智能社区云服务平台及服务模式研究

引言

智能家居(SmartHome)是将家中的各种设备通过有线或者无线的方式连接到家庭智能化系统上进行集中或者远程的监控和家庭事务性管理，保持家庭设施与住宅环境和谐的物联网系统。云计算(CloudComputing)是一种将分布式计算、网格计算、并行计算以及Internet结合起来的新的IT资源提供模式，能将动态、可伸缩的IT资源以服务方式通过互联网提供给用户。将智能家居物联网系统和外部云计算平台对接，捜集和分析社区业主的生活内容及应用，生成云社区数据库，从而可以实现家庭小网、社区中网、世界大网的互联互通。云社区系统中，用户云服务平台安全、高效、统一、经济，可有效地对用户云服务资源动态整合与扩展，信息资源的定制能力和用户个性化服务水平也不断增强。同时，通过统一界面、统一管理、统一调度和统一服务来为用户提供“一站式”服务。因此，加强对智能社区云服务平台的研究，是提高智能云社区服务保障力、降低建设与运营投入、提高用户满意度和市场竞争力的保证。

1智能社区云服务平台的总体设计

1.1Eucalyptus简介

提供多种云服务，首先要有一个良好的云计算平台，目前比较流行的开源云计算平台有AbiCloud、Eucalyptus和Nim-bus。其中，Eucalyptus从技术和市场角度来看都是比较成功的开源框架，它易于安装、部署、维护，且能够很好地提供智能云社区应用开发研究所需的硬件资源。其架构如图1所示。

在图1中，架构主要分为三个层次：客户端层、云控制台层和云后端层。在最上层，客户通过基于Rest和Soap的web服务就可以与Eucalyptus平台进行交互。云控制台层和云后台层构成Eucalyptus的5大核心组件，分别是云控制器(CLC)、集群控制器(CC)、Walrus、存储控制器(SC)和节点控制器(NC)。

CLC:控制管理局域网内所有NC，是用户和管理员进入Eucalyptus云平台的主要入口。CC:负责管理整个虚拟机实例网络，维护有关运行在系统内的NC的全部信息，并将开启虚拟机实例的请求路由到具有可用资源的NC节点上。SC:存储服务，实现Amazon的S3接口，它与Walrus联合工作，用于存储和访问用户数据及虚拟机映像等。Walrus:提供和S3一致的接口，管理对Eucalyptus的存储服务的访问。NC:控制当前机器节点上的虚拟机实例。节点自身通过虚拟化管理软件与在线或离线虚拟机进行交互。一台单个虚拟机在一个节点机器上是作为一个独立的实例存在的。多个节点控制器组成了特定的云。

1.2智能社区云平台框架

本次研究的云服务平台主要应用于智能社区的数据库建设，面向的是生活在一个云社区的用户，所以云的各个组成部分均位于同一局域网内，可以通过交换机完成它们的互联，同时局域网内的任何一台用户机均可以直接访问云或使用云资源。为满足这些需求，本次构建了基于Eucalyptus的智能社区云服务平台，其框架结构如图2所示。

智能社区云服务平台以Eucalyptus开源基础设施、中间件、Portlet[5]技术为基础，通过虚拟机资源和操作系统模板等方式，向不同用户提供智能社区硬件和软件资源服务。框架由Gridsphere门户系统、Euca2ools中间件[6]、DLCloud云平台三部分组成。Gridsphere[7]门户作为访问智能社区云平台的入口，提供了用户登录、注册、验证等功能。Euca2ools是Gridsphere与DLCloud云平台通信的中间件，功能有虚拟机运行管理、操作系统模板管理、IP管理、存储管理等。DLCloud云基础设施是整个架构的核心模块，为智能社区云服务平台提供操作系统、虚拟机等资源，由Eucalyptus开源云平台及硬件资源构成。

2智能社区云服务平台的构建

根据硬件资源设计的智能社区云服务平台如图3所示。该平台主要由四部分构成：第一是门户端(192.168.142.167),即防火墙左边，用于部署Gridsphere门户系统，是普通用户访问和使用智能社区云服务和管理员管理云资源的入口，安装有Euca2ools工具以及访问Eucalyptus平台的相应证书信息，可作为访问云服务平台的中间件；第二是FTP服务器(192.168.142.162)，用于存储上传至云平台的镜像文件和存储智能社区各子系统，如智能监控数据库系统、资源加工系统、网页采集系统、物业综合服务系统等；第三是外部存储(192.168.142.163—192.168.142.165),采用Hadoop[8]存储架构技术组合在一起，作为云平台的外部存储，实现虚拟机的备份与快照，同时还存放了门户系统所用到的Mysql数据库；最后就是私有云，私有云的架构由三台物理主机构成，分为前端和后端。前端(192.168.142.166)安装了Eucalyptus云平台的四大组件：CloudController,Walrus、ClusterController,StorageController；后端包括两台刀片机(192.168.142.160和192.168.142.161)，均安装了NodeController组件，用来运行虚拟机。每个虚拟机的IP分为公共IP和内部IP,用户要访问虚拟机，必须使用公共IP。节点192.168.142.160采用的是Ubuntu10.04操作系统和KVM虚拟化技术机制，192.168.142.161采用的是CentOS5.4操作系统和Xen虚拟化技术机制，利用两种不同的虚拟化技术，实现不同操作系统、不同平台及软件的虚拟机服务。

3智能社区云服务平台的服务模式

云平台分为3个层次的服务，即基础设施即服务IaaS(InfrastructureasaService)、平台即服务PaaS(PlatformasaService)和软件即服务SaaS(SoftwareasaService)。本次研究正是在这样的基础平台上进一步开发实现了智能社区云服务平台。智能社区云服务平台的分层架构图如图4所示，下面将分层对该云平台的服务进行说明和实现。

3.1用户层

智能社区云服务系统架构由云管理和云服务两部分组成。管理员主要负责云管理和用户管理，开发人员和普通用户主要是访问云服务。开发人员、普通用户只能通过Gridsphere门户系统来完成对云资源的访问和使用，管理员既可以通过门户系统来完成云资源的管理，也可以通过Eucalyptus提供的原始命令行的形式来直接对各层资源进行管理操作。

3.2门户系统层

门户系统是智能社区云服务系统对外服务和管理的入口，是采用Struts架构［9］和portlet技术，在开源软件Gridsphere基础上进行二次开发的访问云服务系统的界面。Eucalyptus并不提供给用户简单直接的通过Web就能访问的服务，它对使用者有较高的专业水平要求。为了解决此瓶颈，利用开源软件Gridsphere二次开发了门户系统，这样，管理员通过门户系统可以非常方便地完成对云软硬件虚拟资源的管理，开发人员、普通用户也通过门户系统使用云资源，得到虚拟机服务，简单实用。

3.3私有云

IaaS模式

IaaS是智能家居云服务系统的最底层结构。采用虚拟化技术，将云基础设施的计算、存储、数据库、内存、I/O设备等资源虚拟化为资源池统一管理，按需为用户提供相应的云服务。IaaS模式可为PaaS和SaaS提供相应的云计算、网络、存储服务的基础架构，是PaaS和SaaS云服务平台构建的前提和基础模式。

智能家居云平台管理员是IaaS的管理者和主要用户。第一，根据智能家居云服务内容和用户需求对IaaS资源实施高效率的管理和调度，并对资源的管理、分配、使用、回收过程进行监控，确保云系统和云服务安全、高效地运行。第二，通过分析智能家居用户的资源需求和应用服务的负载情况，加强对云资源分配和负载运营的管理，确保智能家居云系统安全、高效、经济、平衡地运营。第三，对云存储服务和数据库实施有效的管理，确保用户云服务数据的完整、可靠、可控和可用。第四，实现IaaS云资源创建、管理、使用过程的自动化和智能化，确保智能家居用户安全、高效地使用IaaS云资源。

PaaS模式

PaaS是基于IaaS云服务平台之上的智能化应用软件开发平台。开发人员在现有的PaaS云服务平台上完成开展服务所需软件和应用程序的设计、开发、测试和托管等活动，实现智能家居应用和服务活动的创建、测试和部署。

智能家居云服务管理员和应用程序开发者是PaaS的主要用户。利用PaaS提供的友好开发环境，开发者可以通过Internet网络支持，在本地机方便地进行应用的开发和测试。

同时，PaaS平台会通过API(应用程序编程接口)来支撑高层的云应用服务，并通过自动、智能化的资源调度和精细化的管理、监控，来提高云系统资源的使用效率，并均衡智能家居云服务用户使用过程中产生的负载与突发流量。PaaS强大的智能家居应用程序开发和运行支撑能力，降低了SaaS云服务开发与应用活动对基础设施的要求，提高了SaaS服务的多元化和定制水平，确保智能家居云服务管理员、智能家居应用软件开发商在统一的PaaS服务模式下共同开发，并且所开发的智能家居应用程序能够在统一的云服务平台上运行，具有较高的安全性、高效性、独立性、兼容性、可扩展性和运营经济性吧

SaaS模式

SaaS是用户通过获取软件使用服务的一种云应用服务模式。云计算环境下，用户对智能终端便携性和可移动性的需求不断提高。通过降低智能终端计算、存储性能来提高其便携性，保证用户能够利用无线网络从云数据中心获得云资源，成为用户随时随地控制家中情况和移动终端设计的发展趋势。

智能家居物联网系统和用户是SaaS云服务模式的主要使用者,可使用的主要SaaS云服务内容有Email服务、视频监控、智能控制、传真、在线杀毒、云服务管理等。因此，SaaS智能家居软件的安全性、可靠性、易用性和可扩展性等是评定SaaS云服务模式与应用平台有效性的主要指标。此外，SaaS云服务平台是否能够为海量用户高效、便捷、经济、并发地提供云服务，也是关系到用户满意度的关键因素四。

4结语

本次研究将当前炙手可热的云计算和智能家居结合到一起，将云服务应用于智能家居系统，从而形成智能云社区。给出了一种社区云服务平台的建设方法，并搭建了云服务平台系统，完成了服务模式的研究和实现。本智能社区云服务平台可以提供多种云服务，为用户提供一体式的家居智能服务。云计算环境下，数据中心具有资源组织结构庞大、虚拟化资源管理效率高、云资源按需分配、服务安全可靠和易于扩展的特点。因此，基于云计算技术建设智能家居或者智能云社区，为用户提供个性化、按需自助服务、高宽带网络接入、弹性、快捷的智能家居管理服务，成为目前智能家居发展的趋势和方向。

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