浅析云计算在电梯行业中的应用

吴祥容

(厦门大学嘉庚学院，福建 漳州 363105)

0 引言

随着各种新技术的突破及运营服务模式的创新，世界经济结构也将发生极大的调整，云计算正是基于此状的一种全面创新。云计算的发展实现了信息技术产业和信息服务行业的社会化、专业化和集约化；信息服务将成为随处可见的公共基础设施；降低社会经济的整体运营成本。不仅是新兴的亚马逊、谷歌等互联网公司，传统的软件公司微软以及硬件供应商IBM、惠普和英特尔等，都已经发布了自己的云计算战略或实施策略。国内外大型IT公司对云计算产业的推进已经从最初的概念酝酿发展到如今的大规模推进。

云计算的发展将使得传统产业的管理水平、生产效率、服务模式、用户服务能力实现跨越式的提升。作为管理楼宇垂直交通的电梯产业也应如此。随着近几年电梯业与信息服务业的融合逐渐得到重视，电梯行业内对电梯运行数据的提取和分析做了不少研究[1]。电梯服务业的整体信息化水平还处于初级阶段，电梯产业若能借着云计算的浪潮，突破传统电梯服务模式和商业运营模式，将极有机会打破现有电梯产业的国际格局。本文正是由此出发，提出电梯云架构设计和四个层面的云服务模式。

1 电梯云服务架构设计

1.1 管理层次设计

云计算的出现代表着信息化产业的不断发展，同时培育出一种新的产业服务模式。未来电梯服务业将朝着服务平台运营的方向发展，电梯服务实现社会化、专业化和集约化[2]。从电梯服务云平台的管理运营层面，设计其架构如图1所示。

图1 电梯云管理层次架构

电梯云服务平台有以下四种涉众：

(1)顾客：电梯的终端使用者，是电梯服务的最终对象，电梯就是为顾客提供垂直交通服务。

(2)客户：电梯的所有者，业主，是电梯服务业的直接服务对象。客户需要承担电梯的维保、安装等费用。传统的电梯服务是由电梯厂商的维保部门或电梯服务商对客户提供。但云平台上还有其他几种涉众。

(3)用户：云平台的使用者，包括电梯厂商、专业电梯服务商和其他维保机构等，是电梯云服务的服务对象。

(4)平台运营商：电梯云服务的提供者和管理者，通过建设基础设施和提供云服务解决方案，节约用户的服务成本。

总之，平台运营商通过云计算的技术手段为用户(电梯厂商、服务商)提供服务(云服务)，从而让用户以最低的服务成本为客户提供服务(电梯技术、维保等服务)，进而让客户更加方便、有保障地为顾客提供服务(垂直交通服务)。可以看出四种涉众总共提供了三种层次的服务，从而极大地提高了电梯服务业水平，实现多家共赢的局面。

电梯云服务平台的四种涉众，对应四个管理控制层次，如图1所示。

(1)客户应用控制层：通过电梯控制器，自主调度，为顾客提供垂直交通服务。

(2)客户管理层：通过终端电脑或PDA，为客户提供监控、安保、消防、增值服务支持等服务管理功能。

(3)用户管理层：通过云服务终端软件，为用户提供电梯管理、电梯监控、服务管理、业务管理、计费管理、维保跟踪、服务质量管理等云服务功能，同时提供给用户二次开发的接口。

(4)云系统管理层：通过云平台后台管理软件，进行用户管理、计费管理、客户跟踪、用户服务质量评估、数据分析与统计、服务战略规划与调整等管理职能。

对于不同的电梯应用场合，客户管理层和客户应用控制层与云中心拓扑结构应有所差别，主要有以下3类应用：

(1)高层多梯群控应用：因为涉及多台电梯的群控调度问题，如果有条件的话，可以将终端电梯控制器直接连接云中心，通过云计算的分布式并行计算的能力，更好地对电梯进行调度控制，即云控制。当然终端电梯控制器也保留着自主调度功能，确保电梯能离线工作；在客户管理室有一个管理监控服务器，能够同时连接终端电梯控制器和云中心，向云中心上报数据，方便服务商及时提供服务，同时也向客户提供基础的管理功能及监控和安保处理等。

(2)单梯或扶梯应用：单梯和扶梯系统无需云控制，只需通过客户管理室的管理监控服务器向云中心上报电梯状况和提供客户基础管理功能即可。

(3)别墅梯等专有特种电梯应用：此类应用有几个特点：电梯为专人使用，不需要专业的管理；需要特殊服务，如多媒体业务。所以终端电梯控制器直接连接到云中心，向云中心上报电梯状况，并从云中心获得云服务。终端PDA接入终端电梯控制器，为客户提供人性化的管理工具。

综上所述，电梯云服务的整体思路是基于平台服务运营模式，早期建议由国内的电梯厂商或服务商组成联盟，与电信、移动或联通开展合作，利用现有的云计算基础设施，做服务应用，以形成专业化平台运营为最终目标，从而实现产业提升和多家共赢。

1.2 架构的开源实现

从技术层面，实现云架构有许多解决方案[3-4]，目前还没有行业内的统一标准。本文通过免费开源软件来设计电梯云服务平台，提供一个可行的开源解决方案，其实现架构如图2所示。电梯云架构的实现需要从低到高五个层次。

图2 电梯云架构的开源实现

1.2.1物理层

云中心的物理层需要拥有数千台服务器，通过路由器、交换机等网络连接设备，形成底层基础的服务器集群。电信、移动和联通三大运营商的通信网络已经具备这方面的基础设施。也可以借助IBM或华为等公司提供的服务器通信解决方案。考虑到安全性问题，同一个云中心的各服务器应布置在同一内部局域网中。

1.2.2虚拟化层

虚拟化技术是云服务平台的标志性技术，它对外屏蔽物理层服务器集群的拓扑架构，实现一个虚拟服务器层[5]，通过调度器实现基础资源的合理调度。虚拟化技术通过资源的集中和共享，实现成本降低、优化利用的目的。这一层设计用XEN实现。

图3 MapReduce架构

XEN虚拟机是剑桥大学开发的一个开源虚拟机服务器，通过一种称为准虚拟化的技术获得高性能。XEN可以在多个物理主机之间进行实时迁移。在操作过程中，虚拟机在不停止工作的情况下将内存反复地复制到目标机器。虚拟机在最终目标开始执行之前，将进行60～300 ms的暂停，用以执行最终同步，从而实现无缝迁移。使用类似的技术可以将一台正在运行的虚拟机暂停复制到磁盘，并切换到另一台虚拟机运行，并且稍后可以恢复原先前一台虚拟机。XEN目前可以运行在x86系统上，并正在向x86_64、IA64、PPC移植。

1.2.3控制层

控制层是配合虚拟机软件实现虚拟机资源的调度和管理，这一层设计用Eucalyptus实现。

Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems (Eucalyptus)是一种开源的软件基础结构，用来通过计算集群或工作站群实现弹性的、实用的云计算。Eucalyptu包含的几个组件通过使用具有 WS-Security 的 SOAP 消息传递，可以安全地相互通信协作来提供相应的云服务。

(1)Cloud Controller (CLC)：管理整个系统的主控制器组件，是用户和管理员进入Eucalyptus云的主要网关。

(2)Cluster Controller (CC)：管理整个虚拟实例网络，维护有关在系统中运行的节点控制器的所有信息，并负责控制这些实例的生命周期。

(3)Node Controller (NC)：控制主机操作系统及相应的 hypervisor(XEN)。

1.2.4系统层

系统层是云服务应用程序的直接支撑，需要提供应用程序所需要的文件系统、数据库和Web服务支持。这一层设计用Hadoop配合Web服务器(Tomcat)集群来实现。

Hadoop是Apache软件基金会的开源Java项目，它主要是由HDFS、MapReduce、Zookeeper和Hbase组成，是Google分布式框架的开源实现，是开源的云计算分布式基础框架的重要组成部分。

(1)HDFS：海量数据的分布式文件系统[6]，是基于一组特定的节点构建的，这些节点包括:①NameNode(仅一个)，它在 HDFS 内部提供元数据服务；②DataNode，它为 HDFS 提供存储块。

(2)MapReduce：并行程序框架[7]。MapReduce是一个用于并行处理大型数据集的软件框架。它由两个可能包含许多实例(许多Map和Reduce)的操作组成。Map 函数将接收到的一组数据转换成一个键/值对列表，输入字段中的每个元素都对应一个键/值对。Reduce 函数接收到Map函数输出的列表，并根据键值(一个键生成一个键/值对)减少键/值对列表，如图3所示。

(3)Zookeeper: 分布式锁系统，主要用于解决分布式应用程序经常遇到的一些数据管理问题，如集群管理、统一命名服务、状态同步服务、分布式应用配置项管理等。

(4)HBase：结构化数据存储，是一个分布式的、面向列的开源数据库，是Google Bigtable的开源实现[8]。利用Hadoop HDFS作为其文件存储系统；利用Hadoop MapReduce来处理HBase中的海量数据；利用Zookeeper作为协同服务。

1.2.5应用层

应用层实现电梯云服务的直接应用，通过利用MapReduce 的并行计算框架，提供海量数据分析与处理能力；通过分布式文件系统和分布式数据库提供海量数据存储能力，通过Web服务集群，提供具体云服务的应用系统。云服务模式的实现过程可以从低到高分为四级进行阐述。

1.3 电梯云服务模式

1.3.1云管理(Level1)

云管理是电梯厂商或服务商提供电梯业务、实现业务管理信息化的管理工具，这只是电梯云服务的最低级别，也就是实现最基本的管理功能，包括：

(1)电梯服务商的信息管理，包括服务商信息、服务能力、服务类型等。

(2)电梯客户的信息管理，包括客户信息、电梯信息等。

(3)电梯运行状态监测，监测启停和维修情况等。

(4)电梯维保管理，维保服务跟踪。

1.3.2云安全(Level2)

云安全是电梯安全管理方面的服务工具，用以确保电梯更安全可靠地运行。这个级别能够实现电梯安全的网络信息化，一方面及时排除安全隐患，另一方面完善电梯安全管理制度。

需要实现：

(1)安全联防：与安保、消防系统联动，实现安保数据的云端备份、消防报警的快速响应。

(2)质检年检流程化管理：信息服务系统自动出具电梯的质检年检信息，对电梯质量检验和年检的流程进行规范化。

(3)电梯易损部件监测：对电梯的易损部件和关键部件应定期自动检测，上报数据至云中心，并自动提醒进行维保服务。

(4)电梯实时状态监测：对电梯当前运行状况、顾客流量、满载情况进行监测；对电梯的负荷进行评估。

1.3.3云控制(Level3)

针对高层电梯群控系统，通过云控制算法提供高效、节能的群控策略，缩短顾客候梯时间，延长电梯的使用寿命。终端控制器的设计应拥有两种模式：离线调度模式和在线调度模式。离线调度模式采用传统的调度规则控制电梯。在线调度模式将内呼数据、外招数据和轿厢顾客数据上报至云中心，云中心将计算出最优调度方案，指导电梯运行。因为数据是实时改变的，所以调度策略也是实时的。

虽然这一级别的服务仅限于有网络环境的高层电梯群控系统，但随着未来高层建筑的不断增多、网络成本的降低会有越来越广阔的需求。

1.3.4云业务(Level4)

云业务是电梯云服务发展的最大利润点，可提供以下几方面业务：

(1)广告管理服务：目前，许多电梯轿厢内已安装了液晶显示屏，以提供视频广告，这种广告业务随着电梯行业的发展将成为客户的重要收入来源。通过云业务提供专业的广告服务，广告源更广，管理和分成更方便。

(2)多媒体服务：对于别墅梯等专用电梯，可提供音视频等多媒体服务。

(3)数据分析与决策：通过对采集的各种数据进行分析，为电梯厂商和服务商提供电梯销售和服务销售的指导。

(4)二次开发服务：提供二次开发的接口，为第三应用提供服务。

2 结论

将云计算的技术和模式运用到电梯服务业，有可能成为电梯服务业未来发展的一个方向，也是改变世界电梯产业格局的一次机会和挑战。本文从系统架构和可行的发展方向来阐述电梯云服务模式，希望为电梯业的发展带来一些参考和启发。