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        智慧路燈信息化網絡及信息安全系統設計

        來源:浙江省照明學會 發布時間:2016-06-30瀏覽:367
        城市智慧路燈桿信息化應用系統充分利用有線和無線的一切可能獲得的通信網絡資源實現燈桿感知器與上層應用的通信,從網絡安全、信息安全和服務安全的角度出發,建設智慧城市運營管理中心,打造智慧城市信息與服務云平臺、智慧城市網絡運維中心和智慧城市信息服務中心。
        徐芬  程成  何飛
        杭州瑞琦信息技術有限公司
         
        摘要:充分利用好城市的路燈,打造智慧城市通信互聯的基礎設施已成為一個被各級政府廣泛重視的話題。通過建立城市公共基礎數據庫和城市公共信息平臺,實現無處不在的通信和傳感網絡。城市智慧路燈桿信息化應用系統充分利用有線和無線的一切可能獲得的通信網絡資源實現燈桿感知器與上層應用的通信,從網絡安全、信息安全和服務安全的角度出發,建設智慧城市運營管理中心,打造智慧城市信息與服務云平臺、智慧城市網絡運維中心和智慧城市信息服務中心。

        關鍵詞:智慧路燈  信息化  傳感網絡

        1 背景

        最近,國務院下發了《促進大數據發展行動綱要》,從國家層面強調了大數據處理及應用的重要性。信息技術與社會生活的交融必然引發大數據、云計算等信息技術的迅速發展。越來越多的信息化產物孕育而生。社會日新月異的變化,城市人口不斷擴容(科學家預計,到了2050年,三分之二的人口將會生活在城市中)所造成的城市通訊要求的提高以及信息存儲、處理量的不斷攀升,催生出越來越多的智慧城市信息化設施。

        新一代的智慧城市相關設施通過無處不在的互聯網接入,高速的信息傳輸以及強大的數據分析,以滿足當今社會海量的信息互通要求,以及綜合化、多元化的市政管理需求;涉及的工作內容包括,設計各水平層面的共享平臺和機制、實現全區信息化的互聯互通和標準的統一、打破信息孤島,避免重復建設、建立城市公共基礎數據庫和城市公共信息平臺。要實現這個智慧城市戰略,無處不在的通信和傳感網絡的建設非常關鍵。如何充分利用好城市的路燈,打造智慧城市通信互聯的基礎設施已成為一個被各級政府廣泛重視的話題??梢哉f,哪里有路燈,哪里就是城市。在智慧城市的時代,基于城市廣泛分布的路燈建立路燈通信及傳感網絡,可以避免城市基礎網絡傳感設施的重復資金投入。所以說,路燈是城市通信和傳感網絡部署的重要載體。

        2015年4月10日,城管委上報市委《關于綜合利用路燈網絡資源推進“智慧城管”建設的建議》,省委常委、杭州市委書記龔正做了重要批示:“設想建議很好望深化研究,形成試點方案,逐步完善,擴大試點。”

        2 系統網絡整體設計
        2.1 系統組成


        圖2.1 城市路燈桿信息化應用系統組成
         
        如圖2.1所示,從網絡架構上看,城市智慧路燈桿信息化應用系統主要由以下部分組成:智能燈桿、城市WiFI網絡、燈桿物聯網、智慧城市信息與服務云平臺、智慧城市信息服務中心和智慧城市云平臺運維中心。

        智慧燈桿是整個路燈桿綜合信息化利用的物質基礎。這里所說的智慧燈桿就是帶有智能化終端的燈桿。它是燈桿智能化網絡的基本節點。用來實現燈桿的對外通信聯系和路燈照明的智能化控制。

        城市WiFI網絡是依智能燈桿打造的城市專用WiFi網絡。該網絡提供三個最基本的服務:1、對民眾開放,提供免費WiFi上網和市政信息查詢,如民眾在進入互聯網服務前先進入市政服務網主頁面,注意重要的市政通告等;2、對城市管理工作人員開放,提供城市管理專網服務。登記、認證過的工作人員可通過這個WiFi網絡自動進入城管內網,在現場處理辦公室事務,提高工作效率;3、對燈桿相關設備開放,提供數據傳輸服務(物聯網), 如監控攝像頭的聯網服務等。

        燈桿物聯網是整個方案的網絡感知層,包括燈桿基礎傳感設備、單燈、開關箱、充電樁等設施,運用大數據分析電源、照明信息、充電信息等,通過建設數據倉庫,進行數據挖掘、數據轉換。燈桿物聯網充分利用有線和無線的一切可能獲得的通信網絡資源實現燈桿感知器與上層應用的通信。有線主要是電力載波通訊,無線主要是通過城市WiFi網絡。第一步將物聯網感知層的數據通過通信網傳至對應的應用服務器上,服務器將對應數據推送至對應部署的子應用服務端,運用公網通訊方式,將相關數據信息進行數據分類,傳輸到燈桿信息化的上層使用對象。

        智慧城市信息與服務云平臺是一個互聯網應用層,一個彈性工作的云平臺。具體服務內容可根據智慧城市建設目標和投資成本靈活裁剪。在智慧路燈信息化系統中,這個云平臺包含如下服務:智能安防后臺服務;城市信息發布服務(LED屏后臺);WIFI 無線城市網絡管理平臺;智能照明路燈控制和管理平臺;語音通知廣播平臺;電動汽車充電樁管理平臺。

        智慧城市信息服務中心是智慧城市管理的指揮、服務中心,也是智慧城市管理部門提供對外服務的窗口。

        智慧城市云平臺運維中心是智慧城市云平臺運營和維護人員工作的場所。工作人員可通過遠程接入,通過Web應用實現對云平臺的綜合、遠程管理,提供對整個網絡運行的技術保障。

        2.2 網絡及信息安全策略

        智慧城市建設涉及到市政、民眾、宣傳等人們日常生活相關的各個層面的信息采集和共享。因此,網絡和信息的安全保障是智慧城市網絡建設過程中不可不考慮的問題,必須從系統設計的第一天加以重視。

        2.2.1 網絡安全設計

        在網絡安全設計的總體考慮如圖2.2所示,遵循下列設計原則:
        1、網絡的接入部分必須設計成私有網絡。也就是說,燈桿之間的互聯,燈桿與外設之間的互聯(物聯網)都必須使用私有網絡。
        2、城市WiFi的接入部分必須設計成私有網絡。也就是說,城市WiFi網絡必須通過云計算中心才能與互聯網連接,保證網絡接口物理隔離。
        3、城市WiFi與公共傳輸網絡的接口必須受到物理安全保護。
        4、網絡管理和應用終端必須受到網絡保護,如通過DMZ、防火墻隔離,保證互聯網連接安全。

        圖2.2 網絡安全總體設計
         

        2.2.2 信息安全設計

        系統的信息安全總體方案如圖2.3所示。

        圖2.3 信息安全總體設計
         
        設計遵循如下原則:
        1、信息處理按固定域劃分:燈桿私網接入域、云計算安全域和辦公安全域。域內信息處理受物理網絡范圍限制。
        2、域和域之間的信息交流必須通過VPN或移動專用APN服務。
        3、所有通過網頁實現的網絡管理活動必須使用SSL加密保護。
        4、手機APP的開發必須遵循數據“沙坑”隔離開發原則,保證移動APP服務之間信息隔離。

        2.2.3 服務安全設計

        系統的服務安全架構如圖2.4所示。設計的核心思想是:
        1、首先保證通信通道的安全。任何一個設備和個人要加入城市WiFi網絡或訪問系統或子系統必須通過系統授權認證。
        2、系統網關平臺只能通過網管中心訪問。
        3、網絡管理員必須分級授權。
        4、服務授權必須分業務執行,分級管理。
        5、網管授權和服務授權分離,即網管人員不能給自己授權信息使用授權等。
        6、系統中的制定服務只能發生在指定設備和云平臺之間。定義的服務之間不能直接互訪,例如,智慧照明系統由燈桿控制單元和智慧照明管理云平臺之間進行,其他服務不能在云平臺以外的地方進行數據交換。
        7、服務項目之間的信息交換只能通過數據庫進行,保證數據安全。

        圖2.4 服務安全總體設計
         

        3、智慧城市運營管理
        3.1 智慧城市信息與服務云平臺

        智慧城市信息與服務云平臺采用通用計算機服務器和虛擬機實現。根據實際建設環境,該云平臺可通過阿里云、華為云等云服務實現,也可通過企業或政府自己的云服務數據中心實現。根據實際物理資源和IT人力資源條件,方案中的云平臺也可根據業務采用混合實現手段,如網絡服務放在服務云中實現但把視頻推送服務平臺放在當地的數據中心中。

        3.2 智慧城市網絡運維中心

        智慧城市網絡運維中心是整個網絡基礎設施的一部分, 是網絡運維的技術保障部門。該中心獨立于智慧城市信息服務中心。該中心的核心任務是保障智慧城市WiFi網絡的安全、可靠、穩定地運行。

        3.3 智慧城市信息服務中心

        智慧城市信息服務中心是智慧城市系統的對外服務部門, 對外服務的窗口,負責各個分系統的使用和信息發布,如城市路燈照明的管理,經濟效益評估等。該中心也負責新業務的需求開發,促進智慧城市網絡的發展等。

        4、系統測試結果

        經系統在杭州市黃姑山路實測,實測結果如表4-1所示。用戶在智慧燈桿300米范圍內,可進行無線WiFi體驗,網絡較為穩定。從6月5號到6月23號, 一共通過燈桿wifi上網的25次。手機認證24次,QQ 認證1次。

        表4-1  無線網絡實測結果數據表

         
        在沒有經過宣傳的情況下,經過半個月的初步試點,快充(僅白天使用)有電動汽車充電10次,平均每天達次0.526次,高峰期達5次,慢充每天有電動汽車充電23次,平均每天達次2.86次,高峰期達7次;市民免費WIFI熱點上網達人次32次;推送“五水共治”“垃圾分類”等公益宣傳片24時/天;更換LED路燈18盞,節電率達到52%。綜上所述,智慧路燈信息化網絡系統設計已逐步在智慧城市的建設中取得實際成效,后續可進行大力推廣。

        編輯精選

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        —— 2016/06/30 15:48:00

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        —— 2016/06/30 15:48:00

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        智慧路燈信息化網絡及信息安全系統設計
        —— 2016/06/30 15:48:00

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