面向智能公交的移动边缘互联系统设计与实现

徐美珊

摘 要：针对现有智能公交系统WiFi接入系统功能单一、大数据量资源加速缓慢及应用软件操作繁琐等潜在问题，文章提出了一种面向智能公交的移动边缘互联系统。该系统应用于城市公共交通客运环境，借助微信公众号平台缩短用户服务路径并利用边缘计算在网络资源的优化存储和计算上的优势，为乘客打造快速上网、平价消费、全程便捷和服务多样公交移动边缘互联系统服务。

关键词：智能公交；边缘计算；微信公众号

1 相关概述

随着我国信息化技术水平的提升和公共交通事业的发展，云计算、边缘计算等相关技术在公共交通领域的应用将更加广泛[1]。短途公交、长途客运是市民出行的主要交通工具，以广州为例，广州三大巴士公司公交总数量已超1.3万辆，年载客运量高达19亿人次，拥有大量的流量群体。现如今，借助移动互联技术为乘客提供更好的服务，以提供给乘客更智能、更舒适、更便捷乘车信息服务是公共交通服务系统中迫在眉睫的刚性需求[2]。其中，智能公交便是此刚需带动下的一种代表性产物。

然而，我国现有的智能公交系统存在以下不足：现有的WiFi接入系统功能单一，只单纯地提供网络接入的流量入口，忽略后续多层次信息服务[3]；现有无线接入服务无法提供局域网内快速浏览传输本地资源的服务，造成大数据量资源加载速度缓慢等现象[4]；现有系统大多以APP为移动终端点，用户需完成应用程序下载安装和注册绑定等操作，占用大量流量、内存和时间，严重影响用户体验。

为此，本文提出了面向智能公交的移动边缘互联系统，该系统基于微信公众号，结合WiFi网接入，通过云计算和边缘计算等相关技术，为公交系统及乘客构建集无线WiFi上网、本地影视资源访问、多媒体媒体等服务于一体的移动边缘互联服务系统。本文所设计的系统创新点如下。

（1）借助边缘服务器的资源访问。

针对WiFi接入系统服务单一，资源加载缓慢问题，本系统将车载边缘云盒作为边缘服务器，利用本地处理器及时有效地满足网络边缘的用户需求，实现用户请求本地化处理。用户通过WiFi建立的局域网访问本地影视资源，同时把复杂的计算和存储任务卸荷到边缘服务器上满足低时延、低能耗和高服务质量的需求。

（2）基于微信公众号的终端服务入口。

系统通过微信服务号实现用户账号信息和付费信息的安全管理。利用微信支付的付费渠道，确保用户信息及支付安全情况下，为用户提供系统服务。同时，用户只需通过微信公众号进入系统并获取信息服务，降低使用难度和缩短服务路径。

2 系统设计

本系统主体由微信公众号、车载边缘云盒以及中心云服务器三大模块组成。系统模块构成及交互图如图1所示。

系统工作流程如下：（1）用户通过扫描二维码连接车载WiFi。（2）后台服务程序完成用户ID与设备Mac地址的绑定，并上传至中心云服务器。（3）用户关注公众号后进入系统，通过微信支付完成付款后，后台向中心云服务器发送支付回调通知。（4）中心云服务器将对应付款信息发送至对应车载边缘云盒。（5）用户通过微信公众号直接向车载边缘云盒发送资源请求并获取信息服务。

3 模块介绍

3.1 微信公众号

利用微信公众号挖掘自身用户群体，在平台的基础上为用户提供轻量级应用服务是系统开发初期重要的方向。因此，本系统利用微信公众号平台搭建客户端与服务器的桥梁，用户可通过本系统提供的微信公众号进行无线WiFi联网、安全支付、多媒体影视资源访问等服务。在车内环境下，系统微信公众号具有默认情况下获取用户基本信息、实现客户端与微信公众号绑定、完成微信支付等操作，为用户开通畅享本地资源及畅游外网的功能。

3.2 车载边缘云盒

车载边缘云盒作为边缘服务器部署于各公共交通客运车辆中，其利用边缘计算技术为系统提供边缘网络计算和存储服务，实现用户请求本地化处理。边缘计算的中心思想是把原先由核心节点进行的事务处理，分配到各个边缘节点进行处理，并靠近终端用户进行布局，从而使系统更高效和易于管理[5]。在边缘计算框架理念的基础上，系统将终端服务程序、多媒体影视数据的存储和计算任务从中心云服务器中卸荷至更加接近用户的車载边缘云盒，从而加快资源请求、响应及传输速度，以满足低时延、低能耗和高服务质量的需求。边缘计算服务示意如图2所示。

3.3 中心云服务器

中心云服务器部署于阿里云服务平台，为系统提供用户数据存储、外网资源获取以及系统运行监控等功能。一方面，中心云服务器与微信公众号进行通信，用户关注系统公众号后进入系统首页浏览新闻资讯、访问外网资源、影视资源试用体验等部分系统功能，并借用微信服务平台为用户提供安全支付入口；另一方面，中心云服务器与车载边缘云盒进行通信连接，中心云服务器可实时监控车辆及边缘云盒运行状态，必要时可远程控制云盒重启等故障处理。定时爬取新闻信息存入数据库中可供各边缘云盒更新本地新闻资源，同时接受并保存所有边缘云盒传来的用户数据，用于运营分析。

4 应用场景

面向智能公交的移动边缘互联系统部署在城市公共交通客运环境中，应用场景如图3所示。

（1）客运乘客携带手机、平板等移动终端设备进入长途客运车中，通过微信扫描二维码连接车载WiFi或在WiFi列表中手动选择连接系统WiFi后，跳转到微信WiFi授权页，关注系统公众号后，微信聊天首页展现服务入口，用户可浏览新闻资讯、娱乐视频信息等部分系统服务。

（2）在上述操作过程中，后台服务程序已通过相同IP完成用户ID与设备Mac地址的绑定录入车载边缘云盒数据库中，并上传至中心云服务器同时更新用户账号列表。

（3）用户可选择直接购买或限时试用等操作访问系统提供的完整服务，当用户使用微信支付完成付款，微信后台确认收到付款信息后，向中心云服务器发送支付回调请求，中心云服务器后台程序获得回调信息中包含的付款用户ID，将对应付款信息发送至对应边缘云盒中，利用路由器中联网权限管理功能进行联网认证。

（4）认证通过后，用户可直接访问本地车载边缘云盒提供的资源，若未完成认证或认证失败，则在试用期结束后，将被强制断开WiFi连接。

5 发展前景

本系统结合云计算、边缘计算、移动互联网等相关技术，实现一种以微信公众号为移动终端载体、以车载边缘云盒为边缘计算服务器的移动边缘互联系统，与现有技术相比，具有如下优点和有益效果。

系统很好地解决了现有智能公交系统存在的不足，借助微信支付平台和利用车载云盒中路由器模块完成安全支付和WiFi安全接入，同时，系统采用流媒体技术处理影视资源，为用户提供更加流畅的本地影视资源访问服务。系统将中心云服务器中部分计算和存储任务卸荷至更靠近用户位置的边缘服务器，利用边缘服务器优化存储和计算上的优势及时有效地满足网络边缘的用户需求，实现用户请求本地化处理。微信公众号是本系统中面向用户的主体，用户只需通过微信扫描二维码或在WiFi列表中手动选择连接本系统WiFi后，无需下载软件便可轻松快捷地访问系统资源。另外，系统中心云服务器实时监控车辆运行状态，收集用户行为信息加入分析并定时更新边缘服务器本地资源及信息推送服务，真正意义上做到乘客安全出行、轻松体验服务。同时，本系统积极投产运行，促进云计算与车联网等相关学科的应用发展，对于推动“产—学—研”的成果转化产生了积极的影响。

6 结语

近几年来，随着国家大力推动“互联网+”的发展，在智能交通中建立公交移动互联体系顺应时代发展潮流，有利于全面推进交通与互联网更广泛、更深层次的融合。随着边缘计算及移动互联网的快速发展，人们可以通过更多渠道方式便利地获取信息服务[6]。因此，为了更好地满足客运公交车乘客享有便捷的网络资讯服务，本文提出了一种面向智能公交的移动边缘互联系统。所设计的系统为乘客提供更加便捷的出行体验及更加优质的网络资源服务，惠及广大人民群众，在推动“智慧城市”的发展中具有重要而深远的意义。

[参考文献]

[1]朱文平，贾斌.物联网技术在智能交通系统架构中的应用研究[J].中国管理信息化，2018（12）：155-156.

[2]呂慧.“互联网+支付”视阈下消费行为变化对提升公共交通服务效率的研究[J].中国管理信息化，2018（24）：149-150.

[3]武晓钊.车联网技术体系与产业链分析[J].中国流通经济，2012（8）：47-52.

[4]郭鹏.基于OpenWRT的智能公交WiFi的实现[D].北京：北京邮电大学，2016.

[5]谢玮，夏水斌，何行，等.基于边缘计算的电力末端融合系统的优化[J/OL].电测与仪器，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.th.20181211.1017.020.html.

[6]王群，钱焕廷.车联网体系结构及感知层关键技术研究[J].电信科学，2012（12）：1-9.