物聯網和融合環境區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 信息科學與技術學院，遼寧 錦州 121013)

物聯網和融合環境區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 信息科學與技術學院，遼寧 錦州 121013)

隨著時代的發展，人們對食品質量的要求逐步提高。消費者已經不希望局限于只通過互聯網監管食品安全，還希望可以通過物聯網獲得食品安全監管信息。其希望即使不能獲取準確的數據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境的各種異構終端如手機、個人計算機、電視機等接收；食品企業希望獲得自身企業食品安全的第一手數據，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對其管轄區域內的食品企業分段管理。基于此，文中首先介紹了目前國內外相關的研究成果，然后在此基礎上提出物聯網和融合環境食品安全云服務框架及關鍵服務，之后研究物聯網和融合環境區域食品安全云服務帶來的影響，最后做了總結。

食品安全;物聯網;融合;云計算;區域

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，人們已經利用云計算來監控和管理食品安全,同時希望監測食品生產到消費各環節的不安全因素，如殘留了有毒或者有害物質、環境的污染等[1]。對于食品安全的監管，廣大消費者已經不希望只從互聯網上獲得，而希望知道食品安全從生產到消費各個環節的實時信息，同時希望通過手機、電視等融合環境異構終端獲得；企業希望實時監管自身食品安全，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控食品從最初始的原料到商品的整體過程。基于此，文中致力于建設一個既適應物聯網，又適應融合環境，滿足個人、企業和管理部門需求和全程管理的食品安全云。

文中首先分析國內外食品安全系統的研究，分析和研究目前成果的優點、缺欠和不足。其次，結合物聯網和融合環境提出物聯網和融合環境區域食品安全云服務框架，其滿足文中所提消費者、企業、管理部門的需求，適用于物聯網和融合環境，實現全程管理。最后，結合前兩項成果研究物聯網和融合環境區域食品安全云帶來的影響。

1 國內外研究進展

目前國內外對食品安全系統的相關研究主要集中在互聯網的角度，主要是對現有云和系統的改進，物聯網有部分涉及但卻只能涉及食品安全的部分環節或環境，無法以偏概全；融合環境沒有食品安全方面的研究，無法提供融合環境異構終端的食品安全監管服務；沒有細分用戶，沒有區分用戶進行研究，更談不到為不同的用戶提供不同的服務；大多數沒有涉及到區域，更沒有涉及到分段管理和全程管理的信息互通。

對于目前國內外對食品安全系統的研究成果，國外的研究中，文獻[2]中的Pro-MED系統,為國際傳染病協會推出，能有效預警風險，但需要人工參與處理和采集的措施，針對互聯網。文獻[3]中的MedlSys系統，為歐洲委員會聯合研究中心推出，基于互聯網信息采集技術風險預警，速度快，但其采集的信息僅限于新聞，針對互聯網。國內的研究中，文獻[4]集成數據采集、數據傳輸、數據分析處理、數控農業機械為一體，建設新農業生產管理體系。但其針對的是農業，而沒有涉及到食品安全，更沒有涉及到食品安全從生產到消費的所有環節，同時只涉及物聯網，沒有涉及融合環境，區域和細分用戶極少涉及。文獻[3]結合云計算、信息爬取、垃圾意見識別等關鍵技術設計了分析和監控云平臺，但其針對的對象是互聯網，沒有涉及物聯網和融合環境，雖然涉及到區域，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網，提出服務平臺的設計方案，其研究只能滿足日光溫室下，其他環境的物聯網無法適用，同樣沒有涉及到融合環境、用戶細分和區域。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，知網檢索到3篇，但這些研究均沒有涉及到物聯網和融合環境。

2 物聯網和融合環境食品安全云服務框架

根據文中引言部分的需求，研究物聯網和融合環境食品安全云服務問題，文中認為首先需要構建云服務的最底層服務，其包括云存儲集群設備[6-7]、物聯網使用的傳感設備、用于定位的GPS設備、用于連接融合環境和物聯網環境的網絡設備[8]、云計算設備等，作為物聯網和融合環境區域食品安全云的技術和資源支撐[9-10]。這些硬件設施可以用于物聯網和融合環境區域食品安全云服務的建設，但其雜亂無章、極難管理，需要經過虛擬化和統一的集群資源描述。經過統一管理的資源及其獲得的數據與定位信息數據相互結合獲得物聯網食品安全監控的各種參數數據，即溫度、濕度、光照等各方面參數，獲得初始的食品安全信息。這時信息只是未經過處理的、海量的參數信息，無法直接使用，需要根據食品安全管理規則為依據研判數據，這樣雖然沒有提交給用戶但食品安全監管已經實現了。將信息提交給融合環境下的異構網絡和異構終端則需要確定用戶權限是否符合，再將數據經過獲取、加工、轉換和處理然后提交給服務層[11-12]。此外，文中還融合了互聯網食品安全監管，可以參考文獻[3]。物聯網和融合環境區域云服務框架模型如圖1所示。

圖1 物聯網和融合環境食品安全云服務框架模型

其中的關鍵服務如下：

權限服務：是用戶服務的基礎，指根據用戶類型和職能設置不同的權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、企業用戶和管理部門用戶三類。個人用戶可以通過互聯網監控食品安全信息，可以獲得各個企業食品安全模糊的信息，獲得管理部門指定的食品安全的規章、制度、條例等；企業用戶可以獲得云中存儲的、自己企業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各個企業的食品安全信息。從職能的角度來看，部分企業可能只涉及食品生產到銷售部分環節，有些企業的原料可能不是食品。企業獲得的食品安全監管實時數據，通常應該是該企業自身的食品安全信息，企業的食品安全信息數據對個人用戶和其他企業應該是一定程度上保密的。用戶和管理部門希望監管范圍較大，若全部使用實時數據，很難滿足，因而部分數據可能需要檢索后監管。

用戶服務：指用戶的新增、存儲、檢索、修改和刪除。其在權限服務基礎之上提供服務，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，根據其監管的信息來源可以分為基本信息、融合環境下的信息和物聯網環境下的信息。前兩部分信息的服務可以參考文獻[11，13-14]。物聯網環境用戶多是企業用戶，其新增、修改和刪除是避免重復建設、降低成本的關鍵。此類用戶首先需要在資源層為其監管對象添加傳感設備和定位設備，獲取其實時監控的食品安全的各種參數和對象，添加到云數據集群資源池并虛擬化；其次通過權限管理模塊為該企業用戶和相應的管理部門用戶設置監管對象，以便該企業用戶的食品安全信息和狀態能夠同時被企業和管理部門監管。

監管邏輯服務：其實質是對食品安全的監管邏輯進行管理和設置，即食品安全日常管理規則的新增、修改和刪除。監管邏輯是食品安全監管的依據，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，包含企業用戶專用的監管邏輯，管理部門專用的分段監管邏輯，全程信息互通各個環節所需要的標準。根據食品種類、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換成為參數及函數的形式。其研判依據主要有兩種：一是用戶為各個觀測點環境的具體內容設置具體的閾值，根據單個閾值做出研判；二是結合整體環境的各種參數模糊化、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：用戶需要監管食品安全以往信息時通過檢索獲得相應信息，其實質是通過檢索獲得對應的食品安全數據，然后針對檢索獲得的數據提供食品安全監管服務。檢索可以參考文獻[15],不同之處在于數據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管服務：是針對個人用戶提供的食品安全監管服務。其服務主要包括：通過互聯網監控食品安全信息，可以參考文獻[3]。可以獲得各個企業食品安全模糊的信息，這里是指個人用戶希望獲得物聯網上的企業食品安全相關數據，可以將基于物聯網的食品安全監管獲得的數據和云存儲中保存的數據按照制度、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的信息不會泄露，同時也保證了用戶實時監管的要求。獲得管理部門指定的食品安全的規章、制度、條例，可以將相應的規章、制度等以文本或者數據庫記錄的形式保存在云存儲設備中，然后提交給用戶。

企業用戶食品安全監管服務：其服務內容包括個人用戶食品安全監管服務的內容，區別在于其需要滿足企業自身食品安全的實時監管，因而可以獲得其企業自身食品安全的監管的實際參數。

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

個人、企業和管理部門的食品安全監管流程圖見圖2。

圖2 用戶、企業、管理部門監管食品安全流程圖

食品安全全程管理信息互通服務，指監管從生產到消費各個環節的食品安全信息，與其他服務的區別關鍵在于需要依次監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到消費各環節的所有信息，即追蹤各環節所有對象的食品安全信息，然后依次監控，最后提供服務。

3 物聯網和融合環境食品安全云服務的影響

食品安全涉及到從生產到消費的各個環節，涉及到企業自身產品或商品的質量，是涉及民生的問題。而食品安全云服務與物聯網環境、融合環境、區域的結合，可以解決融合環境下異構終端通過異構網絡接入問題，能夠在一定程度上打破時空的限制，為用戶監控食品安全提供便利[11-16]；可以解決食品安全實時監管的問題，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監控自身食品安全提供有效的信息和數據，有效解決企業在食品安全方面的成本高、見效慢、信息不通暢的顧慮，使企業安心提高其實際管理水平和競爭能力；為管理部門提供區域內、第一手食品安全監管的信息和資料，同時其不需要再因為食品安全問題前往企業調研，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管很難實現的問題，雖然文中所提云服務框架模型沒有減少食品生產到銷售的各個環節，但是只要其生產到銷售的各個環節都在云服務的范圍內，就可以形成生產到銷售一條龍的食品安全監管服務。其解決了用戶和管理部門對食品生產到銷售各環節食品安全不了解的問題，更解決了企業原料進貨所擔心的對原料原有保存環境不了解的問題。

4 結束語

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

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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研究項目(L2014451)

王曉明(1979-)，男，碩士，講師，研究方向為云、融合、物聯網。

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