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汽车电子标识互联网系统

2020-02-03 21:52汽车电子 人已围观

简介汽车电子标识 在互联网推广应用中,需构建全国统一集中的信息化平台,既实现商业公司、行业机构、职能部门等各类业务信息系统的对接,也实现各类用户、终端、设备与标识卡的应...

  汽车电子标识在互联网推广应用中,需构建全国统一集中的信息化平台,既实现商业公司、行业机构、职能部门等各类业务信息系统的对接,也实现各类用户、终端、设备与标识卡的应用。本文为解决汽车电子标识存在用户多、请求多、业务多、数据多等问题,详细阐述了虚拟化、云计算、大数据等分布式计算技术在汽车电子标识互联网系统中的实现。
  
  汽车电子标识是一种基于无源超高频射频识别技术和国密算法,具有唯一性、可信性、数字化、可识读等特点的技术产品。它和人民群众所使用的二代身份证很相似,同样的证号唯一、可信防伪、数字机读。但不同的是,汽车电子标识遵循国家标准《机动车运行安全技术条件》(GB7258 - 2017)的要求安装于汽车微波窗口,本身还具有车辆动态运动下的读写能力,是自动驾驶、城市智慧交通、车联网等所需的“数字身份”、“电子证照”和“前端信息共享”的理想载体。
  
  近两年来,无锡、深圳、天津、武汉、乌鲁木齐等地公安机关交通管理部门结合自身情况和管理要求,向本地机动车发行和应用汽车电子标识,取得一定的成效。但是,随着推广和发展,传统信息化的系统应用技术已越来越不能满足。一是由于发行车辆数量的增加、服务群体规模的扩大等,单应用服务的传统系统架构无论在服务并发上还是在数据数量上都已捉襟见肘;二是现有汽车电子标识系统多以地市为单位各自建设,活动的车辆和不统一的资源库催化了信息孤岛问题现象的发生;三是随着互联网、移动端等技术越来越先进和普及,仅仅只是用于公安机关显然有违汽车电子标识的初心。因此,依托虚拟化、云计算、大数据等分布式计算技术建设全国集中统一的汽车电子标识互联网系统,并以此研究和开展汽车电子标识的商业化发行和服务,是打破惯性思维,促进汽车电子标识发展的势在必行之途径。
  
  本文结合现有前沿和流行的信息化技术,探讨和研究汽车电子标识互联网系统的思路和方式,为其建设和应用提出可实现的措施和建议。
  
  系统架构
  
  采用分布式计算的汽车电子标识互联网系统并不是系统架构分布式,相反整个系统采用全国统一集中部署的方式, 进而通过内部并联应用计算节点、数据计算节点、管理节点等服务器,构成一个系统集群服务云,实现分布式计算处理。汽车电子标识互联网系统对外通过专网线路和公共线路的方式,分别向商业企业和公众群体提供请求服务;对内通过内外网安全设备,向公安机关交通管理部门的进行数据的核实和归档。主要架构如图 1 所示。
  图 1 系统架构图
  图 1 系统架构图
  
  硬件分布式
  
  硬件部署主要遵循分布式集群化、主从多备等原则,构建“负载均衡 + 反向代理 + 节点集群”的系统运行环境。
  
  虚拟化
  
  虚拟化(Virtualization)是一种资源管理技术,是将计算机的各种实体资源(CPU、内存、磁盘空间、网络适配器等),予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合为一个或多个计算机配置环境。虚拟化技术能够打破服务器实体结构间的不可切割的障碍(又称作虚拟化漂移),使用户获得比原本的配置更好的硬件资源,且虚拟部分不受现有资源的架设方式,地域或物理配置所限制。
  
  汽车电子标识互联网系统的虚拟化采用两种结构:一是通过ZStack、VMware、OpenStack 等分布式虚拟化技术。根据实际各类业务的 CPU 计算、内存容量等不同需求,将实体服务器拆分为多个虚拟服务器,并用于部署具体业务的应用软件或模块。二是通过 FusionStorage 等分布式存储技术。通过存储资源智能规划、定位、发放和自调优等机制, 将存储服务器或存储阵列虚拟化,向上层虚拟服务器提供面向对象方式的文件存储服务。
  
  反向代理
  
  反向代理(Reverse Proxy)是指服务器根据客户端的请求,从其关系的一组或多组后端服务器(如应用服务器) 上获取资源,最终将这些资源返回给客户端。反向代理既是负载均衡,也是应用层的防火墙。
  
  汽车电子标识互联网系统部署多个节点的反向代理服务器,并在其上层部署硬件负载均衡设备。既是满足标识卡认证、个性化写入、二维码扫描等业务切分的需求,也是避免链路单点故障和进一步提升访问并发处理性能的措施。
  
  数据库分布式
  
  截止到 2019 年 6 月,全国机动车保有量为 3.37 亿辆, 庞大的机动车用户群体以及每天由互联网产生的注册、识读、业务请求等海量数据,已无法通过传统或单一数据库进行支持。
  
  数据接入
  
  汽车电子标识互联网系统采用了 Kafka 组件。它是一种基于分布式事务日志架构的大规模发布和订阅消息队列技术,具有高吞吐、低延迟、持久化、实时数据处理等优点。系统将 Kafka 类聚部署于多个接入服务器中,并将前端应用层的数据写入接口按照不同的“分区”和“Topic”进行接收、分组、索引和存储。其跨集群处理和弹性扩展的优势也能够有效避免数据接入高峰时的瓶颈和阻塞问题。
  
  数据消费
  
  汽车电子标识互联网系统采用了 SparkStreaming 组件。它是一种面向实时数据流的可拓展,高吞吐量和容错性的流式处理技术。系统为 SparkStreaming 部署多个消费服务器,并将其作为 Kafka 的消费者,从多种数据源中连续获取汽车电子标识接入数据流,再以离散流(Discretized Stream)和批(batch)的方式进行划分和组织,最终提交至 SparkEngine 引擎进行脚本计算和处理。整个过程始终保持持续性。依托流式计算,系统实时承接互联网写入数据, 并开展汽车电子标识应用数据的存储、转发、统计、比对、研判等业务操作。
  
  数据存储和查询
  
  汽车电子标识互联网系统采用了Hbase 分布式数据库。它一个高可靠性、高性能、面向列、可伸缩、非关系型的分布式数据库。它运行于分布式文件系统(HDFS)之上,遵循 MapReduce 工作机制。系统完整部署了管理节点、计算节点、存储节点服务器及其配套的 Hadoop 相关组件,存储和管理汽车电子标识数据安装、注册、使用、日志等数据。此外,在互联网应用服务时,通过建立分布式多用户全文搜索引擎(ElasticSearch),实现汽车电子标识信息的超高性能定位、检索和查询。
  
  软件分布式
  
  汽车电子标识互联网应用的用户群体主要包括各类商业公司、企事业单位、行业性机构、广大驾驶人等,其访问请求具有高并发、高实时、7×24、潮汐式等特征。
  
  微服务
  
  微服务(Microservice)是一种解耦合性、弱风险发布、快速迭代、低成本扩容,弹性伸缩的云中部署、应用和服务类架构技术。微服务具有小服务、独立进程、轻量级通信、基于业务、独立部署等特点。
  
  汽车电子标识互联系统遵循微服务架构设计:一是将标识卡安装、二维码扫码、读写认证、数据检索等功能拆解成精确单一的服务接口;二是部署微服务的注册中心Eureka,API 网关 Zuul 等组件,实现业务应用模块的注册和访问;三是统筹规划不同应用场景的业务服务量级,确定分配微服务节点,通过执行微服务命令脚本,由统一的自动化发布管理信息系统向虚拟化节点服务器批量发布和管理业务应用模块。
  
  内容缓存
  
  为大量节约高频访问内容的处理资源,汽车电子标识互联系统对网页和数据进行高速缓存化。一是使用内容管理系统(Content Management System)实现网页静态化。站内网页甚至通过模板、自定义标签、文件嵌入等技术,将数据生成为 HTML 网页, 并经 FTP 协议发布至 Apache Web 服务器上,实现访问。二是使用内容数据库实现数据缓存化。通过架设Redis 服务器集群,将字典、参数、目录、日志等数据存入内存,实现低频写入高频查询类数据或是临时性数据的处理。
  
  应用场景
  
  以扫描汽车电子标识二维码为例。
  
  汽车电子标识在驾驶室内侧面的卡面上刻蚀有该标识卡的二维码和数字签名,便于车主、用户、工作人员等快速扫码使用。该二维码承载不同地区不同行业的各类商业服务需求,存在“一卡多用途”的问题。为此,汽车电子标识互联网系统设计“统一重定向”功能,即扫描二维码请求链接后, 统一由汽车电子标识互联网系统根据商业配置规则进行网址跳转重定向,实现不同服务的定制化。
  
  业务流程
  
  扫码方式包括两种:
  
  1、内部扫码方式。手机 APP 开发专用扫码功能,截取二维码中卡号信息,验证数字签名并确认合法,提交自己的后台业务系统,获取用户或车辆信息,并在 APP 中开展具体应用。该方式应用如交管 12123 手机 APP 等。
  
  2、请求扫码方式。手机APP、扫描终端等提供扫码功能, 请求二维码中链接网址,访问至汽车电子标识互联网系统, 由其分发重定向。根据权重高低,包括:
  
  (1)该标识卡已配置外部商业网站或应用的,则向其跳转。
  
  (2)该标识卡已配置导航模块的,则展示导航页面, 由用户选择跳转。
  
  (3)该标识卡没有配置的,则显示默认页面。该方式应用如微信、支付宝、商业 APP 等。工作原理
  
  扫描二维码进行请求访问的工作步骤包括:
  
  1、通过域名访问,经阿里云防护清洗、硬件防火墙、网关高频访问熔断等安全防护措施后,由电信联通双线进入系统集群网络。
  
  2、由硬件负载均衡设备轮询负载,并由被指定的Nginx 进行反向代理。
  
  3、由 Eureka 组件进行微服务的注册,发现和映射。服务注册后及时发现和路由,服务宕机后及时下线,服务异常时进行降级。
  
  4、由 Zuul 组件作为系统统一入口,实现对各虚拟化节
  
  点的微服务的整合、负载,完成反向代理后访问请求的派发和处理。同时,该网关组件也能实现蓝绿部署、金丝雀发布、熔断、流控等功能。
  
  5、位于微服务节点的二维码业务应用模块处理请求:从Redis 内存数据库中检索是否存在数据,若存在则直接进行二维码请求业务流程处理;若不存在则通过 ElasticSearch索引检索活动 Hbase 中的 rowkey,进而读取数据,完成二维码请求业务流程处理,并更新内存数据库。
  
  结语
  
  本文提出一种基于分布式计算的互联网系统构建研究, 为汽车电子标识在互联网环境开展发行、使用等业务应用场景提供了一整套切实可行的信息化技术方案,并通过在硬件、软件、数据库等不同层级上进行分布式计算、处理和串联, 实现了系统运行高并发、高性能、高数据量、高可靠的要求。此外,本研究具有较好的通用性,对于其他需要在互联网环境集中开展信息化服务的系统,也具有一定的参考性。

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