智慧城市总体设计

2.1 智慧城市核心技术

2.1.1 物联网

智慧城市是一个有机结合的大系统，涵盖了更透切的感知、更全面的互连，更深入的智能。物联网是智慧城市中非常重要的元素，它侧重于底层感知信息的采集与传输，城市范围内泛在网方面的建设。

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、终端互联化和服务智能化三个重要特征。

物联网为智慧城市提供了坚实的技术基础。物联网为智慧城市提供了城市的感知能力，并使得这种感知更加深入、智能。通过环境感知、水位感知、照明感知、城市管网感知、移动支付感知、个人健康感知、无线城市门户感知、智能交通的交互感知等，智慧城市才能实现市政、民生、产业等方面的智能化管理。物联网的主要目标之一是实现智慧城市，许多基于物联网的产业和应用都是服务于智慧城市的主流应用的。换句话说，智慧城市是物联网的靶心。

2.1.2 云计算

云计算是一种基于网络的支持异构设施和资源流转的服务供给模型，侧重于信息的处理与存储，通过平台进行数据整合，实现协同工作。云计算可以实现资源的按需分配、按量计费，达到按需索取的目标，最终促进资源规模化，促使分工的专业化，有利于降低单位资源成本，促进网络业务创新。

智慧城市是以多应用、多行业、复杂系统组成的综合体。多个应用系统之间存在信息共享、交互的需求。各不同的应用系统需要共同抽取数据综合计算和呈现综合结果。如此众多繁复的系统需要多个强大的信息处理中心进行各种信息的处理。

要从根本上支撑庞大系统的安全运行，需要考虑基于云计算的网络架构，建设智慧城市云计算数据中心。在满足上述需求的同时云计算数据中心具备传统数据中心、单应用系统建设无法比拟的优势、随需应变的动态伸缩能力以及极高的性能投资比。

2.1.3 移动互联网

移动互联网正逐渐渗透到人们生活的各个领域，作为最便捷、最时尚、最值得信赖的技术和业务，正在深刻地改变着信息时代的生活、也给城市的发展带来全新的活力和动力。

移动互联网侧重基于移动互联的智能终端应用，是智慧城市的主要展现手段。

2.2 智慧城市的体系架构

智慧城市体系结构在城市通信基础资源之上分为四层：感知层、通信层、数据层、应用层，同时各层与城市信息化数据与联通公司内部系统进行对接。城市基础资源主要是指光缆网、城域网、互联网、移动网等网络基础资源。智慧城市建设的基础为通信网络，可以为承载智慧城市的各项应用提供高速、安全、可靠的传输通道。智慧城市体系架构如下图所示：

智慧城市体系架构图

四层分别描述如下：

2.2.1感知层

智慧城市感知层是指利用RFID、传感器、摄像头、二维条码、遥测遥感等传感设备和技术，实现对城市中人与物的全面感知。感知层是智慧城市技术体系的首要环节，主要进行信息的的采集处理，为智慧城市的高效运行提供基础信息。感知层是人的感知延伸，它扩大了人的感知范围、增强了人的感知能力，极大的提高了人类对外部世界的了解水平。

感知方式是根据被感知的信息类型，继而采取相对应的感知技术及方法。目前主要的信息类型有：数字信息、原始信息以及其他相关信息，所以主要的智慧城市感知方式可分为四类：

①身份感知：通过条形码、RFID、智能卡、信息终端等对物体的地址、身份及静态特征进行标识。

②位置感知：利用定位系统或无线传感网络技术对物体的绝对位置和相对位置进行感知。

③多媒体感知：通过录音和摄像等设备对物体的表征及运动状态进行感知。

④状态感知：利用各种传感器及传感网对物体的状态进行动态感知。

智慧城市通过身份、位置、多媒体和状态感知等多种相结合的感知方式，实现信息从汇聚阶段向“人—人”、“人—物”、“物—物”之间协同感知阶段和泛在融合阶段迈进。

2.2.2通信层

智慧城市通信层主要完成所有感知控制网络的接入，同时提供安全、可靠、准确、及时的数据传送，实现更全面的互联互通。通过各种形式的高速率高带宽的通信网络工具，将各种电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成。

由于处于下层的感应层设备种类繁多，数据接口也千差万别，因此网络层在满足多种业务接入需求的同时必须具备丰富的数据接口，处理层所需的海量数据也由网络层完成传送，这就要求网络层必须具备超大容量的网络传送能力。结合以上两方面的需求，可将智慧城市的网络层分为接入层和传送层。智慧城市各种应用的网络传送主要差别在接入层，传送层对于各种应用基本没有差异。

①传输层解决方案

在智慧城市阶段，传统的以SDH/MSTP为主的传送网已不能适应未来业务的需要。传输层呈现出分组化和智能化的趋势。其主要目标是简化网络层次和增加网络的智能特性，实现数据感知、降低网络复杂度和运营成本。

网络IP化的趋势越来越明显，随之而来的是传送层所承载的业务发生了巨大的变化。IP数据业务发展非常迅速，特别是宽带、IPTV、视频业务的发展，对传送网络提出了新的要求：传送网络能适应这种海量增长的带宽需求，并可以进行快速灵活的业务调度，完善便捷的网络维护管理。为了适应这些新的需求，传送网络分组化是必然趋势。

智能化表现在两个方面，一是体现传送网各个层面的智能控制，如波分、以太网和IP层等等，每个层面通过动态信令、协议来完成网络的自动选路和自动配置。二是传送各层之间的互动，特别是分组层（以太网、IP）与光层（波分、OTN）的互动，从而实现能进行数据感知的传送网，在提高网络的自动化程度和利用率，减少业务响应时间的同时，增加用户满意度，降低网络运维成本。

②接入层层解决方案

接入网主要的趋势是宽带化和无缝移动性。

在有线接入领域，“光进铜退”成为毋庸置疑的趋势，综合考虑带宽需求、覆盖范围和成本等因素，FTTH将成为网络建设的主要方式。

在无线接入领域，HSPA、WiMAX、LTE和AIE等技术将推动移动接入宽带化的发展，同时，手机的智能化和PC的移动化将大大促进宽带需求。

未来很长的时间内，多种接入技术将和谐共存。从带宽、覆盖范围、移动性和成本等综合考虑，没有任何一种技术能满足智慧城市所有的应用场景，多种技术接入之间的无缝移动将成为关键。郎丰利整理制作。

2.2.3数据层

通信层之上是智慧城市数据层。该层将感知层获取的原始数据（包括温度、湿度、视频等）按照智慧城市领域模型，整合到相应的领域数据库中，同时采用ETL数据仓库技术，按照时间维度、空间维度等进行城市信息仓库的建立。运用具有高吞吐率和高传输率的数据存储技术、大数据分析技术和云数据库进行数据存储、处理和分析，从而能够满足上层应用业务需求。

云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS等先进的商业模式把这一强大的计算能力分布到终端用户手中。云计算技术是实现智慧城市的关键技术，它为智慧城市的业务和应用提供虚拟的、强大的计算、存储能力。郎丰利整理制作。

2.2.4应用层

应用层直接面向智慧城市的最终用户，提供多样化的应用和服务。智慧城市三大核心领域应用系统——智慧城市管理、智慧产业、智慧民生，位于架构的应用层，通过与知识层的城市综合数据共享平台进行数据交互，实现各自的业务功能。郎丰利整理制作。

在整个智慧城市信息通信系统架构中，应用信息系统属于最上层的应用层。在应用层，需要建设智慧城市统一支撑平台，实现各类信息资源之间的关联、整合、协同、互动和按需服务。所有的智慧服务和应用都部署在统一支撑平台之上。

统一支撑平台需要提供分层、开放的体系架构，提供模块化设计，方便各种智慧应用的部署；屏蔽底层各种网络的差异；利用云计算技术，为智慧服务提供处理能力集和存储能力集；抽象出标准的服务能力，为智慧服务提供标准接口集，开放API供服务调用；提供统一的业务展现门户和统一的管理平台。

2.3 XX智慧城市的应用系统设计

XX智慧城市的应用系统主要包括：智慧城市平台系统、平安城市子系统、智能交通子系统、数字城管子系统四部分。

2.3.1智慧城市平台系统

智慧城市平台系统的建设，是以“统一网络、统一资源、统一安全、统一机房、统一管理”为方针，依托于数据中心，集成基础数据、信息服务、应用服务于一体的一个综合管理、服务、运营的平台。

XX智慧城市平台系统的建设，为XX“智慧城市”的智慧应用系统建设和部署提供一个集约、高效的基础架构环境，其主要建设内容包括：

1. 基础网络设施建设

2. 计算资源池建设

3. 网络安全设计

4. 集中运维管理平台设计

5. 机房建设

2.3.1平安城市子系统

平安城市子系统按照因地制宜、突出重点、统一规范、分层推进的思路，实现全县治安数字高清视频监控全覆盖，建成县局、派出所分级，点、线、面三类的公共安全技术防控体系。

切实提高XX防范、打击违法犯罪和处置突发公共事件的能力，增强城市减灾、 防灾、救灾能力，提升人民群众的生活品质。

全面构筑人防、物防、技防一体化的全天候、全方位、立体化的社会公共安全防控 体系，提升全县社会公共安全管理的科技含量和政法机关驾驭复杂社会公共安全的能力， 不断增强广大人民群众的安全感和满意度，为建设富裕和谐的现代化城市提供强大的科 技保障。

2.3.1智能交通子系统

通过对XX智能交通各子系统的建设，利用先进的通讯、计算机、自动控制、视频监控技术，按照各系统工程的原理进行系统集成，使得交通组织管理、交通工程规划、交通信号控制、交通检测、交通电视监控、及信息提供系统有机地结合起来，通过计算机网络 系统，实现对交通的实时控制与指挥管理，运用先进的网络技术，使得信息获取快速、实时、 准确，提高了交通控制的实效性。通过对城市智能交通管理指挥系统的应用使交通管理系统中人、车、路以及车辆之间的关系变得更为和谐有效，使XX的交通更为流畅和有序。

2.3.1数字城管子系统

依托无线通信技术、空间信息技术、行业实体库技术、工作流技术、计算机网络技术等先进技术手段，实现城市部件和事件管理的数字化、网络化和空间可视化，创新城市管理模式，再造城市管理流程，建立一套科学完善的监督评价体系，提高城市管理水平，构建和谐社会，提升城市品味。

第三章 XX智慧城市基础平台设计

3.1 系统概述

作为智慧城市的信息枢纽，服务共享与数据交换平台可同时支持纵向和横向的信息交换与共享，是整合智慧城市系统的基础设施。

在智慧城市的数据中心，服务共享与数据交换平台负责实现智慧城市统一平台与平安城市、智慧交通、电子政务、智慧医疗、数字环保等应用平台的对接。它将已按照平台标准处理后的多方数据集中至中心平台，再以统一标准对外提供数据服务，使数据按一定业务规则成为可复用的信息资源服务。同时，以服务总线（ESB）及消息组件（Messaging）支持接入（接出）多通道的消息，使城市内的各类消息可以在总线上流转，实现跨行业、跨机构的信息共享，帮助中心平台对城市数据进行综合、全面的分析与监管，及时感知城市运行状态并做出智能化响应。

纵向层级方面，可通过构建省、市、区县三级服务共享与数据交换平台实现信息的多级共享，实时、自动地上传数据、下达标准，为各级行政单位提供决策依据，从而强化智慧城市的作用范围和联动效果，提升各类行业应用的工作效能。

智慧城市服务共享与数据交换平台功能图

3.2 XX智慧城市基础平台构架

XX智慧城市基础平台计划建设在XX，平台建设包括计算资源、存储资源、网络资源。同时部署一套管理平台，其通过和资源池各个资源管理模块的接口对资源池中的各种资源进行管理，可以管理的自己包括虚拟化后的计算资源、分布式存储资源以及传统的物理机资源、磁阵资源、网络资源以及他们之下的物理设备进行运营管理，也可以对第三方软件进行运营管理，用户的私有应用软件进行管理。

同时平台中的部分物理主机单独分配给各地市自己独立支配使用，通过云计算管理平台对用户的角色进行分级管理，保证省市管理人员之间的独立性。云平台和周边网元的连接方式为：下连各地市的业务平台，需要平台支持专线、互联网等多种接入方式，同时需要对各接入节点留有相应的接口。

XX数字化城市管理系统基础设施平台主要包括网络与通信系统、工作站、服务器、存储与备份系统、网络安全系统及相关系统软件部署等，总体设计图如下：

智慧城市基础平台部署示意图

3.3XX智慧城市基础设施平台建设

3.3.1网络与通信系统建设

网络与通信系统建设是XX智慧城市的重要组成部份。其主要目的是建设覆盖全市范围的网络系统平台，并为其上的各种支撑平台、应用系统提供网络支持，并保证系统的正确连通，正常运行。

网络与通信系统要求能提供各级节点（包括XX智慧城指挥中心、中心机房、相关城市管理业务单位等）的数据传输和信息资源共享，使系统用户可以在网络上发布信息，实现跨地域、跨部门协作。智慧城市网络系统的建设主要包括以下几块内容：

Ø 核心路由交换网络设计；

Ø 与XX智慧城市指挥中心的互连对接；

Ø 与前端各子系统的互连对接；

Ø 与Internet网的互连对接；

3.3.1.1网络系统设计原则

结合XX智慧城市建设工程的实际应用和发展要求，在进行网络系统设计时，以需求为导向、以应用促发展。网络系统的建设应遵循以下原则：

1、高性能原则

网络的设计方案不但要保证理论上可行，更重要的是实际上可用。要充分考虑到应用系统的具体情况，最好地满足需求。迅速地处理通信数据，需要网络设备支持高速通信链路，提供高数据吞吐能力。

当今世界，通信技术和计算机技术的发展日新月异。方案应适应新技术发展的潮流，既兼顾了技术上的成熟性，同时也保证了系统的先进性。所选设备无论在硬件设备还是软件功能上，都在网络界处在领先地位。

2、可靠性原则

硬件网络产品的选用需具有很高的可靠性，较高的MTBF（平均无故障时间Mean Time Between Failures）值；全对称各处理器的硬件体系结构，能够做到任意一个处理器和网络接口模块出现故障都不会影响其他模块，所有的功能部件（电源、系统总线、处理器模块、网络接口模块等）均可以热插拔和冗余热备份。

除硬件的容错外，网络设备还应具备软件故障隔离和软件的热备份和热启动等，这样才能保证网络运行的万无一失。为了防止局部的故障引起整个信息系统的瘫痪，要避免网络出现单点失效。在骨干通信信道上要提供备份链路，提供冗余路由。在主要通信设备上要提供冗余配置，保证不会由于局部模块的故障影响整个设备的运行。

为了使网络可靠地运行，本方案选用了高品质、高性能价格比的产品，把故障率降到最低。同时，我们采用了系统容错技术，当网络系统内某一点出现故障时，整个系统仍然能够继续运行而不会造成停机，从而把损失降到最小。

3、安全性原则

为了保护XX智慧城市系统关键性数据的安全可靠，需要网络能够提供多种方式和层次的访问控制（包括标准访问控制列表和控制访问控制列表）。智慧城市系统要与Internet 网连接，因此要具有强大的防火墙功能和灵活有力的数据包过滤功能，为通信系统提供高质量的安全保障。

4、易维护性原则

要保证网络能正常稳定运行，要求网络维护人员可以方便地对网络设备进行远程控制和配置；并且网络设备要能够进行热插拔，方便进行日常维护。

5、扩展性原则和易于升级

随着网络用户应用规模的不断扩大，要求网络能方便地扩充容量，支持更多的用户和应用。随着通信技术的不断发展，网络要能平滑地过渡到新的技术和设备，保护用户现有投资。由于XX智慧城市业务系统的不断发展，网络系统必然随之不断扩大。因此，目前的网络设计必须为今后的扩充留有足够的余地，这样才能最好地保护投资。

6、可管理性原则

良好的组织和管理对于XX智慧城市网络的正常运转和高效使用有很大帮助。网络应该能够提供方便，灵活，有力的管理系统，让使用者可以有效地控制和管理整个网络。

随着网络规模的扩大和系统复杂程度的增加，网络的管理、监控和维护，以及网络故障的诊断和排除变得越来越复杂。为了使网络系统易于管理和维护，本方案将提供先进而完善的网络管理系统。这样，既方便网络管理员的工作，减轻了劳动强度，也提高了网络系统的管理程度。

7、开放性与标准化原则

开放的网络可以让用户自由地选择不同厂家的产品，不受原有厂家的限制。最大程度地保护用户的利益。要求网络的设计一定要基于国际标准，使用标准的通信协议。让不同厂家的设备能够在同一个网络上同时运行。

在一个复杂的大型网络系统里，必然共存着多个厂商的硬件和软件产品。网络系统的目标就是要通过不同厂商的硬件设备和计算机软件的互联，从而实现网络信息及设备资源的共享。为了保证用户的网络系统具有互操作性、可用性、可靠性、可扩充性、可管理性，应建立一个开放的，遵循国际标准的网络系统。

8、流量优化

网络流量优化将有助于提高网络带宽的利用率，尤其对于WAN 上宝贵的带宽资源。视频、语音、数据集成的多媒体应用，一方面为客户的基础网络带来了更多的增值应用，为用户提供更加简便、灵活的信息交流，同时，也大大增加了网络上的信息流量。随着应用需求的提高，对带宽的要求将进一步提高。因此，对于像视频监控这样高带宽的应用，进行网络流量的优化显得尤其重要。

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