基于云計算的食品安全追溯系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

石東賢

摘要：食品安全問題越來越受到重視，出現(xiàn)了很多食品安全追溯系統(tǒng)來記錄食品成長的各個過程。該文提出了食品安全追溯系統(tǒng)的總體設(shè)計和基礎(chǔ)的云計算平臺方案，并研究了追溯系統(tǒng)的主要功能和相關(guān)管理方法，構(gòu)建了一套安全的數(shù)據(jù)存儲體系，可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)食品的跟蹤與安全信息共享。

關(guān)鍵詞：云計算；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；追溯；數(shù)據(jù)存儲

如何保障和監(jiān)管食品安全已經(jīng)成為了消費者、經(jīng)營者和政府共同關(guān)注的問題。對復(fù)雜的食品供應(yīng)鏈進行記錄和追蹤，使產(chǎn)品質(zhì)量和責(zé)任可以追溯，并保證成本較低，較為有效的方法是利用現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術(shù)，對各種食品進行有效標(biāo)識，建立從生產(chǎn)到消費的全過程管理信息系統(tǒng)。依托國內(nèi)外先進的食品檢測和云計算技術(shù)，搭建操作性強在線追溯平臺，通過手機二維碼給食品添上“身份證”，同時建立安全的存儲管理體系來保障身份數(shù)據(jù)信息，并有效分享給不同的生產(chǎn)者、管理者和消費者。

1平臺設(shè)計

1.1總體設(shè)計

本文以水果的種植和流通為例，平臺的整體框架如下圖所示，將以食品安全管理數(shù)據(jù)庫為應(yīng)用支撐平臺，以安全追溯云平臺為核心業(yè)務(wù)平臺，支持多種系統(tǒng)的接入方式，同時為多系統(tǒng)平臺交互提供相應(yīng)的支持。

其中，應(yīng)用支撐平臺支持食品信息服務(wù)、食品安全追溯和食品管理信用評估等系統(tǒng)，這些都建立在總的云計算架構(gòu)下，為食品安全追溯系統(tǒng)提供以數(shù)據(jù)為主的應(yīng)用支持。

1.2云計算平臺設(shè)計

傳統(tǒng)的食品追溯系統(tǒng)建立在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下，往往存在以下幾個問題：

1）服務(wù)器數(shù)量劇增

在每臺服務(wù)器上只運行一種應(yīng)用，一方面造成服務(wù)器資源利用率低下，可能CPU利用率平均不到10%，另一方面每當(dāng)有新業(yè)務(wù)需求時，就必須增添一臺物理服務(wù)器，造成服務(wù)器數(shù)量劇增，這樣不僅增加了硬件成本，而且加劇了對數(shù)據(jù)中心的機房空間、空調(diào)和電力的消耗。

2）業(yè)務(wù)連續(xù)性缺乏保障

各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)均運行在單一物理服務(wù)器上，既缺乏HA高可用性保護，也缺乏備份/快照等可靠性措施保護。一旦某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，其上運行的應(yīng)用就會中斷，且需要很長時間才能恢復(fù)運行。

3）服務(wù)器資源利用率不高

每臺服務(wù)器上基本只運行一種業(yè)務(wù)，雖然在峰值時段會達到40%-90%左右的資源利用率水平，但是大部分時間的服務(wù)器資源利用率都在10%以下，未能充分利用現(xiàn)有服務(wù)器的處理能力。

為了解決這些問題，我們采用了云計算基礎(chǔ)平臺，該平臺將為食品安全追溯系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)、存儲和計算資源，為了更好地實現(xiàn)追溯系統(tǒng)的安全性、高可用性，我們采用了服務(wù)器的虛擬化技術(shù)和分布式存儲技術(shù)來完成該架構(gòu)。

2功能設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究

本文將從記錄、查詢、信用和統(tǒng)計分析4個方面來實現(xiàn)對基于云計算的食品安全追溯的綜合管理。

2.1記錄管理

生產(chǎn)經(jīng)營記錄是食品追溯系統(tǒng)建設(shè)中的基礎(chǔ)信息，是保證生產(chǎn)經(jīng)營者真實地記錄消費者所關(guān)心的各個階段的信息，以便于查詢，使消費者可以感受到生產(chǎn)經(jīng)營者對食品安全負(fù)責(zé)任的態(tài)度。為了更好地實現(xiàn)記錄的客觀性，并減輕經(jīng)營者的工作效率，很多記錄將采用物聯(lián)網(wǎng)的思維模式，比如草莓在大棚里的溫濕度，光照強度、濕度等等將實時記錄，并聯(lián)合農(nóng)產(chǎn)品培育專家構(gòu)建草莓生長模型，對真實的草莓生長進行實時分析和評估，對存在的問題進行提醒，方便經(jīng)營者提高作物生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2查詢管理

消費者在超市或者商場等地方購買產(chǎn)品時，可以通過手機在產(chǎn)品的二維碼中掃描追溯食品的各種記錄，包括傳感器的實時數(shù)據(jù)、經(jīng)營者手工記錄、階段評估報告、物流信息和安全檢測結(jié)果等等數(shù)據(jù)，讓消費者隨時可以看到一種水果從種子到果實到最后送到自己眼前的全過程，一方面增加了產(chǎn)品的透明度，提高了產(chǎn)品的安全性，另一方面也讓消費者更加放心購買該產(chǎn)品，提升了產(chǎn)品知名度。二維碼這種方式零距離連接了生產(chǎn)者和消費者，是構(gòu)建整個食品追溯制度的信息技術(shù)核心之一。

2.3信用管理

信用是食品安全追溯是否能夠成功實施的基本保障。如何對追溯過程中的每個環(huán)境進行信用等級評估是關(guān)鍵所在。本文從結(jié)合用戶和食品兩者來構(gòu)建一個比較科學(xué)的食品安全追溯信用評估體系，特別是用戶與用戶之間的信用計算，大部分的問題都出于管理人員本身的不負(fù)責(zé)任或者以假充真、以次充好、擅改標(biāo)章或記錄的情況，并建立一套合理的懲處方法。

2.4統(tǒng)計分析

隨著大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，統(tǒng)計分析也從原先的單一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成復(fù)雜的分布式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本文主要對各個環(huán)境中的記錄數(shù)據(jù)，包括水果的成長記錄、用戶跟蹤監(jiān)測記錄等數(shù)據(jù)進行建模，并評估具體某個狀態(tài)下水果的實時成長報告并幫助提供解決方法，當(dāng)然有些可能就會采用自動化技術(shù)來實施，如缺水的話就通過自動灌溉方式來滿足。

3數(shù)據(jù)存儲設(shè)計與實現(xiàn)

3.1存儲架構(gòu)

本文將采用openfiler分布式存儲技術(shù)作為食品安全追溯平臺的存儲架構(gòu)，并通過VMWare vSphere云計算解決方案構(gòu)建整個云平臺。在云平臺中根據(jù)項目需求構(gòu)建多個數(shù)據(jù)中心，每個數(shù)據(jù)中心以vCenter作為服務(wù)器，并配備一定數(shù)量的ESXi主機，通過ESXi主機建立不同類型的虛擬機滿足食品安全追溯平臺需求。同時，在該平臺中通過openfiler來實現(xiàn)存儲資源的調(diào)度。

3.2遷移實現(xiàn)

當(dāng)一臺主機因為資源限制或者達到一定的高峰而影響到性能時就會在平臺中采用遷移等技術(shù)來解決問題。本食品安全追溯平臺將在不同的ESXi主機之間來實現(xiàn)遷移。由于遷移受到一定的條件約束，比如主機的真實物理硬件CPU型號，會影響到遷移的實施。因此本食品安全追溯平臺在構(gòu)建基礎(chǔ)架構(gòu)時采用了統(tǒng)一的物理硬件設(shè)備來保障系統(tǒng)更加高效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全。

4總結(jié)

通過對食品安全追溯云平臺的設(shè)計與研究，包括系統(tǒng)的主要功能和數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，探索了云計算在食品安全追溯平臺中的可行性和重要性，特別是通過遷移等技術(shù)實現(xiàn)高性能和數(shù)據(jù)的安全。endprint