浅析物联网与云计算融合发展

1、浅析物联网与云计算融合发展一.物联网技术概述1.物联网的基本概念1.1物联网的定义物联网的概念是在互联网的基础之上提出来的,它的定义是:利用射频识别(RFID技术、红外线感应器、GPS全球定位系统、激光扫描器等设备,依据约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。也就是说物联网是智能感知、识别技术与普通运算技术在网络中的融合应用,是互联网的拓展应用。因此物联网发展的核心是应用创新,物联网发展的灵魂是用户体验创新。1.2物联网的意义物联网的连接使得地球就像有“智慧”的生命系统,由越来越多的终端、越来越多的组织和自然系统相互联

2、接构成。人类拥有了前所未有的速度和自由度,能够从容的建设,汇集、整合和连接存在于任何地方的各类资源。物联网把新一代IT技术充分运用到各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合网络当中,丰丰收在能力超级强大的中心计算机群,能够整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制,以便达到“智能化”管理的状态,提高资源利用率和生产力水平,促进人与自然的和谐发展。2.物联网的主要技术2.1传感器技术这也是计算机应用中的关键技术。大家都知

3、道,到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2.2RFID标签技术这也是一种传感器技术,该技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理中有着广阔的应用前景。2.3嵌入式系统技术综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、

4、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用由于支撑的技术水平不断提高,物联网的应用领域也越来越广。除了上述介绍的几种核心技术,还有信息物理融合系统,无线通信网络,海量数据处理等等在物联网中也得到了充分的利用。这些技术是相互结合,共同发挥作用的。如果没有统一的技术标准,物联网是无法实现的,如果没有安全保护措施,物联网也是无法部署和应用的。3.物联网的应用领域3.1智能工业领域工业生产过程控制、生产环境检测、制造供应链跟踪、产品全生命周期检测等物联网系统,形成综合管理监测平台,促进经

5、济效益提升、安全生产和节能减排。3.2智能农业领域农业生产精细化管理、生产养殖环境监控、农产品质量安全管理与产品溯源等物联网系统,形成重点农产品质量管理平台,保障农产品安全。3.3智能环保领域城市大气环境实时监测、重点流域和湖泊水质监测、工业污染源排放实时监控等物联网系统,形成重点地区和行业的实时监控和预警平台,改善环境质量。3.4智能物流领域覆盖库存监控、配送管理、安全追溯全流程的物联网系统,形成跨区域、行业、部门的物流公共服务平台,提高物流效率,保障物流的安全和可控。3.5智能交通领域交通状态感知与交换、交通诱导与智能化管控、车辆定位与调度、车辆远程监测与服务等物联网系统,形成城市交通实时

6、监控和管理平台,提升交通管理水平。3.6智能安防领域社会治安监控、危险化学品运输监控等物联网系统,形成重点区域和行业的监控和管理平台,提升公共安全管理的信息化水平。4.物联网的发展方向与前景现如今,物联网技术的发展与推广已经受到了世界科技发达国家的重视和支持。物联网技术必须推广到各个领域,各行各业进行分工合作,才能达到整体发展。物联网的应用前景非常广泛,主要的应用领域还是基础设施建设。人们不仅仅要会使用新兴的物联网技术,还要学会如何维护它。物联网的目的是给人类生活提供信息服务,所以它主要依赖网络运营商统一服务标准、统一管理等等。如何形成以及实现这些标准也将会是一份具有挑战的工作。当前互联网的发

7、展过程中,技术呈现一体化趋势、嵌入式、可靠和智能化的特点,管理的应用提出了一个标准化的趋势、服务、开放的工程特点但是根据现状也可以清晰的看出物联网技术还没有得到很好的普及,在许多领域物联网仍旧只是一种设想。设计者是根据物联网思路对其进行框架设计,搭建平台。能够实施和使用的实际系统有限,或者可以概括为现如今只是应用在某些细微的技术层面和某些大型项目的小的模块。所谓的建设物联网的社会体系还十分遥远,这就可以从多方面原因分析出现阶段物联网技术还需要在哪些方面改进和拓展。二.云计算技术介绍1.云计算的由来和基本定义云计算是信息技术革命不断发展的产物。信息和资源的需求不断推动着云计算的发展。云计算最早是

8、在年提出,然后一直风靡全球,受到信息行业的广泛关注和支持。总体来说,云计算实际上是对基础资源的部署、管理和使用上的一种理念的创新和技术的改造。对云计算的定义有多种说法。对于到底什么是云计算,至少可以找到100种解释。现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院(NIST定义:云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络,服务器,存储,应用软件,服务,这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行很少的交互。业界内认为云计算必须具备五种特征:按需服务、共享资源、按需付费、快速伸缩和网络面广。云计算的基本原理

9、是,通过新兴的虚拟化技术使得计算分布在分布式计算机上,企业能够将资源发展到需要的应用上,根据需求访问相关计算机和存储系统,云计算其实是网格计算、分布式计算、并行计算的不断进行融合发展的产物,云计算也是虚拟化、效用计算、面向服务的构架等概念的结合2.云计算的特点云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心,用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。用户将文档保存在类似于360网盘的网络上,就不用再担心数据的丢失或者损坏。因为在“云”的另一端,有全世界最专业的数据中心来帮用户保存数据。同时,严格的权限管理策略可以帮助你放心地与你指定的人共享数据。云计算对用户端的设备要求最低,使用起来也最方便。云计算作用

10、一种服务平台提供给用户的服务是全方位的,是便捷的低要求的。它避免了更新系统和安装杀毒防火墙软件的繁琐,用户只需有一台可以上网的电脑,有一个喜欢的浏览器,在浏览器中键入URL,就可以尽情享受云计算带给你的无限乐趣。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。云计算具有良好的数据同步性,在云计算的网络应用模式中,数据只有一份,保存在“云”的另一端,用户的所有电子设备只需要连接互联网,就可以同时访问和使用一份数据。云计算为用户使用网络提供了几乎无限多的可能。云计算为存储和管理数据提供了几乎无限多的空间,也为我们完成各类应用提供了几乎无限强大的计算能力。它提供了个人电脑或者其他电子设备不可能提供的无

11、限量的存储空间和计算能力,个人和单个设备的能力是有限的,但云计算的潜力却几乎是无限的。物联网的精神实质是自由、平等和共享。作为一种最能体现物联网精神的计算模型,云计算代表了未来的发展发向。3.云计算的关键技术介绍 是计算、存储、服务器、应用软件等IT软硬件资源的虚拟化,云计算在虚拟化、数据存储、数据管理、编程模式等方面具有自身独特的技术。云计算的关键技术包括以下几个方向:3.1虚拟机技术虚拟机,即服务器虚拟化是云计算底层架构的重要基石。在服务器虚拟化中,虚拟化软件需要实现对硬件的抽象,资源的分配、调度和管理,虚拟机与宿主操作系统及多个虚拟机间的隔离等功能,目前典型的实现(基本成为事实标准有Ci

12、trix Xen、VMware ESX Server 和Microsoft Hype-V等。3.2数据存储技术云计算系统需要同时满足大量用户的需求,并行地为大量用户提供服务。因此,云计算的数据存储技术必须具有分布式、高吞吐率和高传输率的特点。目前数据存储技术主要有Google的GFS(Google File System,非开源以及HDFS(Hadoop Distributed File System,开源,目前这两种技术已经成为事实标准。3.3数据管理技术云计算的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析,如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。云

13、计算的数据管理技术最著名的是谷歌的BigTable数据管理技术,同时Hadoop开发团队正在开发类似BigTable的开源数据管理模块。3.4分布式编程与计算为了使用户能更轻松的享受云计算带来的服务,让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的,云计算上的编程模型必须十分简单。必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。当前各IT厂商提出的“云”计划的编程工具均基于Map-Reduce的编程模型。3.5虚拟资源的管理与调度云计算区别于单机虚拟化技术的重要特征是通过整合物理资源形成资源池,并通过资源管理层(管理中间件实现对资源池中虚拟资源的调度。云计算的资源管理需要负责资源

14、管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作,实现节点故障的屏蔽,资源状况监视,用户任务调度,用户身份管理等多重功能。3.6云计算的业务接口为了方便用户业务由传统IT系统向云计算环境的迁移,云计算应对用户提供统一的业务接口。业务接口的统一不仅方便用户业务向云端的迁移,也会使用户业务在云与云之间的迁移更加容易。在云计算时代,SOA架构和以Web Service为特征的业务模式仍是业务发展的主要路线。3.7云计算相关的安全技术云计算模式带来一系列的安全问题,包括用户隐私的保护、用户数据的备份、云计算基础设施的防护等,这些问题都需要更强的技术手段,乃至法律手段去解决。4.云计算产业现状和发展方向现如今的

15、云计算产业发展迅速,完善的产业圈已经初步形成。由于其完美的适应了市场需求,积极的给厂商带来了便利,所以已经被业界认可和广泛利用。云计算技术已经突破了传统意义上的互联网格局，它成功的应用到了各种服务领域。但是，云计算技 术的发展远远没有应用那么的顺利， 云计算的实现需要的基础也要求很高， 这就面临了 更多的问题。目前，主要面临的问题有：安全问题、成本问题、标准问题等等。数据和 信息的共享也必然会导致它的不安全性， 所以现阶段保证云计算整体数据的安全变得尤 其重要，用户不仅仅要方便的利用数据，还要确保数据的安全，对其实施保护，只有共 同营造一个安全的环境， 才会让云计算数据得到真正的安全， 另外云

16、计算技术所要求的 基础设备造价也相对较高， 这就需要科技产业的迅速发展使得基础原件更加普及化， 使 得云计算能得到更广泛的应用。 标准问题一直以来是云计算技术面临的长期问题， 目前 市场上多种标准化组织都有交叉和重复， 但是一直没有形成完善统一的云计算标准体系。 其实云计算技术还面临着其他一些有内有外的问题， 相信通过科技的进步和完善这些都 会一一解决，云计算在将来也会具备更好的发展。 三 物联网与云计算的技术融合 云计算与物联网的有效融合，会给用户带来更为方便、快捷和低廉的服务。 使技 术层面上更为一致，使网络层上能够互联互通、无缝覆盖，使业务层上更容易的使用统 一的 IP 协议，使经营上相

17、互竞争合作从而加速朝着向人类提供多样化、多媒体化、个 性化服务的同一目标逐渐交汇，使行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。 1. 云计算与物联网的关系 云计算是物联网发展的基石，它对物联网的实现起了不可替代的促进作用。首先， 实现物联网的核心是云计算。 运用云计算这种计算模型或以使物联网中数以兆计的物品 的动态实时管理和智能分析成为可能。 建设物联网的三大基石包括： 传感器等电子元器 件； 传输的通道， 比如电信网； 高效的、 动态的、 可以大规模扩展的技术资源处理能力； 云计算模式使得第三块基石“高效的、动态的、可以大规模扩展的技术资源处理能力” 成为现实。其次，云计算促进了物联网和互联网的智能

18、融合。物联网和互联网的结合是 更高层次的整合，需要“更透彻的感知，更安全的互联互通，更深入的智能化” ，需要 依靠高效的、动态的、可以大规模扩展的技术资源处理能力。云计算的交付模式是创新 型的，是简化型的服务。加强物联网和互联网之间及其内部的互联互通，是实现新商业 模式的快速创新，促进物联网和互联网的智能融合的有力手段。 2. 云计算与物联网结合的基本思想 按照基本思想， 结合了云计算的物联网平台主要应该具有三个控制模块， 即存储平 台、应用平台和管理平台。它们的构建都是在运用云计算技术和云基础设施。云基础设 施：包括传感器网络、大型集群设备、分布式存储系统等等。这些云设施给物联网平台 的搭建

19、提供了各项技术保障。 物联网存储平台： 存储平台所要存储的是物联网中的数据 和信息，它实现所有用户共享虚拟存储池。 物联网云应用平台：应用平台是最主要的模块，在这一平台进行数据交换操作，通 过控制该平台使得物联网技术发挥作用，计算数据，处理数据。物联网管理平台：管理 系统主要负责物联网整个平台的监控， 保证平台内所有数据交换的顺利运行， 保证了数 据的安全性、可靠性。时时刻刻对平台进行监测和引导，促使平台在一个良好的环境中 运行。 3. 云计算与物联网融合的前景 云计算和物联网虽然是新兴事物，但是在当前已经有很多公司在研发应用。例如： IBM 公司发布的蓝云 （Blue Cloud） 计划，

20、微软的 Dynamic CRM Online, Exchange Online, Office Communications Online 等面对企业的计算服务，亚马逊网络云计算服务，谷 歌的 GAE, Google Docs 等云计算服务，从大量的实例中我们看出云计算与物联网融合 的前景是巨大的。 首先是解决服器节点的不可靠性问题。 随着物联网由局域网过渡到城域网， 感知层 获得的信息呈指数型增长， 从而使得服务器数目线性增长。 服务器的大量增加使得节点 出错的概率随之变大。 服务器的硬件资源的承受能力是有一定的范围限制的， 当服务器 同时响应的数量超过自身的限制时，服务器就会崩溃。然而物联

21、网领域却在逐步扩大， 物的数量呈几何级的增长使得物的信息呈爆炸性增长， 随之而来的访问量定会空前高涨。 为了让服务器能安全的执行， 就必须购买更高级的服务器和大量增加服务器， 或限制访 问服务器的次数。 这在现实中是不可行的， 增加服务器， 虽然能用钱来解决访问的压力， 但会造成设备浪费， 因为访问量的变化是不确定的， 在不同的年份不同的季节访问的数 量有很大的变化。 而限制访问带来的弊端理旬致命的， 会使的访问的成功率极大程度的 增加。所以用云计算技术，动态的增加减少服务器的数量和质量，能完美的解决这类问 题。 其次是让物联网从局域网发展到城域网甚至是广域网， 更大程度的实现上信息资源 共享。局域网中的物联网就像是一个超外的超市，尽管它还存在，但服务器端该物体的 信息会随着它的离开而消失。通过云计算技术，物联网的信息直接存放在 Internet 的 “云” 中， 而每个 “云” 有数以百万计的服务器分布在全世界的各个角落，