云计算环境下基于大数据的物联网信息化建设研究

2023-08-04方文祥胡伟清

通信电源技术 2023年8期

方文祥，胡伟清

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310052）

0 引言

时代的发展与科学技术的不断进步促使物联网信息化建设进入全新阶段，而基于大数据的云硬件架构及物联网信息化管理系统正是这一时期出现的产物之一。它是一种新型的信息化管理模式，也是当前社会经济发展的重要推动力。因此，研究大数据背景下物联网信息化管理方式以及关键技术问题有着重大的现实意义。

1 技术简介

1.1 云计算技术

云计算技术以互联网作为基础平台，并借助计算机和软件技术来完成网络存储与虚拟化、分布式计算、负载均衡等。它可以将复杂庞大的数据处理成一个相对简单的模块，并且具有很好的可扩展性和低成本的构建与管理能力，同时也能在对传统信息系统结构和性能进行有效调整的基础上，满足不同领域内用户的需要。

1.2 大数据技术

大数据技术是近几年新兴的一项计算机技术，它是指海量、高增长率、无时间间隔性以及非结构化的数据集合，涵盖了社会生活的方方面面，其中包括金融、电信、交通、气象等行业，能够实现对各种海量数据的采集、存储、分析与关联，从而创造出一种更具价值的信息业态[1]。

1.3 物联网技术

物联网技术是以互联网技术、移动通信技术等为核心的新一代信息技术，可以分为传感器技术、嵌入式技术2 种。物联网技术有效融合了传感网、信息网、数据网，其目标是建立物与物、人与物之间的联系，使人们享受更方便快捷且丰富的感知与体验，而这些功能的实现离不开约定协议与信息传感设备的支撑[2]。

2 基于大数据技术的物联网在云计算环境下的信息化建设

2.1 总体框架结构

物联网信息化管理系统的总体结构如图1 所示。

图1 物联网信息化管理系统总体架构

2.1.1 应用层

应用层由各种应用软件及其适配平台组成，其作用就是实现云计算技术和大数据技术在物联网信息化系统中的有效连接与融合，这一功能的实现离不开应用层内部应用软件平台的支撑。各个应用软件的设计者在物联网信息化建设工作中除了要进行日常软件设计，还应提供包括软件管理、系统硬件更新、使用规则与权限明确、知识产权管理等的支持平台，并尽可能保证该软件与其配套平台的设计和营销都在同一运营商指导下进行。

为了增强物联网信息化系统的精确性和运行可靠性，还应将设计与建设重点转移到软件与平台的参数协调方面，必要时可以将二者合为一个板块，这样既能减轻物联网系统的运行负担，又能增强其整体功能性，推动物联网信息化建设的顺利进行。

2.1.2 网络层

云计算网络层是基于大数据的物联网信息化系统在云计算环境下的数据中转层，其作用是利用内部现有操作板块，如业务操作、营销作业等实现对物联网所产生各类数据信息的存储和处理。它主要通过网络将各个企业、机构相互关联起来进行统一管理，根据自身需求为用户提供各种服务。通过对这些数据信息进行合理的加工和处理，物联网信息化系统能够更好地服务于企业管理和决策[3]。不仅如此，云计算网络层结构也被称为容器化基础架构。它通过虚拟化方式构建出多个物理机，每个物理机都有自己独立的操作系统，不同的主机之间采用不同的虚拟机，这样就使得整个数据中心的负载分布更加均匀，同时减少了服务器数量和硬件设备。

云计算网络层由云应用框架、云软件框架和云硬件框架3 个部分组成。其中，云应用框架直接与物联网信息化管理系统的内部应用中心进行联系，能够实现在不同环境下的智能作业，如智能电网、工业监控、智能交通等。云软件框架又分为云访问和云服务，在二者的作用支撑下，云软件现已成为云计算网络层的运行核心，为物联网信息化系统增设了访问管理与嵌入控制2 大功能。而云服务则主要用来满足不同设备之间对信息资源的共享要求，同时还具备网络接入能力、存储能力、计算能力以及网络通信能力等，能够将各类应用服务集成起来，形成统一的服务接口，从而满足各种业务场景下对其服务性能和服务质量要求较高的客户群体的实际使用需求。云硬件框架与物联网信息化管理系统的内部云计算设施相连，负责实现底层硬件平台的搭建工作，并对物联网信息化系统中涉及到的相关硬件进行安装调试[4]。

2.1.3 接入层

大数据接入层在物联网信息化系统中起着至关重要的作用。作为物联网信息化系统的底层支撑部分，大数据接入层负责将物联网各节点采集到的各类数据发送到云端，能够将大量异构、分散的数据整合起来，形成统一的数据仓库模型，实现数据汇聚，最终形成统一的业务模型，以便后续分析与挖掘利用。其组成包括无线网关、有线网关以及核心网关3 个部分，无线网关采用了蜂窝数据和卫星实时网络，有线网关采用了传统拨号网，而核心网关则使用了先进的同步数字技术，实现了传输网与光纤宽带的协调合作[5]。

除此之外，基于大数据技术的物联网信息化系统中的大数据接入层还肩负着对各种信息进行存储和管理的任务，如网络访问日志、设备运行状态监测、告警事件处理等，这些功能都依赖于数据的完整性和正确性。因此，为了保证物联网信息化系统中大数据接入层的正常运转，对大数据接入层上安全性能的测试就显得尤为重要，这也是目前物联网在信息化建设中需要关注的重点问题之一。

2.1.4 感知层

大数据感知层的主要工作就是获取环境实时数据，并根据这些实时数据生成相应的预测结果，然后通过相关算法来计算出用户所需的服务参数，最后将这些结果发送给服务端，使得服务端可以根据这些服务参数来提供个性化的服务或定制化的服务[6]。

具体应用原理为在云平台上构建一个具有高并发能力的数据库，收集来自不同位置无线传感器节点的原始数据。经过预处理后得到具有时间序列特性的历史数据，再由数据挖掘技术挖掘出其中蕴含的隐含规律，进而预测出未来一段时间内各个节点的负载情况以及用户对于服务参数的请求情况，然后由该数据库向各个不同类型的终端发送请求消息。当接收到来自于终端的响应消息时，便可获得当前时刻下的实时数据，包括时间戳和对应的历史数据，而所有的这些数据都是经过加密后才被传送给服务端。当接收来自于云平台服务器的请求消息之后，客户端会自动启动自身的应用程序，完成一次完整的操作流程，即完成了整个大数据感知层的开发与应用过程[7]。

2.2 功能模块与接口逻辑

就目前的现实情况来看，基于大数据技术的物联网信息化系统在建设过程中主要有6个不同的接口，每个接口之间的关系如图2 所示。

图2 物联网信息化系统的接口逻辑

接口1 为大数据访问接口，能够实现在物联网环境下的物联网业务支持。接口2 为对接接口，不仅能够实现大数据技术与物联网技术的有效连接，还能在物联网信息化建设的大环境下增强其原有的信息化营销功能。接口3 为业务接口，与大数据访问接口不同，业务接口的作用主要体现在其与物联网信息化管理系统内部大数据业务能力平台的整合，用户能够借此接口来实现短信传输和语音传送。接口4 是大数据管理接口，与存储模块相连，使用该物联网信息化管理系统的相关工作人员能够通过管理接口对其所需的信息资源进行有效收集，如当前业务的受理情况、实施进度等。此外，还能在聚合模块的作用推动下自动登录系统后台，对每位用户的基础性信息进行查询和修改[8]。与大数据管理接口相同，接口5 也是由存储模块发出的。该接口为消费计算接口，物联网信息化管理系统能够根据此接口来对所用费用进行计算，将计算结果发送给与其相对应的用户，提醒用户进入缴费链接中按照步骤缴纳业务费用，并向其提供电子消费账单和已缴费凭证。接口6 为物联网信息化管理系统的代理接口，除了能够实现存储模块与代理接口的连接以外，还能对该系统中所涉及的相关数据进行实时监控，并在此基础上对其进行整合管理与研究分析[9]。

3 基于大数据的物联网信息化在云计算环境下的功能展现

基于大数据的物联网信息化在云计算环境下的功能展现体现在以下4 点：一是通过对大量传感器节点数据的分析来获取相应信息，并利用这些数据来建立起一个相对精确的数学模型，为用户提供更为准确可靠的决策支持；二是通过对采集到的海量数据进行分析处理，得到有价值的结果，并且可以根据这一模型快速做出正确的判断和推理，从而得到更加合理的决策方案，进而提升了整个物联网信息化管理工作的水平，降低了运营成本，促进了行业发展进程[10]；三是利用数据分析技术为用户提供方便快捷且具有较高准确度的个性化推荐服务；四是建立了一个安全可靠的数据安全传输通道，确保数据传输过程的安全性，防止非法攻击。