張靜宜

（太原旅游職業(yè)學(xué)院 山西 太原 030032）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個(gè)備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。該系統(tǒng)通過(guò)采用多種傳感技術(shù)，利用云計(jì)算技術(shù)以及邊緣計(jì)算技術(shù)，可以提供更加智能化、便捷化的服務(wù)，滿足顧客的多樣化需求。在邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)中，通過(guò)部署各種傳感器和智能設(shè)備，可以實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)信息的共享和快速處理。同時(shí)，利用云計(jì)算技術(shù)，可以將大量的數(shù)據(jù)處理任務(wù)交由云端處理，減輕了設(shè)備的運(yùn)算壓力，提高了系統(tǒng)的處理能力和效率。

1 邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)

1.1 邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)的概念

邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)是一種結(jié)合了云計(jì)算和邊緣計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)，它可以將復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)和數(shù)據(jù)處理分配給靠近用戶的邊緣設(shè)備執(zhí)行，同時(shí)可以利用云計(jì)算的強(qiáng)大計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源［1］。這種技術(shù)架構(gòu)可以解決網(wǎng)絡(luò)延遲和數(shù)據(jù)傳輸限制等問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)處理的效率和實(shí)時(shí)性。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)主要由邊緣設(shè)備、云計(jì)算中心和通信網(wǎng)絡(luò)組成。邊緣設(shè)備主要負(fù)責(zé)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(shí)可以將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算中心進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。云計(jì)算中心則負(fù)責(zé)處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，可以利用強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，從而提供更高效的數(shù)據(jù)處理服務(wù)和更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。通信網(wǎng)絡(luò)則負(fù)責(zé)連接邊緣設(shè)備和云計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。

1.2 邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)的特點(diǎn)

邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

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

（2）靈活性和擴(kuò)展性。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)可以靈活地?cái)U(kuò)展邊緣設(shè)備和云計(jì)算中心的規(guī)模和功能，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

（3）安全性和隱私保護(hù)。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)可以保護(hù)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(fēng)險(xiǎn)。

（4）跨平臺(tái)和跨域協(xié)同。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)可以支持不同平臺(tái)和不同領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)和跨域的協(xié)同計(jì)算和服務(wù)。

2 邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題

隨著邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)接入的設(shè)備量與數(shù)據(jù)量迅速增長(zhǎng)，任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)景變得更加復(fù)雜，用戶對(duì)設(shè)備響應(yīng)的實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。例如，視頻會(huì)議和人臉識(shí)別等對(duì)實(shí)時(shí)性有要求的任務(wù)需要加入系統(tǒng)中。在這種情況下，傳統(tǒng)云計(jì)算結(jié)構(gòu)下設(shè)備需要將數(shù)據(jù)上傳至云端計(jì)算，需要考慮數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延與排隊(duì)時(shí)延，無(wú)法滿足任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求。特別是在網(wǎng)絡(luò)狀況較差的情況下，任務(wù)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)卡頓或處理失敗的情況，導(dǎo)致總處理延時(shí)較高。具體來(lái)說(shuō)云計(jì)算模型面臨的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

（1）隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增多，數(shù)據(jù)運(yùn)算效率可能會(huì)降低。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)通常會(huì)安裝大量的傳感器、控制設(shè)備和響應(yīng)設(shè)備，每個(gè)房間內(nèi)的設(shè)備數(shù)量可能達(dá)到80 余件。這些設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，如果所有設(shè)備都與云端進(jìn)行通信，可能會(huì)導(dǎo)致云計(jì)算中心的承載能力不足，中心服務(wù)器承受的計(jì)算壓力過(guò)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?shí)時(shí)性也是一個(gè)問(wèn)題。例如，在智慧酒店系統(tǒng)中的人臉識(shí)別任務(wù)，如果終端與云端的物理距離較遠(yuǎn)，傳輸時(shí)延可能會(huì)成為任務(wù)實(shí)時(shí)性的主要限制因素。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用，如在新疆的酒店設(shè)備終端想要訪問(wèn)在上海的云服務(wù)器，直線距離相距超過(guò)4 000 km，僅傳輸時(shí)延將在30 ms 左右，無(wú)法滿足一些任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求。

（3）云服務(wù)的可靠性也是一個(gè)需要注意的問(wèn)題。云計(jì)算對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性極大，在智慧酒店系統(tǒng)中，云服務(wù)通常部署在第三方云服務(wù)器，如果網(wǎng)絡(luò)線路出現(xiàn)問(wèn)題，或者第三方云服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致服務(wù)突然終止，從而影響了本地服務(wù)質(zhì)量。

（4）數(shù)據(jù)安全問(wèn)題也不容忽視。由于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到第三方云服務(wù)器，用戶的數(shù)據(jù)有可能在傳輸過(guò)程中被竊取。此外，酒店無(wú)法對(duì)存放在云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的操控，對(duì)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(guò)程中被他人非法使用。因此，在傳統(tǒng)云計(jì)算模型中增加對(duì)隱私數(shù)據(jù)的保護(hù)和隔離就更為必要。

3 邊云協(xié)同計(jì)算在智慧酒店中的應(yīng)用

3.1 邊云協(xié)同計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算的出現(xiàn)是為了補(bǔ)充和延伸云計(jì)算，將二者的使用價(jià)值相互彌補(bǔ)。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(shí)也可以通過(guò)大量的數(shù)據(jù)以及高性能的數(shù)據(jù)計(jì)算將相應(yīng)的規(guī)則下發(fā)到邊緣，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則運(yùn)行。邊緣計(jì)算更適用于局部的、短周期的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，對(duì)于本地實(shí)時(shí)決策有良好表現(xiàn)。云計(jì)算則更適合于全局性、長(zhǎng)周期的大數(shù)據(jù)處理，適用于長(zhǎng)周期的任務(wù)領(lǐng)域。而邊云協(xié)同計(jì)算對(duì)于智慧酒店來(lái)說(shuō)具有極高的相適性，是對(duì)云計(jì)算與邊緣計(jì)算的一種權(quán)宜之計(jì)，其針對(duì)云計(jì)算模型部署過(guò)程中面臨的問(wèn)題，同時(shí)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(yùn)行環(huán)境的計(jì)算系統(tǒng)［2］。

對(duì)于智慧酒店系統(tǒng)而言，房間內(nèi)的智能HUB 設(shè)備作為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)與云服務(wù)器協(xié)同即視為邊云協(xié)同。采用該模型，可以將任務(wù)就近在本地執(zhí)行，對(duì)于酒店環(huán)境中的視頻處理、智慧門禁、實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控以及顧客的身份核驗(yàn)等任務(wù)，都可以在本地的邊緣節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，特別是需要訪問(wèn)第三方云服務(wù)器的計(jì)算任務(wù)，若將服務(wù)下沉到本地，可以有效地避免因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)線路故障或第三方服務(wù)器故障而出現(xiàn)問(wèn)題，可以大幅提升酒店智能服務(wù)的可靠性。這使邊云協(xié)同計(jì)算結(jié)構(gòu)可以解決云計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。另外，在智慧酒店邊緣設(shè)備部署與維護(hù)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)同樣可以解決。

3.2 人臉識(shí)別技術(shù)

在智慧酒店環(huán)境中的眾多任務(wù)中，我們以人臉識(shí)別任務(wù)為例，來(lái)分析邊云協(xié)同系統(tǒng)對(duì)任務(wù)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(guān)注視頻中有人臉的畫面，因?yàn)檫@些畫面包含的信息量更高。對(duì)于智慧酒店來(lái)說(shuō)，人臉可以代表很多信息。例如，可以利用人臉作為身份認(rèn)證，識(shí)別用戶，然后播放迎賓圖像；同時(shí)也可以對(duì)畫面中出現(xiàn)的可疑人員進(jìn)行跟蹤和捕捉，并在必要時(shí)進(jìn)行報(bào)警。在邊云協(xié)同系統(tǒng)中，人臉識(shí)別任務(wù)的處理流程如下：

（1）數(shù)據(jù)采集。攝像頭會(huì)捕捉環(huán)境中的視頻信息，包括有人臉和無(wú)人臉的畫面。這些數(shù)據(jù)會(huì)被實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭吘壴O(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。邊緣設(shè)備接收到視頻數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)行預(yù)處理，包括降噪、增強(qiáng)對(duì)比度等操作，使畫面更加清晰，便于后續(xù)的人臉識(shí)別。

（3）人臉檢測(cè)。在預(yù)處理之后，邊緣設(shè)備會(huì)進(jìn)行人臉檢測(cè)。這通常涉及到在視頻畫面中搜索人臉，并進(jìn)行定位和跟蹤。

（4）數(shù)據(jù)傳輸。一旦檢測(cè)到人臉，邊緣設(shè)備會(huì)將相關(guān)數(shù)據(jù)（如人臉圖像、位置信息等）上傳到云端服務(wù)器。

（5）云端處理。云端服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)行更高級(jí)的人臉識(shí)別操作，如人臉比對(duì)、身份認(rèn)證等。

（6）結(jié)果反饋。云端服務(wù)器將比對(duì)結(jié)果和身份信息反饋給邊緣設(shè)備。如果識(shí)別到的是已注冊(cè)的用戶，邊緣設(shè)備可以播放迎賓圖像；如果識(shí)別到的是可疑人員，邊緣設(shè)備可以啟動(dòng)跟蹤和報(bào)警功能。

通過(guò)邊云協(xié)同系統(tǒng)，人臉識(shí)別任務(wù)可以在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某杀竞蜁r(shí)延；同時(shí)利用云端服務(wù)器進(jìn)行更復(fù)雜的人臉識(shí)別和處理，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)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(shè)備和云端服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)，又實(shí)現(xiàn)了兩者之間的互補(bǔ)，為智慧酒店提供了更高效、安全、智能的人臉識(shí)別服務(wù)。例如，此技術(shù)運(yùn)用到酒店的入住系統(tǒng)中，顧客可以在手機(jī)客戶端進(jìn)行預(yù)定之后，直接進(jìn)行人證核驗(yàn)，省去了入住時(shí)的部分手續(xù)；利用尋路機(jī)器人帶領(lǐng)顧客走到自己的房間；多種傳感器與室內(nèi)設(shè)備組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)入戶開燈，并根據(jù)用戶偏好的情景模式進(jìn)行氛圍設(shè)置。這些服務(wù)都為顧客提供了更加智能化、便捷化的體驗(yàn)。除了提供基礎(chǔ)服務(wù)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(wù)。例如訂餐與洗衣服務(wù)、24 h 管家服務(wù)、會(huì)議室以及會(huì)議系統(tǒng)等。這些服務(wù)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(jì)算系統(tǒng)的智慧酒店系統(tǒng)具有很好的實(shí)用性和指導(dǎo)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(lái)說(shuō)有以下幾點(diǎn)：

（1）結(jié)合了云計(jì)算和邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了智慧酒店系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性高任務(wù)的處理和協(xié)同處理。

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

（3）實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別任務(wù)的實(shí)時(shí)處理和響應(yīng)，提高了系統(tǒng)識(shí)別準(zhǔn)確率。

（4）解決了智慧酒店環(huán)境中設(shè)備選擇、算力、數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全保障。

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

3.3 邊云協(xié)同計(jì)算優(yōu)勢(shì)

在智慧酒店系統(tǒng)中應(yīng)用邊云協(xié)同計(jì)算，可以充分發(fā)揮云計(jì)算和邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，完美解決現(xiàn)有的問(wèn)題。云端可以根據(jù)智慧酒店系統(tǒng)的需求，將相應(yīng)的算法部署到邊緣側(cè)，滿足酒店靈活多變的需求。同時(shí)，也可以在邊緣側(cè)部署定制的功能，以應(yīng)對(duì)酒店可能出現(xiàn)的各種情況［4］。針對(duì)智慧酒店中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)，例如人臉識(shí)別系統(tǒng)、緊急救助系統(tǒng)等，將這些任務(wù)數(shù)據(jù)處理點(diǎn)部署在邊緣側(cè)，可以減少數(shù)據(jù)的上傳步驟，滿足任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，減少對(duì)帶寬的占用，避免因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問(wèn)題導(dǎo)致緊急服務(wù)不可用的情況出現(xiàn)。同時(shí)，酒店的網(wǎng)絡(luò)管理人員可以在云端操作該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣側(cè)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃與管理，可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的升級(jí)與迭代，充分發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)［5］。利用云平臺(tái)與邊緣平臺(tái)的數(shù)據(jù)連通性，可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。例如，當(dāng)某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，云端可以及時(shí)接收到報(bào)警信息，并通知網(wǎng)絡(luò)管理人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修或更換。同時(shí)，通過(guò)分析邊緣計(jì)算和云計(jì)算的數(shù)據(jù)，可以對(duì)酒店的運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行更深入的洞察和分析，為酒店的經(jīng)營(yíng)管理提供更科學(xué)的決策支持［5］。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)具體來(lái)說(shuō)有以下幾點(diǎn)：

（1）云端可以控制邊緣計(jì)算服務(wù)，例如對(duì)邊緣側(cè)設(shè)備的虛擬機(jī)進(jìn)行參數(shù)配置，或?qū)吘壏?wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。這種控制方式使得云端可以全局管理邊緣設(shè)備，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算服務(wù)模塊作為云計(jì)算服務(wù)的補(bǔ)充。邊緣計(jì)算服務(wù)主要為本地的計(jì)算任務(wù)提供服務(wù)，可以減輕云服務(wù)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)保證本地任務(wù)的處理效率和響應(yīng)速度。

（3）本地計(jì)算任務(wù)仍然可以請(qǐng)求云服務(wù)，可以保證系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。在框架中，云計(jì)算服務(wù)與邊緣計(jì)算服務(wù)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(jì)算任務(wù)與邊緣計(jì)算服務(wù)之間可以采用多種通信協(xié)議方式，如ZigBee 通信、藍(lán)牙通信、WiFi 通信等。這種多樣化的連接方式可以適應(yīng)多種物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)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(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境［6］。

3.4 邊云協(xié)同系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)保護(hù)

通過(guò)邊緣設(shè)備之間的協(xié)同以及邊緣與云端系統(tǒng)的協(xié)同，對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行保密操作，從而保護(hù)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(guò)不同房間內(nèi)的邊緣設(shè)備協(xié)同，并利用云端對(duì)多個(gè)邊緣設(shè)備的協(xié)調(diào)管控，通過(guò)K－匿名技術(shù)，合理處理用戶的請(qǐng)求數(shù)據(jù)，從而保證用戶的數(shù)據(jù)安全［7－8］。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)終端設(shè)備需要上傳數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)和邊緣設(shè)備之間利用共享密鑰進(jìn)行通信。邊緣設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)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(qǐng)求。其次邊緣設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)分割為N個(gè)片段，并產(chǎn)生n個(gè)隨機(jī)數(shù)。每個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)分發(fā)給每一個(gè)數(shù)據(jù)片段，并將N－1 個(gè)消息片段分發(fā)給其余的邊緣設(shè)備，將剩余一個(gè)消息片段發(fā)送給云端服務(wù)器。最后通過(guò)隨機(jī)數(shù)列表，可以獲取不同的消息片段的存放位置［9］。當(dāng)用戶需要獲取數(shù)據(jù)時(shí)，可以協(xié)同其他邊緣設(shè)備，在驗(yàn)證用戶信息之后，將相應(yīng)的片段發(fā)送給云端。云端在接收到消息后，收到的是多個(gè)邊緣設(shè)備的信息，而不是特定的某一個(gè)邊緣設(shè)備發(fā)來(lái)的請(qǐng)求。這種設(shè)計(jì)可以保護(hù)用戶的位置信息不被泄露。即使收到了N個(gè)消息，重組消息后也無(wú)法通過(guò)終端的密鑰來(lái)解密信息。就無(wú)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(yǔ)

邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為了一個(gè)趨勢(shì)。邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)不僅可以提供更加智能化、便捷化的服務(wù)，滿足客人的多樣化需求，同時(shí)應(yīng)用于智慧酒店行業(yè)也可以提高酒店的運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量，降低成本和能耗，為酒店的發(fā)展帶來(lái)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署和應(yīng)用、優(yōu)化邊云協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)以及引入高效的云計(jì)算技術(shù)，可以解決面臨的問(wèn)題，提高服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效率，為客人提供更加智能化、便捷化的體驗(yàn)。