邊云協(xié)同計算系統(tǒng)在智慧酒店中的應用研究

張靜宜

（太原旅游職業(yè)學院 山西 太原 030032）

0 引言

隨著計算機技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，邊云協(xié)同計算系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個備受關注的研究領域。該系統(tǒng)通過采用多種傳感技術，利用云計算技術以及邊緣計算技術，可以提供更加智能化、便捷化的服務，滿足顧客的多樣化需求。在邊云協(xié)同計算系統(tǒng)中，通過部署各種傳感器和智能設備，可以實時獲取客人的行為和需求，并將這些信息與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)互通，以實現(xiàn)信息的共享和快速處理。同時，利用云計算技術，可以將大量的數(shù)據(jù)處理任務交由云端處理，減輕了設備的運算壓力，提高了系統(tǒng)的處理能力和效率。

1 邊云協(xié)同計算系統(tǒng)的概念及特點

1.1 邊云協(xié)同計算系統(tǒng)的概念

邊云協(xié)同計算系統(tǒng)是一種結(jié)合了云計算和邊緣計算的技術架構(gòu)，它可以將復雜的計算任務和數(shù)據(jù)處理分配給靠近用戶的邊緣設備執(zhí)行，同時可以利用云計算的強大計算能力和存儲資源［1］。這種技術架構(gòu)可以解決網(wǎng)絡延遲和數(shù)據(jù)傳輸限制等問題，提高數(shù)據(jù)處理的效率和實時性。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)主要由邊緣設備、云計算中心和通信網(wǎng)絡組成。邊緣設備主要負責收集和處理各種數(shù)據(jù)，如傳感器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)等，同時可以將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴嬎阒行倪M行進一步處理和分析。云計算中心則負責處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復雜的計算任務，可以利用強大的計算能力和存儲資源，對數(shù)據(jù)進行集中處理和分析，從而提供更高效的數(shù)據(jù)處理服務和更豐富的應用場景。通信網(wǎng)絡則負責連接邊緣設備和云計算中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。

1.2 邊云協(xié)同計算系統(tǒng)的特點

邊云協(xié)同計算系統(tǒng)的特點主要有以下幾個方面：

（1）高效數(shù)據(jù)處理。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地處理和云計算的集中處理相結(jié)合，提高數(shù)據(jù)處理的效率和實時性。

（2）靈活性和擴展性。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)可以靈活地擴展邊緣設備和云計算中心的規(guī)模和功能，滿足不同應用場景的需求。

（3）安全性和隱私保護。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)可以保護用戶的隱私和數(shù)據(jù)安全，減少數(shù)據(jù)泄露和攻擊的風險。

（4）跨平臺和跨域協(xié)同。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)可以支持不同平臺和不同領域的應用場景，實現(xiàn)跨平臺和跨域的協(xié)同計算和服務。

2 邊云協(xié)同計算系統(tǒng)所面臨的問題

隨著邊云協(xié)同計算系統(tǒng)內(nèi)接入的設備量與數(shù)據(jù)量迅速增長，任務的應用場景變得更加復雜，用戶對設備響應的實時性要求越來越高。例如，視頻會議和人臉識別等對實時性有要求的任務需要加入系統(tǒng)中。在這種情況下，傳統(tǒng)云計算結(jié)構(gòu)下設備需要將數(shù)據(jù)上傳至云端計算，需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸時延與排隊時延，無法滿足任務的實時性要求。特別是在網(wǎng)絡狀況較差的情況下，任務運行會出現(xiàn)卡頓或處理失敗的情況，導致總處理延時較高。具體來說云計算模型面臨的問題有以下幾點：

（1）隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的增多，數(shù)據(jù)運算效率可能會降低。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)通常會安裝大量的傳感器、控制設備和響應設備，每個房間內(nèi)的設備數(shù)量可能達到80 余件。這些設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，如果所有設備都與云端進行通信，可能會導致云計算中心的承載能力不足，中心服務器承受的計算壓力過大，使得云端的算力成為稀缺資源。

（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说膶崟r性也是一個問題。例如，在智慧酒店系統(tǒng)中的人臉識別任務，如果終端與云端的物理距離較遠，傳輸時延可能會成為任務實時性的主要限制因素。對于實時性要求高的應用，如在新疆的酒店設備終端想要訪問在上海的云服務器，直線距離相距超過4 000 km，僅傳輸時延將在30 ms 左右，無法滿足一些任務的實時性要求。

（3）云服務的可靠性也是一個需要注意的問題。云計算對網(wǎng)絡的依賴性極大，在智慧酒店系統(tǒng)中，云服務通常部署在第三方云服務器，如果網(wǎng)絡線路出現(xiàn)問題，或者第三方云服務器出現(xiàn)問題，都可能導致服務突然終止，從而影響了本地服務質(zhì)量。

（4）數(shù)據(jù)安全問題也不容忽視。由于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)上傳到第三方云服務器，用戶的數(shù)據(jù)有可能在傳輸過程中被竊取。此外，酒店無法對存放在云端的數(shù)據(jù)進行直接的操控，對于酒店用戶而言，公共生活中的數(shù)據(jù)也極有可能在上傳和使用過程中被他人非法使用。因此，在傳統(tǒng)云計算模型中增加對隱私數(shù)據(jù)的保護和隔離就更為必要。

3 邊云協(xié)同計算在智慧酒店中的應用

3.1 邊云協(xié)同計算技術

邊緣計算的出現(xiàn)是為了補充和延伸云計算，將二者的使用價值相互彌補。在智慧酒店環(huán)境中，采用邊云協(xié)同的方式可以提高數(shù)據(jù)與安全支撐，同時也可以通過大量的數(shù)據(jù)以及高性能的數(shù)據(jù)計算將相應的規(guī)則下發(fā)到邊緣，根據(jù)相應的規(guī)則運行。邊緣計算更適用于局部的、短周期的實時數(shù)據(jù)處理，對于本地實時決策有良好表現(xiàn)。云計算則更適合于全局性、長周期的大數(shù)據(jù)處理，適用于長周期的任務領域。而邊云協(xié)同計算對于智慧酒店來說具有極高的相適性，是對云計算與邊緣計算的一種權宜之計，其針對云計算模型部署過程中面臨的問題，同時考慮在智慧酒店環(huán)境中部署面臨的成本，是一種符合智慧酒店運行環(huán)境的計算系統(tǒng)［2］。

對于智慧酒店系統(tǒng)而言，房間內(nèi)的智能HUB 設備作為邊緣計算節(jié)點與云服務器協(xié)同即視為邊云協(xié)同。采用該模型，可以將任務就近在本地執(zhí)行，對于酒店環(huán)境中的視頻處理、智慧門禁、實時溫度監(jiān)控以及顧客的身份核驗等任務，都可以在本地的邊緣節(jié)點執(zhí)行，特別是需要訪問第三方云服務器的計算任務，若將服務下沉到本地，可以有效地避免因為網(wǎng)絡線路故障或第三方服務器故障而出現(xiàn)問題，可以大幅提升酒店智能服務的可靠性。這使邊云協(xié)同計算結(jié)構(gòu)可以解決云計算過程中出現(xiàn)的問題。另外，在智慧酒店邊緣設備部署與維護過程中遇到的問題，邊云協(xié)同計算系統(tǒng)同樣可以解決。

3.2 人臉識別技術

在智慧酒店環(huán)境中的眾多任務中，我們以人臉識別任務為例，來分析邊云協(xié)同系統(tǒng)對任務的處理流程。在智慧酒店終端系統(tǒng)中，分布有大量的攝像頭，這些攝像頭主要用于捕捉環(huán)境中的視頻信息。而我們通常更關注視頻中有人臉的畫面，因為這些畫面包含的信息量更高。對于智慧酒店來說，人臉可以代表很多信息。例如，可以利用人臉作為身份認證，識別用戶，然后播放迎賓圖像；同時也可以對畫面中出現(xiàn)的可疑人員進行跟蹤和捕捉，并在必要時進行報警。在邊云協(xié)同系統(tǒng)中，人臉識別任務的處理流程如下：

（1）數(shù)據(jù)采集。攝像頭會捕捉環(huán)境中的視頻信息，包括有人臉和無人臉的畫面。這些數(shù)據(jù)會被實時傳輸?shù)竭吘壴O備。

（2）數(shù)據(jù)預處理。邊緣設備接收到視頻數(shù)據(jù)后，會進行預處理，包括降噪、增強對比度等操作，使畫面更加清晰，便于后續(xù)的人臉識別。

（3）人臉檢測。在預處理之后，邊緣設備會進行人臉檢測。這通常涉及到在視頻畫面中搜索人臉，并進行定位和跟蹤。

（4）數(shù)據(jù)傳輸。一旦檢測到人臉，邊緣設備會將相關數(shù)據(jù)（如人臉圖像、位置信息等）上傳到云端服務器。

（5）云端處理。云端服務器接收到數(shù)據(jù)后，會進行更高級的人臉識別操作，如人臉比對、身份認證等。

（6）結(jié)果反饋。云端服務器將比對結(jié)果和身份信息反饋給邊緣設備。如果識別到的是已注冊的用戶，邊緣設備可以播放迎賓圖像；如果識別到的是可疑人員，邊緣設備可以啟動跟蹤和報警功能。

通過邊云協(xié)同系統(tǒng)，人臉識別任務可以在本地進行數(shù)據(jù)采集和預處理，降低了網(wǎng)絡傳輸?shù)某杀竞蜁r延；同時利用云端服務器進行更復雜的人臉識別和處理，提高了系統(tǒng)的準確性和可靠性［3］。這種系統(tǒng)架構(gòu)既充分發(fā)揮了邊緣設備和云端服務器的優(yōu)勢，又實現(xiàn)了兩者之間的互補，為智慧酒店提供了更高效、安全、智能的人臉識別服務。例如，此技術運用到酒店的入住系統(tǒng)中，顧客可以在手機客戶端進行預定之后，直接進行人證核驗，省去了入住時的部分手續(xù)；利用尋路機器人帶領顧客走到自己的房間；多種傳感器與室內(nèi)設備組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)入戶開燈，并根據(jù)用戶偏好的情景模式進行氛圍設置。這些服務都為顧客提供了更加智能化、便捷化的體驗。除了提供基礎服務之外，智慧酒店系統(tǒng)還可以為顧客提供更加豐富的住宿以外服務。例如訂餐與洗衣服務、24 h 管家服務、會議室以及會議系統(tǒng)等。這些服務可以滿足顧客的不同需求，提高酒店的口碑和收入?；谶呍茀f(xié)同計算系統(tǒng)的智慧酒店系統(tǒng)具有很好的實用性和指導作用，可以為智慧酒店的發(fā)展提供新的思路和方法。具體來說有以下幾點：

（1）結(jié)合了云計算和邊緣計算的優(yōu)勢，實現(xiàn)了智慧酒店系統(tǒng)中實時性高任務的處理和協(xié)同處理。

（2）系統(tǒng)架構(gòu)簡單，易于擴展和維護，可以滿足智慧酒店系統(tǒng)中大量用戶和房間的需求。

（3）實現(xiàn)了人臉識別任務的實時處理和響應，提高了系統(tǒng)識別準確率。

（4）解決了智慧酒店環(huán)境中設備選擇、算力、數(shù)據(jù)安全等問題，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和數(shù)據(jù)安全保障。

（5）實現(xiàn)了云－邊－端的協(xié)同，使系統(tǒng)具有更好的互動性和智能性。

3.3 邊云協(xié)同計算優(yōu)勢

在智慧酒店系統(tǒng)中應用邊云協(xié)同計算，可以充分發(fā)揮云計算和邊緣計算的優(yōu)勢，完美解決現(xiàn)有的問題。云端可以根據(jù)智慧酒店系統(tǒng)的需求，將相應的算法部署到邊緣側(cè)，滿足酒店靈活多變的需求。同時，也可以在邊緣側(cè)部署定制的功能，以應對酒店可能出現(xiàn)的各種情況［4］。針對智慧酒店中物聯(lián)網(wǎng)應用中實時性要求高的任務，例如人臉識別系統(tǒng)、緊急救助系統(tǒng)等，將這些任務數(shù)據(jù)處理點部署在邊緣側(cè)，可以減少數(shù)據(jù)的上傳步驟，滿足任務實時性的要求，減少對帶寬的占用，避免因為網(wǎng)絡問題導致緊急服務不可用的情況出現(xiàn)。同時，酒店的網(wǎng)絡管理人員可以在云端操作該系統(tǒng)，實現(xiàn)對邊緣側(cè)進行統(tǒng)一的規(guī)劃與管理，可以對任務進行統(tǒng)一的升級與迭代，充分發(fā)揮云計算的優(yōu)勢［5］。利用云平臺與邊緣平臺的數(shù)據(jù)連通性，可以實時掌握設備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整設備的運行狀態(tài)。例如，當某個設備出現(xiàn)故障時，云端可以及時接收到報警信息，并通知網(wǎng)絡管理人員對設備進行維修或更換。同時，通過分析邊緣計算和云計算的數(shù)據(jù)，可以對酒店的運營情況進行更深入的洞察和分析，為酒店的經(jīng)營管理提供更科學的決策支持［5］。其應用優(yōu)勢具體來說有以下幾點：

（1）云端可以控制邊緣計算服務，例如對邊緣側(cè)設備的虛擬機進行參數(shù)配置，或?qū)吘壏掌魃系臄?shù)據(jù)進行控制。這種控制方式使得云端可以全局管理邊緣設備，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一調(diào)度和處理。

（2）智慧酒店環(huán)境中增加了邊緣計算服務模塊作為云計算服務的補充。邊緣計算服務主要為本地的計算任務提供服務，可以減輕云服務的負擔，同時保證本地任務的處理效率和響應速度。

（3）本地計算任務仍然可以請求云服務，可以保證系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。在框架中，云計算服務與邊緣計算服務之間采用互聯(lián)網(wǎng)通信，這種通信方式可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。

（4）本地計算任務與邊緣計算服務之間可以采用多種通信協(xié)議方式，如ZigBee 通信、藍牙通信、WiFi 通信等。這種多樣化的連接方式可以適應多種物聯(lián)網(wǎng)終端設備的不同協(xié)議，使得系統(tǒng)可以更好地支持不同類型的設備和網(wǎng)絡環(huán)境［6］。

3.4 邊云協(xié)同系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)保護

通過邊緣設備之間的協(xié)同以及邊緣與云端系統(tǒng)的協(xié)同，對用戶數(shù)據(jù)進行保密操作，從而保護用戶的位置信息安全。在智慧酒店環(huán)境中，可以利用這種構(gòu)思，通過不同房間內(nèi)的邊緣設備協(xié)同，并利用云端對多個邊緣設備的協(xié)調(diào)管控，通過K－匿名技術，合理處理用戶的請求數(shù)據(jù)，從而保證用戶的數(shù)據(jù)安全［7－8］。具體來說，當終端設備需要上傳數(shù)據(jù)時，首先會和邊緣設備之間利用共享密鑰進行通信。邊緣設備在接收到數(shù)據(jù)請求時，不會直接上傳數(shù)據(jù)，而是將數(shù)據(jù)緩存在本地，以備用戶請求。其次邊緣設備會將數(shù)據(jù)分割為N個片段，并產(chǎn)生n個隨機數(shù)。每個隨機數(shù)會分發(fā)給每一個數(shù)據(jù)片段，并將N－1 個消息片段分發(fā)給其余的邊緣設備，將剩余一個消息片段發(fā)送給云端服務器。最后通過隨機數(shù)列表，可以獲取不同的消息片段的存放位置［9］。當用戶需要獲取數(shù)據(jù)時，可以協(xié)同其他邊緣設備，在驗證用戶信息之后，將相應的片段發(fā)送給云端。云端在接收到消息后，收到的是多個邊緣設備的信息，而不是特定的某一個邊緣設備發(fā)來的請求。這種設計可以保護用戶的位置信息不被泄露。即使收到了N個消息，重組消息后也無法通過終端的密鑰來解密信息。就無法獲取用戶的位置信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容，從而保證了用戶的位置信息安全［10－11］。

4 結(jié)語

邊云協(xié)同計算系統(tǒng)的應用已經(jīng)成為了一個趨勢。邊云協(xié)同計算系統(tǒng)不僅可以提供更加智能化、便捷化的服務，滿足客人的多樣化需求，同時應用于智慧酒店行業(yè)也可以提高酒店的運營效率和服務質(zhì)量，降低成本和能耗，為酒店的發(fā)展帶來更多的機遇和挑戰(zhàn)。與此同時，通過加強物聯(lián)網(wǎng)設備的部署和應用、優(yōu)化邊云協(xié)同計算系統(tǒng)以及引入高效的云計算技術，可以解決面臨的問題，提高服務質(zhì)量和運營效率，為客人提供更加智能化、便捷化的體驗。