一种便携式无线存储器的设计方法

华北电力大学控制与计算机工程学院 魏育坤

引言

随着计算机网络技术及存储技术的不断发展，数据的存储不再局限于本地，越来越多的用户选择将个人数据部署到云服务器。云服务的广泛应用极大地增强了互联网数据的流通、降低了用户存储数据的成本，为未来的发展带来了无限的可能。

1.发展现状及主要问题

就目前而言，民用市场上存在着各式各样的云存储服务，如：Google Drive、iCloud等。然而，使用这些云存储服务通常需要付出高昂的服务费用，数据的传输速率随网络状况而波动，且信息泄露的状况时有发生[1-3]。针对上述问题，本文提出了一种便携式无线存储器的设计方法，以搭载Ubuntu系统的Raspberry Pi为硬件依托，具有成本低廉、传输速率稳定、安全性强等特点，在一定程度上弥补了传统云存储服务存在的不足。此外，存储器采用“太阳能+蓄电池”双供电的设计模式，兼具环保性。

2.系统架构

本文技术框架主要由五个部分构成，从下到上依次为：硬件层、数据库层、数据访问层、业务逻辑层、表示层。如图1所示：

图1 系统架构

2.1 硬件层

硬件层作为系统架构的最底层，担负着支持软件系统运行的任务。系统的硬件部分主要由微型开发板树莓派(Raspberry Pi)、蓄电池、太阳能板及光伏控制器组成。其中，Raspberry Pi搭载Ubuntu操作系统，在此基础上可进行云服务的开发；蓄电池支持外部充电，其存储的电能可为Raspberry Pi供电；太阳能板将太阳能转化为电能，经光伏控制器调节后为蓄电池充电。

2.2 数据库

数据库是存储用户信息、用户数据及系统资源的重要容器。用户对用户信息、用户数据的访问与管理均是基于数据库进行的。在选择数据库的类型时，要以实际需求为导向，以确保管理效率的最大化。

2.3 数据访问层

数据访问层区分了用户访问数据库数据的类型。用户访问云服务时，首先需要验证用户名及口令，验证通过后可以访问对应账户的数据，这两个部分在逻辑上是相互独立的。与数据库不同的是，数据访问层是以用户交互划分的，它屏蔽了底层细节，对上层提供统一接口，增强了系统的安全性。

2.4 业务逻辑层

业务逻辑层描述了系统的主要功能。就本系统而言，系统功能主要体现在：用户信息管理、用户数据管理及数据空间管理。用户信息管理包括对用户信息进行的一系列操作，如：更改密码、设置用户组等；用户数据管理则与用户存储在云端的数据密切相关，用户可以对存储在云端的数据进行下载、删除、移动、在线预览等操作，其中，在线预览包括对图片、视频、文本文档的实时查看；数据空间管理涉及到用户数据的规划，主要体现在存储空间的分配及数据存储位置的设置。此外，业务逻辑层还包括用户与界面的基本交互，图中不再单独列出。

2.5 表示层

表示层是最终展现给用户的界面。用户可使用Web浏览器或通过专门的应用访问云服务器。Web端具有界面友好、访问便捷、多平台兼容等特性，而移动端App相较于Web端功能更加丰富、性能也更为稳定，但需要针对不同的操作系统进行定制开发。

3.设计与实现

3.1 系统设计

存储器主要由触控屏、Raspberry Pi、供电模块及外壳四部分组成，设备的概念设计如图2所示：

图2 概念设计

各部分的功能介绍如下：

·电容式触控屏：位于存储器的顶部，与Raspberry Pi相连，用于数据库文件的实时预览及可视化管理。具体配置为：3.5英寸IPS屏幕，分辨率为800*480，刷新率为60Hz。系统待机时，屏幕处于关闭状态以降低能耗、延长存储器的续航时间；

·Raspberry Pi：位于存储器的中部，是设备的核心部分。具体配置为：ARM Cortex-A53 1.4Ghz CPU，1GB LPDDR2 RAM，且内置有无线网卡，支持建立热点以允许其它设备的连接。通过对应用软件的开发，可将云服务程序部署并运行于上述开发板之上；

·供电模块：为触控屏及开发板提供电能的模块。供电模块包括一块可充放电的蓄电池、三块太阳能电池板及光伏控制器。其中，太阳能电池板通过光伏控制器与蓄电池相连，太阳能电池板采用折叠式设计，电池板之间通过铰链连接。当需要随身携带存储器时可将电池板折叠以增强设备的便携性，每块太阳能电池板的额定功率为2.5W；

·外壳：用于连接存储器个各个组件。在确定存储器各部件的参数信息后，可通过CAD、SolidWorks等设计软件构建外壳的三维模型，并使用3D 打印机进行打印。

3.2 系统实现

在实际开发过程中，选用MySQL数据库，采用基于PHP开发的开源项目ownCloud作为云服务的服务器端及客户端的解决方案。通过Raspberry Pi建立的热点，外部设备可通过WiFi连接至无线存储器。

图3给出了系统的Web界面，左侧为登录界面，用户输入用户名及口令，并通过验证后即可访问账户下的数据文件；右侧为文件预览界面，用户可对存储在数据库中的文件进行在线预览、移动、删除或上传新文件等操作。

图3 Web界面

通过实际测试，系统支持用户信息管理及用户数据的基本操作。此外，系统支持视频、图片、Word文档等格式的文件的在线预览，可满足用户在数据高速传输、数据安全及数据的可视化管理等方面的需求。

4.总结

从低速到高速、从有线到无线，存储技术及计算机网络技术的不断进步一次次地见证着时代的发展。本文提出的便携式无线存储器设计方法在一定程度上弥补了传统云存储服务存在的不足，为用户提供了新选择。然而，该方法仍存在一定的不足，具体体现在：(1).存储器的存储空间是基于外部存储介质的，这意味着数据的最大传输速率可能受制于外部存储介质的质量；(2). Raspberry Pi在处理多用户同时访问存储器的情形时便显得捉襟见肘，在一定程度上影响了用户体验，有待进一步研究。