華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 魏育坤

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再局限于本地，越來(lái)越多的用戶選擇將個(gè)人數(shù)據(jù)部署到云服務(wù)器。云服務(wù)的廣泛應(yīng)用極大地增強(qiáng)了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的流通、降低了用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的成本，為未來(lái)的發(fā)展帶來(lái)了無(wú)限的可能。

1.發(fā)展現(xiàn)狀及主要問(wèn)題

就目前而言，民用市場(chǎng)上存在著各式各樣的云存儲(chǔ)服務(wù)，如：Google Drive、iCloud等。然而，使用這些云存儲(chǔ)服務(wù)通常需要付出高昂的服務(wù)費(fèi)用，數(shù)據(jù)的傳輸速率隨網(wǎng)絡(luò)狀況而波動(dòng)，且信息泄露的狀況時(shí)有發(fā)生[1-3]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種便攜式無(wú)線存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)方法，以搭載Ubuntu系統(tǒng)的Raspberry Pi為硬件依托，具有成本低廉、傳輸速率穩(wěn)定、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)云存儲(chǔ)服務(wù)存在的不足。此外，存儲(chǔ)器采用“太陽(yáng)能+蓄電池”雙供電的設(shè)計(jì)模式，兼具環(huán)保性。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

本文技術(shù)框架主要由五個(gè)部分構(gòu)成，從下到上依次為：硬件層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層。如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 硬件層

硬件層作為系統(tǒng)架構(gòu)的最底層，擔(dān)負(fù)著支持軟件系統(tǒng)運(yùn)行的任務(wù)。系統(tǒng)的硬件部分主要由微型開發(fā)板樹莓派(Raspberry Pi)、蓄電池、太陽(yáng)能板及光伏控制器組成。其中，Raspberry Pi搭載Ubuntu操作系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行云服務(wù)的開發(fā)；蓄電池支持外部充電，其存儲(chǔ)的電能可為Raspberry Pi供電；太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)光伏控制器調(diào)節(jié)后為蓄電池充電。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)用戶信息、用戶數(shù)據(jù)及系統(tǒng)資源的重要容器。用戶對(duì)用戶信息、用戶數(shù)據(jù)的訪問(wèn)與管理均是基于數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的。在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)的類型時(shí)，要以實(shí)際需求為導(dǎo)向，以確保管理效率的最大化。

2.3 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層區(qū)分了用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的類型。用戶訪問(wèn)云服務(wù)時(shí)，首先需要驗(yàn)證用戶名及口令，驗(yàn)證通過(guò)后可以訪問(wèn)對(duì)應(yīng)賬戶的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)部分在邏輯上是相互獨(dú)立的。與數(shù)據(jù)庫(kù)不同的是，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是以用戶交互劃分的，它屏蔽了底層細(xì)節(jié)，對(duì)上層提供統(tǒng)一接口，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。

2.4 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層描述了系統(tǒng)的主要功能。就本系統(tǒng)而言，系統(tǒng)功能主要體現(xiàn)在：用戶信息管理、用戶數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)空間管理。用戶信息管理包括對(duì)用戶信息進(jìn)行的一系列操作，如：更改密碼、設(shè)置用戶組等；用戶數(shù)據(jù)管理則與用戶存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)密切相關(guān)，用戶可以對(duì)存儲(chǔ)在云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、刪除、移動(dòng)、在線預(yù)覽等操作，其中，在線預(yù)覽包括對(duì)圖片、視頻、文本文檔的實(shí)時(shí)查看；數(shù)據(jù)空間管理涉及到用戶數(shù)據(jù)的規(guī)劃，主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)空間的分配及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置的設(shè)置。此外，業(yè)務(wù)邏輯層還包括用戶與界面的基本交互，圖中不再單獨(dú)列出。

2.5 表示層

表示層是最終展現(xiàn)給用戶的界面。用戶可使用Web瀏覽器或通過(guò)專門的應(yīng)用訪問(wèn)云服務(wù)器。Web端具有界面友好、訪問(wèn)便捷、多平臺(tái)兼容等特性，而移動(dòng)端App相較于Web端功能更加豐富、性能也更為穩(wěn)定，但需要針對(duì)不同的操作系統(tǒng)進(jìn)行定制開發(fā)。

3.設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)器主要由觸控屏、Raspberry Pi、供電模塊及外殼四部分組成，設(shè)備的概念設(shè)計(jì)如圖2所示：

圖2 概念設(shè)計(jì)

各部分的功能介紹如下：

·電容式觸控屏：位于存儲(chǔ)器的頂部，與Raspberry Pi相連，用于數(shù)據(jù)庫(kù)文件的實(shí)時(shí)預(yù)覽及可視化管理。具體配置為：3.5英寸IPS屏幕，分辨率為800*480，刷新率為60Hz。系統(tǒng)待機(jī)時(shí)，屏幕處于關(guān)閉狀態(tài)以降低能耗、延長(zhǎng)存儲(chǔ)器的續(xù)航時(shí)間；

·Raspberry Pi：位于存儲(chǔ)器的中部，是設(shè)備的核心部分。具體配置為：ARM Cortex-A53 1.4Ghz CPU，1GB LPDDR2 RAM，且內(nèi)置有無(wú)線網(wǎng)卡，支持建立熱點(diǎn)以允許其它設(shè)備的連接。通過(guò)對(duì)應(yīng)用軟件的開發(fā)，可將云服務(wù)程序部署并運(yùn)行于上述開發(fā)板之上；

·供電模塊：為觸控屏及開發(fā)板提供電能的模塊。供電模塊包括一塊可充放電的蓄電池、三塊太陽(yáng)能電池板及光伏控制器。其中，太陽(yáng)能電池板通過(guò)光伏控制器與蓄電池相連，太陽(yáng)能電池板采用折疊式設(shè)計(jì)，電池板之間通過(guò)鉸鏈連接。當(dāng)需要隨身攜帶存儲(chǔ)器時(shí)可將電池板折疊以增強(qiáng)設(shè)備的便攜性，每塊太陽(yáng)能電池板的額定功率為2.5W；

·外殼：用于連接存儲(chǔ)器個(gè)各個(gè)組件。在確定存儲(chǔ)器各部件的參數(shù)信息后，可通過(guò)CAD、SolidWorks等設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建外殼的三維模型，并使用3D 打印機(jī)進(jìn)行打印。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，選用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，采用基于PHP開發(fā)的開源項(xiàng)目ownCloud作為云服務(wù)的服務(wù)器端及客戶端的解決方案。通過(guò)Raspberry Pi建立的熱點(diǎn)，外部設(shè)備可通過(guò)WiFi連接至無(wú)線存儲(chǔ)器。

圖3給出了系統(tǒng)的Web界面，左側(cè)為登錄界面，用戶輸入用戶名及口令，并通過(guò)驗(yàn)證后即可訪問(wèn)賬戶下的數(shù)據(jù)文件；右側(cè)為文件預(yù)覽界面，用戶可對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件進(jìn)行在線預(yù)覽、移動(dòng)、刪除或上傳新文件等操作。

圖3 Web界面

通過(guò)實(shí)際測(cè)試，系統(tǒng)支持用戶信息管理及用戶數(shù)據(jù)的基本操作。此外，系統(tǒng)支持視頻、圖片、Word文檔等格式的文件的在線預(yù)覽，可滿足用戶在數(shù)據(jù)高速傳輸、數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)的可視化管理等方面的需求。

4.總結(jié)

從低速到高速、從有線到無(wú)線，存儲(chǔ)技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步一次次地見證著時(shí)代的發(fā)展。本文提出的便攜式無(wú)線存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)方法在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)云存儲(chǔ)服務(wù)存在的不足，為用戶提供了新選擇。然而，該方法仍存在一定的不足，具體體現(xiàn)在：(1).存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間是基于外部存儲(chǔ)介質(zhì)的，這意味著數(shù)據(jù)的最大傳輸速率可能受制于外部存儲(chǔ)介質(zhì)的質(zhì)量；(2). Raspberry Pi在處理多用戶同時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的情形時(shí)便顯得捉襟見肘，在一定程度上影響了用戶體驗(yàn)，有待進(jìn)一步研究。