引言

智能家居(SmartHome)是將家中的各種設備通過有線或者無線的方式連接到家庭智能化系統(tǒng)上進行集中或者遠程的監(jiān)控和家庭事務性管理，保持家庭設施與住宅環(huán)境和諧的物聯(lián)網系統(tǒng)。云計算(CloudComputing)是一種將分布式計算、網格計算、并行計算以及Internet結合起來的新的IT資源提供模式，能將動態(tài)、可伸縮的IT資源以服務方式通過互聯(lián)網提供給用戶。將智能家居物聯(lián)網系統(tǒng)和外部云計算平臺對接，捜集和分析社區(qū)業(yè)主的生活內容及應用，生成云社區(qū)數(shù)據(jù)庫，從而可以實現(xiàn)家庭小網、社區(qū)中網、世界大網的互聯(lián)互通。云社區(qū)系統(tǒng)中，用戶云服務平臺安全、高效、統(tǒng)一、經濟，可有效地對用戶云服務資源動態(tài)整合與擴展，信息資源的定制能力和用戶個性化服務水平也不斷增強。同時，通過統(tǒng)一界面、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度和統(tǒng)一服務來為用戶提供“一站式”服務。因此，加強對智能社區(qū)云服務平臺的研究，是提高智能云社區(qū)服務保障力、降低建設與運營投入、提高用戶滿意度和市場競爭力的保證。

1智能社區(qū)云服務平臺的總體設計

1.1Eucalyptus簡介

提供多種云服務，首先要有一個良好的云計算平臺，目前比較流行的開源云計算平臺有AbiCloud、Eucalyptus和Nim-bus。其中，Eucalyptus從技術和市場角度來看都是比較成功的開源框架，它易于安裝、部署、維護，且能夠很好地提供智能云社區(qū)應用開發(fā)研究所需的硬件資源。其架構如圖1所示。

在圖1中，架構主要分為三個層次：客戶端層、云控制臺層和云后端層。在最上層，客戶通過基于Rest和Soap的web服務就可以與Eucalyptus平臺進行交互。云控制臺層和云后臺層構成Eucalyptus的5大核心組件，分別是云控制器(CLC)、集群控制器(CC)、Walrus、存儲控制器(SC)和節(jié)點控制器(NC)。

CLC:控制管理局域網內所有NC，是用戶和管理員進入Eucalyptus云平臺的主要入口。CC:負責管理整個虛擬機實例網絡，維護有關運行在系統(tǒng)內的NC的全部信息，并將開啟虛擬機實例的請求路由到具有可用資源的NC節(jié)點上。SC:存儲服務，實現(xiàn)Amazon的S3接口，它與Walrus聯(lián)合工作，用于存儲和訪問用戶數(shù)據(jù)及虛擬機映像等。Walrus:提供和S3一致的接口，管理對Eucalyptus的存儲服務的訪問。NC:控制當前機器節(jié)點上的虛擬機實例。節(jié)點自身通過虛擬化管理軟件與在線或離線虛擬機進行交互。一臺單個虛擬機在一個節(jié)點機器上是作為一個獨立的實例存在的。多個節(jié)點控制器組成了特定的云。

1.2智能社區(qū)云平臺框架

本次研究的云服務平臺主要應用于智能社區(qū)的數(shù)據(jù)庫建設，面向的是生活在一個云社區(qū)的用戶，所以云的各個組成部分均位于同一局域網內，可以通過交換機完成它們的互聯(lián)，同時局域網內的任何一臺用戶機均可以直接訪問云或使用云資源。為滿足這些需求，本次構建了基于Eucalyptus的智能社區(qū)云服務平臺，其框架結構如圖2所示。

智能社區(qū)云服務平臺以Eucalyptus開源基礎設施、中間件、Portlet[5]技術為基礎，通過虛擬機資源和操作系統(tǒng)模板等方式，向不同用戶提供智能社區(qū)硬件和軟件資源服務?？蚣苡蒅ridsphere門戶系統(tǒng)、Euca2ools中間件[6]、DLCloud云平臺三部分組成。Gridsphere[7]門戶作為訪問智能社區(qū)云平臺的入口，提供了用戶登錄、注冊、驗證等功能。Euca2ools是Gridsphere與DLCloud云平臺通信的中間件，功能有虛擬機運行管理、操作系統(tǒng)模板管理、IP管理、存儲管理等。DLCloud云基礎設施是整個架構的核心模塊，為智能社區(qū)云服務平臺提供操作系統(tǒng)、虛擬機等資源，由Eucalyptus開源云平臺及硬件資源構成。

2智能社區(qū)云服務平臺的構建

根據(jù)硬件資源設計的智能社區(qū)云服務平臺如圖3所示。該平臺主要由四部分構成：第一是門戶端(192.168.142.167),即防火墻左邊，用于部署Gridsphere門戶系統(tǒng)，是普通用戶訪問和使用智能社區(qū)云服務和管理員管理云資源的入口，安裝有Euca2ools工具以及訪問Eucalyptus平臺的相應證書信息，可作為訪問云服務平臺的中間件；第二是FTP服務器(192.168.142.162)，用于存儲上傳至云平臺的鏡像文件和存儲智能社區(qū)各子系統(tǒng)，如智能監(jiān)控數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、資源加工系統(tǒng)、網頁采集系統(tǒng)、物業(yè)綜合服務系統(tǒng)等；第三是外部存儲(192.168.142.163—192.168.142.165),采用Hadoop[8]存儲架構技術組合在一起，作為云平臺的外部存儲，實現(xiàn)虛擬機的備份與快照，同時還存放了門戶系統(tǒng)所用到的Mysql數(shù)據(jù)庫；最后就是私有云，私有云的架構由三臺物理主機構成，分為前端和后端。前端(192.168.142.166)安裝了Eucalyptus云平臺的四大組件：CloudController,Walrus、ClusterController,StorageController；后端包括兩臺刀片機(192.168.142.160和192.168.142.161)，均安裝了NodeController組件，用來運行虛擬機。每個虛擬機的IP分為公共IP和內部IP,用戶要訪問虛擬機，必須使用公共IP。節(jié)點192.168.142.160采用的是Ubuntu10.04操作系統(tǒng)和KVM虛擬化技術機制，192.168.142.161采用的是CentOS5.4操作系統(tǒng)和Xen虛擬化技術機制，利用兩種不同的虛擬化技術，實現(xiàn)不同操作系統(tǒng)、不同平臺及軟件的虛擬機服務。

3智能社區(qū)云服務平臺的服務模式

云平臺分為3個層次的服務，即基礎設施即服務IaaS(InfrastructureasaService)、平臺即服務PaaS(PlatformasaService)和軟件即服務SaaS(SoftwareasaService)。本次研究正是在這樣的基礎平臺上進一步開發(fā)實現(xiàn)了智能社區(qū)云服務平臺。智能社區(qū)云服務平臺的分層架構圖如圖4所示，下面將分層對該云平臺的服務進行說明和實現(xiàn)。

3.1用戶層

智能社區(qū)云服務系統(tǒng)架構由云管理和云服務兩部分組成。管理員主要負責云管理和用戶管理，開發(fā)人員和普通用戶主要是訪問云服務。開發(fā)人員、普通用戶只能通過Gridsphere門戶系統(tǒng)來完成對云資源的訪問和使用，管理員既可以通過門戶系統(tǒng)來完成云資源的管理，也可以通過Eucalyptus提供的原始命令行的形式來直接對各層資源進行管理操作。

3.2門戶系統(tǒng)層

門戶系統(tǒng)是智能社區(qū)云服務系統(tǒng)對外服務和管理的入口，是采用Struts架構［9］和portlet技術，在開源軟件Gridsphere基礎上進行二次開發(fā)的訪問云服務系統(tǒng)的界面。Eucalyptus并不提供給用戶簡單直接的通過Web就能訪問的服務，它對使用者有較高的專業(yè)水平要求。為了解決此瓶頸，利用開源軟件Gridsphere二次開發(fā)了門戶系統(tǒng)，這樣，管理員通過門戶系統(tǒng)可以非常方便地完成對云軟硬件虛擬資源的管理，開發(fā)人員、普通用戶也通過門戶系統(tǒng)使用云資源，得到虛擬機服務，簡單實用。

3.3私有云

IaaS模式

IaaS是智能家居云服務系統(tǒng)的最底層結構。采用虛擬化技術，將云基礎設施的計算、存儲、數(shù)據(jù)庫、內存、I/O設備等資源虛擬化為資源池統(tǒng)一管理，按需為用戶提供相應的云服務。IaaS模式可為PaaS和SaaS提供相應的云計算、網絡、存儲服務的基礎架構，是PaaS和SaaS云服務平臺構建的前提和基礎模式。

智能家居云平臺管理員是IaaS的管理者和主要用戶。第一，根據(jù)智能家居云服務內容和用戶需求對IaaS資源實施高效率的管理和調度，并對資源的管理、分配、使用、回收過程進行監(jiān)控，確保云系統(tǒng)和云服務安全、高效地運行。第二，通過分析智能家居用戶的資源需求和應用服務的負載情況，加強對云資源分配和負載運營的管理，確保智能家居云系統(tǒng)安全、高效、經濟、平衡地運營。第三，對云存儲服務和數(shù)據(jù)庫實施有效的管理，確保用戶云服務數(shù)據(jù)的完整、可靠、可控和可用。第四，實現(xiàn)IaaS云資源創(chuàng)建、管理、使用過程的自動化和智能化，確保智能家居用戶安全、高效地使用IaaS云資源。

PaaS模式

PaaS是基于IaaS云服務平臺之上的智能化應用軟件開發(fā)平臺。開發(fā)人員在現(xiàn)有的PaaS云服務平臺上完成開展服務所需軟件和應用程序的設計、開發(fā)、測試和托管等活動，實現(xiàn)智能家居應用和服務活動的創(chuàng)建、測試和部署。

智能家居云服務管理員和應用程序開發(fā)者是PaaS的主要用戶。利用PaaS提供的友好開發(fā)環(huán)境，開發(fā)者可以通過Internet網絡支持，在本地機方便地進行應用的開發(fā)和測試。

同時，PaaS平臺會通過API(應用程序編程接口)來支撐高層的云應用服務，并通過自動、智能化的資源調度和精細化的管理、監(jiān)控，來提高云系統(tǒng)資源的使用效率，并均衡智能家居云服務用戶使用過程中產生的負載與突發(fā)流量。PaaS強大的智能家居應用程序開發(fā)和運行支撐能力，降低了SaaS云服務開發(fā)與應用活動對基礎設施的要求，提高了SaaS服務的多元化和定制水平，確保智能家居云服務管理員、智能家居應用軟件開發(fā)商在統(tǒng)一的PaaS服務模式下共同開發(fā)，并且所開發(fā)的智能家居應用程序能夠在統(tǒng)一的云服務平臺上運行，具有較高的安全性、高效性、獨立性、兼容性、可擴展性和運營經濟性吧

SaaS模式

SaaS是用戶通過獲取軟件使用服務的一種云應用服務模式。云計算環(huán)境下，用戶對智能終端便攜性和可移動性的需求不斷提高。通過降低智能終端計算、存儲性能來提高其便攜性，保證用戶能夠利用無線網絡從云數(shù)據(jù)中心獲得云資源，成為用戶隨時隨地控制家中情況和移動終端設計的發(fā)展趨勢。

智能家居物聯(lián)網系統(tǒng)和用戶是SaaS云服務模式的主要使用者,可使用的主要SaaS云服務內容有Email服務、視頻監(jiān)控、智能控制、傳真、在線殺毒、云服務管理等。因此，SaaS智能家居軟件的安全性、可靠性、易用性和可擴展性等是評定SaaS云服務模式與應用平臺有效性的主要指標。此外，SaaS云服務平臺是否能夠為海量用戶高效、便捷、經濟、并發(fā)地提供云服務，也是關系到用戶滿意度的關鍵因素四。

4結語

本次研究將當前炙手可熱的云計算和智能家居結合到一起，將云服務應用于智能家居系統(tǒng)，從而形成智能云社區(qū)。給出了一種社區(qū)云服務平臺的建設方法，并搭建了云服務平臺系統(tǒng)，完成了服務模式的研究和實現(xiàn)。本智能社區(qū)云服務平臺可以提供多種云服務，為用戶提供一體式的家居智能服務。云計算環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心具有資源組織結構龐大、虛擬化資源管理效率高、云資源按需分配、服務安全可靠和易于擴展的特點。因此，基于云計算技術建設智能家居或者智能云社區(qū)，為用戶提供個性化、按需自助服務、高寬帶網絡接入、彈性、快捷的智能家居管理服務，成為目前智能家居發(fā)展的趨勢和方向。

20211102_6180e1c949da1__智能社區(qū)云服務平臺及服務模式研究