2014公需科目物联网技术与应用资料

1、物联网技术与应用之一物联网的基本概念魏贵义 博士浙江工商大学教授各位学员，大家好！物联网技术与应用这门课程是“十二五”期间全省专业技术人员培训的一门课程。这门课程主要分为五讲，第一讲是物联网的基本概念，第二讲是物联网与云计算，第三讲，物联网与智慧城市，第四讲是物联网与智能居行等，第五讲是物联网与健康。这门课程主要分为五讲，第一讲是物联网的基本概念，第二讲是物联网与云计算，第三讲，物联网与智慧城市，第四讲是物联网与智能居行等，第五讲是物联网与健康。下面我们开始第一讲内容，物联网的基本概念。这章里面我们会讲述物联网的产生、兴起，物联网涉及到相关的关键技术以及物联网在我们日常所看到的主要的一些应用，

2、以及物联网发展的机遇和挑战。一、物联网的产生物联网的产生，大家可以联想一下，在当前我们生活中所看到的各种各样的网络。第一个，当前的通信网络，包括我们的移动通信网络，计算机的互联网以及其他的各种类型的与计算机相关的信息技术的网络。在此之中，大家可能还会了解一个，我们人跟人之间也会构成一个网络，俗话说叫“人际网络”，在专业上来讲，我们把它称之为叫“社交网络”，在这个网络中，人跟人之间产生一些社会联系而构成的一个网络。最近又兴起了物联网，顾名思义，不同的物体之间能够构成一个网络。这个“物”的概念可以包括很多种类型，举一个例子，比方说我们家庭里面的各种家用电器，比方说我们日常交通过程中的各种汽车、车站

3、等一些物品，都可以构成一个网络，这些网络的产生相互之间又会有一定的关联，当然，在此之中人是核心。物联网，我刚刚讲的是一个简单的介绍，跟其他网络之间的关系，它也有它产生的一些深层次的背景。其中之一，我们认为是经济周期所催生的新技术。互联网的成功，从90年代中后期开始，掀起了一场信息技术的革命，也对我们的社会经济产生了一个极大的推动作用。当前，在最近这些年，世界经济都在面临着一种称之为“危机”或者称之为“转型”，在这个转型过程之中必然需要有一些新技术来带动相关的产业的升级，从而来促进经济的发展。从这期间，若干种新型技术的出现都或多或少地起到这种作用，当然，物联网技术也是其中之一。其次，它产生的第二

4、个原因，也有当前在信息技术领域传感器技术的逐渐成熟。我们日常可以看到很多种的传感器，这其中因为ic芯片的性能更加强，及其做得更加小型化，使得能够在不同的物体上能够比较方便地部署，并且你也能够高效地处理相应的信息，这样也使得物跟物之间进行连接，相互传递信息成为可能。这里面大家日常可能会碰到的传感器比较多，举一个例子，我们在日常的交通过程之中，杭州、浙江已经很普遍地采用etc，etc装一个卡，你可以把它称之为一个传感器。还有我们在超市里去买东西，仔细的学员以后可以去发现一下，有很多商品的包装中嵌入了一个很小的小硬块的东西，这里边就是一个存储信息的一个芯片，我们又把它称之为“电子标签”，这一系列的传

5、感器技术和信息产品的小型化技术也催生了物联网的兴起。其次，第三个原因，是网络通信和信息处理能力大幅提高。当前,不同的、各种各样的网络通信技术发展得非常迅速，其中又以短距离的无线通信技术发展尤为迅速。比方说杭州已经建立了基本上能够覆盖主要城区的wifi网络（无线上网）。还有其他的类似于蓝牙，还有其他的类似于无线个域网，这里面这些通信技术的产生和发展极大地促进了物联网之间的通信的效率，使得物联网的连接更加方便。另外一个，信息处理能力大幅提高。计算机发展非常快，当前我们一台个人使用的电脑已经相当于十年前、二十年前的一个大型服务器的计算能力了，当然与之相适应的，人们所需要的数据也越来越多，现在每个人所

6、拥有的数据可能是十年前一个大公司、一个大部门所有数据的总和，甚至还要多。这一系列技术上的原因和经济发展的背景使得物联网应运而生，并且有发展为一个产业的趋势。讲了这么多，到底什么叫物联网？按照英文名称来讲，我们把它称之为“internet of things”，“internet ”这个词大家都很清楚，我们叫计算机构成的网络，它里面的主机、终端都是计算机，物联网，大家注意看，后面有一个“of things”，“things”是万物，各种各样的东西，可以是桌子、椅子，可以是电器，可以是汽车，可以是某种商品，大家看到的任何东西，它们之间也可以联网，这跟互联网之间就有一个很大的区别。互联网所连接的是一

7、个个具有存储能力，具有计算能力的计算机，这个区别是很大的。可以说，物联网的核心和基础本质上还是互联网，因为它是在互联网基础上的一个延伸和扩展的网络，它的核心还是计算机技术，相当于是把互联网从计算机的世界向整个的物理世界的一个延伸，延伸到我们日常所居住的非信息化的这样一个世界。这里面的延伸，它的终点，我们称之为一个一个的嵌入在一些物品中的，我们称之为“传感器”。当然这个“传感器”是一个统称，有的可能是一个gps定位，有的可能是一个电子标签，有的可能是一个摄像头，有的是一个感应物理世界的一些物理量的一些传感器。比方说空气的二氧化碳浓度、空气的温度、湿度，嵌入在人身上的随身携带的一些加速度、高度等，

8、这样一些小型的电子化设备，我们统称为传感器，最后物联网就是这样一些些小的传感器相互连接而构成的一个大规模的网络。物联网有人给它们做了一个定义，这个定义可能也不是非常完备，它是指物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，我们称之为“物联网”。二、物联网的兴起按照这个概念来说，物联网的产生和它的兴起经过了一系列的过程，这个过程中几个典型的事件。在1995年的时候，这是第一次，在现在可能还是世界首富比尔盖茨，他提出了物联网的一个雏形，他当时是花了五千万美元

9、做了一个智能家居系统，除了造这个房子之外，比尔盖茨还把自己家里的所有电器化的一些设备，把它进行了联网，这里面利用了微软公司一些强大的技术力量，他把家里的电器都能够连起来，通过网络来访问、来控制，这是1995年的时候。在1998年的时候，这是一个很典型的事件，美国的美国麻省理工学院（mit），当时它跟epc系统进行合作，什么是epc呢？电子产品编码，这是国际上，在商业连通区域的一个组织，它负责给全球的各类商品进行编码，以便于各级贸易之间的相互识别、标识和电子化的术语交换。它在这里能做什么呢？他们开展了一个项目，称之为“auto-id”，从字面的意思来理解是自动化的商品编码的识别，当时主要应用在类

10、似于沃尔玛这种全球具有供应链的、具有商品的物流的这样的大型商业集团，为他们的商品的物流过程的监控和管理而使用。在这里面，它就需要能够自动地在某些关键点能够识别物品的流动，这里面最核心的是rfid技术的使用和定位技术的使用。在1999年，美国的自动识别中心也提出了“物联网”的初步概念。然后在2005年的时候，国际电信联盟也发布了itu互联网报告2005：物联网，在这里面明确地提出了互联网的概念和应用。2008年的时候，欧洲也出台了一个叫物联网2020的报告，在这个报告里面也分析了未来物联网的发展的各种阶段，以及在不同阶段中的一些应用。2009年的时候，美国总统奥巴马当时刚刚上台，他在与美国的工商

11、业领袖举行了一次圆桌会议，在这个圆桌会议里面，ibm公司的ceo有提出了“智慧地球”的这一概念。所以我们可以看到，它在整个发展的过程之中，物联网会跟我们现在比较热门的“智慧”这个词关联在一起。从我的理解来看，物联网的应用，它的目标是什么？它会使得我们将来的工作、生活、日常的经济活动，尤其是工业生产、商业流通的环节变得更加地智能，更加地高效，因此它提供的一种渠道是信息世界跟物理世界的直接的连接，我们接触信息世界比较多，我们日常的工作，很多工作或者说大部分工作都离不开计算机的支持，但工作本身却又涉及到物理上的东西，这两者之间如何衔接，物联网就是为了解决这个问题。三、物联网涉及的主要信息技术第一讲的

12、第三个内容，物联网这里面涉及到大量的信息技术，这里我们只挑其中几个主要的给大家简单介绍一下。第一个是射频识别技术。射频识别是物联网，刚刚发展历史中我们已经介绍过，最初的一个应用是mit做了“auto-id”这个事情，什么是“rfid”（射频识别），更俗称叫“电子标签”，它的工作原理很简单，当然内部还是很复杂，在我们应用过程中看起来是比较简单的，而且我相信很多学员都已经使用过这个“rfid”，“rfid”包含两部分，一个是标签，另外一个是标签里面的另外一个叫“阅读器”，标签可以存储一些信息，它存储的信息量相对于我们现在使用的类似功能的，像条形码、二维条码，信息量要大得多，并且它所存储的信息是可以

13、跟计算机进行交换的，当然条形码也能交换，是我们日常所看到的条形码阅读器，大家去超市买东西的时候都会看到，但这个是需要有人工来操作的，但电子标签的话是可以自动化地来操作。还有，它存储的信息是可以更改、更新的，用信息技术的专业词汇来讲是“可写的”，你有新的信息还可以写进去，这个是第一类，叫电子标签技术。电子标签技术也分为很多种类型，具体类型大家可以参照我们的教材，我就不做仔细讲解了。现实生活中能够看到的“rfid”也是不少的，刚才已经提到过，它有很多种，比如说是做成很小的钥匙扣型的，也有做成一张像很薄的纸张一样的，叫“贴纸型的，更多的是卡片型的，还有可以佩戴在手腕，像动物可以佩戴在动物的项圈，很多

14、，这在日常生活中也已经使用的。当然这只是物联网其中的一个技术，物联网是需要有大量的这样一种标签能够把它联系起来，构成一个更大的网络才称之为“物联网”。第二项技术是传感器与无线传感器网络技术。传感器大家可能知道，它能够感受被测量的一些物体，并按照一定的规律转换成可用的一些数字信号的一些装置，传感器本身是日常不变的，家里有家里小孩子量的体温表，这就是一个传感器，它里边按照体温能够显示一定的数字，还有很多人家里有老人可能会有电子血压仪，像这都属于传感器。传感器本身不是一个信息的概念，这个在60年代都已经研究得非常多了，或者说，用有线的方式把很多的传感器连接起来来获取信息，这种方式也已经出现了好几十年

15、了。从2000年以后，大家所提的传感器，更多的是提无线传感器，在这个传感器里面除了有感应物理量的一些电子设备之外，还有计算机的通讯网络的东西，里面会有通讯模块，能够把信息跟外界进行交换，进行连接，从而形成多个传感器之间的一个自行组织的一个网络系统。在这个网络系统里能够自动地按照约定的协议进行感知信息、采集信息并且在结点之间，这个网络一个一个的结点之间相互传递信息。在这个过程之中，还有信息的一些处理和应用，这个是无线传感器网络。无线传感器最常用的一些，比如说温度、湿度、器皿、超声波、射频等，大家已经非常常见。射频的摄像头，你也可以认为是一个传感器，在现在城市的安防之中，大家每天都要碰到若干个射频

16、的传感器，大家有开车的同志可能对这些传感器也是印象深刻，你超速、变道会有一些自动传感的一些射频监控识别在进行监控和抓拍。它的其中一个应用，无线传感器网络之中，这里面主要的还有一个网络通信技术，前面我们也有提到，提到网络通信的话，大家可能对这样几项会比较熟悉，每个人都会有手机，手机就是一种很典型的无线通信设备，目前，手机正处于2g到3g并用的一个时代，在2g里面人类可以使用gprs的数据通信技术，当然我们在通话的时候大部分都是用gms网络，其中也有数据通信功能是gprs，可能不搞这个东西的人，都是英文单词的缩写。还有3g，3g网是我们所说的gdma，这里面的标准设置很多，这里面就不细讲。现在开始

17、在试验4g，我国有一个4g叫“lte”，这个是我们日常手机会使用到的无线通信网络。其实还有一项大家也会使用得比较多，专业词汇叫“ieee802.11 ”，俗称叫wifi，是大家日常所使用的无线网络，或者叫无线局域网，还有一个是叫802.16，专业词汇叫“ieee”，有一个俗称叫“wimax”，“wimax”跟wifi有点相似，它最初出现的时候是要让计算机网络覆盖最后一公里，有一些主干基点能够覆盖到更加边缘的地方，这个跟wifi是非常像的，世界上有些国家是不用wifi，用“wimax”也有，像我国的台湾地区主要是用“wimax”来做无线网络的。还有一项是我们目前无线网络里面用得比较多的，它的距离

18、可能更短，专业词汇叫“ieee802.15”，比方说大家经常会用到的蓝牙，它使用的是这个协议，我们又把它称之为“无线个域网”，个人的局部区域构成一个网络，这是我们可能会碰到的一些通信技术。除此之外，还有一个是大规模数据和大规模计算的技术，这个也是信息技术。当前，这两个技术也是当前大家所碰到的信息技术的热点问题。大规模计算，大家可以看到最近的云计算也非常地热门，它是大规模计算的一个类型，除此之外还有大规模数据，后边我们会提到大规模数据，为什么这么说呢？大规模数据跟物联网关系非常密切，大家设想一下，当前我们通过计算机，通过互联网所能看到的所有的信息，各种各样，不论是文字、声音、图片等，大家追本穷源

19、地去想一想，这个信息的源头在哪里？你看到的这个信息是哪里来的？不外乎两个来源，一个是我们通过键盘敲击产生，我们看到大量的文字，尤其是文字信息，几乎无一例外是通过键盘输入的，通过人来输入的；第二类是通过计算机自动产生的，这个我要强调一下。当物联网跟互联网结合在一起，这个时候我们将来能看到的信息会是哪里来的？会有成千上万，这个数字可能太小，数不胜数的传感器设备，自动化地从物理世界获取信息，如果说，在没有物联网之前，大家所能看到的信息、看到的数据是海量、巨量的话，当物联网加入到信息获取了以后，这个信息量无法形容，我们将面对的数据是非常巨大的。在这个前提之下，大规模数据处理的技术就变得非常地迫切。以上

20、讲的这几个，包括“rfid”、传感器技术、传感器网络技术、网络通信技术和大规模计算、大规模数据处理技术，这是我们物联网所涉及到的主要信息技术。四、物联网的主要应用现在我们来看看物联网在当前有哪些主要应用。第一个应用，我们可以追本穷源，看它的产生。当时，mit做了auto-id这个项目，它是应用在物流领域，用来自动监控商品的流动。第二个，可以在零售领域，大家到超市里可以看到，很多商品它已经加入了电子标签。第三个是在制造业，制造业，它对一些制造设备、制造的商品进行自动化的控制以及对它的产品质量进行跟踪。还有在医疗领域，能够通过人佩戴的一些传感设备，自动地获取病人的一些生命体征数据、病人身份，甚至病

21、人的位置等。第三个，身份识别，类似于我们现在身份证，现在这里面都加入了ic芯片，还有在防伪、资产管理、交通、食品，食品大家比较关注食品安全，包括植物性的、动物的，从它的生产过程，从它的流通过程加入物联网的话都能够进行监控。还有在很多领域，动物的，这个是识别，图书馆，汽车、航空、军事等，它的应用非常广泛，可以说几乎涉及到我们各行各业。下面，我挑几个典型的应用给大家做一个简单的介绍。第一个，畜牧养殖业，一个跟食品安全会有关系，怎么用物联网来做畜牧养殖呢？我这里仅从食品安全上来讲，从它的生产过程的质量管理上，它的有效的饲养上也可以有作用，从安全上来讲，我们可以给每一只，比如说放在蓄养中开始养的羊都贴

22、上一个电子标签，这个电子标签可能戴到它的耳朵上，这个电子标签还可以随它的出栏，以及在饲养过程之中的一些喂养，一些动物可能会生病，会用药、打针等，都把相应的信息录入到挂在它耳朵上的电子标签里面去，到最后它被屠宰，被送到超市里边出售，它上面都可以加载相应的标签来进行识别，这样一来的话，当你去买到这块肉的时候，你可以追溯它的历史，它是哪里生产的，它在生产过程之中有没有加入过一些违禁的东西，什么时候屠宰的，什么时候运输的，什么时候上货架的，这样很清楚地识别肉品的安全，这是在畜牧养殖业。其实在种植业也应用非常广泛，当然，需要有精细化的能源，需要用到物联网的技术，如果你粗放型的生产的话，当然也没什么用。这

23、里举一个例子，现在很多学员可能对葡萄酒会很有研究，因为葡萄酒的生产对于葡萄本身要求的品质很高，如何来监控葡萄的生产过程？比方它的日照，它生产过程中的土壤的温度、湿度，有害物的一些情况，对于将来这个葡萄做出来的酒的品质可能会有一些比较明显的影响，为此，英特尔公司在美国俄亥俄州当时建了无线葡萄园传感器，它要把很多的传感器放在葡萄园的各个角落，每隔一分钟就检测一次土壤的温度、湿度，还有一些有害物的数量，基本上是在检测葡萄生产过程中的微气侯，然后，产出了葡萄酒以后再对它进行对比，在什么样的日照、温度、湿度的情况之下，酒的品质会比较好，这个是精细化的几个例子，精细化能源。第三个例子，智能家居。最近，浙江

24、省也成立了智能家居产业创新联盟，包括很多家用电器的厂商也纷纷地在其设备中加入了一些，我们暂时称之为“传感器”，实际上是他自己定义的一些信息化的设备，很小的，放在里边，使得这个设备能够跟外部进行信息交换（联网），比方说热水器、空调、冰箱等，将来可以智能化什么程度？当你冰箱里面没菜的时候，冰箱会自动告诉你，你要去买菜了，或者是冰箱会自动向超市里订货。这里边有一个例子，有可能大家听说过，浙江大学的学生曾经做过一件在外界看来很噱头的一件事情，他们实验室的一个饮水机会自动地发微博，这件事情，很多人看完这个新闻以后会觉得这是一个噱头，浙江大学的学生真是没事干，整天搞这些没有意义的东西，但是在我们对物联网感

25、兴趣，或者说还有点研究的人看来，这不是噱头，这很有意义。如果说饮水机能够自动发微博的话，难道它不能做其他的事情吗？它还可以做很多。饮水机能做，难道我的空调就不能做吗？难道我的冰箱就不能做吗？也能做。举一个例子来讲，比方说空调，你知道你家的空调里面已经需要换氟利昂吗？你知道你们家的空调现在需要清洗吗？你不知道，除非你去检查。如果说你家的空调会自动地告诉你，我现在制冷效果不好了，你应该给我换氟利昂了，你应该给我清洗了，这样一来的话，你会发现你的家庭生活、家居会变得更加地智能，这也是物联网的一个很重要的应用。第四个，关于个人保健。在当前我国也开始逐渐步入“老年社会”，老年人越来越多，老年人是慢性病人

26、患者的一个最大的人群，如何来对他们的一些医疗相关的进行监控和保健非常重要。但另外一个侧面，我们的医护人员是严重不足的，当前，社区医疗，社区医生，一个社区，小的有2、3万，大的可能有5到10万，就那么几个医生要寻访这里面的老人、小孩、孕妇、慢性病人、精神病人等，他根本无能为力，如何用信息化的技术手段来自动获取他们的一些数据，从而做到有针对性的监控、监护呢？就需要由互联网技术来支撑。可以在人的身上安装不同的传感器，对人的健康的一些参数进行监控，然后再把这些数据通过物联网的网络通讯技术传到相应的医疗保健中心、社区医院或者是医院，这样的话就可以做有针对性的、重点的监护。这些传感器可以是简单的，比方说就

27、测体温、血压、脉搏等，而这并不复杂。这样的话，两个方面起作用，一个是大大地减少了老人或者是慢性病人突发病的产生，因为很多慢性病人都是有一个发展的过程。第二，也大大节省了一些优质的医疗资源，因为很多病只要吃一下药也就不需要上医院了，等到上医院的时候，这个时候就需要优质资源了，这是在个人保健中的一些应用。第五个，在平安城市建设上，这个可能大家都很清楚，部署在大街小巷的各种监控的探头，这里面能够为社会治安创造安全的城市生活环境起到重要作用。这些监控探头之间，除了大家可以看到它前端的监控探头之外，它的后面是一个大的网络，这个网络你可以称之为物联网的一个应用。其他的应用，还有我们未来的数字家庭，这个数字

28、家庭跟智能家居有相关性，但不完全一样。还有智能交通，当然对智能交通的话，这个词大家会比较敏感，尤其是住在城市里的人，随着我们城市化的进程，城市中的车辆越来越多，所对应到的是道路越来越拥堵，当然也产生环境的污染，汽车尾气所产生的，如何使得交通更加智能化，这个是大家都非常关注的问题，这也是一个世界性的难题，很难，很难。当然也不用悲观，我们只能说让它做得越来越好，要一次性解决这个问题还是很难的。但在交通领域，最近有一个新闻值得大家关注，据说美国谷歌公司生产了一个无人驾驶的汽车，目前，我看到最新的新闻是已经安全行驶了30万英里，看上去好像不是很起眼，实际上这是一个很有意义的事情。无人驾驶的汽车可以安全

29、行驶30万英里，什么概念？怎么做到？这里面它离不开物联网技术的支持。这台汽车别看它是无人驾驶的，实际上它比有人驾驶的汽车所能够获得的信息是多得多，除了道路信息，道路的动态的一些交通信息，它还有很多很多，气侯以及对交通的趋势、时间等的一些预测，它可以接入互联网，利用整个互联网中的一些智能化的程序来控制它。当然，我们目前也有人的智能跟机器智能结合的，比方说，我们现在有一个，在杭州已经有了，公交车到站，大家可以看到，像快速公交，你在站台上看的时候，它会不断地在显示信息，下一辆车距离这里还有多少远，还需要几分钟能到站，这些信息是怎么得来的？怎么计算出来的？怎么定位的？这里面都有物联网在其中起着作用。五

30、、物联网发展的机遇和挑战这是第一讲，我最后再讲讲物联网发展的机遇和挑战。从机遇上来讲，首先我认为这是政府的宏观政策的引导，非常重要。当然，我国也在这方面做了很多工作，最近这些年，我国对这些信息产业都非常重视。像物联网，从温总理在无锡讲过之后，所谓的“感知中国”，无锡的一个中心，从中央政府到各层政府都对物联网产业非常重视，浙江省也把物联网产业作为了“十二五”期间的一个战略新兴产业的一个重要组成部分，这个是在宏观政策方面的一个引导，这对物联网发展来讲是个好的机会。其次，我国在物联网技术的研发方面投入也是非常多的，从中央科技部相关的研究计划到各省市的进行研究计划都在物联网取得了一些成绩，科研成果还是

31、比较多的，而且产业化也开始逐步地在推进，所以，总体的研发水平在国际上还是处于前列的。其次，一个产业的发展还需要有其他的一些配套的基础条件的支撑，在这方面尤其跟物联网相关的一些电子产品，通信产品的技术条件也是比较不错的。最后，我国已经推动了很多年的“三网融合”也对物联网发展提供了比较强大的网络基础，“三网融合”这个词，有的同志可能很清楚，我这里简单讲一下，是指互联网、通讯网络（移动、电信）以及有线电视网络，这三个网络将来融合成一个网络的话，对物联网发展也是起到基础性的支撑作用。物联网的发展面临一个比较好的机遇，但也是存在很多的挑战。第一个挑战，物联网的发展跟互联网不一样，互联网是有顶层规划和设计

32、的，从政府层面来讲是有主管部门的，物联网是一个民间的，因此，在各自发展过程之中也缺少一个统一的技术标准，从而导致技术融合转化成产业，这项技术如何跟产业链以及相关的产业联动，这存在着很多的问题。还有一些较好的运营模式也很难发现，很难找到。一个全局性的好的运营模式，而不像互联网，互联网，你要上互联网，ok，你到互联网那儿去登记、注册就可以了，但物联网没有。还有，很重要，这里面的一些安全管理的规范和一些配套的政策、法规，物联网将来作为一个产业发展所面临的一些重大的挑战。各位学员，我们的第一讲，今天讲的是物联网的基本概念，讲到物联网的概念的产生，它的发展以及物联网涉及到的相应的一些信息技术，以及在将来

33、发展过程中的一些机遇和挑战。第一堂课就到这里，谢谢各位！物联网技术与应用之二物联网与云计算魏贵义 博士浙江工商大学教授各位学员，我们下面开始第二讲，物联网与云计算。在这讲里面，我们会讲一下四项内容，一个是什么是云计算；为什么需要云计算；云计算的分类和关键的技术；物联网与云计算的关系。一、什么是云计算什么是云计算？大家可以看到报纸、新闻，最近云计算非常热门，但云计算跟我们个人有什么关系吗？我问几个问题，大家使用过网盘吗？有没有谁开过网店？你会利用互联网的搜索引擎来查找信息吗？比方说百度、谷歌，你使用过华数的网络视频点播吗？如果你用过的话，你会感觉当你使用这些功能的时候，计算机的后台是怎么来为你服

34、务的？当众多的人同时来使用这项功能的时候，提供这个服务的公司，它是来如何来提供这些资源、提供这些设备、软件、网络的呢？这后面都蕴含着云计算的概念。举个例子，比如谷歌，谷歌，它最早是做搜索引擎的，它知道要搜索的话，必须要有数据，大家搜索的东西五花八门，全世界的人同时在使用，它所存储的信息量，大家在搜索的时候所需要进行的计算机的运算是非常巨大的，这不是一个计算机、一台电脑所能完成的。谷歌公司在全世界有20多个大规模的计算机中心，每个计算机中心都有成千上万台的服务器，正是因为有了这样一些硬件基础设施，再加上它每天从全世界的各种网站上去搜集来的信息才能够提供给大家方便的检索。还有一家公司，不知道大家是

35、否知道，叫亚马逊，不是南美的亚马逊河流，这个公司的名字用了这个河流的名字，这在美国是一家非常著名的公司，也是在电子商务领域最早的一家大型公司之一。起初是卖书的，现在它也开辟出一个叫“云计算”的服务，当大家有信息需要存储的时候可以租用它的存储资源，当你的公司需要部署一个网站，你可以找它，可以租用它的服务器，这个现在已经成为亚马逊公司非常重要的一项服务内容，这是云计算。在国内，有的公司大家也清楚，像百度，我们国内很多人在进行网络搜索的时候喜欢用百度，百度和谷歌非常相似，它也是收集大量的网页信息，经过处理以后存储在它的若干个大规模的数据中心中，它的数据中心也是由若干个大规模的服务器集群所构成的。在杭

36、州也有一家公司，叫淘宝，淘宝用户量是非常巨大的，这里面主要有两类，一类是开网店的，一类是在网上购物的，大家在进行商业活动的过程之中可能并不会关心在这个活动过程之中,这个信息是如何存储和处理的，你只会关心你的东西什么时候到，你买的东西是否好，是否方便，但实际上提供这个服务的公司，它后台所需要大规模的数据存储和大规模的计算机来支撑的。从这里可以看出，我们日常生活中实际上已经接触到云计算。什么是云计算呢？我们给它一个简单的定义，它是指由多台服务器所组成的一个计算机网络，能够在远程的位置为用户提供所需要的服务，当然这个服务主要是计算跟存储。远程位置，因为是在远程，所以你看不到你使用的机器在哪儿，有人用

37、了一个形象的词叫“云”，云里雾里，反对你不知道它在哪儿，这是云计算的一个定义，由成千上万台的服务器所组成的一个计算机网络，在远程的，在你不知道的位置为你提供需要的计算机服务、信息存储服务，这就是云计算。它能够提供的服务是，任何人、在任何地点、任何时间、使用任何设备（计算机、手机、各类移动终端等），进行计算、使用应用软件、存储资料。当然，任何设备有点夸张，主要还是需要计算机、手机各类移动终端，这些信息化的设备的介入，当然也可以是我们课程里所讲到的，物联网中的终端设备，类似于小的传感器，都可以。二、为什么需要云计算为什么会产生云计算呢？我们要了解一下计算机的大规模计算的发展历史。因为计算机本身是来

38、处理信息的，当信息量非常大，处理任务非常繁重的时候，我们会想到能否用多台机器同时处理一件事情，这是当时叫并行计算思想的产生，这很自然，就像人在自己的工作中也是一样的，当一件事情特别繁重的时候，我们可以叫几个人同时做，在计算机里面，几台机器同时做一件事情，这叫并行计算。并行计算发展到后面的话，我们能否把这几个进行计算的机器，把它放在一起紧密地连接起来，形象来说，我们能否把这个机器就固定在一个柜子里，叫集群计算。再往后发展的话，我们发现光是一个柜子的机器好像还不足以能够完成任务，我们能否更广泛地应用于分布在各地的若干个机器共同参加来完成这个计算任务，这个是在90年代中后期开始发展起来，叫网格计算。

39、网格计算这个词比较专业，是大部分的专业人士在使用的，一般公众很少接触到。到最近几年，至少2000年以后开始提云计算，这个词本身就很大众化。云，每天大家都可以看到，它更加地贴近于一般的用户，包括企业用户、各类用户，它本质上还是大规模地相互连接起来来完成用户的任务，这个时候用户的任务就不一定是跟以前一样是一件任务，它可以是单个的任务，也可以是一些并行的多任务。当然，我们要深刻理解云这个词，更深入了解的话，我们课程后面会慢慢提到，我这里不做详细的节，云计算有它自己发展的一些过程。为什么我们会需要云计算？无论是个人也好，还是企业用户也好，在使用计算机的时候都有一个特征，他的需求是这样波形的，在有的时候

40、需要很多，有的时候需要很少。如果说，以封闭的思想来看的话，你在购买计算机的资源，无论是硬件也好，还是软件也好，你必须是按照你最高的需求来配置资源，但是，你所按照这个最高需求资源配置又在大部分的时间内资源利用率是不高的，这样就造成你的投入跟产出的问题了。我举一个例子，比方说，我们几个朋友有兴趣，我们要搞个公司开个网站，这个网站在高峰期目标可能会有数千人来访问我，大部分的时候可能只有几百人，这个时候我要去买一个服务器来建一个网站，我要买什么样的服务器呢？你为了应对这个最高需求，对不起，那你肯定要买数万人才能够同时支持的服务器，这个就很贵了，不但是服务器，还包括你的数据库，你的一些其他的软件，还有你

41、跟互联网连接的，去要求带宽，你几个人开一公司就要买一个这么高档的设备的话，估计你开始的注册资金一下子就用光了，而你这个投下去大部分时间实际上是空闲的，只有偶尔一天，可能就偶尔一小会儿是有大量人来访问的，在这个时候，你就会想，我能否租一个机器呢？在我需要的时候我租得多，大部分时间不需要的时候我可以租得少，谁来提供这样的服务呢？当然，市场的规律是这样的，有这个需求就会有人提供这个服务，就是一些云服务商所提供的。就由某些人来提供大量的服务器来租给大量的人，大量的需求重叠以后就会发现它的峰谷效应就会没有了，是一个比较平稳的需求，这样的话，提供这个服务的人他也有盈利，而使用这个服务的人也符合他的需求，这

42、样就促进了一个双赢的局面。云计算最初提出来的时候，它最大的卖点，云计算服务的使用者可以按需使用资源，当然也是按需付费，这是我们为什么需要云计算，因为存在这样一个需求跟供应的成本的关系。我们再从计算模式的演变历史来看，云计算也是计算发展过程中的一个历史阶段，这里面涉及到一些计算机发展历史，在早期的时候，我们是采用集中式计算，那个时候计算机很贵，在60、70年代的时候。当时因为技术条件和成本原因，只有极少极少的协会拥有计算机，拥有一个计算机以后肯定使大家把需要算的东西都放在计算机里面来集中处理。当时曾经有一个笑话是ibm公司，它认为全世界只需要5、6台计算机就够了，因为那时候一台机器的计算能力认为

43、是超强，后来在60、70年代以后，大概在70年代末、80年代初的时候。当时，我们现在非常赫赫有名的公司苹果公司，也开始做电脑了，它做电脑就叫个人电脑，当时ibm对它们不屑一顾，个人需要使用电脑吗？好像完全没有必要，这么强大的设备，放在家里。但随着人们对电脑的使用范围越来越广以后会发现很有必要。当个人和一般的中小企业家用了计算机以后，而且计算机不单单是来做一些只有科学家感兴趣的一些数值计算，算数学题目，原来还可以做很多很多事情，但90年代，互联网开始出现以后，这个时候计算机已经走出阁楼了。不但是我们工作的工具，也是生活娱乐的工具，而里面所要处理的信息是非常巨大的。随着个人计算机的普及和计算使用的

44、范围的扩展，这个时候变成分布式的。很多大量的计算任务不一定要放在计算能力很大的服务器上做，也可以在我的桌面计算机上做，就发展到这种模式。这种模式的发展又经过了从90年代到2000年，再往后的话是最近这些年以后，大家又开始在提集中式计算，这好像是一个螺旋式的发展，我们个人计算机是可以算，但它的计算能力、存储能力、它的可靠性、安全性等，跟服务器来比还是存在很多差距，所以开始又再往集中式的方向发展，大量的集中式的数据中心，大量的信息中心的建立使得信息又开始集中，个人电脑在很多时候又不需要计算了，只是作为一个终端，甚至有人提出，我的计算机就是一个只要能上网就够了，在这种大的背景之下，云计算开始慢慢产生

45、了，当用户把大量的任务委托给服务器端来做以后，这是云计算产生的一个根本性的，从计算模式上来讲，一个改变来催生了云计算的产生。这里面，我们举几个例子，计算机的使用开始受到电网的启示，电力网络比计算机网络建立得要早，通过电力网络我们可以获得电能，墙上有一个插座，你就可以弄个电灯一插，这个灯就亮了，但这个灯亮了以后，它是用电能，这个电能从哪里来的？我们从来没有谁去关心，这个是哪个电厂发的？是核电厂发的，还是风力电厂发的，还是烧煤发的，还是水电发的？我们不需要去关心，我们只关心这个灯会不会亮。把这个概念引入到我们的计算机领域来，大家想想看，当我有需要存储信息，就像你今天拍了几张照片，我要放到电脑里去，

46、什么时候我还要拿出来看一下，我要去打印出来，是不是也可以用电一样，我只要有个计算机，我把它开起来以后，把照片导入到计算机，它会自动帮我存储到某个地方，当我需要的时候能够自动取下来，现在个人电脑存这些东西都没问题，都如果这个数量很大呢？如果你是出去拍很多的视频呢？高清的呢？那你个人电脑用起来就没那么快了，你的存储量，你的计算能力可能都不够了，这个时候能不能像电一样，它是放在互联网中的，你不知道的某个地方，当你需要的时候你就可以用，把电网的这样一个启示、方法用到计算机领域里面来。使得人们使用计算机的需求成为一种社会化的商品流通一样，像煤气、水、电一样，要社会化的服务，这样的话能够更加方便，费用也更

47、加低廉。我们使用计算机就跟使用电一样，我们没有人会想因为我要用电，所以我要去买一个发电机，我们没有必要为了处理我家庭中大规模的，比如说我喜欢视频，当然也有专业人士搞一些专业的事情，比如我要写个游戏，我要做什么，你专门去买一套完整的设备，这恐怕只有少数的非常富有的家庭能做这件事情，没有必要，你就利用网络所提供的服务来做这些，有人会去买大量的这样的设备来为你服务，这也是云计算产生的一个大的背景。三、云计算系统的分类与技术第三个内容，我讲一下当前云计算系统的分类和会涉及到的有关技术。这再提一下，我们在前面的概念和前面这两讲里面会涉及到一些技术问题。云计算这个系统，按照这个部署的方式和服务的对象，基本

48、上可以分成三个类型：第一个，我们把它称之为叫“公有云”，第二个叫“私有云”，第三个叫“混合云”。什么是“公有云”，如果一个云计算的提供者是把它的服务提供给公众，不是特定人群，这个称为叫“公有云”，它可以是第三方提供商，用户能够使用，通过一般的 internet 就可以使用的，有的可能是免费的，也可能是成本比较低廉的，比方说前面给大家提到的亚马逊，这个是一个公有云。为什么这么说呢？任何用户只要到上面去注册、付费都可以使用，它不针对某些特定客户。第二类，“私有云”，它是为某个客户单独使用而建的，因而提供对数据的安全性、服务资料都要能够进行有效的控制，这个客户就可以拥有在这些计算机有关的设备，并且可

49、以控制这个设备上，这个设备如何使用，可以运行哪些程序，这种也有。像很多大型企业，甚至包括我们的政府所建立的云都是属于这一类的，它都是为某一个部门、某一个系统、某个单位内部服务的。内部有必要建云吗？这就看它的需求，因为一个单位内部也有大量的计算任务，当单位较大的时候，它没有必要为每一个它的分支机构、每一个部门去建立一套完整的系统，它可以在自己内部建一个大型的数据中心、服务中心，让所有人的应用都部署在一个集中的地点，这样也有利于来管理、调度这些资源的使用，包括计算机资源的使用，这一类就叫“私有云”。还有一类，“混合云”，把“公有云”、“私有云”两种服务结合起来，像一个企业，它可以把有的计算任务租用

50、外部的机器来完成，而有的信息处理可以放在内部的计算中心来完成，这两者进行混合，在混合的时候，它可以在安全性得到保证的情况下可以充分相互利用这个资源，这种行为在商业领域已经是属于小儿科了，你不够的时候租点人家的东西，需求大的时候多租一点，自己的也用，这是“混合云”的概念。从云计算系统，它能够提供的服务的层次来看的话，可以分成三层。最基层，我们可以叫基础设施服务，第二层叫平台服务，第三层叫软件服务。基础设施服务是租机器，这个认为是初级阶段。我给大家几个例子，比如几个人要搞一个公司，开一个网站，我不想买机器，买机器太贵，总共我就几万块钱，一下就买那个机器的话我就无法运转，这个时候我就租用人家的机器，

51、承租机器，这个机器上跑什么程序，做什么软件，这是我自己做的，这一类就叫基础设施服务，基本上就应用于它的硬件基础设施，人家可以买个很大的服务器，当然服务器里面还有相应的一些技术来实现，使得这个机器能够同时租给很多人，专业上来讲叫“多租户”（many tenant）的技术，每一个租户租的，物理上就是一个服务器，每个人都要用，用起来还用户不干扰，感觉上好像每个人都在独占着这个机器一样，这个可以通过技术上来实现，这是第一层次叫基础设施即服务。第二类叫平台即服务，这个平台跟我讲的基础设施是有区别的，平台，它包含了运行在物理的服务器上的一些系统化的软件。这个平台甚至可以更复杂，可以是多个服务器构成一个网络

52、，我租用的是一个网络，这个网络上有相应的协议，有相应的系统的软件，有数据库，有其他的一些应用软件等，不一定应用软件，平台性的、支撑性的软件，这个就相对比较复杂了，所需要的技术支撑能力也是比较强的。我曾经去做过测试，比如我到亚马逊上，我要租它的三个服务器，这三个服务器分别配置不一样，除此之外，我要求这三个服务器之间相互能够进行联网，其中一个服务器安装数据库，一个服务器安装网站服务器，另外一个做文件服务器，存储大量的其他的信息，而这三个之间我要求它必须要安装什么样的超级系统，这个我都要指定的，有的可能是需要用windows系统，还有的在服务器上要装数据库的话也是特定的数据库来建的，这就构成了一个平

53、台。最上层、第三个是软件即服务，软件即服务，在我看来，相对来说还是比较简单，并不复杂，因为它屏蔽了很多细节，现在国内有很多软件公司就提供这个服务，比如说像用友、金蝶，这种做财务软件的公司，它就提供软件即服务。怎么用它呢？它自己买好服务器，把软件系统全部装好，然后你只要到它那儿去注册一个帐号，你就可以把财务系统的东西都导入到它那里，它帮你做账，你自己做，但所有的数据都在它那儿，你要做什么报表，它的软件会帮你产生，你不需要去买它的软件，你就去租它这个软件，专业上叫租它这个软件服务，这就使得很多小企业方便了，你不用去买服务器，也不用去买财务软件就可以管理自己的财务了，这是叫软件即服务。这是从它的服务

54、类型来讲，三个层次。云计算应用领域非常广泛，它可以是应用的，可以是一些软件环境的，可以是一些计算能力的，各种各样的类型，我就不一一细讲了，大家参照我们的书上可以看，它的应用领域非常广泛。接下来我们来看一看，要做到云计算需要哪些技术支持。我先讲第一个，叫资源虚拟化。什么叫资源虚拟化呢？它在一台物理的计算机上面，它要运行多个虚拟机，虚拟机什么概念？将来我每一个虚拟机都是租给不同的人，而这个又是在同一台物理机器上，租给每一个人的机器，你还要跟他讲是不一样的，是按照用户的需求来定做的，比方说某个用户说我的服务器要求cpu要多少能力，内存要多大，硬盘要多大，我这上面要安装window操作系统，都可以，另

55、外用户可能又换成另外的不同需求了，但我要把不同的需求，把它都能够构建在一台机器上，这个就需要有相应的技术支持，这是虚拟化，一个物理机虚拟成多个机器给不同的用户，而且要使得他们之间相互不会产生干扰，不会产生安全问题，相互的时候，在使用的时候又能够满足用户的性能上的一些要求，不能说一个机器，比如说新我们自己个人电脑一样，主频内存就这儿点，你还跟用户说我这儿有很多，租给很多人，不行，在用户的服务质量的要求满足的情况下进行出租。所以，虚拟化的技术是非常关键的。第二个，我们把它称为叫资源的调度与分配。这里资源可以包含几方面：一个是计算资源，cpu、内存，你不能说你cpu就两个g的主频，你还分给两个人说，

56、每个人给你两个g，这是做不到的，你物理资源就不能满足，但可以说我可以分给两个人，每个人说我提供一个1g的cpu给你，1g+1g=2g。第二类叫存储资源，磁盘空间，磁盘空间在很多时候是可以适当地放大，很多公司也在这儿做，大家可能用过web邮件系统，有的用163、有的用gmail，有的用hotmail，有的用其他等，很多第三方的电子邮件系统，比如雅虎mail，新浪mail，对，用它的油箱，它会告诉你，我给你提供的是10个g的油箱空间，实际上它有没有给你这么多呢？实际上它并不需要给你这么多，你实际有多少，它就给你多少。比如说你的油箱里面就放了1个g大小的内容，这个时候它就给你1个g，但它会号称给了你

57、10个g，如果你真的需要10个g的时候，它能给出来，但它不是时时刻刻都给10个g的空间，放在这里静态地分配给你，它是在若干个用户之间在调配，也许你需要增加1g的时候，有个人刚好删除1g内容了，他的空间就给你了，这个是资源的调度和分配，动态的，这个动态性体现更多的是网络资源。一个服务器上有多个用户的话，他们都要使用网络，而物理上网络是固定的，怎么分配？这已经是很前沿的问题了，有很多计算机领域的一些研究人员都在研究这个问题，怎么使得资源分配得更加公平、更加合理，然后又能够满足用户的要求，对第二个关键技术，资源的调度与分配这个跟日常生活也很像，一个人用的时候你根本不用考虑这个问题，当很多人在使用公共

58、资源的时候，作为管理者的话，任务就重了，你在这里面怎么来分好，要分得大家都满意，又要高效率，从云计算的运营者来讲我还要高收益，这就是一个难的问题了。第三个技术，相对比较专业一点，叫分布式计算。原来这个机器的构成的模式，比如说我们前面讲的并行计算也好，集群计算也好，网格计算也好等，它这里面一系列的构成的方式和连接的方式跟云计算可能不一样，云计算，既然不一样了，那就需要有新的一些计算机的技术来使得连接起来的各个计算机能够高效地处理，这是第三个技术。高效处理的话，我举一个例子，在昨天我准备讲稿之前，我用了一下谷歌的搜索引擎，我就搜“物联网”这三个字，当我点击搜索以后，它很快就出结果了，在结果的最上面

59、一栏，在第一条结果的前面一点点，大家可以注意看，你也去用一下，它会提示一个消息：搜索到多少多少结果，用时多少，我注意看了一下，“物联网”这三个字搜索，它搜索到1890万条结果，用时0.15秒，我告诉大家，这个0.15秒还不是最快的，我曾经试过有零点零几秒的都有，它所搜索的过程之中涉及到使用了多少机器呢？它搜索的范围有多大呢？形象来讲，物联网，包含物联网这三个字的网页在谷歌它所存储的所有的网页中可以这样形容，对它来讲是大海捞针，但它仅用0.15秒就从海里面把这根针捞出来了，可想而知，这里面所使用到的分布式计算的技术是多么先进，这里面也不是一台机器在算，就这么一个简单的用户的一个敲击的搜索需求，它会牵扯到谷歌公司的成千上万台服务器都参与了计算，所以它才能这么快。第四个，云计算里面很重要，安全和可靠性的技术。大家知道，信息不是存在你自己的电脑里的时候你怎么相信这是安全的，我记得最早的时候，