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基于GAE+SaaS模式的污水处理云平台的设计与实现
更新时间:2018-01-18 来源:《科技展望》2016年20期 作者:刘步中

1、前言

  当前随着国家对环境保护的重视,许多污水处理企业通过引入污水处理监控系统对污水处理的过程进行监控和管理,提高了其生产效率、降低了其人力成本,均收到了不错的效果。污水处理监控系统是建立在传感器技术、工业控制技术和网络技术的基础上,结合污水处理工艺所编制的一种应用系统。

  污水处理监控系统的使用可以提高企业的生产能力、减少运营支出,但受到架构方式、部署环境等的影响,这些系统本身存在着一些问题。引入国家标准和行业标准,有利于加强系统的通用性;通过改进系统架构和数据存储方式,可以增强系统的扩展性;通过增加系统的配置项目,可以使系统更加灵活。以上这些改进对污水处理监控系统的发展均具有重要意义。

2、基于行业标准的污水处理云平台

  基于HJ/T212-2005标准规范平台的结构设计、协议层次设计、通讯流程设计等,可以提高平台的通用性;通过对GAE平台数据存储区进行合理设计、基于命名空间对不同租户的数据进行隔离,可以提高平台的可扩展性;通过采用SaaS模式通用的元数据驱动模式驱动平台运行,可以增加系统的可配置能力;通过配置GAE平台,使用GAE的内置机制对云平台进行负载均衡,可以有效提升其负载能力;结合HJ/T212-2005标准中对数据格式的规定,以该格式作为“标准格式”,通过协议管理和协议转换将各类不同的数据转化为标准格式,可以降低平台中各模块的开发难度;通过抽取污水处理监控系统的需求可以对平台进行需求分析。结合以上分析,在GAE PaaS云平台上搭建一个具有污水处理监控服务器功能的,基于行业标准的,具有多租户支持能力、可配置、可动态扩展的能力的,符合四级成熟度的污水处理SaaS模式云平台是可行的。

  较之传统模式的污水处理系统,云平台可以有效地节省平台的开发、部署和维护成本,这两种方式在开发和部署方式上的区别如图1所示。

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3、污水处理云平台的设计

  基于行业标准的污水处理云平台,实质是一个SaaS模式的云平台。平台通过Internet向租户下辖的用户和第三方应用程序提供服务,其拓扑结构如图2所示。

180117 基于GAE+SaaS模式的污水处理云平台的设计与实现 (2).png

  从拓扑结构可以看出,基于行业标准的污水处理云平台充当了原有污水处理监控系统中的上位机和服务端角色:数据采集设备可以向云平台上传数据;用户可以通过云平台进行数据查询和系统配置等工作。

  HJ/T212-2005污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准中,对污染源监控系统的系统结构、协议层次等做出了指导性说明。基于行业标准的污水处理云平台的拓扑结构遵循HJ/T212-2005标准中对系统结构的规定:通过传输网络(GPRS网络、3G网络、有线网络等)连接云平台和各类数据采集设备或数据中转代理(proxy):对于可以采用TCP/IP协议和HTTP协议进行数据传输的数据采集设备,可以通过修改配置直接将数据上传地址指向云平台的相关接口,完成数据的上传;对于使用其他协议进行数据传输的数据采集设备,可以通过数据中转代理,首先将数据汇集到数据中转代理,再通过代理完成数据上传。云平台在设计协议层次时遵循HJ/T212-2005标准中对协议层次的规定,以TCP/IP协议和HTTP协议作为云平台与数据采集设备交互的基础传输层,并通过基础传输层的接口为应用层提供数据。

4、污水处理云平台的系统实现

  污水处理云平台采用Java语言为基础语言,采用J2EE技术搭建各个模块的内部框架。为增加框架的灵活程度、提高开发时的方便性,模块内部框架架构时引入了J2EE中常用的Struts2和Spring等开源中间件,并遵循MVC设计模式对框架进行了设计。

  MVC基础框架由配置文件和一系列接口、基类组成。配置文件以web.xml为入口,并通过引入Struts2框架实现模块的MVC三部分分离,从而实现模块的响应框架。响应框架的基本结构如图3所示。

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5、结语

  污水处理云平台是一个SaaS模式的污水处理监控上位机,充分利用了GAE平台和存储、服务等的特征进行实现。参照HJ/T212-2005标准规范系统的结构设计、协议层次、通讯流程和数据结构等设计平台,提高了平台的通用性;通过采用key-value方式的数据存储区扩展方案提高平台的可扩展性;通过引入元数据驱动机制提高了平台的可配置型;充分利用GAE平台的特点提升云平台的负载能力。针对污水处理这一特定的应用环境,通过提供接口允许各类数据采集设备接入平台;通过采用基于HJ/T212-2005规定的数据格式作为标准格式完成数据转换,提高平台的兼容性;通过引入OAuth认证机制确保平台安全。通过云平台的搭建和与传统污水处理系统的对比,证明了污水处理云平台的可行性。

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