朱 磊，苏敏杰，沈成龙

（1.华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310051；2.嘉兴市12345政务热线服务中心，浙江 嘉兴 314001）

0 引 言

进入全新阶段的信息技术为城市建设的发展创造了全新的途径，同时也衍生出智慧城市这一发展概念。寻常理念下的智慧城市在很大程度上以计算机网络通信技术为基础，将云计算、大数据以及物联网等技术应用到城市的开发、规划与管理过程中，进而推动城市的智能信息现代化建设速率[1]。在这样一个过程中诞生的数据总量非常庞大，而云计算技术则负责了海量数据的收集、计算、控制以及处理等工作，这也使得云计算平台的设计构建必然会随着智慧城市建设程度的不断提升而受到更多关注，也进一步肯定了云计算平台在智慧城市构建过程中展现出的价值。

1 智慧城市云计算平台的设计原则

智慧城市云计算平台本身具有规模庞大这一特质，而适用于不同地区的平台在功能上也会存在一定的差异，再加上智慧城市的建设是具有系统化和复杂化特点的工程项目，这就意味着智慧城市云平台的建设只有在遵循一定原则与标准的前提下才能有效实现。相比传统计算方式，云计算方式的可接入设备与概念可借助图1进行理解。

图1 传统计算与云计算特征对比

为确保智慧城市云计算平台充分发挥其应有的作用与价值，在建设云计算平台的过程中需遵循规范化、集中统一管理、开放性、系统松耦合、稳定性、可持续性、易用性以及安全性等几方面原则。其中，规范化是指智慧城市云平台的建设需要遵循统一的业务标准与技术标准，在实现项目实施风险有效控制的同时降低技术难度。集中统一管理是由中心管理平台对门户入口、角色职责以及管理策略等进行统一化处理，在保障效率的同时有效控制成本。开放性是指平台中的各种协议和接口等外部链接渠道都符合业界的开放式标准，方便各种管理维护工作的开展。平台松耦合指的是平台能以数据服务的形式为平台应用提供有效的数据支持，应用组件化概念实现平台松耦合[2]。稳定性意味着需要对整体平台架构进行相应的优化与简化，保持平台结构的稳定性，并以实际发展需求为导向拓展应用与功能。可持续性指的是设计平台时要重视平台的先进性、可塑性以及模块化水平，避免平台在完成后一段时间内还出现因为技术发展进行大规模调整的情况，仅需要简单升级就可满足功能需求。易用性指平台本身的维护手段需要尽可能简易而灵活，方便人员维护管理工作的开展。安全性则意味着平台应具有较强的安全保护措施与故障恢复能力，进而对平台中数据的完整性和安全性提供可靠保障[3]。

2 智慧城市云计算平台的总体功能架构

结合上述智慧城市云计算平台的设计原则进行分析，平台在功能架构上的结构如图2所示。

图2 智慧城市云计算平台总体功能架构示意图

综合图中内容来看，智慧城市云计算平台的功能架构总共可分为IaaS层、PaaS层以及SaaS层3部分内容。

2.1 IaaS层

IaaS层在硬件资源上具有统一化的特征，此功能层的主要目的是满足包括PaaS层在内各专业应用平台层的服务需求。其在内容上包括服务器、存储、网络以及安全设备等，并以此构建出相应的计算、网络与安全3方面的资源池，这样平台中其他层乃至平台本身在进行各类型信息处理工作（包括信息的运算、存储、交互以及保护等）时能够获得可靠的基础资源支持[4]。由此可见，IaaS层的价值在于为整个平台提供物理硬件层面及虚拟资源层面的支持，是整个云计算平台运行的基础。

2.2 PaaS层

PaaS层能够提供的功能同样面向整个平台，主要是为其他应用提供具有标准化特征的共享云服务。该层在结构上包括了应用孵化与业务运行两种环境，此外还包括云服务引擎、中间件平台以及数据平台3个功能组件。应用孵化环境的作用是为开发者提供开发所需的环境及相关应用支持，这能在有效提升应用孵化质量的基础上显著缩短孵化周期。云服务引擎能够实现对各类资源及功能的有效管理，包括服务的资源、计量、鉴权、监控及路由管理等功能。中间件平台负责对中间件进行统一化的资源管理与动态共享，在内容上包括交易类、分析类及Web类。数据平台则用于管理数据库并共享资源动态[5]。除此之外，平台自身还拥有移动和应用开发框架两方面能力，并能够借助终端管理实现对应用终端各类型操作（业务开通、注册、暂停、注销、挂起等）的有效管理。

2.3 SaaS层

该层主要负责对各类型应用进行细分与部署，当前智慧城市中主要包括8个领域，而SaaS层的作用就是运用云平台统一门户同步展现8个领域中所有涉及到的应用，更重要的是多行业交叉的智慧应用。

3 智慧城市云计算平台的逻辑结构

总体功能架构侧重于说明云计算平台的功能模块类型及内容，而要明确各功能模块之间的相互关系，则需要分析云计算平台的逻辑结构。通常处于不同地理位置的资源池均由管理中心引擎的资源池管理模块进行管理，而位于管理中心引擎的能力开放引擎核心具有服务总线的功能，能为管理中心门户提供统一的接口，包括用于对管理中心门户各资源池进行监控及告警管理的监控接口、帮助管理中心门户计量针对资源的计量接口、可实现云平台上各种类型资源获取与管理的资源接口、提供各类型应用系统的上传、运维及部署的应用接口以及用于帮助管理中心门户管理接入系统各类型服务的服务接口。

对于管理中心引擎而言，所有应用系统的管理都需要在应用管理模块的支持下完成，而对于这些被管理的应用系统而言，它们会被统一存储在管理中心，不会因地域的不同有所差别。应用管理模块在管理这些应用的过程中会对其系统进行定义并上传相应程序，同时也会部署相应的规格模板[6]。单个应用程序规格模板的部署并不具有唯一性，可进行复数的部署，所有应用都具有全局唯一的特征，因而有着源应用的说法。

管理中心引擎能借助服务代理的形式对各种资源池资源进行操作并发送至资源池。于资源池的角度来看，服务代理在发挥了服务总线作用的同时，会为所有出现注册服务需求的资源值生成代理对象，用于处理具体资源池的代理工作，工作内容包括以下几部分。

一是应用环境引擎代理。在环境引擎帮助下对资源池的部署及后续运维工作通常需要由该代理能力触发，一般是在某一应用被部署到资源池之后，此代理会通过调动资源池的应用部署接口来部署应用程序。由于部署的过程本质上是生成运行源应用的过程，因此单个源应用可在不同资源池进行多次部署。二是IaaS代理。用户对IaaS中各项资源的获取、使用与管理通常需要由该应用触发，而对单一资源池IaaS资源的访问则需借助IaaS接口进行。三是数据库服务代理。此代理用于触发并响应用户对数据库服务的各类型实际工作需求。四是对象存储服务代理。此代理用于触发并响应用户对对象存储服务的各种实际工作需求。五是监控代理。该项代理用于响应用户对不同资源池系统接口的调用，帮助用户获取各类型所需的监控数据。

只有在以资源池服务总线为渠道的前提下，才能有效执行以上各类型代理及对资源池服务的调用。通常情况下，进行的查询操作多采用同步方式，部分查询需求的结果会在管理中心中短时间缓存，而另一些采用异步方式的操作及调用需求则以虚拟机的启动、部署准备及开始为主。由于管理中心和资源池并不一定处于同一区域或地域范围内，为了避免两者之间松耦合性产生的影响，可采用将系统所有回调方式设置唯一数据参数的做法，以标准化的格式返回所有有需求的数据内容[7]。由此可见，服务总线是所有资源池响应服务调用的核心。另外，本地资源池服务总线通常具备提供本地资源访问接口及将本地资源池接口暴露给管理中心两项功能，而这两项功能具有明显的相对性与双向性[8]。此外，在资源池位于本地的情况下也会出现需要使用服务总线的情况，一种是应用本地总线直接访问资源池的数据库服务与对象存储服务，另一种是在监控管理过程中发现有获取对象存储服务系统监控数据或数据库服务系统监控数据的需求。在这种情况下会通过服务总线从PaaS的其他子系统或IaaS的系统中直接获取监控数据。最后，资源池PaaS与IaaS之间通常会保留一个通用的IaaS接口，此接口用于完成各种针对IaaS系统进行的访问。由于该接口的存在使得整个云计算平台系统能够实现对IaaS的松耦合，因此如果出现需要替换底层IaaS的情况，那么只要在通用IaaS接口开发全新的适配器即可满足相应要求[9]。

4 智慧城市云计算平台的应用案例

云计算平台在十几年前就已经得到切实的应用与落实。以香港为例，香港在智慧城市建设过程中对云计算平台的应用主要体现在信息化基础设施建设和城市建设管理等多个方面。

4.1 信息化基础设施建设

云计算和物联网等新一代信息技术的应用需要以网络宽频服务为基础，而香港本身具有宽频网络覆盖广泛的优势，因此在将云计算平台应用到信息化基础设施建设中后成果斐然。据可靠调查数据显示，截止到2019年6月，香港本地的宽频网络用户数量达到4 368 420户，住户宽频渗透率达到97.6%。在光纤技术得到全面普及之后，香港主要网络服务公司的平均网络连接速度超过了550 Mb/s，部分网络服务商的网速甚至是这个数字的10倍[10]。此外，香港的无线网络设施铺设同样获得了巨大成就，真正满足了人们随时随地上网的需求。

4.2 城市建设管理

在有效应用了云计算平台后，香港已经建成一个综合型的GIS系统，该系统内包括基本制图、地理信息检索、专题信息及城市规划信息的子系统，完全满足港府与公众服务的需求。其中无线射频技术在香港机场行李确认与管理工作中得到广泛应用，该系统通过在行李标签中安装识别芯片以记录行李的简单信息，并以此开发了相应的分拣系统，其分拣系统具有自动读取行李信息的功能，在识别的有效性上达到97%甚至100%，大幅提升了港府机场行李分拣的准确性与机场整体的工作效率。

5 结 论

云计算平台在智慧城市的发展建设过程中发挥了至关重要的作用，且已经被应用到世界多个国家及多个城市中，显著推动了这些城市与区域的智慧化建设及发展。而要确保云计算平台能充分发挥其作用，需在设计层面结合智慧城市发展建设的实际需求做好功能划分，针对云计算平台不同的功能分区实现不同的功能响应，推动人类社会的进一步发展。