基于云计算的物流公共信息平台体系架构与设计，本文主要内容关键词为：架构论文,体系论文,物流论文,平台论文,信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
doi：10.3969/j.issn.1006-2025.2014.01.13
一、引言
物流业是集仓配、运输、报关、报检、货代和信息等业态于一体的复合型服务产业，是当今国民经济的重要组成部分。随着全球经济一体化的发展，国家提出振兴物流产业，并将其纳入国民经济重点行业发展。近年来，云计算的概念、核心技术及其应用得到了政府、科研机构以及业界厂商的高度重视，[1]云计算在物流领域的应用也逐步受到关注。[2，3，4]基于云计算的物流公共信息平台(物流公共信息云平台)的构建与应用，对于促进企业物流业务拓展，降低社会物流运作和管理成本，加快物流行业信息数据处理效率等都具有积极作用。物流公共信息云平台的构建是一个系统工程，其核心是云平台的体系架构和系统设计。笔者在综述云计算和物流公共信息平台相关理论的基础上，着重研究物流公共信息云平台的体系架构以及云平台的系统设计和功能实现问题。
二、云计算与物流公共信息平台
(一)云计算
云计算是信息技术发展和信息社会需求达到一定阶段的必然结果。关于云计算的概念，目前业界并未统一。Buyya R等(巴亚，2008)从市场的角度认为，云计算是由一组内部互连的虚拟机组成的并行和分布式计算系统，该系统能够根据服务提供商和客户之间协商好的服务等级协议动态提供计算资源。[5]张健(2010)认为，“云计算是分布式处理、并行处理、网格计算、网络存储和大型数据中心的进一步发展和商业实现”。[6]云计算是一种新型计算模式，其计算资源具有动态性、虚拟性和可伸缩性，在云计算模式下，计算资源以服务的方式提供给用户使用。[7]
云计算服务体系结构一般可以分为三层，即基础设施即服务(IaaS，Infrastructure as a Service)层、平台即服务(PaaS，Platform as a Service)层、软件即服务(SaaS，Software as a Service)层。
基础设施即服务(IaaS)：把IT基础设备设施当作服务，通过网络(Internet、移动网络等)将基本存储和计算能力作为标准化服务提供给用户。在IaaS模式下，IT服务器、交换机、数据存储系统、路由器等设备都是共用的。用户付费租用云计算基础设施资源而不是购买IT设备实体安装在云数据中心，如亚马逊的EC2和S3。
平台即服务(PaaS)：把基础设施当作服务，是指为了解决特定软件开发、测试或部署，允许客户开发新的应用程序使用API的部署和远程配置，如谷歌的AppEngine，Force.com和微软的Azure。
软件即服务(SaaS)：应用程序的交付作为服务，即根据用户需要提供软件应用，这种软件应用的获取是即时即地的。云平台下，每个用户都有自己的资源并与其他客户隔离，但软件应用资源都是共享的，不同的客户都可以付费访问使用，如salesforce.com。
(二)物流公共信息平台
平台是随着信息技术的开发而提出的，是对物流各种活动起到承载和支撑作用的标准化系统。[8]物流公共信息平台为物流企业、政府及其他相关部门提供物流信息服务，是以物流业务的规模化、集成化和效率化为目的，以现代信息技术为支撑的信息系统。[9]物流公共信息平台通过对物流信息资源的采集、加工与传输，实现对物流数据的高效管理，并且为企业物流业务信息的查询、存储和传递提供支撑。物流公共信息平台本质上是一个综合的管理信息系统。
关于物流公共信息平台的研究是当前物流信息化领域的一大热点，在我国已有不少基于区域、地市和省级平台的成功应用。企业等相关主体可以通过物流公共信息平台对物流活动各个环节的数据信息进行采集、存储、分类、筛选、分析、评价、发布、控制和管理。物流公共信息平台服务的对象包括政府机构、制造企业、流通企业和第三方物流公司等，服务方式是为之提供物流基础数据信息，同时也为其管理信息系统提供支持。在现代信息社会，物流公共信息平台有助于政府机构、企业、行业与市场管理部门等各方协同工作机制的建立，还可以为社会物流资源整合与优化、社会物流系统集成和现代供应链协同提供平台支持。
三、基于云计算的物流公共信息平台体系架构
(一)物流公共信息云平台的逻辑结构
云计算的出现使得信息系统无需按照传统软件工程模式来设计与开发，物流公共信息平台的构建也变得更容易。基于云计算构建物流公共信息平台有诸多优势，如企业无需开销大笔经费购置新的服务器和网络设备，无需建立机房和数据中心。企业也没有必要自己开发各种应用软件，而是通过向云服务供应商定制所需的IT服务即可获得相应的系统构架和软件资源，使企业物流信息化成本大大降低。如前所述，云计算服务包括IaaS、PaaS和SaaS三个层次，基于云计算服务体系来构建物流公共信息平台，其逻辑结构如图1所示。
图1 物流公共信息云平台逻辑结构
物流公共信息云平台在基础设施和最终用户之间分为三层。物理基础设施是平台的基石，包括机房、电源、服务器、网络设备等，对以上各层提供物理支撑。基础设施服务层构建在物理基础设施之上，通过虚拟化技术为以上各层提供云计算、云传输和云存储能力。平台服务支持层为云平台提供通用组件和应用，如注册系统和安全机制等。应用软件服务层为用户提供各种应用系统和软件服务，并为最终用户提供平台界面。在物流公共信息云平台的逻辑结构中，上层可以调用其直接或间接的下层所有功能，同层次各个模块之间也可以相互调用其各自的数据信息。
(二)物流公共信息云平台的体系架构
物流公共信息云平台的体系架构是指物流公共信息云平台的组成构件和各个部件间的联系，体系架构是云平台的逻辑结构在云平台系统设计中的具体化和实例化。物流产业在本质上是一种现代服务业态，服务领域涉及制造、仓储、配送、运输、报关、报检等，云平台的设计与架构应与物流服务各领域的需求相匹配。参照前述物流信息云平台的逻辑结构构建物流公共信息云平台，其体系架构可以分为三层，分别是应用服务层(即SaaS层)、服务支持层(即PaaS层)和平台基础层(即IaaS层)。云平台各个层次均有与业务匹配的相关功能、模块与硬件支持，云平台系统的三个层次紧密耦合成一个整体(如图2)。
图2 基于云计算的物流公共信息平台系统架构
1.应用服务层(SaaS层)
应用服务层采用SaaS模式，提供物流业务相关的行业/企业应用软件系统以及系统交互的数据接口软件。由于云平台提供了软件和系统，云用户无需自己开发应用软件，用户通过付费使用的方式，利用个人电脑、移动终端，通过浏览器即可实现与云端业务系统的交互。这些云端业务系统可以是行业级通用软件，也可以是企业级专用软件，并且可以在SaaS层根据实际需要新增或减少系统功能模块与应用，使得云端系统具有相当的弹性。
物流公共信息云平台的各类应用系统(如仓储系统、车辆跟踪与监控系统、报关系统、报检系统、供应链管理系统等)具有一定的开放性、独立性和可移植性，即云平台的使用者通过互联网(或未来的泛在网路)即可实现与云端系统随时随地的交互，并且不同的云用户又能获得相当于独占云平台资源一模一样的效果。同时，位于云平台SaaS层的数据接口应具有支持国际通用的电气信息接口规范和协议的能力，接口模块与应用系统之间应为松散耦合的，以方便应用系统的移植与扩展。
2.服务支持层(PaaS层)
服务支持层采用PaaS模式，这一层提供的功能一般与具体业务流程或应用服务无关，主要是为其上层(应用服务层)提供平台支持系统和平台开发功能，以满足SaaS层对其应用程序的部署和业务系统的集成功能之需要。此外，它还提供各类通用系统管理软件与组件。
服务支持层(PaaS层)事实上提供了一个应用程序运行和应用系统维护所需要的资源平台，包括程序设计与系统开发环境、分布式存储系统和文件系统等。PaaS层位于IaaS层和SaaS层之间，是整个云平台的核心。PaaS层为SaaS层提供数据与程序服务支撑，具体包括CA认证管理服务、权限管理服务、用户管理服务、日志管理服务、注册管理服务、目录管理服务、邮件管理服务和消息管理服务等软硬件功能。PaaS层的平台开发应用能使开发者搭建基于SOA架构的企业应用系统。这不仅可以大大提高在Web平台上资源的利用数量及利用效率，而且可以实现资源的共享、自动部署及动态调整。
3.平台基础层(IaaS层)
平台基础层采用IaaS模式，它提供物流公共信息云平台所必需的各种硬件、服务器、网络设备、通信设备、数据库和操作系统等。平台基础层通过虚拟化技术将所有底层硬件设施构成一个服务器集群与运行环境，在虚拟化技术下，这些基础服务集群与运行环境可以实现在计算资源和存储资源升级时不影响以上各层的正常运行。IaaS层同时还具备较高的可靠性、稳定性和兼容性。
四、基于云计算的物流公共信息平台系统设计
(一)物流公共信息云平台系统设计要求
物流公共信息云平台是一种开放性的公用信息服务平台，处理的业务种类多，部分业务逻辑流程甚至比较复杂，涉及用户面广，业务数据处理量大，要求云平台系统采取标准化设计，并具有相当的可靠性和稳定性。云平台系统面临的外部环境具有不确定性，要求云平台具有安全性。同时，随着物流产业的发展，为适应市场不断的变化需求，要求云平台系统具有一定的可扩展性。
稳定性和可靠性要求物流公共信息云平台软硬件运行稳定，具有一定的容错机制，硬件设备和系统组件具有冗余配置。在平台日常管理方面，还应做好自动或人工的数据备份以及灾难备援的预案。
标准化是现代物流的基本特征之一，体现在系统方面是指物流信息云平台应按照行业标准设计、实施与管理。同时，要求物流设施、物流单证、数据编码、数据交换报文等遵循国家、国际标准，如ISO标准、UN/EDI-FACT标准等。
平台安全性要求是指平台应具有较强的安全机制和安全防范能力，提供足够的系统安全保障和网络安全措施。要求系统硬件设备应置于专业机房内，配备不间断电源供应，实现双机热备，确保系统不间断运行。同时平台应采用安全的数据传输机制，通过加密等安全技术来实现云端数据流的安全传输。
可扩展性要求物流公共信息云平台提供各类通用集成接口或是开发出健壮的中间件，以适应第三方物流信息系统或各类业务管理系统的接入与访问。可扩展性另一层面的要求是，为了适应将来不断变化的业务发展需求，云平台软硬件均应具有可升级和对下兼容的能力。
(二)物流公共信息云平台分层系统设计与功能实现
1.云平台应用服务层的设计与功能实现
应用服务层(SaaS层)的功能与界面是平台使用者最直接关注的。如前所述，物流公共信息云平台对企业、政府和相关机构提供基础信息，满足各相关主体对不同类型信息的需求，平台系统至少应包括综合信息服务系统、物流业务管理系统、跟踪与监控系统、在线交易系统等模块(如图3)。
图3 物流云平台应用系统模块设计
物流业务管理系统是基于云计算的物流公共信息平台的主要功能，包括仓储、运输、决策、采购、报关、报检、专家系统等主要模块。跟踪与监控系统通过物流公共信息平台的GPS/GIS、RFID、电子邮件、短信息等对相关企业所关注的运输工具、物品进行位置跟踪及相关信息的记录和监控，并提供在线查询和主动报告等服务功能。物流综合信息系统提供车辆信息、路况信息、气象信息、物流政策法规、标准、行业业务知识等物流信息检索与发布服务。在线交易系统主要是指物流电子商务系统，与之相关联的还有银行、CA等，它能完成物流商务洽谈、电子合同、在线支付与结算等主要交易行为，并为物流业务的电子交易提供身份认证及资质审核等服务，以提高交易各方的可信任度，确保交易安全。
2.云平台服务支持层的设计与功能实现
物流公共信息云平台的服务支持层结构主要包括两个方面：支撑服务系统和公共服务系统。
支撑服务系统主要包括日志管理子系统、权限管理子系统、目录服务子系统、用户管理子系统以及监控与审计子系统等。在系统功能实现中，要结合系统调研需求来设计各个子系统。例如，权限管理系统应按灵活、通用的设计原则，对所有对象资源和数据资源进行访问权限控制；系统监控与审计系统实现对网络、服务器、数据库与应用服务单元的集中监控与跟踪审计。
公共服务系统具体包括注册服务(主要提供企业注册、查询和管理WEB服务)、CA认证服务(提供物流公共信息平台密钥存储分配、客户端认证机制、服务器认证机制和较高安全级别的信息认证)、邮件服务(提供平台用户的邮件发送、接收和过滤等功能，包括POP3和SMTP服务两部分)、FTP服务(提供文件上传和下载服务)、数据字典与映射服务(为用户提供数据的明确定义，并帮助用户建立系统逻辑模型和数据类型转换)、数据分析和报表服务(数据挖掘和分析、报表定制、查询、打印等服务)等。
3.云平台基础层的设计与功能实现
平台基础层为物流公共信息云平台提供底层必需的设施与设备，包括云服务器、云存储设备、云传输和网络设备等，满足服务支持层和应用扩展层正常运行的需求。这一层设计的关键技术是虚拟化，通过虚拟化设计，平台逻辑结构体系中的物理基础设施(如云服务器、云存储设备、云传输设备等)成为合用的物理资源，使这些资源能够成为服务以供调用，即硬件资源虚拟化。在编程上，可以采用类似MAP-Reduce的编程模式。而在云数据存储设计方面，可以采用谷歌的非开源的GFS(GoogleFile System)和Hadoop开发团队开发的开源HDFS(Hadoop Distributed FileSystem)来实现。
五、结束语
现代物流的基本特征之一是物流信息化，其关键是建立物流公共信息平台。云计算改变了传统的IT应用模式，使得IT资源成为服务按需使用成为可能，在信息化建设中有着成本、性能和效率优势。近年来，物流公共信息云平台的理论研究和实务应用已成为热点，并且IBM、微软等公司已经推出自己的云物流应用实例。笔者结合云计算服务体系和物流公共信息平台体系结构与功能，利用云计算技术构建物流公共信息平台、并深入的分析了物流信息云平台的体系架构、物流信息云平台的系统设计与功能实现问题，以期为我国物流公共信息云平台的构建与应用提供思路和参考。随着物流产业的进一步发展和云计算技术的日趋成熟，基于云计算的物流公共信息平台也将拥有广阔的应用前景。
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