Research on the Construction of Data Center of Waste Paper Recycling Supply Chain
Based on Cloud Computing
和征 HE Zheng；李彦蓉 LI Yan-rong；雷文浩 LEI Wen-hao；
何玲玲 HE Ling-ling；梁加昕 LIANG Jia-xin
（西安工程大学管理学院，西安 710048）
（School of Management，Xi'an Polytechnic University，Xi'an 710048，China）
摘要：云计算数据中心的构建对废纸回收供应链的运作和管理起到了很重要的作用。本文在文献综述的基础上，提出了废纸回收供应链的云计算数据中心的概念，设计了废纸回收供应链的云计算数据中心的架构。最后，以我国一个废纸回收企业的供应链运作过程为例，说明了云计算数据中心在废纸回收供应链运作过程中的应用，同时也验证了该体系结构的应用合理性。
Abstract: The construction of cloud computing data center plays an important role in the operation and management of waste paper recycling supply chain. On the basis of literature review, the concept of cloud computing data center of waste paper recycling supply chain is put forward, and the architecture of cloud computing data center of waste paper recycling supply chain is designed. Finally, taking the supply chain operation process of a waste paper recycling enterprise in China as an example, the application of cloud computing data center in the operation process of waste paper recycling supply chain is illustrated, and the rationality of the application of the architecture is verified.
关键词：云计算；数据中心；云计算数据中心；废纸回收供应链
Key words: cloud computing；data center；cloud computing data center；waste paper recycling supply chain
中图分类号：F274 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）29-0157-04
0 引言
废纸回收不仅可以缓解环境的压力，还是可持续发展的重要举措，尽管一些企业将环境保护的责任融入到企业追求利润的过程中，但是，废纸回收的执行力度受到供应链上下游企业成本和利润的限制，废纸回收的数据处理能力影响着供应链系统的运行绩效。但是，废纸回收企业仍然使用传统的方式管理着庞大的废纸回收数据，导致供应链运转流程过于复杂且成本过高。为了规模化、智能化地管理废纸回收数据，很多废纸回收企业采用云计算技术，构建废纸回收供应链数据中心。云计算数据中心可以方便地管理废纸回收供应链运行过程中产生的数据，并对这些数据进行处理，从而产生各种数据价值和服务，以满足企业运营管理需求和市场的个性化需求。因此，本文将对基于云计算的废纸回收供应链数据中心的架构设计进行研究。
1 文献综述
废纸回收能够产生巨大的经济和社会效益。它不仅可以减少污染、节约能源，还可以实现社会的可持续发展[1]。张亮亮研究了再生资源利用问题，通过梳理再生资源回收物流和逆向物流的相关文献，提出了再生资源回收供应链的关键组成部分，建立了多品种、单品种单周期的模型[2]。张席洲和尹石磊通过在循环经济模式下，规划了回收物流系统，使得经济功效与环保属性得到和谐共存，从而达到高效地助力于工业经济的可持续发展[3]。任林在参考重庆市的回收物流的具体情况的基础上，结合再生资源回收利用的业务流程，构建了基于数据的网络平台模型[4]。王丽杰等研究了废纸回收在欧洲的发展情况，从宏观经济得出相关的影响因素，设计了逆向物流管理的架构模型[5]。周越等以废纸为研究对象，对造纸厂逆向物流的运行模式进行了分析，提出了造纸厂逆向物流运行中存在的问题，并给出相应的对策[6]。目前，我国尚缺乏有效、完善的废纸回收管理机制。为了促进废纸自由市场的发展，通常将废纸外包给物资回收公司。但这些物资回收公司通常将其层层外包给所在区县的物资回收站进行收购，无形中增加了废纸回收环节的冗余成本，导致废纸回收管理混乱，并产生了大量的沉淀数据，无法得到数据分析结果，导致决策者不了解真实问题，使得废纸回收的执行和监督力度不够[7]。而利用云计算技术，建立废纸回收供应链的数据中心，对于废纸回收数据进行处理和挖掘，使得废纸回收供应链的运作成本降低，从而提高了废纸回收供应链的运作绩效。
有关云计算数据中心的研究，王斌锋等在云计算技术趋势的影响下，预测了云计算数据中心网络未来的发展趋势。数据中心网络的特性不仅体现在规模、带宽、多链路、扩展性、灵活性的提升和成本的降低上，还体现在对虚拟机动态迁移的支持以及网络虚拟化等方面[8]。刘冬邻针对传统数据中心存在的问题，设计了基于云和各种网络及应用安全技术的高可靠双活数据中心架构方案，建成的双活数据中心运行良好，可靠性显著提高[9]。张向睿等认为数据中心的系统架构具有稳定性，所有功能都可以根据预期做出反应，并能满足制造业项目管理的要求，大幅提高了制造业的项目管理水平[10]。王超设计了云计算数据中心可扩展服务器和云计算能耗优化管理的架构，并优化了云计算数据中心扩展服务器的能耗[11]。闫龙川等认为云计算数据中心是重要的电力用户，其消耗电量随着互联网发展和国家数字化建设快速增加，对数据中心进行能量管理和优化是绿色经济的必然要求，并展望了未来新一代人工智能技术在云计算数据中心的研究和应用趋势[12]。
综上所述，废纸回收供应链运作过程中将会产生数据巨大、形式各样的数据，借助云计算数据中心，对这些数据进行处理、存储、交换、计算、分析和挖掘，从而产生各种数据服务。本文将废纸回收供应链与云计算数据中心纳入到统一的研究框架，设计废纸回收供应链的云计算数据中心的基础架构、技术架构和存储架构，并通过一个实例说明云计算数据中心在废纸回收供应链运作过程中的应用流程。
2 基于云计算的废纸回收供应链数据中心架构
废纸回收供应链主要由废纸回收站、废纸供应商、废纸打包企业、废纸再生产企业（造纸企业）、销售商、零售商等成员企业组成。其中，废纸再生产企业是供应链的核心企业，它会根据最终用途购买废纸进行加工，这些废纸会经过不同的加工手段，被处理成满足客户需求的各种纸类产品；废纸回收站、废纸供应商、废纸打包企业等是供应链的上游企业，它们为废纸再生产企业提供符合要求的各种废纸；销售商、零售商等是供应链的下游企业，它们主要负责各种纸类产品的销售。废纸回收供应链运作过程中会产生数量巨大、形式多样的数据，例如废纸基本信息、废纸分类数据、废纸回收数据、废纸打包数据、废纸再加工数据（印刷、淋膜、覆膜等加工过程数据）、各种纸类产品的销售数据等。基于云计算的数据中心就是通过对这些数据进行存储、交换、挖掘和分析等操作，从而产生各种可视化的数据分析图表，以辅助废纸回收供应链成员企业的决策和管理，提高供应链的运作绩效。
废纸回收供应链的云计算数据中心架构包括基础架构、技术架构和存储架构。基础架构是技术架构和存储架构的基础，技术架构中的基础设施服务层、平台服务层、应用服务层都按照基础架构设计。存储架构一方面按照基础架构设计，另一方面又依据技术架构中基础设施服务层的要求进行设计。基于云计算的废纸回收供应链数据中心架构如图1所示。
2.1 基础架构
废纸回收供应链的云计算数据中心的基础架构是面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA），即将软硬件资源封装成Web服务的形式，向用户提供各种数据服务。用户可分为终端用户、服务开发用户，主要包括废纸回收供应链的成员企业等。终端用户根据自身的需求定制和使用服务，服务开发用户利用云计算数据中心提供的公共接口来获取相应的软硬件资源进行服务开发。SOA是一个服务组件模型，它可以通过服务之间的接口和契约连接用户应用程序的不同功能单元，并且独立于实现服务的编程语言、硬件平台和操作系统。SOA与云计算数据中心的结合可以充分发挥各自优势，为废纸回收供应链的运作过程提供更好的数据服务，主要包括废纸回收数据的抽取、转换和加载（ETL）、数据存储、数据交换、数据计算、数据挖掘与分析等。SOA与云计算的结合可以有效地设计和封装云中部署的服务，提高服务的有效性和服务管理的效率。SOA架构和云计算的结合能够更加细致的设计服务接口，使用户获得更高的服务质量，从而提高了服务的灵活性、重用性和有效性，同时也提高了服务管理效率。通过SOA，可以在云计算数据中心进行服务的统一发现、描述和集成，管理云计算资源池中的各种服务，确保服务质量。此外，SOA框架使用服务隔离方法将废纸回收供应链的运作业务与应用云处理业务分开，从而保证了废纸回收供应链运作数据的安全性。
2.2 技术架构
废纸回收供应链的云计算数据中心采用云计算的技术架构，从下到上依次为：基础设施服务层（IaaS）、平台服务层（PaaS）、应用服务层（SaaS）。
2.2.1 基础设施服务层（IaaS）
基础设施服务层（Infrastructure as a Service，IaaS）包括废纸回收供应链的各种软硬件资源，这些资源作为废纸回收供应链运作过程的支撑平台，都被封装成Web服务的形式，按照废纸回收供应链运作数据平台的用户需求提供各种服务。其中，硬件资源包括：网络设备、存储设备、计算机等，硬件资源由一个分布式服务框架统一管理，该框架可以隐藏后台资源，对外提供统一计算服务。软件资源由存储服务、队列服务、应用服务等组成。
基础设施服务层通过虚拟机实现网络、计算机、存储设备、安全设备等的虚拟化，提高它们的利用率。通过虚拟化，实现了在不同虚拟机上运行多个不同操作系统的功能，每个操作系统上又运行着废纸回收供应链的各成员企业多个不同的业务系统（例如ERP系统、电子商务系统等）。通过虚拟化，实现了应用程序的执行环境和物理环境的分离，使应用程序环境的变化易于实现。通过虚拟化，封装了不同的用户服务，并利用虚拟机动态迁移技术实现用户服务与物理服务器之间的重新映射，这样，用户服务和物理服务器之间的映射可以根据服务器上资源负载的变化进行动态调整，从而实现整个系统资源管理的负载平衡。
2.2.2 平台服务层（PaaS）
平台服务层（Platform as a Service，PaaS）实现废纸回收供应链的云计算数据中心的用户管理、任务管理、资源管理、安全管理、映像管理等服务。该层还提供一个适合废纸回收供应链应用的开发环境，提供SDK、Web Service等资源，以帮助用户在云计算数据中心上构建各种数据服务。废纸回收供应链的成员企业可以通过这些通用服务构建适合自身需求的辅助系统。
2.2.3 应用服务层（SaaS）
应用服务层（Software as a Service，SaaS）将废纸回收供应链的各种业务应用封装成Web服务的形式，并在云计算数据中心中注册。用户通过服务接口（例如Service Level Agreement，SLA，服务等级协议)进行服务查找和访问，实现各种应用的运行与维护。SLA资源分配器通过服务请求检测和接纳控制模块、虚拟机监控模块、分配调度模块来分配和处理用户请求，并通过计价模块、记账模块和服务请求监控模块等来计算用户费用，从而实现资源的有效分配、统计与管理。
废纸回收供应链的各应用系统主要包括数据采集系统、数据交换系统、数据分析与挖掘系统、用户自制的辅助系统等，它们作为服务提供者，采用SaaS的方式在注册中心发布Web服务。注册中心通过WSDL的方式描述Web服务。服务提供者则通过SOAP方式向注册中心发布Web服务查询请求。
2.3 存储架构
废纸回收供应链的云计算数据中心提供云存储服务。云存储是一种通过集群、网格和分布式文件系统等技术，收集数据中心内分布在不同存储设备中的各种数据的系统，可提供大量废纸回收数据的存储和服务访问功能。云存储系统的技术架构从下到上依次为：存储层、基础管理层、应用接口层、访问层。
2.3.1 存储层
存储层主要实现NAS、FC、SCSI等存储设备的虚拟化，实现存储设备的集中管理、状态监控、维护升级等
功能。
2.3.2 基础管理层
基础管理层主要实现集群、分布式文件系统管理、网格计算、内容分发、P2P、重复数据删除、数据加密、备份、容灾等功能。
2.3.3 应用接口层
应用接口层提供公用API接口、应用软件接口、Web服务接口等多种形式的接口，实现网络接入、用户认证、权限管理等功能。
2.3.4 访问层
访问层提供不同用户的数据访问和应用功能，主要包括个人空间服务，运营商空间租赁服务，废纸回收数据备份、归档、集中存储、远程共享等应用。
3 应用实例
基于云计算的废纸回收供应链数据中心平台，已经在我国一个造纸企业的废纸回收供应链运作过程中得到应用。该企业成立于九十年代中期，经过二十多年的发展，已经发展成为拥有独立的废纸回收产业链条和核心纸类产品品牌的知名造纸企业。企业拥有全自动化的纸箱生产流水线和造纸流水线，能够满足客户对纸类产品的各种需求。
该企业利用云计算的的功能特性，打通了废纸回收供应链运作过程所面临的各种壁垒。废纸回收供应链的云计算数据中心为各种废纸回收业务数据的访问、查询、交换和使用提供了一个统一的平台。通过统一的数据平台、统一的数据管理、统一的数据接口，实现了该企业与供应链上游企业（废纸回收站、废纸供应商、废纸打包企业等）、供应链下游企业（销售商、零售商、客户等）的数据交换和共享，并通过可视化的数据分析与挖掘，为企业管理者制定供应链的运营决策提供帮助。废纸回收供应链的云计算数据中心的业务流程图如图2所示。
根据废纸回收供应链的运作流程，废纸回收供应链的业务数据主要包括废纸供应数据、废纸分类打包数据、废纸再加工数据、纸类产品销售数据等；废纸回收供应链运作平台的公共数据主要包括基础数据、权限数据、日志数据、监控数据等。废纸回收供应链的云计算数据中心通过将业务数据与公共数据的相互整合，并对这些数据进行抽取、转换和加载等操作，从而实现废纸回收数据的交换、共享、存储、分析和挖掘等功能。各种异构数据从不同异构系统中抽取，并进行数据对照和格式转换，集成到云计算数据中心，最终辅助该企业的管理人员进行废纸回收供应链的运营决策。
4 结语
目前，我国许多废纸再生产企业都重视废纸回收供应链运作过程中各种沉淀数据的价值挖掘，但是，它们对于数据的综合利用不强，无法满足当前废纸回收业务发展的需求。本文在文献述评的基础上，分析了废纸回收供应链的结构和运作过程，设计了废纸回收供应链云计算数据中心的基础架构、技术架构和存储架构，最后，通过某造纸企业的废纸回收供应链云计算数据中心的建设和实践说明了该架构的应用。废纸回收供应链的云计算数据中心将地理上分布的、异构的各成员企业的数据资源，通过高速网络连接起来，实现高性能联合计算，从而实现废纸回收供应链的数据资源共享和服务。
参考文献：
[1]废纸回收是一个起点 也是一个契机[J].造纸科学与技术， 2014（4）：100.
[2]张亮亮，刘从九.废旧农膜逆向物流体系构建研究[J].铜陵学院学报，2017，16（3）：12-16.
[3]张席洲，尹石磊.循环经济背景下的回收物流系统[J].商场现代化，2006（4）：85-86.
[4]任林.中国纸业总公司废纸资源产业化经营战略研究[D].湘潭大学，2013.
[5]王丽杰，王雪平，李秀华.循环经济视角下的闭环供应链管理实施问题研究[J].经济问题探索，2013（9）：47-51.
[6]周越，王琪，魏俊瑶，汪翔，王如冰.基于循环经济的建筑废弃物再生工厂建设研究[J].住宅与房地产，2018（28）：5-6.
[7]王磊，马龙，吴汉舟，田宋江.废纸回收利用现状及策略探析[J].中国市场，2010（36）：19-21.
[8]王斌锋，苏金树，陈琳.云计算数据中心网络设计综述[J].计算机研究与发展，2016，53（9）：2085-2106.
[9]刘冬邻.基于云计算的智慧校园双活数据中心架构设计[J].西南师范大学学报（自然科学版），2017，42（5）：41-46.
[10]张向睿，向华，董雄报.面向云计算大数据中心的制造业项目管理系统设计[J].现代电子技术，2017，40（12）：46-48.
[11]王超.云计算数据中心可扩展服务器的能耗管理与优化[J].现代电子技术，2017，40（13）：41-43.
[12]闫龙川，白东霞，刘万涛，刘殷，李莉敏.人工智能技术在云计算数据中心能量管理中的应用与展望[J].中国电机工程学报，2019，39（1）：31-42. |
