存储资源盘活系统，“盘活”物联网架构难题

Posted 2023-04-08 存储-小白

物联网 Internet of things（IoT），是一种与物有关的互联网，通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网技术伴随着计算机技术和互联网发展而快速发展，逐渐成为我国经济转型升级的一大突破点。

物联网技术促进万物互联，然而其技术多样性和集成复杂性让物联网架构成为设计中的难点。物联网，从架构上可以分为边缘和平台两部分。边缘是数据的产生端，例如照度表、传感器、电表、摄像头等；平台是数据的汇集端，可以执行设备管理、流处理、高级分析、工作负载、企业应用程序调用。物联网架构有三种基本设计模式：以边缘为中心、以平台为中心和混合边缘平台。

天翼云存储资源盘活系统拥有强大的存储性能和接口，兼具绿色属性和安全性，可从容应对物联网不同架构设计难题。 下面我们一起了解一下存储资源盘活系统如何“盘活”物联网架构的三种基本设计模式。

基本架构设计模式一：以边缘为中心

以边缘为中心的模式强调边缘层中各个边缘节点的独立性，使IoT 系统能够在与网络或云断开连接的情况下长时间运行。该模式常应用于制造（如生产线控制）、发电（如核电站控制）、工业控制（如深水钻井）等场景。

以边缘为中心的模式适合如下要求：

①自主操作、通过集中式系统或外部连接（如WAN）的手段，边缘节点支持自主运行，让所有处理都必须在边缘进行；

②严格的性能要求、该设计具有特定的边缘性能要求，例如，将平台层放置在边缘可以通过提高边缘计算可伸缩性来提高性能，还可以减少边缘到平台的延迟；

③数据驻留、设计架构时，要考虑当地法律（如数据必须存储在该地区），或者某些安全需求可能要求所有数据处理、存储和分析都保留在边缘。

在以边缘为中心的模式中，边缘承担了大部分数据存储任务，边缘设备通常自带存储能力，但是很难承担汇聚整理数据的功能。这就要用到边缘机房，边缘机房在部署时往往要应对物理条件复杂、部署成本高、硬件构成多样等问题。

天翼云存储资源盘活系统不仅拥有传统硬件存储阵列的低延迟和高可用性能优势，还与分布式存储一样具备高可伸缩性和高吞吐量特性。其绿色特性降低了部署成本，支持硬件异构的特性大大提高了现有硬件资源的利用率，非常适合边缘环境。

基本架构设计模式二：以平台为中心

以平台为中心的模式是指平台层提供大部分IoT处理、分析和工作负荷，而边缘节点只承担最基本的数据处理、分析、存储和通信任务。该模式常见于无人机服务（如包裹递送、目视检查）、农业传感器（如风速、空气温度、湿度）、智能城市传感器（如空气质量监测仪、智能垃圾压实机）等场景。

以平台为中心的模式适合如下要求：

①移动端点、该架构支持移动端点接入物联网，在这种情况下，端点必须包含满足操作要求所需的所有传感器、处理、存储、通信和电源功能；

②即插即用端点部署、该架构中，只需要很少的部署步骤就能完成新的端点接入，在此模式中部署端点通常只需要通电、安装和网络配置；

③端点功能受限、当端点提供有限的IoT功能时，设计人员应该使用此模式。该模式通常不存在边缘平台延迟问题，一方面由于数据量低或中等，一方面源于计算集中（如智能玩具、空调等场景）。

以平台为中心的模式下，最显著的特点就是数据产生端（边缘节点）和处理端（平台）分离，且一个平台负责大量边缘节点产生的数据，这就需要保证数据传输效率（网络）与平台性能（云）。

物联网通常的数据读写场景是写入少、读取多，此时可以把存储资源盘活系统分别部署在边缘与平台，在保证高可用的前提下实现弹性扩展。面对个别写入多、读取少的场景（例如依法保留3个月监控录像），天翼云存储资源盘活系统可以无缝对接云端对象存储资源，实现存储空间的统一管理、按需使用和弹性扩展。对于数据安全性要求较高，敏感数据不适宜上公有云的场景，也可以构建私有云，实现数据本地存储，提高数据访问速度。

基本架构设计模式三：混合边缘平台

混合边缘平台模式是指一些工作负荷和处理在边缘层运行，一些工作负荷和处理在平台层上运行。该模式通过提供边缘计算（如流处理、边缘工作负载、数据分析）和边缘数据管理（如转换和存储）来实现高度分布式和可扩展的物联网系统。该模式常见于工业控制（如网关连接到数据历史库）、医疗应用（如网关连接到心脏监护仪）、安全应用（如网关连接到安全摄像头）等场景。

混合边缘平台模式适合如下要求：

①设计灵活性、架构设计必须支持业务在边缘层和平台层部署处理，在三种基本设计模式中，该模式拥有最大灵活性；

②自主操作、设计必须支持自治边缘操作，而无需使用任何集中式计算或 WAN 连接，在这种情况下，网关可以管理边缘工作负载，这些工作负载可以长时间独立于平台保持系统运行；

③严格的延迟要求、该设计具有特定的边缘延迟约束，网关可以运行容器化工作负载（如机器学习），可以满足严格的延迟要求；

④数据驻留、设计必须支持限制数据物理位置的法律，此外，安全约束可能要求所有数据处理、存储和分析都保留在边缘。

在混合边缘平台模式中，网关中的IoT服务必须与平台中相应的IoT服务集成。例如，网关必须支持平台机制，以便在边缘协调容器化工作负载。天翼云存储资源盘活系统的兼容性支持其在边缘机房、大数据中心等地部署，它所提供的丰富的API与SDK可以完成该集成需求。

混合边缘平台模式场景通常极其重视性能与安全。天翼云存储资源盘活系统的安全系数极高，它将文件打碎成若干数据块并进行分布式存储，具有良好的防篡改作用。多备份和纠删码数据冗余策略能够进一步提高安全性。

此外，存储资源盘活系统解压后只需几个命令行就可以完成配置，还搭配直观的图形化界面，最大限度避免了因配置错误而导致的安全问题。

面对外部事故导致能源供给不稳定的情况，存储资源盘活系统可适应网络不稳定、电压电流不稳定等弱网弱电场景。

当服务器宕机时，存储资源盘活系统可以在供电恢复服务器重启后，无缝恢复至断电前的运行状态，具备可靠的自愈能力。

对于网络、电路不稳定的环境，存储资源盘活系统可将数据从客户端直接写入磁盘，规避断电后数据写入内存但未写入磁盘所引发的数据丢失事故。

一种基于区块链的物联网架构设计

摘要

目前已有一些学者基于区块链技术尝试搭建物联网系统，但基于区块链技术搭建的应用对计算资源要求较高，这些物联网系统往往无法良好地契合实际应用环境。为了降低基于区块链技术的物联网系统的复杂度，更契合实际应用环境的需求，通过分析现有区块链共识机制，提出一种基于区块链技术的物联网系统架构。首先，该架构将物联网网络内的所有终端设备划归至若干个覆盖范围较小的区域网络进行管理，提高了系统的灵活性；其次，使用基于轻量级共识机制搭建的区块链网络在所有区域网络之间实现信息交互，提高了系统的安全性；最后，数据使用者必须通过向区块链网络提出数据申请来获得数据，提升了系统控制数据访问的能力，进一步提高了系统安全性。

关键词

区块链; 物联网; 共识机制

0 引言

当前，传统的物联网（Internet of Things， IoT）架构所使用的服务器/客户端模式（Client-Server model， C/S）已逐渐难以适应当今日益繁杂的物联网生态环境系统，其中心化的网络拓扑结构在安全性方面也面临很大挑战。区块链是一种以安全性著称的分布式网络技术，将区块链应用于物联网领域，能够推动物联网发展、降低物联网应用成本，并改善物联网当前的安全状况［1］。然而，典型的区块链技术也存在工作效率低、耗费计算资源多的缺点，使得区块链技术不能良好地契合物联网的需求［2］。因此，基于在效率和计算资源利用率上作出优化的区块链技术，提出一种更适用于物联网应用环境的系统架构，将有利于推动该领域的发展。

近年来已有许多学者针对区块链技术在物联网领域的应用开展了相关研究。如叶小榕等