基于云计算的肉鸡安全养殖信息平台构建

2014-02-18刘光明陈长喜

天津师范大学学报（自然科学版） 2014年4期

刘光明，陈长喜

（天津农学院a.网络信息中心，b.计算机信息与工程学院，天津300384）

面对全球范围内食品安全形势日趋严峻的现状，各个国家对食品安全的重视程度提高到了国家安全的战略高度.由于经常发生禽类疾病等影响家禽制品安全的案例，很大程度上影响了消费者健康和社会经济与政治，很多国家政府提高了食品安全重视程度.本着国家自身利益，经济发达的国家已经着手制定了相关的畜禽制品质量安全监控法律和法规，加大了对食品安全的监控.我国虽然已成为WTO的成员国，但是未能有效解决经营者与生产者法律和卫生意识淡薄的问题，导致留在畜禽制品的药物和重金属等有毒害物超出标准.若不采取有效且适当的措施，我国食品企业将会丢失在国际市场的竞争力及巨大的市场占有量[1-2].要让消费者吃上安全肉，就必须提高国内肉食品安全质量，实现家禽养殖的健康、高效和高质，追本溯源肉食品安全源头，实现快速并及时处理已迫在眉睫.本研究针对上述问题，构建了一套基于云计算的肉鸡安全养殖信息平台，以期实现以下功能：①可展现肉鸡从生产、屠宰加工、储运到销售的所有环节信息.②促进企业生产管理信息化，并运用信息化手段对产品质量安全进行监控，提高生产效率，降低管理成本.③具备存放大量信息的功能，自动保存，保障系统稳定运行，降低服务停止的机率.④可以为肉鸡安全养殖提供预警，管理者便于监控肉鸡制品的生产.⑤用户得到IT资源是以计时或计次收费的服务方式，这样用户可降低设备的大量采购，具有弹性的、分布式的设备扩容能力，用户信息化建设成本得到大大节约.

1 平台设计

1.1 平台架构

肉鸡安全养殖信息平台由数据层、支撑层和应用层3个部分组成，建立统一的架构技术体系，系统的基本结构如图1所示.系统建立遵循信息服务平台总体架构、信息资源目录和交换体系等规范标准[3].

图1 肉鸡安全养殖信息平台的基本结构Fig.1 Structureofbroilersafetybreedinginformationplatform

数据层由基础数据、监控数据、标准数据和综合数据等组成，各应用系统共享这些数据.基础数据为养殖的基本信息，监控数据主要是通过视频监控和物联网等技术采集的养殖相关的各类数据，包括监控环境视频数据、监测养殖个体数据和产品标识数据等，综合数据包括防治养殖疾病数据、进销存养殖产品数据和管理养殖投入品等[4].

支撑层主要使用无线传感、网络、3S和RFID等技术对监测监控数据进行采集和传输，并完成数据挖掘以及相关分析在数据层上的应用.支撑层的核心遵循相关技术标准、规范和协议，集成RFID、传感器网络、无线网络和视频监控等关键技术使数据的自动采集和通信传输等问题得到解决.

应用层主要应用于雏鸡与肉鸡生产的子系统、屠宰加工子系统、检验和检疫子系统、储运子系统、销售子系统以及体系管理部门子系统等，根据典型用户产业活动的具体需求，通过数据自动采集、无线通信传输和数据分析集成各子系统，建成智能养殖数据仓库，利用分析模型实现养殖产品质量、养殖环境质量和效益的分析、评价和预警，为养殖生产和市场流通提供决策支持[5].

整个信息平台具备易用性和安全性，属于B/S结构，维护方便，采用浏览器方式访问.用户可通过计算机完成网络维护和管理，工作效率得到提高.利用J2EE技术和中间件技术将各种开发语言的子系统集成到平台，如 asp、.net、C/C++、COM、JAVA 和 PHP 等多种开发语言.管理数据源及调度代理使用DBMS、文本、消息和WebService等各种数据源接口技术，数据的处理、控制和表示改变了先前设计者界面在先、代码在后的方式，避免了数据处理、程序数据功能和数据代码显示等较乱的问题，系统结构更加灵活清晰[6].

1.2 平台功能设计

根据以上的功能分析，肉鸡安全养殖信息平台主要包括6个业务系统：①肉鸡生产业务系统；②屠宰加工业务系统；③检验、检疫业务系统；④储运业务系统；⑤销售业务系统；⑥体系管理部门业务系统.

1.2.1 肉鸡生产子业务系统

肉鸡生产子业务系统主要提供种鸡、祖代、父母代和商品代雏鸡生产信息.信息记录员把肉鸡饲养各步骤中的各类数据及时记录到肉鸡生产业务系统，这些数据需提供给相关管理部门，管理部门按照各个生产单位计算日死亡率对疫情进行预警.肉鸡生产信息的查询可通过网站系统完成，肉鸡出栏后进入下个一环节.雏鸡与肉鸡生产子系统实现的基本框架如图2所示.

图2 肉鸡生产子业务系统实现框架Fig.2 Frame of broiler prodution subsystem

1.2.2 屠宰加工子业务系统

屠宰加工子业务系统主要记录屠宰加工流程的一些基本数据，其实现框架如图3所示.屠宰加工业务系统的用户分为管理员和信息录入人员，管理人员可录入各类操作间管理程序的信息，信息录入员需录入各类操作人员基本信息、进出车间的时段以及设备使用的相关信息.

图3 屠宰加工子业务系统实现框架Fig.3 Frame of slaughter and processing subsystem

1.2.3 检验检疫子业务系统

操作人员可以在该业务系统中生成和印制肉鸡生产和屠宰加工的检测合格证、肉鸡储运检测单据以及肉鸡销售的准售检测单.检验检疫子业务系统的实现框架如图4所示.

图4 检验检疫子业务系统实现框架Fig.4 Frame of inspection subsystem

1.2.4 储运子业务系统

储运子业务系统主要记录肉鸡进入仓库后仓库内存储信息以及肉鸡从仓库出来后，发送、运输和接收的信息.

1.2.5 销售子业务系统

销售子业务系统记录肉鸡销售中各环节具体信息，包括销售人员、售出年月日、售出量和售出位置等.

1.2.6 体系管理部门子业务系统

体系管理部门是肉鸡产业技术体系第3方机构.体系管理部门子业务系统的主要功能是企业注册及认证、查看并审核肉鸡产业链所有环节上报的各种信息.对肉鸡生产监控可通过肉鸡生产单位所提供的肉鸡死亡数量设置固定的肉鸡死亡数量上限值.

1.3 数据库设计

根据平台需求，平台的中心数据库采用Oracle Database 11g Enterprise Edition，各业务系统采用SQL Server和Mysql.使用WebService技术建立数据集成中心库，把各子业务系统数据库中的数据集成进中心库中，经过加工处理后提取所需数据，实现数据查询、统计分析的统一化和标准化.同时，保持子业务系统原有数据库的稳定运行.

中心数据库包括疫情预警规则表、饲料知识表、营养需求知识表和症状预警表等28个表，涵盖疫情预警指标、规则及方式、精细喂养知识、营养需求知识、疾病知识及疾病预警规则等信息，这些信息存放在中心数据库中，以备各业务系统调用和日后查询.

2 平台实现

2.1 短信预警系统

短信预警系统通过GSM MODEM建成，是短消息通信设备，具备短信发送和接收功能，可向用户发送接收短信[7].本系统通过USB接口连接服务器和计算机，与移动、联通和电信的短信中心通讯，通过短信息功能模块实现短信预警系统与手机用户对预警数据的沟通和交流.

2.2 部署环境

所有应用资源部署通过DELL刀片+VMware管理软件方式，按照平台的实际应用，配以适量的百千兆以太网模块.服务器采用4台DElL系列刀片服务器，配置为4个英特尔R6核E7-4807至强（R）CPU，1.86GHz，18MB高速缓存，5.86GT/s、128GB内存（32×4GB），1333 MHz DDR 3内存，支持ECC，含64条内存插槽，最大可支持1T内存，SAS 10000转2.5英寸硬盘300GB×2，整合Broadcom 8个1000Mbps网络卡模块.在服务器上分别设置VMware管理软件，依靠服务器强有力的计算能力产生多个虚拟服务器，在每个虚拟服务器上安装配置Windows/LINUX操作系统和应用子系统.根据各服务对资源占用的要求，选择合适的HA、FA容错、快照、双机和备份手段，实现业务高可用和快速恢复的要求.提升系统资源使用，缩减成本，保证系统运行和应用的可靠性，增强系统的多样性和运行速度.同时，为了保证平台的高可靠性、高性能和可移植性，采用java+oracle技术进行开发和运行[8].

2.3 平台运行保护方案

平台安全体系是覆盖面广的专业体系，需要对信息系统的设计思想和原则进行动态、科学地掌握，明确着眼点.原理的掌握要从管理层面到系统底层，要达到整个系统的安全和专业必须采用一定的方式，具备内容性、理论性、层次性和前瞻性.

平台系统具有严密的使用权限控制、安全线路、病毒防护、网络防火墙、网络监控系统和安全扫描、系统安全备份管理等多方面的安全方案，用以设计系统整体层次的安全架构，保证整个系统运行的安全[9].

平台用户认证在数据库内运用md5加解密方式[10]，在编程代码中定义出信息平台最高级管理员身份认证和权限.平台按层次部署各业务系统用户，具有一个最高级用户管理全平台，负责各个子系统超级用户的创建，子系统中某养殖场的超级用户由各子系统的超级用户创建，本企业管理员与信息录入员由养殖场的超级用户创建，这样的层次化管理有利于落实责任.平台现处在使用初期阶段，待系统功能进一步改善后可运用“数字签名”的方式，这样可以更好地保证平台安全稳定运行.

2.4 系统存储

传统的分散存储架构已不能满足平台存储系统容量的高速增长和管理需求.因此，本平台系统的存储设计思路为构建统一数据中心，实现分步式数据处理存储[11].运用FCSAN技术架构划分业务系统和存储系统，提高系统的处理性能，保障平台运行的稳定.该服务平台的存储兼容性高，可以兼容全部平台和各类操作环境的存储系统[12].

3 肉鸡养殖信息平台特征

（1）支持多种访问方式.用户可以通过不同的方式（手机、短信和浏览器等）与平台系统交流.

（2）智能的搜索与查询.用户可使用模糊搜索等多种查询方法，满足用户对肉鸡养殖实用技术信息进行快速查询[13].

（3）信息资源丰富.

（4）肉鸡养殖中的网络咨询服务专家系统.

（5）信息查询与推送网站超文本服务.专家个性化服务利用专家远程培训实现.

4 结束语

“云计算”的应用刚刚起步，结合前沿科学技术，建设肉鸡安全养殖特色资源云平台系统.平台系统采用虚拟化服务器以及数据采集、传输、处理等技术[14]，这些技术已应用于大多数行业，所以对解决肉鸡养殖安全问题具有一定意义.平台系统的部署可以转变肉鸡养殖方式，支撑肉鸡养殖信息化建设，使肉鸡养殖管理水平得到提高，降低成本，实现健康、绿色养殖的目标.

[1]刘英，陈历程．欧盟及美国的溯源性牛肉生产系统简介[J].食品科学，2003，24（8）：182-184．

[2] 郭武，杨昌举，宋林，等．食品信息可追踪系统及其在转基因食品管理中的应用[J].中国食物与营养，2004（1）：4-6．

[3]崔文顺．云计算在农业信息化中的应用及发展前景[J]．农业工程，2012，2（1）：40-43．

[4] 白云峰，陆昌华，李秉柏，等．肉鸡安全生产质量监控可追溯系统的实现[J]．江苏农业学报，2006，22（3）：281-284．

[5]张兴旺，李晨晖，秦晓珠.基于云计算的数字化信息资源建设模型的研究[J]．信息系统，2011，8：101-102．

[6] 曹明华，李群，胡传来．疾病暴发早期预警系统研究进展[J]．中华流行病学杂志，2006，27（11）：1005-1007．

[7] 王琳，庄燕滨．中小企业点对点短信平台的实现[J]．常州工学院学报，2006，19（1）：52-54．

[8] 李刚．轻量级Java EE企业应用实战[M]．北京：电子工业出版社，2009：156-268．

[9] 陈长喜，张宏福，飞颉经纬，等．肉鸡安全生产全过程跟踪与可追溯平台的设计[J]．农业工程学报，2010，26（9）：263-269．

[10]PFLEEGER C P．Security in Computing[M]．北京：机械工业出版社，2004．

[11]思志学．整合详解与典型案例-J2EE[M]．北京：电子工业出版社，2008：178-245．

[12]张先锋，邹蕾．云计算技术及其应用研究[J]．计算机与数字工程，2011，39（10）：194-197．