基于云計(jì)算的工廠信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 制造業(yè)中工廠需要高效的監(jiān)測(cè)手段來保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，而傳統(tǒng)的分散式模式無法進(jìn)行高效的管理，不能滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求針對(duì)這一狀況，文中將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于工廠信息監(jiān)測(cè)中，提出了一種基于云計(jì)算的現(xiàn)代化工廠信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)充分利用云計(jì)算在管理、服務(wù)等方面的優(yōu)點(diǎn)，提高了工廠的管理效率，節(jié)省了工廠的運(yùn)營(yíng)成本。
關(guān)鍵詞 云計(jì)算；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；Android系統(tǒng)

云計(jì)算(Cloud Computing)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方式。通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算(Crid Computing)、分布式計(jì)算(Distributed Computing)、并行計(jì)算(Parallel Computing)、效用計(jì)算(UtilityComputing)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)(Network Storage Technologies)、虛擬化(Virtualization)、負(fù)載均衡(Load Balance)等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。它旨在通過網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)成本相對(duì)較低的計(jì)算實(shí)體整合成一個(gè)具有強(qiáng)大計(jì)算能力的系統(tǒng)，并借助基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，平臺(tái)即服務(wù)PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)等先進(jìn)的商業(yè)模式，把強(qiáng)大的計(jì)算能力分布到終端用戶手中。文中將提出一種基于云計(jì)算，客戶端基于Android平臺(tái)的，通過無線局域網(wǎng)連接云端服務(wù)器的工廠信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 研究背景
隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)代化的管理開始應(yīng)用于工廠的各個(gè)部門，工廠對(duì)設(shè)備信息的監(jiān)測(cè)成為工廠管理的一個(gè)重要組成部分。工廠生產(chǎn)中設(shè)備的檢測(cè)活動(dòng)直接涉及產(chǎn)品的質(zhì)量與工廠的運(yùn)行安全，是工廠現(xiàn)代化管理的重要內(nèi)容。目前，工廠的設(shè)備信息監(jiān)測(cè)依然使用落后的紙質(zhì)表格，紙質(zhì)表格可擴(kuò)展性差，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，管理人員不能及時(shí)獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)紙張不具有重復(fù)使用性，而且在一些精密化高的工廠中需要使用價(jià)格高昂的特殊紙張，這樣造成人力和物力資源的浪費(fèi)。
文中將云計(jì)算概念引入工廠信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有設(shè)備的情況下，通過建立工廠內(nèi)部的云計(jì)算平臺(tái)，充分整合信息監(jiān)測(cè)體系，提高工廠信息監(jiān)測(cè)以及管理效率，構(gòu)建一個(gè)低成本的工廠信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。運(yùn)用云計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度，使管理者可以從全局的高度掌握工廠的實(shí)時(shí)狀況，保證生產(chǎn)高效、安全、有序地進(jìn)行。

2 云計(jì)算概述
2．1 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)
云計(jì)算平臺(tái)是一個(gè)強(qiáng)大的“云”網(wǎng)絡(luò)，連接了大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和服務(wù)，并可利用虛擬化技術(shù)擴(kuò)展每個(gè)服務(wù)器的能力，將各自的資源通過云計(jì)算平臺(tái)結(jié)合起來，提供超級(jí)計(jì)算和存儲(chǔ)能力。通用的云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)中各部分的主要功能如下：
(1)云用戶端。為云用戶提供請(qǐng)求服務(wù)的交互界面，也是用戶使用云的入口。用戶通過Web瀏覽器可以注冊(cè)、登錄及定制服務(wù)、配置和管理用戶。打開應(yīng)用實(shí)例與本地操作桌面系統(tǒng)一樣。
(2)服務(wù)目錄。云用戶在取得相應(yīng)權(quán)限后可以選擇或定制的服務(wù)列表，也可以對(duì)已有服務(wù)進(jìn)行退訂的操作，在云用戶端界面生成相應(yīng)的岡標(biāo)或列表的形式展示相關(guān)的服務(wù)。
(3)管理系統(tǒng)和部署工具。提供管理和服務(wù)。能管理云用戶，能對(duì)用戶授權(quán)、認(rèn)證、登錄進(jìn)行管理，并可以管理可用計(jì)算資源和服務(wù)，接收用戶發(fā)送的請(qǐng)求，根據(jù)用戶請(qǐng)求并轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的程序，調(diào)度資源，智能地部署資源和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)地部署、配置和回收資源。
(4)監(jiān)控。監(jiān)控和計(jì)量云系統(tǒng)資源的使用情況，以便做出迅速反應(yīng)，完成節(jié)點(diǎn)同步配置、負(fù)載均衡配置和資源監(jiān)控，確保資源能順利分配給合適的用戶。
(5)服務(wù)器集群。虛擬的或物理的服務(wù)器，由管理系統(tǒng)管理，負(fù)責(zé)高并發(fā)量的用戶請(qǐng)求處理、大運(yùn)算量計(jì)算處理、用戶Web應(yīng)用服務(wù)，云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用相應(yīng)數(shù)據(jù)切割算法，采用并行方式上傳和下載大容量數(shù)據(jù)。
用戶可通過云用戶端從列表中選擇所需的服務(wù)，其請(qǐng)求通過管理系統(tǒng)調(diào)度相應(yīng)的資源，并通過部署工具分發(fā)請(qǐng)求、配置Web應(yīng)用。
2．2 云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)
2．2．1 MapReduce算法
MapReduce是一種由Google開發(fā)的基于Java、Python、C++的編程工具和編程模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運(yùn)算，是云計(jì)算的核心技術(shù)。它是一種分布式運(yùn)算技術(shù)，也是簡(jiǎn)化的分布式編程模式，適合用來處理大量數(shù)據(jù)的分布式運(yùn)算，并用于解決問題的程序開發(fā)模型。
它的概念“Map(映射)”和“Reduce(化簡(jiǎn))”，和他們的主要思想，都是從函數(shù)式編程語(yǔ)言里借鑒來，具有從欠量編程語(yǔ)言里的特性。它方便了編程人員在不熟悉分布式并行編程的情況下，可將自己的程序運(yùn)行在分布式系統(tǒng)上。當(dāng)前的軟件實(shí)現(xiàn)是指定一個(gè)Map(映射)函數(shù)，用來把一組鍵值對(duì)映射成一組新的鍵值對(duì)，指定并發(fā)的Reduce函數(shù)，用來保證所有映射的鍵值對(duì)中的每一個(gè)共享相同的鍵組。
2. 2．2 Hadoop架構(gòu)
在Google發(fā)表MapReduce后，2004年開源社群用Java搭建出一套Hadoop框架，用于實(shí)現(xiàn)MapReduce算法。該框架能夠把應(yīng)用程序分割成許多很小的工作單元，每個(gè)單元可以在任何集群節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。此外，Hadoop還提供一個(gè)分布式文件系統(tǒng)GFS(Google File System)，是一個(gè)可擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)化、具備日志的分布式文件系統(tǒng)，支持大型、分布式大數(shù)據(jù)量的讀寫操作，其容錯(cuò)性較強(qiáng)。而分布式數(shù)據(jù)庫(kù)(BigTable)是一個(gè)有序、稀疏、多維度的映射表，有良好的伸縮性和高可用性，用來將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或部署到各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上。Hadoop框架具有高容錯(cuò)性及對(duì)數(shù)據(jù)讀寫的高吞吐率，能自動(dòng)處理失敗節(jié)點(diǎn)，圖2所示為Google Hadoop架構(gòu)。

運(yùn)用以上技術(shù)可以在大量廉價(jià)的硬件設(shè)備組成的集群上運(yùn)行應(yīng)用程序，為應(yīng)用程序提供一種可靠的接口，構(gòu)建了一個(gè)高可靠性、高效率以及良好擴(kuò)展性的分布式平臺(tái)。