“智慧服務(wù)區(qū)”物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計(jì)探討

郎志海

摘要：在高速公路領(lǐng)域，服務(wù)區(qū)作為公眾駕乘車輛過程中一個非常重要的休息場所，同時也是交通運(yùn)輸行業(yè)為群眾進(jìn)行服務(wù)的一個重要窗口，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在高速公路服務(wù)區(qū)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，本文針對支撐智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)及功能進(jìn)行的初步探討。

關(guān)鍵詞：智慧服務(wù)區(qū) 物聯(lián)網(wǎng)平臺 Kubernetes

1引言

高速服務(wù)區(qū)是保證高速公路安全、暢通、方便、快捷通行的重要配套設(shè)施，一直以為被認(rèn)為是高速公路重要的延伸產(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對高速公路服務(wù)區(qū)有了新的認(rèn)識，希望智慧服務(wù)區(qū)，提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn);同時，運(yùn)營者也希望通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)區(qū)，提高自身運(yùn)營績效，降低運(yùn)營成本，優(yōu)化服務(wù)能力，提升品牌形象。

2. 發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

近年來，國內(nèi)大部分省市自治區(qū)的服務(wù)區(qū)都進(jìn)行了信息化建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及監(jiān)控基礎(chǔ)上，浙江、江蘇、安徽等服務(wù)區(qū)不僅構(gòu)建了統(tǒng)一經(jīng)營管理平臺，還通過新媒體平臺、智能信息查詢機(jī)、網(wǎng)上訂餐預(yù)支付手段向公眾提供更加便捷的服務(wù);浙江、福建等將高速公路信息化與服務(wù)區(qū)信息化相結(jié)合，將服務(wù)區(qū)業(yè)務(wù)延伸至“駕駛過程中”。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，也有更多的省份開始服務(wù)區(qū)電商平臺的設(shè)計(jì)與研發(fā)，搶占未來市場。

但是，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)大部分服務(wù)區(qū)仍然存在以下問題：

（1） 信息化建設(shè)盲目性;

（2） 各信息化平臺相對獨(dú)立，缺乏統(tǒng)一管理和協(xié)同;

（3） 數(shù)據(jù)種類繁多，數(shù)據(jù)歸口不統(tǒng)一;

（4） 信息系統(tǒng)積累的數(shù)據(jù)并未對經(jīng)營管理和公眾服務(wù)提供有力的支撐等問題;

因此，如何總結(jié)和重新審視服務(wù)區(qū)的信息化建設(shè)，使其在“網(wǎng)絡(luò)化”的同時，實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，通過“物聯(lián)網(wǎng)”手段，為下一階段的經(jīng)營工作提供“數(shù)據(jù)”依據(jù)，將是智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)的重要目標(biāo)之一。

3. 物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計(jì)

結(jié)合高速服務(wù)區(qū)信息化發(fā)展面臨的問題及滿足未來服務(wù)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展需求，本文探討針對服務(wù)區(qū)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)計(jì)。

3.1 平臺基礎(chǔ)架構(gòu)

作為未來能夠?yàn)榉?wù)區(qū)運(yùn)營工作提供“數(shù)據(jù)”依據(jù)的平臺，物聯(lián)網(wǎng)平臺必須具備成熟先進(jìn)、功能使用、平臺穩(wěn)定、安全可靠、擴(kuò)展靈活、標(biāo)準(zhǔn)開放、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的功能。

物聯(lián)網(wǎng)平臺總體框架規(guī)劃如下：

為了滿足服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)靈活增加和擴(kuò)展，物聯(lián)網(wǎng)平臺采用全分布式、可彈性擴(kuò)展、基于Docker技術(shù)的微服務(wù)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供通用PaaS功能，包括架構(gòu)管理子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)及認(rèn)證管理子系統(tǒng)。同時，還需提供物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)，包括連接管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)以及用戶管理子系統(tǒng)等。

物聯(lián)網(wǎng)平臺需具備如下技術(shù)特性：

1） 成熟先進(jìn)性

物聯(lián)網(wǎng)平臺整體底層基于Kubernetes架構(gòu)。Kubernetes是一個開源系統(tǒng)，用來自動部署、縮放和管理容器的編排系統(tǒng)，它可以使用多語言并且提供原語服務(wù)開通、運(yùn)行、縮放和分布式管理系統(tǒng)。與此同時Kubernetes是一個多語言和未可知語言的容器管理平臺，可以運(yùn)行原生云和運(yùn)行傳統(tǒng)容器化應(yīng)用程序。

2） 功能實(shí)用性

為保證領(lǐng)域拓展智慧服務(wù)區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)平臺需采用微服務(wù)架構(gòu)。最近幾年，微服務(wù)架構(gòu)迅速在整個技術(shù)社區(qū)躥紅，它被認(rèn)為是IT軟件架構(gòu)的未來方向。

首先，通過分解巨大單體式應(yīng)用為多個服務(wù)方法解決了復(fù)雜性問題。

第二，這種架構(gòu)使得每個服務(wù)都可以有專門開發(fā)團(tuán)隊(duì)來開發(fā)。

第三，微服務(wù)架構(gòu)模式是每個微服務(wù)獨(dú)立的部署。

最后，微服務(wù)架構(gòu)模式使得每個服務(wù)獨(dú)立擴(kuò)展。

3） 平臺穩(wěn)定性

對于生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)用集群來說，故障是很難完全避免的，所以建立完善的監(jiān)控預(yù)警機(jī)制，能夠提高遇到問題時的響應(yīng)速度，幫助快速發(fā)現(xiàn)問題，及時通知相關(guān)技術(shù)人員對故障進(jìn)行修復(fù)，有效的避免或者降低用戶損失。與此同時，也必須做好流量控制，防止突發(fā)的大流量將服務(wù)器壓垮。

4） 安全可靠性

為防范未來服務(wù)區(qū)海量的物聯(lián)設(shè)備對業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)生的安全問題，要求在數(shù)據(jù)保護(hù)、防止利用智能終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程攻擊等方面進(jìn)行安全管控，采取積極主動防范措施，進(jìn)一步提高安全性。

5） 靈活擴(kuò)展性

平臺整體采用微服務(wù)架構(gòu)，業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)拆分明細(xì)，在保證對整體業(yè)務(wù)在線動態(tài)橫向擴(kuò)展的同時，也能滿足對關(guān)鍵業(yè)務(wù)的動態(tài)擴(kuò)容。

6） 標(biāo)準(zhǔn)開放性

物聯(lián)網(wǎng)平臺微服務(wù)架構(gòu)基于Docker容器標(biāo)準(zhǔn)，籍此標(biāo)準(zhǔn)可快速定制業(yè)務(wù)鏡像，無縫接入平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供豐富的REST API，API基于國際標(biāo)準(zhǔn)和國家、行業(yè)、企業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，極大的方便了設(shè)備和服務(wù)的對接，也為之后的業(yè)務(wù)拓展奠定了基礎(chǔ)。

7） 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

物聯(lián)網(wǎng)平臺以容器為運(yùn)行單元，單位機(jī)器運(yùn)行業(yè)務(wù)服務(wù)更多，減少資源消耗，節(jié)省硬件開支。物聯(lián)網(wǎng)平臺采用的微服務(wù)架構(gòu)優(yōu)勢在于可對業(yè)務(wù)細(xì)化拆分，籍此保證只擴(kuò)展關(guān)鍵業(yè)務(wù)，以此保證以最小資源，支撐更多服務(wù)。除此之外，微服務(wù)架構(gòu)還有，開發(fā)周期短，迭代方便等一系列優(yōu)勢，減少了人力成本。

3.2 平臺功能實(shí)現(xiàn)

支撐智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺需包含“設(shè)備管理”、“連接管理”兩個大核心功能，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時主要涉及管理管理子系統(tǒng)和連接管理子系統(tǒng)。

3.3 連接管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)平臺需要支持WIFI、NB-IoT、RFID等不同終端設(shè)備的接入，同時支持與其他智慧服務(wù)區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)的對接。連接管理子系統(tǒng)主要支持網(wǎng)關(guān)、終端等設(shè)備的連接管理，支持包括WebSocket、MQTT、UDP、TCP、LoRa、NBIoT協(xié)議的接入。

（1） 支持網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接管理

物聯(lián)網(wǎng)平臺網(wǎng)關(guān)連接管理用于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過MQTT、WebSocket、LoRa等協(xié)議接入平臺，支持網(wǎng)關(guān)接入認(rèn)證、網(wǎng)關(guān)上下線通知等功能。

（2）支持終端設(shè)備的連接管理

物聯(lián)網(wǎng)平臺支持物聯(lián)網(wǎng)終端通過MQTT、LoRa、NB-IoT、UDP、TCP等協(xié)議或通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行接入，支持終端的接入認(rèn)證、終端上下線通知、終端接入數(shù)據(jù)解析等功能。

支持統(tǒng)計(jì)與采集終端連接數(shù)、終端連接狀態(tài)、丟包率等數(shù)據(jù)，并提供標(biāo)準(zhǔn)Restful API接口，供上層應(yīng)用調(diào)研終端數(shù)據(jù)。

4、結(jié)束語

未來服務(wù)區(qū)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備越來越多，服務(wù)區(qū)運(yùn)營者需搭建統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺是所有多樣化終端及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的核心，可滿足服務(wù)區(qū)未來復(fù)雜業(yè)務(wù)系統(tǒng)及運(yùn)營系統(tǒng)的正常運(yùn)行，支撐智慧服務(wù)區(qū)建設(shè)。

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