基于边缘计算的现代商业物流企业数据采集基础环境建设研究

袁 泉

（江西省烟草专卖局，江西 南昌 330025）

关键字：物流；数字化转型；边缘计算；超融合；数据采集

1 物流行业数字化转型现状

随着数字化转型的不断推进，各行业对智慧物流的需求日益凸显，物流企业迫切需要通过提高数字化水平实现对资源配置、物流作业、物流管理的全面提升，从而快速构建纵向贯通、横向协同、资源共享的现代物流体系。某现代商业物流企业处于行业龙头地位，其物流服务贯穿整个产业链，承担着保证市场运转、增强渠道掌控、服务零售户、提升竞争能力等诸多职责，同时在助力规范管理等方面发挥着重要作用。

1.1 企业数字化转型整体规划

做为现代商业物流企业，某企业已完成全国各区域中心节点（省级）的基础设施虚拟化资源池和内部移动平台建设，覆盖了各核心区域内容营销、财务、采购、投资、安全、数据中心等核心业务，以及各区域数据仓库和面向企业级服务的IT基础设施，实现统一的数据资产管理、数据治理体系和信息安全标准体系，为全面数字化转型奠定了坚实的基础。

该企业以全局价值链整合为核心的一体化发展战略和基于“点、面、线、体”的一体化运营模式，需要在顶层设计的基础上，构建一体化数字物流体系。为贯彻和落实这一战略，该企业提出了整体数字化转型发展蓝图和企业云架构。

当前现代商业物流数字化转型的关键在于推进新一代信息技术与物流实际业务之间的有机融合，构建全方位一体化新型商业物流体系。一体化数字企业战略的实施建立在新型数字基础设施之上，包括支撑应用开发和数据建设的系统和环境，也包括指导应用开发和数据建设的方法和规范。按照统一体系架构的要求，在经过顶层设计和整体谋划的基础上整合提炼出行业云平台、数字中台、工业互联网平台、标识解析体系等数字基础设施具体项目，最终形成一套覆盖全国、省级/地市级公司、设备层的多层体系，实现对应用系统设计、开发、部署、运行、运维等全过程的全面支撑，从根本上保证包括所有分支机构在内整个企业技术架构、数据架构的一致性。

图1 某物流企业数字化转型发展蓝图

图2 某物流企业整体云架构

1.2 数据采集与边缘计算在生产经营管理一体化平台中的关键作用

云平台提供基础设施资源服务和技术能力服务，由主中心节点、副中心节点和若干省级企业节点（企业云平台）形成“两级多点”的“1+1+N”总体布局。云平台软件包含平台基础组件、IaaS基础设施组件、DaaS数据库组件、PaaS中间件组件、大数据与人工智能组件、云安全组件、开发平台等类型。

为支撑一体化平台各应用系统的一体化部署和运行管理，须在企业边缘侧和设备端侧构建一体化平台的基础硬件设施，实现服务器、工控机、PDA等设备的集约使用。其中企业边缘侧环境基于X86服务器进行部署，主要包含数据汇聚与管理、边端协同管理、企业标识注册解析、标识业务管理等组件及支撑组件运行的虚拟化、分布式存储、超融合管理、操作系统、中间件、数据库等软件。

图3 某物流企业工业生产经营管理一体化平台工作方案

2 基于边缘计算的物流数据采集

2.1 数据采集存在的主要问题

该企业物流业务存在品种多，库存分散，服务目标用户多，订单量小且分散的特点。在实行配送到户的物流模式时，分拣量加大、配送频次较高，配送成本和工作人员的工作量以及工作难度大。

近年来，该企业持续开展卓有成效的技术创新实践，已在初步建成自动化、信息化的硬件平台和网络化、集成化的软件体系，仓储、分拣、配送业务已基本实现信息化管理。目前物流环节主要采用AGV控制系统、供应商管理库存(VMI)、RFID和条码等自动识别技术，为物流管理带来了更高的效率及更好的效应。

虽然目前整体自动化程度较高，但自动化设备与新一代信息技术的深度融合还有不足。物流业务对信息技术的依赖不断增加，物流数据的采集质量、分析能力急需有效提升。物流数字化对于在推动供应链商流、物流、资金流、信息流四流融合，实现全方位实时远程监控、全流程系统化综合调度、全组织敏捷优化运作的现代化商业物流上还有较大提升空间。主要存在问题包括：①采集数据信息不完整，不及时，存储周期短造成数据质量不高；②所采集的数据之间缺乏有效关联，包括与生产、质量、设备、营销等上下流数据缺乏有效协同；③物流环节多，情况复杂多变，传统物流管理平台适应性差，处理突发事件有能力较弱；④物流环节依然人工操作的环节依然存在，包括相应的数据采集工作，这就不可避免的存在数据的不准确，不及时等情况的发生。

图4 某物流企业工业互联网总体架构

2.2 基于边缘计算的物流数据采集、整理与智能决策

边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放架构，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求[1]。在该企业新型数字基础设施体系技术架构中边缘侧应用运行底座部署在生产企业、商业物流中心、原材料和辅料生产企业等各业务现场，运行在行业集中采购的边侧服务器虚拟化软件中，为一体化平台边侧应用提供统一的操作系统、语言环境、资源控制和服务支持等，统一技术栈，支撑一体化平台边侧应用的运行、管理和维护。

边缘计算能够提供边缘侧的数据采集、计算和决策能力。为保证能够对所采集的海量数据有进有效的处理普遍采用云端和边缘端分层数据管理，在解决低延时问题时一般通过基于数据流模型的数据汇聚和分析机制，另外，由于端侧设备与接口的复杂性，采集数据的类型差异较大，多源数据融合技术也是边缘计算体系建设中的关键一环。

2.3 基于超融合技术的边缘计算

端侧终端设备所产生的数据，对于高带宽和时延会有比较高的要求，计算中心从云端下沉至边缘是大势所趋。边缘计算的基本原理是在网络边缘的数据产生侧对数据进行处理和分析，通过及时响应边缘侧发起的请求，就近提供服务，进而有效地减少网络传输所产生的时延。边缘计算节点在边缘侧直接处理数据，大量本地数据不需要上传至云端，具有良好的隐私性和安全性，是分布式自治、工业控制自动化等众多领域的重要支撑技术[2]。

图5 某物流企业工业互联网分层架构

与此同时，企业用户对于IT基础构架的简单、快速、低成本方面的要求越发严格。在此基础上，超融合以其高可扩展性、高可靠性、高稳定性的特点逐步成为主流选择之一，随着超融合技术的日益成熟，其在IT业务中承的角色也逐步向核心方向发展，特别是边缘端的多样性应用场景更是发挥着日益重要的作用。

IDC研究报告显示，在全球范围内，超整合系统在2021年同比增长11.8%，同时将在未来5年保持12.6%的年复合增长率，超融合存储市场2021年到2026年的年复合增长率达到10.6%[3]。

图6 中国边缘计算服务器市场规模及预测

图7 中国超融合存储系统市场前五大供应商

3 边缘计算基础运行环境的搭建

为支撑一体化平台各应用系统的一体化部署和运行管理，须在企业边缘侧和设备端侧构建一体化平台的基础硬件设施，实现服务器、工控机、PDA等设备的集约使用，其中企业边缘侧环境基于X86服务器进行部署，主要包含数据汇聚与管理、边端协同管理、企业标识注册解析、标识业务管理等组件及支撑组件运行的虚拟化、分布式存储、超融合管理、操作系统、中间件、数据库等软件。具体包括：①边缘侧环境服务器：包含服务器硬件设备、虚拟化软件、分布式存储软件、超融合管理软件等；②边缘侧环境系统集成；③工业互联网边缘侧软件环境；④标识解析边缘侧软件。系统为软硬一体化产品，采用分布式软件定义存储架构，具备服务器虚拟化、超融合管理平台统一管理能力。服务器设备、虚拟化软件、分布式存储软件、超融合管理软件须具有较好的兼容性。

3.1 单节点硬件配置主要要求

1）2U机架式服务器设备，配备标准上架导轨。

2）采用x86架构处理器，每节点配置处理器≥2颗，每颗≥24核，主频≥2.1GHz。

3）内存配置≥512GB DDR4 2933MHz，最大支持24根DDR4内存，须支持高级内存纠错、内存镜像。

4）支持SAS/SATA HDD/SSD/NVMe硬盘，支持热插拔维护；系统盘配置≥2*960GB企业级SSD硬盘，数据盘裸容量配置≥15TB企业级SSD硬盘。

5）标 准PCIE槽 位 阵 列 卡，支 持RAID0/1/5/6/10/50/60，≥2GB缓存，支持缓存数据保护，配置掉电保护模块。

6）不少于2块双端口万兆光口网卡（含模块）、2个千兆电口。

7）配置冗余1+1电源，支持热插拔。

3.2 分布式存储软件

1）具备可视化监控功能，支持展示超融合节点运行情况及故障情况等。

2）支持按需选择扩容计算型节点、存储型节点、计算存储融合型节点。

3）单存储集群可支持扩展至最多1 024个节点。

4）具有多副本保护机制，可配置2副本或3副本或EC（纠删码），支持灵活设置副本数量。

5）具有分布式块、对象、文件存储等能力。

6）支持存储集群内节点可添加、删除，支持自动实现数据均衡，支持存储性能可实现线性增长。

7）存储系统采用分布式Server SAN架构，支持同一节点内计算存储融合，不需外置SAN存储。

3.3 虚拟化软件

1）具备虚拟机启动、休眠、重启、关闭、克隆、迁移、删除、快照等功能的批量操作能力，自带P2V、V2V迁移工具，可实现在线迁移。

2）应基于KVM开发，具备软件升级能力，服务期内支持升级至产品最新版。

3）支持麒麟、欧拉等国产操作系统。

4）支持基于统一管理界面计算、存储、网络、虚拟化平台等资源和运行情况的监控。

5）具备虚拟机安全访问控制功能，支持基于IP、MAC、端口号、时间段等设置访问规则。

6）支持虚拟机HA且预留的主机可配置，能证故障时有足够的资源用于恢复虚拟机

7）支持虚拟机的CPU、内存、存储的QoS设置，满足不同应用的性能需求。

8）支持虚拟交换机级别的用户态交换技术(OVS+DPDK），支持高性能网络转发。

4 结束语

随着现代商业物流企业数字化转型的逐步深入，系统所要处理的数据量也越来越庞大，同时以边缘计算为代表的数据能力需求也在不断前移，在对数据的存储和处理能力提出更高要求的前题下，还要具备统一交付、运维、管控能力, 边缘侧的AI能力等。超融合基础架构以其在极简部署，易于管理和维护性等方面的特性在边缘计算领域能够发挥重要作用，同时也将有力推动物流数字化转型的不断深入。