基于云计算的食品安全追溯系统的研究与应用

石东贤

摘要：食品安全问题越来越受到重视，出现了很多食品安全追溯系统来记录食品成长的各个过程。该文提出了食品安全追溯系统的总体设计和基础的云计算平台方案，并研究了追溯系统的主要功能和相关管理方法，构建了一套安全的数据存储体系，可以实现全球范围内食品的跟踪与安全信息共享。

关键词：云计算；网络架构；追溯；数据存储

如何保障和监管食品安全已经成为了消费者、经营者和政府共同关注的问题。对复杂的食品供应链进行记录和追踪，使产品质量和责任可以追溯，并保证成本较低，较为有效的方法是利用现代信息系统技术，对各种食品进行有效标识，建立从生产到消费的全过程管理信息系统。依托国内外先进的食品检测和云计算技术，搭建操作性强在线追溯平台，通过手机二维码给食品添上“身份证”，同时建立安全的存储管理体系来保障身份数据信息，并有效分享给不同的生产者、管理者和消费者。

1平台设计

1.1总体设计

本文以水果的种植和流通为例，平台的整体框架如下图所示，将以食品安全管理数据库为应用支撑平台，以安全追溯云平台为核心业务平台，支持多种系统的接入方式，同时为多系统平台交互提供相应的支持。

其中，应用支撑平台支持食品信息服务、食品安全追溯和食品管理信用评估等系统，这些都建立在总的云计算架构下，为食品安全追溯系统提供以数据为主的应用支持。

1.2云计算平台设计

传统的食品追溯系统建立在传统的网络系统下，往往存在以下几个问题：

1）服务器数量剧增

在每台服务器上只运行一种应用，一方面造成服务器资源利用率低下，可能CPU利用率平均不到10%，另一方面每当有新业务需求时，就必须增添一台物理服务器，造成服务器数量剧增，这样不仅增加了硬件成本，而且加剧了对数据中心的机房空间、空调和电力的消耗。

2）业务连续性缺乏保障

各类业务系统均运行在单一物理服务器上，既缺乏HA高可用性保护，也缺乏备份/快照等可靠性措施保护。一旦某台服务器出现故障，其上运行的应用就会中断，且需要很长时间才能恢复运行。

3）服务器资源利用率不高

每台服务器上基本只运行一种业务，虽然在峰值时段会达到40%-90%左右的资源利用率水平，但是大部分时间的服务器资源利用率都在10%以下，未能充分利用现有服务器的处理能力。

为了解决这些问题，我们采用了云计算基础平台，该平台将为食品安全追溯系统提供基础的网络、存储和计算资源，为了更好地实现追溯系统的安全性、高可用性，我们采用了服务器的虚拟化技术和分布式存储技术来完成该架构。

2功能设计与关键技术研究

本文将从记录、查询、信用和统计分析4个方面来实现对基于云计算的食品安全追溯的综合管理。

2.1记录管理

生产经营记录是食品追溯系统建设中的基础信息，是保证生产经营者真实地记录消费者所关心的各个阶段的信息，以便于查询，使消费者可以感受到生产经营者对食品安全负责任的态度。为了更好地实现记录的客观性，并减轻经营者的工作效率，很多记录将采用物联网的思维模式，比如草莓在大棚里的温湿度，光照强度、湿度等等将实时记录，并联合农产品培育专家构建草莓生长模型，对真实的草莓生长进行实时分析和评估，对存在的问题进行提醒，方便经营者提高作物生产质量。

2.2查询管理

消费者在超市或者商场等地方购买产品时，可以通过手机在产品的二维码中扫描追溯食品的各种记录，包括传感器的实时数据、经营者手工记录、阶段评估报告、物流信息和安全检测结果等等数据，让消费者随时可以看到一种水果从种子到果实到最后送到自己眼前的全过程，一方面增加了产品的透明度，提高了产品的安全性，另一方面也让消费者更加放心购买该产品，提升了产品知名度。二维码这种方式零距离连接了生产者和消费者，是构建整个食品追溯制度的信息技术核心之一。

2.3信用管理

信用是食品安全追溯是否能够成功实施的基本保障。如何对追溯过程中的每个环境进行信用等级评估是关键所在。本文从结合用户和食品两者来构建一个比较科学的食品安全追溯信用评估体系，特别是用户与用户之间的信用计算，大部分的问题都出于管理人员本身的不负责任或者以假充真、以次充好、擅改标章或记录的情况，并建立一套合理的惩处方法。

2.4统计分析

随着大数据的快速发展与应用，统计分析也从原先的单一结构转变成复杂的分布式的数据结构，本文主要对各个环境中的记录数据，包括水果的成长记录、用户跟踪监测记录等数据进行建模，并评估具体某个状态下水果的实时成长报告并帮助提供解决方法，当然有些可能就会采用自动化技术来实施，如缺水的话就通过自动灌溉方式来满足。

3数据存储设计与实现

3.1存储架构

本文将采用openfiler分布式存储技术作为食品安全追溯平台的存储架构，并通过VMWare vSphere云计算解决方案构建整个云平台。在云平台中根据项目需求构建多个数据中心，每个数据中心以vCenter作为服务器，并配备一定数量的ESXi主机，通过ESXi主机建立不同类型的虚拟机满足食品安全追溯平台需求。同时，在该平台中通过openfiler来实现存储资源的调度。

3.2迁移实现

当一台主机因为资源限制或者达到一定的高峰而影响到性能时就会在平台中采用迁移等技术来解决问题。本食品安全追溯平台将在不同的ESXi主机之间来实现迁移。由于迁移受到一定的条件约束，比如主机的真实物理硬件CPU型号，会影响到迁移的实施。因此本食品安全追溯平台在构建基础架构时采用了统一的物理硬件設备来保障系统更加高效的实现数据的安全。

4总结

通过对食品安全追溯云平台的设计与研究，包括系统的主要功能和数据存储架构，探索了云计算在食品安全追溯平台中的可行性和重要性，特别是通过迁移等技术实现高性能和数据的安全。endprint