高速公路智慧服務區物聯網平臺設計探討

李明輝　李冰　班利　李大鵬

摘 要：高速公路服務區是人們駕乘車輛過程中一個非常重要的休息場所，同時也是交通運輸行業為公眾出行服務的一個重要窗口，隨著物聯網技術的發展，物聯網在高速公路服務區領域應用越來越廣泛，針對支撐智慧服務區建設的物聯網平臺架構及功能進行了探討。

關鍵詞：智慧服務區;物聯網平臺;Kubernetes

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

0 引言

高速公路服務區是保證高速公路安全、暢通、方便、快捷通行的重要配套設施，一直被認為是高速公路重要的延伸產業。隨著技術的發展以及人民生活水平的提高，人們對高速公路服務區有了新的認識和更高的需求，希望通過智慧服務區，提供更優質的服務體驗;同時，運營者也希望通過物聯網、人工智能、大數據等技術，實現智慧服務區，提高自身管理水平，降低運營成本，優化服務能力，提升品牌形象。

1 發展現狀及存在的問題

近年來，國內大部分服務區都積極推進信息化建設，在網絡優化及監控覆蓋的基礎上，浙江、江蘇、安徽等省的服務區不僅構建了統一經營管理平臺，還通過新媒體平臺、手機APP、網上訂餐以及預支付等手段向公眾提供更加便捷的服務;浙江、福建等將高速公路信息化與服務區信息化相結合，將服務區業務延伸至“駕駛過程中”。隨著移動互聯網的深入發展，更多的省份開始服務區電商平臺的設計與研發，搶占未來市場。但是，隨著信息技術和網絡技術的發展，國內大部分服務區仍然存在信息化建設的盲目性：各信息化平臺相對獨立，形成“數據孤島”，缺乏統一管理和協同;數據種類繁多，數據歸口不統一，可利用率低;信息系統積累的數據并未對經營管理和公眾服務提供有力的支撐等問題。因此，如何總結和重新審視服務區的信息化建設，使其在“網絡化”的同時，實現“萬物互聯”，通過“物聯網”手段，為下一階段的經營工作提供“數據”依據，將是智慧服務區建設的重要目標之一[1]。

2 物聯網平臺設計

2.1 平臺基礎架構

物聯網平臺作為未來能夠為服務區運營工作提供數據支撐的平臺，必須具備成熟先進、功能實用、平臺穩定、安全可靠、擴展靈活、標準開放、經濟實用等特性。為了滿足服務物聯網業務靈活增加和擴展，物聯網平臺采用全分布式、可彈性擴展、基于Docker技術的微服務架構[2]。物聯網平臺提供通用PaaS功能，包括架構管理子系統、安全管理子系統及認證管理子系統。同時，還需提供物聯網基礎服務，包括連接管理子系統、設備管理子系統以及用戶管理子系統等。物聯網平臺需具備如下技術特性：（1）成熟先進性：物聯網平臺整體底層基于Kubernetes架構，用來自動部署、縮放和管理容器的編排，提供原語服務開通、運行、縮放和分布式管理系統。與此同時可以運行原生云和運行傳統容器化應用程序，能夠提供配置管理、服務發現、負載均衡、指標收集和日志聚集等服務。（2）功能實用性：為保證領域拓展智慧服務區的物聯網應用，物聯網平臺需采用微服務架構。微服務架構的優點在于：通過分解巨大的單體式應用都可以由專門開發團隊來開發;每個微服務可以獨立的部署;每個服務可以獨立擴展。（3）平臺穩定性：針對智慧服務區生產環境的應用集群應建立完善的平臺監控預警機制，提高故障響應速度，及時通知技術人員進行修復，有效地避免或者降低用戶損失。同時也必須做好流量控制，防止突發的大流量將服務器壓垮。平臺監控需包括集群監控、微服務資源監控、數據庫監控、認證監控和日志告警等，保證實時監控系統運行狀況。（4）安全可靠性：為防范未來服務區海量的物聯設備對業務應用產生的安全問題，要求在數據保護、防止利用智能終端設備進行遠程攻擊等方面進行安全管控，采取積極主動防范措施，進一步提高系統安全性。（5）靈活擴展性：平臺整體采用微服務架構，在保證對整體業務在線動態橫向擴展的同時，也能滿足對服務區關鍵業務的動態擴容。除此之外，也同樣保證了底層支撐組件的橫向動態擴展，在保障業務擴容的同時，滿足性能需求[3]。（6）標準開放性：物聯網平臺微服務架構基于Docker容器標準，可快速定制業務鏡像，無縫接入平臺。物聯網平臺提供豐富的RESTAPI，API國際和國家、行業、企業的有關標準，方便設備和服務的對接，也為之后的業務拓展奠定了基礎。（7）經濟實用性：物聯網平臺以容器為運行單元，減少資源消耗，節省硬件開支。物聯網平臺采用的微服務架構可對業務細化拆分，保證只擴展關鍵業務，以最小資源支撐更多服務。此外，微服務架構還有開發周期短、迭代方便等一系列優勢，減少了人力成本。

2.2 平臺功能實現

支撐智慧服務區建設的物聯網平臺需包含“設備管理”、“連接管理”兩個大核心功能，在系統設計時主要涉及管理子系統和連接管理子系統。本文主要對設備管理子系統設計進行探討。

2.2.1 設備管理子系統設計

物聯網設備管理子系統具備終端設備管理、物聯中臺和網關設備管理功能。（1）終端設備管理：終端設備管理支持在服務區場所進行物聯網終端統一配置，支持用戶使用終端名、廠商、終端型號、終端自有標識（如IMEI、MAC、SN等）[4]。終端位置進行終端注冊，注冊成功后，平臺為新增終端分配終端唯一標識，平臺與應用都可以通過該標識進行終端信息與數據獲取與下行控制;平臺支持用戶進行終端的基本信息修改，如終端名、終端位置修改;信息修改后需要進行消息推送;平臺支持用戶進行終端刪除，終端注銷后，平臺上所有該終端數據清除。終端設備管理支持終端狀態查詢、能耗查詢、終端位置查詢，系統頁面進行終端信息的導入導出。（2）物聯中臺：在智慧服務區建設過程中，物聯網平臺需要管理的設備可能在第三方系統中。物聯網平臺需要向第三方系統請求或者下發數據或者指令。此時無法使用物聯網平臺的標準設備管理模塊，需要使用物聯中臺系統。物聯中臺系統規劃包含如下功能：根據業務場景靈活建模，基于不同模型的標準屬性、服務，結合大數據能力提供標準服務和豐富的多維度標準數據;基于不同層次模型的標準數據，整合多維數據，結合大數據提供數據聯接、融合、流轉能力，將物聯網數據價值最大化;通過不同層面的抽象數字模型和數據能力，為前端需求提供決策快速響應，避免重復開發，提高業務開發效率;通過數字模型快速打通不同系統、不同應用場景，拉通不同業務系統后臺數據，整合資源打破“煙囪式”場景和碎片化數據困境[5]。

3 結語

未來服務區物聯網設備越來越多，服務區運營者需搭建統一的物聯網平臺。物聯網平臺是所有多樣化終端及業務數據匯聚、數據標準化的核心，可滿足服務區未來復雜業務系統及運營系統的正常運行，進一步支撐智慧服務區建設。

參考文獻：

[1]魏佳棟，許飛，曹輝，等.基于物聯網的配電變壓器智能感知平臺及其安全構架[J].華電技術，2021，43（01）：1-5.

[2]劉歡，畢道偉，劉嘉熙，等.基于云平臺的核電設備監測診斷架構設計與實現[J].制造業自動化，2021，43（01）：68-73.

[3]韓將星.無線電監測站物聯網平臺管理系統頂層架構設計[J].物聯網技術，2021，11（01）：54-58.

[4]張舒寧.基于物聯網和云計算的農產品質量安全追溯管理平臺[J].物聯網技術，2021，11（01）：72-75+78.

[5]馬龍，鄧素碧，何銘.基于物聯網的實時空氣質量智能鬧鐘系統[J].物聯網技術，2021，11（01）：101-104.