讲座论文智慧型物联网云计算与物联网的紧密结合.docx

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讲座论文智慧型物联网云计算与物联网的紧密结合

智慧型物联网：

云计算与物联网的紧密结合

以云计算、物联网、移动互联为代表的新一代信息技术已经成为战略性新兴产业，在十二五期间将得到国家战略性支持和发展。

广泛应用信息化技术，推动传统产业升级和优化也是经济转型的重点，而包括医疗改革，全民社保，教育改革等健全公共服务的过程中，信息技术和信息化应用也将扮演重要的角色。

所以，在优化经济结构和健全公共服务的过程中，信息产业和信息化应用都将起到关键性的主导作用.而在此过程中，我们的信息产业和信息化应用也将面临前所未有的机遇和挑战。

对云计算的关注，美国和中国分别于2007年Q4与2008年Q1开始，相差4个多月。

随着企业级云计算及虚拟基础设施的不断发展，云计算市场将在2011年逐渐走向成熟。

对安全问题的高度重视和安全架构的不断发展将有助于这一发展趋势.与此同时，有望在统计分析业、媒体业、电信业和高端金融业等高附加值的云计算服务新领域中出现喜人的增长态势。

对物联网的关注，美国和中国分别于2008年Q4与2009年Q3开始，相差9个多月。

“现在物联网炙手可热,似乎明天就可以变成多大的蛋糕,其实远不是这么回事,它的应用、推广还面临很多困难和挑战。

"针对目前国内盲目炒作物联网现象，中国工程院院士、中国联通科技委主任刘韵洁表示，缺席物联网百强，中国不能只忽悠。

以美国为代表的英语国家把“云计算”作为对未来影响很大的“事件”来关注,而物联网只是一个很“普通”的事件。

在中国，人们同样高度关注云计算，并且关注程度在不断上升.物联网在2009年第三季度中期引起关注,并且达到了“狂热”的程度，大大超过了对云计算的关注。

中国认为“物联网”和“云计算”一样是影响未来的重大“事件",而且对“物联网”的关注甚至超过了对“云计算”的关注。

一．云计算是颠覆传统计算模式的应用服务

云计算的各方面定义很多，基于用户的视角来看，目的就是让使用者在不需了解资源的具体情况下做到按需分配,将计算资源虚拟化为一片云。

站在高处看，当前的主流云计算更贴切于云服务，个人认为可理解为早先运营商提供数据中心服务器租用服务的延伸。

以前用户租用的是一台台物理服务器，现在租用的是虚拟机，是软件平台甚至是应用程序.公认的三个云计算服务层次是IaaS（InfrastructureasaService）、PaaS（PlatformasaService）和SaaS（SoftwareasaService）,分别对应硬件资源、平台资源和应用资源。

1.1云计算定义

维基百科对云计算的定义是：

云计算是一种基于互联网的计算新方式,通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业提供按需即取的计算。

由于资源是在互联网上,而互联网通常以云状图案来表示，因此以云来类比这种计算服务，同时云也是对底层基础设施的一种抽象概念.云计算的资源是动态扩展且虚拟化的，通过互联网提供，终端用户不需要了解云中基础设施的细节，不必具有专业的云技术知识，也无需直接进行控制,只关注自身真正需要什么样的资源以及如何通过网络来获得相应的服务。

关于云计算的描述，在当前具有的共同特征是：

云是一种服务,类似水电一样,按需使用、灵活付费，使用者只关注服务本身。

H3C的云计算理念认为云计算是一种新的IT服务模式，支持大规模计算资源的虚拟化,提供按需计算、动态部署、灵活扩展能力.

图一给出了一个用户使用云计算的示意,用户对云资源的使用不用关注具体技术实现细节,只需关注业务的体验。

以微软新推出的在线OFFICE365云服务为例,它其实就是一种云服务：

微软Office365服务是专门面向专业用户以及小企业用户的,其收费定为4英磅每用户每月，具体来看这是一种订阅式的收费云计算同步服务，它可以让用户从几乎任何的地方在几乎任何设备上访问自己的电子邮件，重要文档，联系人以及日历等个人内容，比如说WindowsPC，苹果电脑，WindowsPhone智能手机，iPhone智能手机，Android智能手机以及黑莓智能手机等设备，至于地点只要有互联网即可。

通过使用Office365服务内的OfficeWebApp应用，用户可以浏览电脑本机上的Office文档，而且文档的浏览和普通Office版本一样原汁原味，而格式的支持也不弱.用户还可以进行基本的文档编辑功能，可在类似于Office的界面下创建新文档，并保证用户云端工作的安全性和可访问性。

该云服务能够以快速简单的方式为使用者提供编写文档所需要的模板、字体、样式,使得文字的编排可以成为激发灵感的一个辅助工具,但是用户并不关注云端在后台运行的数千台服务器提供的大型集群计算，这些工作都交给了微软。

图1云计算视图

1.2云计算模型

对于云计算的分类,目前比较统一的方式是从以下两个维度进行划分。

按服务的层次：

　　图2云计算的服务层次

如图2所示，最底层是ITFoundation，严格来说这并不是云计算的一层,是构成云计算的IT基础设施的集合，具体表现为不同的软硬件厂商的产品与方案.

云计算服务的基础层次是IaaS（InfrastructureasaService，基础架构即服务）。

在这一层面,通过虚拟化、动态化将IT基础资源（计算、网络、存储）形成资源池。

资源池即是计算能力的集合,终端用户（企业）可以通过网络获得自己所需要的计算资源,运行自己的业务系统，这种方式使用户不必自己建设这些基础设施，而只是通过对所使用资源付费即可.

在IaaS之上是PaaS（PlatformasaService，平台即服务）层。

这一层面除了提供基础计算能力，还具备了业务的开发运行环境，对于企业或终端用户而言，这一层面的服务可以为业务创新提供快速低成本的环境。

最上层是SaaS（SoftasaService,软件即服务）。

SaaS可以说在云计算概念出现之前已经有了，而随着云计算技术的发展而得到了更好的支撑。

SaaS的软件是拿来即用的，不需要用户安装，因为SaaS真正运行在ISP的云计算中心,SaaS的软件升级与维护也无需终端用户参与,SaaS是按需使用的软件,传统软件买了一般是无法退货的,而SaaS是灵活收费的，不使用就不付费。

层次化的云计算一般也称为I—P-S云计算，各层可独立提供云服务,下一层的架构也可以为上一层云计算提供支撑。

仍以微软Office365为例，由大型服务器群、高速网络、存储系统等组成的IaaS架构为内部的业务开发部门提供基础服务，而内部业务开发系统在IaaS上构建了PaaS，并部署运行Office云应用系统，这样一个大型的系统对互联网用户而言，就是一个大规模SaaS应用.

按云的归属：

　　图3云的归属

如图3所示,主要分为公有云、私有云和混合云。

公有云一般属ISP构建，面向公众、企业提供公共服务，由ISP运营；私有云是指由企业自身构建的为内部提供云服务；当企业既有私有云，同时又采用公共云计算服务，这两种云之间形成一种内外数据相互流动的形态，便是混合云的模式。

二．物联网是物理世界和信息世界相连接的网络

当前，物联网已成为各国构建经济社会发展新模式和重塑国家长期竞争力的先导领域。

发达国家通过国家战略指引、政府研发投入、企业全球推进、应用试点建设、政策法律保障等措施加快物联网发展,以抢占战略主动权和发展先机。

我国已具备一定的应用、技术和产业基础,并以建设物联网产业园区、智慧/智能城市建设和应用示范等为标志,形成了物联网发展热潮，取得了积极进展。

2.1物联网定义

物联网（InternetofThings，IoT）概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出，早期的物联网是指依托射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术和设备,按约定的通信协议与互联网相结合，使物品信息实现智能化识别和管理，实现物品信息互联而形成的网络。

随着技术和应用的发展,物联网内涵不断扩展。

现代意义的物联网可以实现对物的感知识别控制、网络化互联和智能处理有机统一，从而形成高智能决策.

根据2011年5月工业和信息化部电信研究院推出的《物联网白皮书》指出:

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装臵对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。

2。

2物联网的关键要素

物联网发展的关键要素包括由感知、网络和应用层组成的网络架构，物联网技术和标准，包括服务业和制造业在内的物联网相关产业，资源体系，隐私和安全以及促进和规范物联网发展的法律、政策和国际治理体系。

如图4所示。

图4物联网发展关键要素

2。

3物联网网络架构

物联网网络架构由感知层、网络层和应用层组成,如图5所示。

感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层.网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网，网络层可依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。

应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用.应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。

图5物联网网络架构

三．云计算是实现智慧型物联网的技术基础

物联网通过信息系统进行互联后构成智慧型物联网。

通过大范围的信息搜集预测分析，结合云计算超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、成本低等特点来智能的管理物理世界的网络，正是智慧物联网规模化、智能化发展所必需的技术：

●云计算通过其超大规模的计算机集群和高速传输能力的互联网促进物联网底层传感数据的共享；

●云计算通过各种技术手段为物联网提供高可靠性的服务；

●云计算中的虚拟化技术和通用性使更多的应用可以更容易被创建；

●云计算巨大的资源池可以为物联网采集传输回来的海量信息快速分析与优化，提供超级计算能力。

由于物联网涉及感知、控制、网络通信、微电子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等技术领域，因此智慧型的物联网和云计算有很多方面是需要紧密结合的。

根据《物联网白皮书》的定义，将物联网技术体系划分为感知关键技术、网络通信关键技术、应用关键技术、共性技术和支撑技术，具体如图6所示。

图6物联网技术体系

在图6应用关键技术中我们可以看到，云计算在海里信息智能处理和应用展现上是非常重要的结合的.应用层架构重点是面向对象的服务架构，包括SOA体系架构、面向上层业务应用的流程管理、业务流程之间的通信协议、元数据标准以及SOA安全架构标准。

信息智能处理类技术标准包括云计算、数据存储、数据挖掘、海量智能信息处理和呈现等.云计算技术标准重点包括开放云计算接口、云计算开放式虚拟化架构（资源管理与控制）、云计算互操作、云计算安全架构等。

四．云计算和物联网结合的条件分析

云计算和物联网是在创新理念的指导之下密切结合在一起的，二者相互促进协调发展，共同推进才能使这个智慧物联网产业获得更快更好的发展。

要想实现这一发展,必须满足如下两方面得到充分的结合：

产业结合：

物联网相关产业是指实现物联网功能所必需的相关产业集合，从产业结构上主要包括服务业和制造业两大范畴，如图7所示。

图7物联网产业体系

物联网制造业以感知端设备制造业为主,又可细分为传感器产业、RFID产业以及智能仪器仪表产业.感知端设备的高智能化与嵌入式系统息息相关，设备的高精密化离不开集成电路、嵌入式系统、微纳器件、新材料、微能源等基础产业支撑。

部分计算机设备、网络通信设备也是物联网制造业的组成部分。

物联网服务业主要包括物联网网络服务业、物联网应用基础设施服务业、物联网软件开发与应用集成服务业以及物联网应用服务业四大类，其中物联网网络服务又可细分为机器对机器通信服务、行业专网通信服务以及其它网络通信服务，物联网应用基础设施服务主要包括云计算服务、存储服务等，物联网软件开发与集成服务又可细分为基础软件服务、中间件服务、应用软件服务、智能信息处理服务以及系统集成服务，物联网应用服务又可分为行业服务、公共服务和支撑性服务。

物联网产业绝大部分属于信息产业，但也涉及其它产业，如智能电表等.物联网产业的发展不是对已有信息产业的重新统计划分,而是通过应用带动形成新市场、新业态，整体上可分三种情形，一是因物联网应用对已有产业的提升，主要体现在产品的升级换代。

如传感器、RFID、仪器仪表发展已数十年，由于物联网应用使之向智能化网络化升级，从而实现产品功能、应用范围和市场规模的巨大扩展，传感器产业与RFID产业成为物联网感知终端制造业的核心。

二是因物联网应用对已有产业的横向市场拓展，主要体现在领域延伸和量的扩张。

如服务器、软件、嵌入式系统、云计算等由于物联网应用扩展了新的市场需求，形成了新的增长点.仪器仪表产业、嵌入式系统产业、云计算产业、软件与集成服务业,不独与物联网相关,也是其它产业的重要组成部分,物联网成为这些产业发展新的风向标。

三是由于物联网应用创造和衍生出的独特市场和服务，如传感器网络设备、M2M通信设备及服务、物联网应用服务等均是物联网发展后才形成的新兴业态,为物联网所独有.物联网产业当前浮现的只是其初级形态,市场尚未大规模启动.

技术结合:

互联网技术在物联网的扩展是二者结合的基本条件,包括：

IP技术与物理网络的融合:

无线接入网络、网络与信息的融合等方面；

虚拟化技术是云计算的基础：

只有实现了IT虚拟化,才能真正实现资源共享和IT服务能力的按需提供；

物联网中传感器的智能化应用：

通过传感网络把数据收集,利用云计算平台对数据进行分析和处理，这些数据才可以控制赋予智能。

所以对物联网，云计算平台的管理、控制与应用,让其更好地实现可靠、安全、连续的服务是云计算和物联网协作发展的重要技术条件。

多个物联网应用的云整合；单一的物联网应用构成了庞大智能物联网建设的基本单元。

如何将众多的单一应用的互联和集成也是云计算和物联网协作的重要技术前提。

基于云计算和物联网的各种业务与应用，只有通过合适的业务模式和实用的实际服务才能让物联网和云计算更好为人类服务，才能形成一个有效、良性的价值链体系和业务生态系统，从而推动整个信息产业IT及各行各业能够良性地可持续发展。

五．云计算与物联网结合发展的机遇与挑战：

我国面临云计算与物联网技术创新突破和新兴产业发展的重大机遇。

技术方面，我国网络通信技术在已有能力基础上，极有可能在向物联网网络通信全面拓展过程中形成国际领先优势.感知识别和智能处理虽是我国瓶颈所在，但其与网络融合集成发展的趋势，以及大量应用需求带来的市场空间，将在网络化智能化感知器件与设备、云计算技术等领域带来跨越突破的良好机遇。

产业方面，物联网应用将带动传感器、RFID、仪器仪表等物联网相关产业向中高端的转型升级，创造出M2M、应用基础设施服务、行业物联网应用服务等新业态、新市场,同时也将给软件和集成服务、智能处理服务、通信网络设备和服务器等带来巨大的扩展空间，并为培育我国物联网企业群体、形成具有国际水平综合基础服务能力的龙头企业创造良好条件。

虽然不是所有云计算产业都可纳入物联网产业范畴,但云计算是物联网应用基础设施服务业中的重要组成部分，物联网的大规模应用也将大大推动云计算服务发展.国内云计算商业服务尚在起步，SaaS已形成一定规模,而真正云计算意义的IaaS和PaaS商业服务还未开展。

目前，我国在云计算服务的基础设施（IDC中心）建设、云计算软硬件产业支持和超大规模云计算服务的核心技术方面与发达国家存在差距。

云安全方面，我国企业具有一定的特点和优势。

随着物联网应用的规模推进、互联网快速发展和国家信息化进程的不断深入，我国云计算服务将形成巨大的市场需求空间，“十二五”期间将呈现快速发展态势。

最后，由于要实现智慧型的物联网，云计算和物联网应紧密结合，我们必须认真分析基于云计算的智慧物联网出现的原因和条件,认真审视它将给社会带来的好处和它所存在的风险,科学合理地在物联网中渗透云计算将加快智能物联网实现的进程。