“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校校園電器共享平臺研究與設(shè)計

裴劍輝 王強

摘 ?要：為積極響應(yīng)國家“互聯(lián)網(wǎng)+”的戰(zhàn)略號召，推動共享經(jīng)濟在校園中快速合理發(fā)展，更好地利用和管理高校校園電器設(shè)備，讓廣大師生能夠以更小的代價享受便利、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。對國內(nèi)已經(jīng)投入使用的校園共享平臺進行了廣泛調(diào)研，并對當(dāng)前該領(lǐng)域下產(chǎn)品普遍存在的問題進行總結(jié)與分析，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上對高校校園電器共享平臺進行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;高校校園;電器;共享平臺

中圖分類號：TP311 ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2021）24-0062-03

Abstract： In order to respond positively to national strategic call of“Internet plus”， promote the rapid and rational development of the shared economy in the campus， and better use and manage the university campus electrical appliances， so that a large number of teachers and students can enjoy convenient and high-quality services at a lower cost. This paper makes an extensive investigation on the campus sharing platform that has been put into use in China， summarizes and analyzes the common problems of products in this field at present， and designs the university campus electrical appliance sharing platform based on the existing research.

Keywords： Internet plus; university campus; electrical appliance; sharing platform

0 ?引 ?言

近年來，隨著信息技術(shù)和硬件設(shè)備的快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”在各行各業(yè)產(chǎn)生了革命性的影響。據(jù)普華永道（PriceWaterhouseCoopers， PWC）預(yù)測，到2025年，全球共享經(jīng)濟產(chǎn)值可以達到2 300億英鎊，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和發(fā)展?jié)摿薮?。共享?jīng)濟是一種“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新經(jīng)濟模式[1]，共享經(jīng)濟的發(fā)展還拉動了IT軟硬件生產(chǎn)、無線網(wǎng)絡(luò)和信息終端等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。共享經(jīng)濟帶來了全新的生產(chǎn)模式、消費模式和企業(yè)運營模式，各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者普遍認(rèn)為，共享經(jīng)濟浪潮已經(jīng)來臨[2]。

高校校園內(nèi)的閑置固定資產(chǎn)較多，且用戶需求單一。在某些領(lǐng)域如：洗衣、制冷、取暖、打印、餐飲、設(shè)備充電等方面有較大需求，并且學(xué)生群體人員變更較快，更加注重物品的使用價值而非私有價值、共享性而非獨占性。因此，高?？赏ㄟ^“共享經(jīng)濟”對資產(chǎn)進行合理配置、科學(xué)管理、充分利用。

基于以上論述，共享經(jīng)濟在高校校園具有較強的適應(yīng)性和可發(fā)展性。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下借助網(wǎng)絡(luò)平臺將供給方閑置資源的使用權(quán)暫時轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)生產(chǎn)要素的社會化，通過提高存量資產(chǎn)的使用效率為需求方創(chuàng)造價值，促進社會可持續(xù)發(fā)展[3]。因此，為更好的發(fā)展高校校園共享經(jīng)濟，論文對高校校園電器共享平臺進行具體研究與設(shè)計。

1 ?研究現(xiàn)狀

近年來，各大高校在電器設(shè)備智能化集中管控方面出現(xiàn)了較大的需求。得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的高速發(fā)展，實現(xiàn)純軟件技術(shù)層面的功能已非難事，但整體技術(shù)方案的領(lǐng)域，特別是設(shè)備入網(wǎng)這一塊，一直受制于商業(yè)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性、多樣性，很難選擇

一種成本低、可靠性高、適用范圍廣、運維成本低的技術(shù)來大規(guī)模普及和推廣共享電器智能化發(fā)展。因此，對共享電器及管理云平臺的合理設(shè)計實施是當(dāng)前的重點之一。以四川省為例，目前眾多川內(nèi)高校包括四川大學(xué)、成都中醫(yī)藥大學(xué)、西南科技大學(xué)、綿陽師范學(xué)院等院校在與四川長虹合作的過程中，都提出了非常明確的空調(diào)遠程集中管控與學(xué)生宿舍空調(diào)租賃業(yè)務(wù)的訴求。

而市面上推出的共享電器云平臺普遍存在以下問題：（1）所管理的電器設(shè)備種類單一，僅限于部分電器。（2）對于不同的應(yīng)用場景適應(yīng)性較差，如校園部分地區(qū)的集中管理和寢室里的分散管理。（3）在擴展性上表現(xiàn)不佳，無法與當(dāng)前校園已有的軟硬件設(shè)備兼容。論文提出的云平臺可以本地部署，還可以實現(xiàn)云端部署。不僅可以實現(xiàn)空調(diào)設(shè)備的集中管理，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。不僅可以獨立管控，后續(xù)還可以擴展與校園信息系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)管平臺對接，實現(xiàn)與課表、能源管理等系統(tǒng)的聯(lián)動。項目將在平臺通用性、擴展性上采用前沿的架構(gòu)設(shè)計，不僅可以通過定制的方式輕松滿足不同校園的差異化需求，而且對共享經(jīng)濟、新零售等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求有良好的支持。

2 ?設(shè)計方案

2.1 ?整體設(shè)計

項目總體實施框架如圖1所示。圍繞電信基礎(chǔ)設(shè)施，分設(shè)備終端、后臺和前端三個方向?qū)嵤┙ㄔO(shè)，形成智能終端到前端完整解決方案。

根據(jù)整體規(guī)劃，項目首先需要完成基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）[4]的智能家電新技術(shù)研發(fā)，其次完成校園共享空調(diào)、冰箱、洗衣機云平臺的研發(fā)。

其中，智能產(chǎn)品核心硬件計劃采用如下實施方案。主芯片采用華為海思Hi2115。主要規(guī)格為：CPU ARM Cortex M0，三核（分別應(yīng)用核、安全核、協(xié)議核），主頻50 MHz。內(nèi)置容量為352 KB的Flash，64 KB的RAM。DC/DC芯片選用MP1657，電頻轉(zhuǎn)換電路采用MOS搭建，滿足主板對電源穩(wěn)定性的要求。采用先進的eSIM直接在主板上貼片安裝。支持PCB天線和柱狀天線。智能終端可通過串口與常規(guī)家用電器的電控系統(tǒng)對接，將其植入常規(guī)家電產(chǎn)品后，可實現(xiàn)常規(guī)家電的智能化。其次可通過電信基站接入電信核心網(wǎng)，然后對接入電信IoT平臺。

2.2 ?云平臺設(shè)計

通過校園電器智能化管理平臺總體實施框架設(shè)計出云平臺系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)總體采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

其中，展示層由WEB頁面、APP客戶端組成，實現(xiàn)平臺業(yè)務(wù)使用操作，通過統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范可以實現(xiàn)多種展現(xiàn)形式。接口層，通過Zuul公共網(wǎng)關(guān)[5]進行統(tǒng)一鑒權(quán)，動態(tài)路由、負(fù)載均衡以及對外統(tǒng)一入口。業(yè)務(wù)邏輯層，總體采用微服務(wù)架構(gòu)，由用戶服務(wù)、設(shè)備服務(wù)、故障服務(wù)、分析服務(wù)、管理員服務(wù)等獨立服務(wù)組合而成，形成一個高可用的分布式的微服務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)伸縮性更強、擴展性更好，服務(wù)之間通過rest api或相關(guān)RPC解決方案進行通信交互。各個服務(wù)可以有各自的數(shù)據(jù)庫存儲等，每個服務(wù)可以獨立運行并提供相應(yīng)服務(wù)，服務(wù)間沒有任何強依賴和影響。數(shù)據(jù)服務(wù)層由關(guān)系性數(shù)據(jù)庫或nosql數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)緩存解決方案來實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、分析、計算。數(shù)據(jù)庫及緩存都做集群進行分布式處理，增強數(shù)據(jù)層的存儲讀取性能。

2.3 ?功能模塊設(shè)計

在功能模塊設(shè)計上，根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容對系統(tǒng)進行合理、有效的拆分。其拆分出的模塊均為系統(tǒng)核心模塊，為上層業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)業(yè)務(wù)核心采用微服務(wù)架構(gòu)，將其充分解耦。模塊間采用服務(wù)總線模式實現(xiàn)服務(wù)的治理，避免由于服務(wù)間依賴導(dǎo)致服務(wù)跟蹤及維護難度增大。也正因為采用微服務(wù)架構(gòu)，所以整個系統(tǒng)的伸縮性及可擴展性大大增強?？捎行У乇ＷC業(yè)務(wù)在某些特定時期急劇增大時，只需通過調(diào)整云服務(wù)的相關(guān)資源，或通過部署新的系統(tǒng)模塊即可保證系統(tǒng)的可用性。相關(guān)功能模塊如下。

2.3.1 ?賬戶/租戶服務(wù)

用戶即設(shè)備管理員，也是前臺的使用用戶。用戶認(rèn)證服務(wù)提供統(tǒng)一的用戶身份認(rèn)證功能，將該服務(wù)剝離后，可為該產(chǎn)品線之后的所有系統(tǒng)提供身份認(rèn)證服務(wù)。在該服務(wù)中會按多租戶系統(tǒng)的要求進行相關(guān)設(shè)計和開發(fā)，以滿足將來多租戶的設(shè)備分時租賃系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。在當(dāng)前項目中會默認(rèn)為一個唯一固定的初始租戶。

2.3.2 ?綜合管理服務(wù)

提供整個系統(tǒng)的一般業(yè)務(wù)管理功能。包括設(shè)備分組管理、計劃管理、統(tǒng)計分析、設(shè)備授權(quán)、付費授權(quán)、用戶資料等功能。將該服務(wù)獨立是考慮到該部分與業(yè)務(wù)緊密相關(guān)，且在當(dāng)前階段無具體項目、客戶，無明確需求，在這個過程中可能存在較大的需求變化。當(dāng)有明確的客戶需求時，可根據(jù)具體客戶的需求做定制化開發(fā)，只需調(diào)整該部分業(yè)務(wù)邏輯即可。保證其他服務(wù)的穩(wěn)定性，提高復(fù)用度。

2.3.3 ?設(shè)備故障服務(wù)

基于通用性和業(yè)務(wù)內(nèi)聚性的考慮，將設(shè)備故障服務(wù)剝離。該業(yè)務(wù)實現(xiàn)對所有設(shè)備的故障上報、故障跟蹤提供服務(wù)，之后可持續(xù)性對該服務(wù)進行功能擴展，如對接設(shè)備生產(chǎn)商、故障維修點等，將設(shè)備的故障業(yè)務(wù)流程都納入其中，進行集中化管理。

2.3.4 ?數(shù)據(jù)分析服務(wù)

數(shù)據(jù)分析服務(wù)包含兩部分，其一，對電器設(shè)備的控制記錄進行定時分析，包含每日開機量走勢、每日運行溫度分布、設(shè)備各項指標(biāo)走勢分析等。其二，對用戶數(shù)據(jù)進行分析，包含客戶端使用狀態(tài)分析、用戶賬戶分析、用戶反饋分析等。

基于以上功能模塊設(shè)計，該云平臺可以實現(xiàn)電器管理、用戶管理、系統(tǒng)管理、故障上報、數(shù)據(jù)分析功能。

2.4 ?技術(shù)指標(biāo)

考慮產(chǎn)品后續(xù)更新和擴展需要，并盡可能地滿足用戶對該平臺的需求，產(chǎn)品將進行以下幾方面測試：終端設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)上報至云平臺的穩(wěn)定性、時效性測試，終端設(shè)備是否能支持離散的網(wǎng)絡(luò)接入策略和數(shù)據(jù)上報策略測試，接收并執(zhí)行來自云平臺的控制指令響應(yīng)速度及時延測試，云平臺響應(yīng)時延、服務(wù)并發(fā)量、日均最大訪問量測試。

3 ?結(jié) ?論

論文基于共享經(jīng)濟在高校校園中的發(fā)展現(xiàn)狀進行調(diào)研，在已有研究的基礎(chǔ)上提出校園電器共享平臺。該平臺主要提供校園電器設(shè)備的租用、管理、故障上報和數(shù)據(jù)分析服務(wù)，可較好的將校園閑置或低頻使用的設(shè)備通過現(xiàn)代技術(shù)手段進行合理使用和管理，既服務(wù)了廣大師生的學(xué)習(xí)與生活，又響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，并為之后的智慧校園的建設(shè)打下基礎(chǔ)。下一步需要解決的技術(shù)難點在于合理設(shè)計通信模塊的防網(wǎng)絡(luò)擁塞機制和端到端的確認(rèn)重傳機制，并引入符合amqp的消息中間件，將其同步調(diào)用轉(zhuǎn)化為異步推送。

參考文獻：

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作者簡介：裴劍輝（1992—），男，漢族，河南濮陽人，中級工程師，碩士研究生，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘;王強（1983—），男，漢族，四川廣元人，中級工程師，碩士研究生，研究方向：計算機軟件。