并進(jìn)行了為期 5天的測(cè)試,通過對(duì)多個(gè)頻段的接入機(jī)制的傳輸快慢檢測(cè)而得出相應(yīng)的結(jié)論,如圖5所示。
圖5 不同接入機(jī)制的傳輸延遲比較
首先放置了5 部智能手機(jī),這5部手機(jī)只針對(duì)2.4 GHz頻道進(jìn)行接收。除此之外,還放置了5部 支持兩個(gè)頻段的智能手機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而用于檢測(cè)的霧服務(wù)器則被放置在一樓大廳位置。實(shí)驗(yàn)過程中,需要將兩部手機(jī)進(jìn)行輪流式接入,接入的對(duì)象為同一個(gè)霧服務(wù)器。當(dāng)手機(jī)被接入后,則會(huì)通過發(fā)出相同的速率來對(duì)霧服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)收集和它們之間的比對(duì)不難發(fā)現(xiàn),2.4 GHz頻段的延遲性更為長(zhǎng)一些,這就是因?yàn)橛脩羧哼^于集中于該頻段的結(jié)果,由此造成了較為擁堵的現(xiàn)象。這就好比大家在同一個(gè)時(shí)間拼命往一輛車上進(jìn)行擁擠是一個(gè)道理,明明是兩個(gè)頻段。而本文中的研究?jī)?nèi)容,霧服務(wù)器便可較好的解決該問題,通過延遲性接入手段的運(yùn)用,改變隨機(jī)性接入,從而有效的避免了用戶擁堵現(xiàn)象的發(fā)生。
通過文中所提到的,建立在霧服務(wù)器上的排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算方法的運(yùn)用,和對(duì)傳統(tǒng)云計(jì)算框架下的排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算方式進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)它們之間在通信開銷方面有著很大的不同。那么對(duì)于移動(dòng)終端與云服務(wù)器之間關(guān)于通信開銷的不確定性,因此,在實(shí)際案例操作比對(duì)中,僅僅側(cè)重于排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)來進(jìn)行比較。通過在醫(yī)院中布置多個(gè)霧服務(wù)器和通用的 WiFi AP,來保證無線網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)斷性和實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性,在實(shí)驗(yàn)過程中,WiFi運(yùn)用了相對(duì)閑置狀態(tài)的5.8GHz頻段。再通過與傳統(tǒng)云計(jì)算框架下的數(shù)據(jù)延遲性比對(duì),由此得出霧計(jì)算框架的響應(yīng)延遲為80ms,云計(jì)算的響應(yīng)延遲為140ms,由此說明霧計(jì)算更為優(yōu)越。
綜上所述,本文通過對(duì)傳統(tǒng)云計(jì)算框架下對(duì)移動(dòng)設(shè)備需求的欠缺,而提出了霧計(jì)算的智能前端化思想,由此建立了介于提云服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備之間的霧層計(jì)算框架。該框架服務(wù)主要建立在一步到位的連接服務(wù)器上,它不僅有著優(yōu)越的計(jì)算功能,還有著較為優(yōu)越的存儲(chǔ)功能,從而實(shí)現(xiàn)了本地優(yōu)化和計(jì)算。該霧計(jì)算框架利用特殊的介入層中的存儲(chǔ)和計(jì)算能力來進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)緩存及優(yōu)化,而數(shù)據(jù)緩存?計(jì)算及無線接入更是作為霧計(jì)算的主要三大特性而加以顯現(xiàn)。由此更好的滿足了移動(dòng)設(shè)備的連接與有效信息的傳輸,提高了應(yīng)用率和使用效率。而本文中以醫(yī)院作為實(shí)地場(chǎng)景來進(jìn)行分析霧計(jì)算框架下的相關(guān)信息服務(wù),通過比對(duì)分析提出了多頻段負(fù)載均衡接入機(jī)制和基于本地信息融合的排隊(duì)時(shí)長(zhǎng)查詢機(jī)制。經(jīng)過嚴(yán)密的功能測(cè)試發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)在技術(shù)層面不僅得到有效的提升,并且在實(shí)效性方面同樣值得肯定,值得推薦。