淺析云計算在電梯行業(yè)中的應用

吳祥容

(廈門大學嘉庚學院，福建 漳州 363105)

0 引言

隨著各種新技術的突破及運營服務模式的創(chuàng)新，世界經(jīng)濟結構也將發(fā)生極大的調整，云計算正是基于此狀的一種全面創(chuàng)新。云計算的發(fā)展實現(xiàn)了信息技術產(chǎn)業(yè)和信息服務行業(yè)的社會化、專業(yè)化和集約化；信息服務將成為隨處可見的公共基礎設施；降低社會經(jīng)濟的整體運營成本。不僅是新興的亞馬遜、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司，傳統(tǒng)的軟件公司微軟以及硬件供應商IBM、惠普和英特爾等，都已經(jīng)發(fā)布了自己的云計算戰(zhàn)略或實施策略。國內外大型IT公司對云計算產(chǎn)業(yè)的推進已經(jīng)從最初的概念醞釀發(fā)展到如今的大規(guī)模推進。

云計算的發(fā)展將使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的管理水平、生產(chǎn)效率、服務模式、用戶服務能力實現(xiàn)跨越式的提升。作為管理樓宇垂直交通的電梯產(chǎn)業(yè)也應如此。隨著近幾年電梯業(yè)與信息服務業(yè)的融合逐漸得到重視，電梯行業(yè)內對電梯運行數(shù)據(jù)的提取和分析做了不少研究[1]。電梯服務業(yè)的整體信息化水平還處于初級階段，電梯產(chǎn)業(yè)若能借著云計算的浪潮，突破傳統(tǒng)電梯服務模式和商業(yè)運營模式，將極有機會打破現(xiàn)有電梯產(chǎn)業(yè)的國際格局。本文正是由此出發(fā)，提出電梯云架構設計和四個層面的云服務模式。

1 電梯云服務架構設計

1.1 管理層次設計

云計算的出現(xiàn)代表著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，同時培育出一種新的產(chǎn)業(yè)服務模式。未來電梯服務業(yè)將朝著服務平臺運營的方向發(fā)展，電梯服務實現(xiàn)社會化、專業(yè)化和集約化[2]。從電梯服務云平臺的管理運營層面，設計其架構如圖1所示。

圖1 電梯云管理層次架構

電梯云服務平臺有以下四種涉眾：

(1)顧客：電梯的終端使用者，是電梯服務的最終對象，電梯就是為顧客提供垂直交通服務。

(2)客戶：電梯的所有者，業(yè)主，是電梯服務業(yè)的直接服務對象。客戶需要承擔電梯的維保、安裝等費用。傳統(tǒng)的電梯服務是由電梯廠商的維保部門或電梯服務商對客戶提供。但云平臺上還有其他幾種涉眾。

(3)用戶：云平臺的使用者，包括電梯廠商、專業(yè)電梯服務商和其他維保機構等，是電梯云服務的服務對象。

(4)平臺運營商：電梯云服務的提供者和管理者，通過建設基礎設施和提供云服務解決方案，節(jié)約用戶的服務成本。

總之，平臺運營商通過云計算的技術手段為用戶(電梯廠商、服務商)提供服務(云服務)，從而讓用戶以最低的服務成本為客戶提供服務(電梯技術、維保等服務)，進而讓客戶更加方便、有保障地為顧客提供服務(垂直交通服務)。可以看出四種涉眾總共提供了三種層次的服務，從而極大地提高了電梯服務業(yè)水平，實現(xiàn)多家共贏的局面。

電梯云服務平臺的四種涉眾，對應四個管理控制層次，如圖1所示。

(1)客戶應用控制層：通過電梯控制器，自主調度，為顧客提供垂直交通服務。

(2)客戶管理層：通過終端電腦或PDA，為客戶提供監(jiān)控、安保、消防、增值服務支持等服務管理功能。

(3)用戶管理層：通過云服務終端軟件，為用戶提供電梯管理、電梯監(jiān)控、服務管理、業(yè)務管理、計費管理、維保跟蹤、服務質量管理等云服務功能，同時提供給用戶二次開發(fā)的接口。

(4)云系統(tǒng)管理層：通過云平臺后臺管理軟件，進行用戶管理、計費管理、客戶跟蹤、用戶服務質量評估、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計、服務戰(zhàn)略規(guī)劃與調整等管理職能。

對于不同的電梯應用場合，客戶管理層和客戶應用控制層與云中心拓撲結構應有所差別，主要有以下3類應用：

(1)高層多梯群控應用：因為涉及多臺電梯的群控調度問題，如果有條件的話，可以將終端電梯控制器直接連接云中心，通過云計算的分布式并行計算的能力，更好地對電梯進行調度控制，即云控制。當然終端電梯控制器也保留著自主調度功能，確保電梯能離線工作；在客戶管理室有一個管理監(jiān)控服務器，能夠同時連接終端電梯控制器和云中心，向云中心上報數(shù)據(jù)，方便服務商及時提供服務，同時也向客戶提供基礎的管理功能及監(jiān)控和安保處理等。

(2)單梯或扶梯應用：單梯和扶梯系統(tǒng)無需云控制，只需通過客戶管理室的管理監(jiān)控服務器向云中心上報電梯狀況和提供客戶基礎管理功能即可。

(3)別墅梯等專有特種電梯應用：此類應用有幾個特點：電梯為專人使用，不需要專業(yè)的管理；需要特殊服務，如多媒體業(yè)務。所以終端電梯控制器直接連接到云中心，向云中心上報電梯狀況，并從云中心獲得云服務。終端PDA接入終端電梯控制器，為客戶提供人性化的管理工具。

綜上所述，電梯云服務的整體思路是基于平臺服務運營模式，早期建議由國內的電梯廠商或服務商組成聯(lián)盟，與電信、移動或聯(lián)通開展合作，利用現(xiàn)有的云計算基礎設施，做服務應用，以形成專業(yè)化平臺運營為最終目標，從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)提升和多家共贏。

1.2 架構的開源實現(xiàn)

從技術層面，實現(xiàn)云架構有許多解決方案[3-4]，目前還沒有行業(yè)內的統(tǒng)一標準。本文通過免費開源軟件來設計電梯云服務平臺，提供一個可行的開源解決方案，其實現(xiàn)架構如圖2所示。電梯云架構的實現(xiàn)需要從低到高五個層次。

圖2 電梯云架構的開源實現(xiàn)

1.2.1物理層

云中心的物理層需要擁有數(shù)千臺服務器，通過路由器、交換機等網(wǎng)絡連接設備，形成底層基礎的服務器集群。電信、移動和聯(lián)通三大運營商的通信網(wǎng)絡已經(jīng)具備這方面的基礎設施。也可以借助IBM或華為等公司提供的服務器通信解決方案。考慮到安全性問題，同一個云中心的各服務器應布置在同一內部局域網(wǎng)中。

1.2.2虛擬化層

虛擬化技術是云服務平臺的標志性技術，它對外屏蔽物理層服務器集群的拓撲架構，實現(xiàn)一個虛擬服務器層[5]，通過調度器實現(xiàn)基礎資源的合理調度。虛擬化技術通過資源的集中和共享，實現(xiàn)成本降低、優(yōu)化利用的目的。這一層設計用XEN實現(xiàn)。

圖3 MapReduce架構

XEN虛擬機是劍橋大學開發(fā)的一個開源虛擬機服務器，通過一種稱為準虛擬化的技術獲得高性能。XEN可以在多個物理主機之間進行實時遷移。在操作過程中，虛擬機在不停止工作的情況下將內存反復地復制到目標機器。虛擬機在最終目標開始執(zhí)行之前，將進行60～300 ms的暫停，用以執(zhí)行最終同步，從而實現(xiàn)無縫遷移。使用類似的技術可以將一臺正在運行的虛擬機暫停復制到磁盤，并切換到另一臺虛擬機運行，并且稍后可以恢復原先前一臺虛擬機。XEN目前可以運行在x86系統(tǒng)上，并正在向x86_64、IA64、PPC移植。

1.2.3控制層

控制層是配合虛擬機軟件實現(xiàn)虛擬機資源的調度和管理，這一層設計用Eucalyptus實現(xiàn)。

Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems (Eucalyptus)是一種開源的軟件基礎結構，用來通過計算集群或工作站群實現(xiàn)彈性的、實用的云計算。Eucalyptu包含的幾個組件通過使用具有 WS-Security 的 SOAP 消息傳遞，可以安全地相互通信協(xié)作來提供相應的云服務。

(1)Cloud Controller (CLC)：管理整個系統(tǒng)的主控制器組件，是用戶和管理員進入Eucalyptus云的主要網(wǎng)關。

(2)Cluster Controller (CC)：管理整個虛擬實例網(wǎng)絡，維護有關在系統(tǒng)中運行的節(jié)點控制器的所有信息，并負責控制這些實例的生命周期。

(3)Node Controller (NC)：控制主機操作系統(tǒng)及相應的 hypervisor(XEN)。

1.2.4系統(tǒng)層

系統(tǒng)層是云服務應用程序的直接支撐，需要提供應用程序所需要的文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和Web服務支持。這一層設計用Hadoop配合Web服務器(Tomcat)集群來實現(xiàn)。

Hadoop是Apache軟件基金會的開源Java項目，它主要是由HDFS、MapReduce、Zookeeper和Hbase組成，是Google分布式框架的開源實現(xiàn)，是開源的云計算分布式基礎框架的重要組成部分。

(1)HDFS：海量數(shù)據(jù)的分布式文件系統(tǒng)[6]，是基于一組特定的節(jié)點構建的，這些節(jié)點包括:①NameNode(僅一個)，它在 HDFS 內部提供元數(shù)據(jù)服務；②DataNode，它為 HDFS 提供存儲塊。

(2)MapReduce：并行程序框架[7]。MapReduce是一個用于并行處理大型數(shù)據(jù)集的軟件框架。它由兩個可能包含許多實例(許多Map和Reduce)的操作組成。Map 函數(shù)將接收到的一組數(shù)據(jù)轉換成一個鍵/值對列表，輸入字段中的每個元素都對應一個鍵/值對。Reduce 函數(shù)接收到Map函數(shù)輸出的列表，并根據(jù)鍵值(一個鍵生成一個鍵/值對)減少鍵/值對列表，如圖3所示。

(3)Zookeeper: 分布式鎖系統(tǒng)，主要用于解決分布式應用程序經(jīng)常遇到的一些數(shù)據(jù)管理問題，如集群管理、統(tǒng)一命名服務、狀態(tài)同步服務、分布式應用配置項管理等。

(4)HBase：結構化數(shù)據(jù)存儲，是一個分布式的、面向列的開源數(shù)據(jù)庫，是Google Bigtable的開源實現(xiàn)[8]。利用Hadoop HDFS作為其文件存儲系統(tǒng)；利用Hadoop MapReduce來處理HBase中的海量數(shù)據(jù)；利用Zookeeper作為協(xié)同服務。

1.2.5應用層

應用層實現(xiàn)電梯云服務的直接應用，通過利用MapReduce 的并行計算框架，提供海量數(shù)據(jù)分析與處理能力；通過分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫提供海量數(shù)據(jù)存儲能力，通過Web服務集群，提供具體云服務的應用系統(tǒng)。云服務模式的實現(xiàn)過程可以從低到高分為四級進行闡述。

1.3 電梯云服務模式

1.3.1云管理(Level1)

云管理是電梯廠商或服務商提供電梯業(yè)務、實現(xiàn)業(yè)務管理信息化的管理工具，這只是電梯云服務的最低級別，也就是實現(xiàn)最基本的管理功能，包括：

(1)電梯服務商的信息管理，包括服務商信息、服務能力、服務類型等。

(2)電梯客戶的信息管理，包括客戶信息、電梯信息等。

(3)電梯運行狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測啟停和維修情況等。

(4)電梯維保管理，維保服務跟蹤。

1.3.2云安全(Level2)

云安全是電梯安全管理方面的服務工具，用以確保電梯更安全可靠地運行。這個級別能夠實現(xiàn)電梯安全的網(wǎng)絡信息化，一方面及時排除安全隱患，另一方面完善電梯安全管理制度。

需要實現(xiàn)：

(1)安全聯(lián)防：與安保、消防系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)安保數(shù)據(jù)的云端備份、消防報警的快速響應。

(2)質檢年檢流程化管理：信息服務系統(tǒng)自動出具電梯的質檢年檢信息，對電梯質量檢驗和年檢的流程進行規(guī)范化。

(3)電梯易損部件監(jiān)測：對電梯的易損部件和關鍵部件應定期自動檢測，上報數(shù)據(jù)至云中心，并自動提醒進行維保服務。

(4)電梯實時狀態(tài)監(jiān)測：對電梯當前運行狀況、顧客流量、滿載情況進行監(jiān)測；對電梯的負荷進行評估。

1.3.3云控制(Level3)

針對高層電梯群控系統(tǒng)，通過云控制算法提供高效、節(jié)能的群控策略，縮短顧客候梯時間，延長電梯的使用壽命。終端控制器的設計應擁有兩種模式：離線調度模式和在線調度模式。離線調度模式采用傳統(tǒng)的調度規(guī)則控制電梯。在線調度模式將內呼數(shù)據(jù)、外招數(shù)據(jù)和轎廂顧客數(shù)據(jù)上報至云中心，云中心將計算出最優(yōu)調度方案，指導電梯運行。因為數(shù)據(jù)是實時改變的，所以調度策略也是實時的。

雖然這一級別的服務僅限于有網(wǎng)絡環(huán)境的高層電梯群控系統(tǒng)，但隨著未來高層建筑的不斷增多、網(wǎng)絡成本的降低會有越來越廣闊的需求。

1.3.4云業(yè)務(Level4)

云業(yè)務是電梯云服務發(fā)展的最大利潤點，可提供以下幾方面業(yè)務：

(1)廣告管理服務：目前，許多電梯轎廂內已安裝了液晶顯示屏，以提供視頻廣告，這種廣告業(yè)務隨著電梯行業(yè)的發(fā)展將成為客戶的重要收入來源。通過云業(yè)務提供專業(yè)的廣告服務，廣告源更廣，管理和分成更方便。

(2)多媒體服務：對于別墅梯等專用電梯，可提供音視頻等多媒體服務。

(3)數(shù)據(jù)分析與決策：通過對采集的各種數(shù)據(jù)進行分析，為電梯廠商和服務商提供電梯銷售和服務銷售的指導。

(4)二次開發(fā)服務：提供二次開發(fā)的接口，為第三應用提供服務。

2 結論

將云計算的技術和模式運用到電梯服務業(yè)，有可能成為電梯服務業(yè)未來發(fā)展的一個方向，也是改變世界電梯產(chǎn)業(yè)格局的一次機會和挑戰(zhàn)。本文從系統(tǒng)架構和可行的發(fā)展方向來闡述電梯云服務模式，希望為電梯業(yè)的發(fā)展帶來一些參考和啟發(fā)。