“智慧服務區”物聯網平臺設計探討

郎志海

摘要：在高速公路領域，服務區作為公眾駕乘車輛過程中一個非常重要的休息場所，同時也是交通運輸行業為群眾進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，本文針對支撐智慧服務區建設的物聯網平臺架構及功能進行的初步探討。

關鍵詞：智慧服務區 物聯網平臺 Kubernetes

1引言

高速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，一直以為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，希望智慧服務區，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，提高自身運營績效，降低運營成本，優化服務能力，提升品牌形象。

2. 發展現狀及存在的問題

近年來，國內大部分省市自治區的服務區都進行了信息化建設，在網絡優化及監控基礎上，浙江、江蘇、安徽等服務區不僅構建了統一經營管理平臺，還通過新媒體平臺、智能信息查詢機、網上訂餐預支付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，也有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以下問題：

（1） 信息化建設盲目性;

（2） 各信息化平臺相對獨立，缺乏統一管理和協同;

（3） 數據種類繁多，數據歸口不統一;

（4） 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。

3. 物聯網平臺設計

結合高速服務區信息化發展面臨的問題及滿足未來服務區物聯網應用發展需求，本文探討針對服務區應用的物聯網平臺設計。

3.1 平臺基礎架構

作為未來能夠為服務區運營工作提供“數據”依據的平臺，物聯網平臺必須具備成熟先進、功能使用、平臺穩定、安全可靠、擴展靈活、標準開放、經濟實用的功能。

物聯網平臺總體框架規劃如下：

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。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。Kubernetes是一個開源系統，用來自動部署、縮放和管理容器的編排系統，它可以使用多語言并且提供原語服務開通、運行、縮放和分布式管理系統。與此同時Kubernetes是一個多語言和未可知語言的容器管理平臺，可以運行原生云和運行傳統容器化應用程序。

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。最近幾年，微服務架構迅速在整個技術社區躥紅，它被認為是IT軟件架構的未來方向。

首先，通過分解巨大單體式應用為多個服務方法解決了復雜性問題。

第二，這種架構使得每個服務都可以有專門開發團隊來開發。

第三，微服務架構模式是每個微服務獨立的部署。

最后，微服務架構模式使得每個服務獨立擴展。

3） 平臺穩定性

對于生產環境的應用集群來說，故障是很難完全避免的，所以建立完善的監控預警機制，能夠提高遇到問題時的響應速度，幫助快速發現問題，及時通知相關技術人員對故障進行修復，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，防止突發的大流量將服務器壓垮。

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，進一步提高安全性。

5） 靈活擴展性

平臺整體采用微服務架構，業務結構拆分明細，在保證對整體業務在線動態橫向擴展的同時，也能滿足對關鍵業務的動態擴容。

6） 標準開放性

物聯網平臺微服務架構基于Docker容器標準，籍此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REST API，API基于國際標準和國家、行業、企業的有關標準，極大的方便了設備和服務的對接，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，單位機器運行業務服務更多，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優勢在于可對業務細化拆分，籍此保證只擴展關鍵業務，以此保證以最小資源，支撐更多服務。除此之外，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。

3.2 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管理子系統和連接管理子系統。

3.3 連接管理子系統設計

物聯網平臺需要支持WIFI、NB-IoT、RFID等不同終端設備的接入，同時支持與其他智慧服務區應用系統的對接。連接管理子系統主要支持網關、終端等設備的連接管理，支持包括WebSocket、MQTT、UDP、TCP、LoRa、NBIoT協議的接入。

（1） 支持網關設備的連接管理

物聯網平臺網關連接管理用于物聯網網關通過MQTT、WebSocket、LoRa等協議接入平臺，支持網關接入認證、網關上下線通知等功能。

（2）支持終端設備的連接管理

物聯網平臺支持物聯網終端通過MQTT、LoRa、NB-IoT、UDP、TCP等協議或通過物聯網網關進行接入，支持終端的接入認證、終端上下線通知、終端接入數據解析等功能。

支持統計與采集終端連接數、終端連接狀態、丟包率等數據，并提供標準Restful API接口，供上層應用調研終端數據。

4、結束語

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，支撐智慧服務區建設。

參考文獻：

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[3] 吳功宜 編著;智慧的物聯網——感知中國和世界的技術 ;機械工業出版社，2010年