物联网技术与应用-第5章物联网与云计算

物联网技术与应用_第5章物联网与云计算第一页，共55页。目录5.1云计算概述5.1.1云计算起源5.1.2云计算的定义5.1.3云计算的类型5.1.4云计算与物联网5.2云计算系统组成及其技术5.2.1云计算系统组成5.2.2云计算系统的服务层次5.2.3云计算关键技术5.2.4云计算平台的体系架构5.2.5物联网与云计算结合方式5.2.6.云计算的关键特点5.3云计算商业服务模式5.4典型云计算系统简介5.4.1三朵云的典型代表5.4.2国外典型的云计算厂商5.4.3对比分析5.5Google云计算应用示例5.5.1Google文档应用示例5.5.2GoogleAppEngine应用示例2023/4/18第二页，共55页。云计算作为一种新兴的计算模式，已经得到了学术界、产业界的格外关注。面对越来越复杂的计算需求，云计算这一模式将会越来越多地推动企业商业模式的变革和发展。什么是云计算呢？简单地说，云计算是一种基于互联网的商业计算模型，它是分布式处理(DistributedComputing)、并行处理(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)等技术的发展及商业实现。然而若要确切理解云计算的深刻内涵，并不是一件容易的事情。2023/4/18第三页，共55页。CloudComputing第四页，共55页。5.1云计算概述“云计算”不但是当前信息行业非常流行且十分时尚的一个词汇，而且是被广泛讨论的热点。从不同的角度对云计算概念的看法也各不相同:有人认为云计算就是一个以互联网为中心的软件；有人则认为云计算是一种基于Web的服务,以此实现虚拟化并创造出基于服务的业务模式；还有人直接将云计算作为用户友好的网络计算。究竟何谓云计算呢？云计算并不是凭空出现的，它由多种因素促成，具有一定的必然性。2023/4/18第五页，共55页。云计算就是“按需应变”的网络延伸，即厂商按照用户不断变化的需求提供相应的硬件、软件服务。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、网络技术等一些传统计算方法的融合体。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。其核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力而减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力。云计算最典型的代表就是Google的搜索引擎。云计算涵义第六页，共55页。5.1.1云计算起源云计算的思想最早可以追溯到20世纪60年代,JohnMcCarthy曾经提到“计算迟早有一天会变成一种公用基础设施”,这就意味着计算能力可以作为一种商品进行流通,就像煤气、水电一样取用方便、费用低廉。近来，在互联网上开通了许多中文网站作为开放的云计算技术交流平台，为云计算爱好者提供云计算资讯信息，如：、中云网（）、中国云计算（）等。2023/4/18第七页，共55页。中国云计算网站首页大数据云基础设施云平台云应用云存储云安全2023/4/18第八页，共55页。5.1.2云计算的定义1.云计算定义的不同描述关于云计算的一个比较准确地定义是：云计算是一种计算模式，它可以把IT资源、数据和应用以服务的方式通过网络提供给用户。2023/4/18第九页，共55页。由云计算的这个定义可知，云计算最大的特征是通过互联网进行传输的。从广义上讲，云计算是一种动态的易扩展的且通常是通过互联网提供虚拟化的资源计算方式。狭义地讲，云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。从最根本的意义来讲,云计算就是数据存储在云端,应用和服务也存储在云端,能够充分利用数据中心强大计算能力,实现用户业务系统的自适应性。2023/4/18第十页，共55页。2.云计算的基本特征

（1）虚拟化（2）高可靠性、可用性和扩展性（3）按需服务（4）超大规模（5）高性价比2023/4/18第十一页，共55页。5.1.3云计算的类型

通过以上对云计算概念的讨论认识，可以按照部署方式和服务对象将云计算划分为公共云、私有云和混合云三大主要类型。云计算类型示意图2023/4/18第十二页，共55页。1.公共云

当云计算按其服务方式提供给公众用户时，称其为公共云。公共云是由第三方(供应商)提供的云计算服务。公共云尝试为用户提供无后顾之忧的各种各样的IT资源,无论是软件、应用程序基础结构,还是物理基础结构,云提供商都负责安装、管理、部署和维护。最终用户只要为其使用的资源付费即可,根本不存在利用率低这一问题。但是这要付出一些代价,这些服务通常根据“配置惯例”提供,即根据适应最常见使用的情形这一思想提供,如果资源由用户直接控制,则配置选项一般是这些资源的一个较小子集。2023/4/18第十三页，共55页。2.私有云私有云或称专属云，是指为企业内提供云服务（IT资源）的数据中心,这些云在商业企业和其它团体组织防火墙之内,由本企业管理，不对外开放。私有云可提供公共云所具有的许多功能。与传统的数据中心相比，主要不同点是：云数据中心可以支持动态灵活的基础设施，降低IT架构的复杂度，使各种IT资源得以整合、标准化；并且可以通过自动化部署提供策略驱动的服务水平管理，使IT资源更加容易地满足业务需求变化。相对公共云而言，私有云的用户完全拥有云中心的整个设施，比如中间件、服务器、网络和磁盘阵列等，可以控制哪些应用程序在哪里运行，并且可以决定允许哪些用户使用云计算服务。由于私有云的服务对象是企业内部员工，可以减少公共云中必须考虑的诸多限制，比如带宽、安全和法律法规的遵从性等问题。重要的是，通过用户范围控制和网络限制等手段，私有云可以提供更多的安全和私密等专属性的保证。2023/4/18第十四页，共55页。3.混合云混合云是公共云和私有云的混合,这类云一般由企业创建,而管理职责由企业和公共云提供商共同负责。混合云利用既在公共空间又在私有空间中的服务，用户可以通过一种可控的方式部分拥有或部分与他人共享。当公司需要既是公共云又是私有云服务时,选择混合云比较合适,从这个意义上说,企业、机构可以列出服务目标和需要,然后相应地从公共或私有云中获取。结构完好的混合云可以为安全、至关重要的流程(如接收客户资金支付)以及辅助业务流程(如员工工资单流程)等提供服务。2023/4/18第十五页，共55页。5.1.4云计算与物联网1.云计算是物联网发展的基石构建智慧地球，将物联网和互联网进行融合，显然不是简单的将实物与互联网进行连接，而是需要进行更高层次的整合，需要更透彻的感知、更全面的互联互通，更深入的智能化。2.云计算面临的挑战（1）标准化问题（2）数据安全性问题（3）产业链的成熟性问题2023/4/18第十六页，共55页。

物联网特点云计算特点物联网发展被正式列入国家发展战略。中国物联网应用基础已初步形成。物联网产业联盟迅速出现，从业人员增加。物联网标准制定工作引起各方注意。物联网核心技术突破仍是难题。物联网发展仍处于初期阶段。云计算为用户提供最可靠，最安全的数据存储中心。云计算对用户端设备要求最低，使用方便。云计算可以实现不同用户设备间都数据与应用共享。云计算为用户使用网络提供来无限多都可能。第十七页，共55页。物联网发展趋势物理世界感知是物联网建设的基础。大量独立建设的单一物联网应用是物联网建设的起点与基本元素。众多单一物联网应用的深度互联和跨域协作是物联网建设的目标。第十八页，共55页。云计算发展趋势现阶段价值初步体现典型应用5-10年后价值体现行业云应用局部自动互联愿景广泛互联跨域合作泛在共享第十九页，共55页。物联网与云计算关系物联网与云计算的结合应用势在必行。物联网的大规模发展离不开云计算平台的支撑，而云计算平台的完善与大规模的应用需要物联网的发展为其提供最大的用户。基于云计算的物联网安全研究将为物联网与云计算的发展提供最可靠的保障，也是物联网与云计算蓬勃发展的必要条件。第二十页，共55页。5.2云计算系统组成及其技术

5.2.1云计算系统组成云计算系统组成2023/4/18第二十一页，共55页。5.2.2云计算系统的服务层次

2023/4/18第二十二页，共55页。5.2.3云计算关键技术

编程模型海量数据分布存储技术海量数据管理技术虚拟化技术云计算平台管理技术2023/4/18第二十三页，共55页。云基础设施5.2.4云计算平台的体系架构云平台云应用云平台是物联网运营平台的核心，实现了网络节点的配置和控制、信息的采集和计算功能，对海量数据的分析处理，以满足大数据量且实时性要求非常高的数据处理要求。云基础设施通过物理资源虚拟化技术，使得平台上运行的不同行业应用以及同一行业应用的不同客户间的资源（存储、CPU等）实现共享。云应用作为物联网运营平台的一部分，实现行业应用的业务流程，在技术上通过应用虚拟化技术，实现多租户，让一个物联网行业应用的多个不同租户共享存储、计算能力等资源。第二十四页，共55页。5.2.5物联网与云计算结合方式1.单中心，多终端这种方式的云中心大部分由私有云构成，可提供统一的界面，具备海量存储能力与分级管理功能。第二十五页，共55页。VAE基于NGIN平台IMSMobileNetwork网关管端物联网互联网通信网政府交通金融政府企业大企业云中小企业云城市数据中心云eCityIDC传感器及传感网络2.多中心，大量终端这种方式的云中心由共有云和私有云构成，并且二者可以实现互联。

第二十六页，共55页。3.信息应用分层处理，海量终端这种方式的云中心同样由共有云和私有云构成，它的特点是用户的范围广、信息及数据种类多、安全性能高。

第二十七页，共55页。结合了分布式处理、并行处理和网格计算的优势。云计算技术将存储在分布式计算机产品中的大量数据和处理器资源整合在一起协同工作，使相关的计算分布在大量的分布式计算机上。超强的计算能力。通过一定的协调调度策略，云计算模式可以通过数万乃至百万的普通计算机之间的联合来提供超强的、可以与超级计算机相抗衡的计算能力。5.2.6.云计算的关键特点第二十八页，共55页。5.3云计算商业服务模式SaaS(Software-as-a-Service):软件即服务PaaS(Platform-as-a-Service):平台即服务IaaS(InfrastructureasaService):基础设施即服务MSP(ManagingSuccessfulProgramme)第二十九页，共55页。SaaS(Software-as-a-Service)：软件即服务SaaS给用户带来的优势:拿来即用、无须维护、按需使用、随处可用、风险减小、成本降低、先天防毒、低配置也可用大软件SaaS给软件运营商带来的优势:节约销售成本、节约维护成本、稳健的经营模式SaaS的缺点:依赖互联网、数据安全性、数据保密性、SaaS的成功案例:Salesforce公司的CRM（客户关系管理）、Google的搜索引擎和Gmail、IBM的“蓝云”、Alisoft的AEP平台等一系列SaaS软件第三十页，共55页。PaaS（Platform-as-a-Service）：平台即服务PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用。但是，PaaS的出现可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发速度。第三十一页，共55页。IaaS(InfrastructureasaService)基础设施即服务IaaS主要提供虚拟机IaaS分为两种用法：公共的和私有的。AmazonEC2在基础设施云中使用公共服务器池。更加私有化的服务会使用企业内部数据中心的一组公用或私有服务器池。IaaS可以提供服务器、操作系统、磁盘存储、数据库和/或信息资源。最高端IaaS的代表产品是亚马逊的AWS，不过IBM、Vmware和惠普以及其他一些传统IT厂商也提供这类的服务。IaaS通常会按照"弹性云"的模式引入其他的使用和计价模式，也就是在任何一个特定的时间，都只使用你需要的服务，并且只为之付费。第三十二页，共55页。5.4.1三朵云的典型代表5.4典型云计算系统简介第三十三页，共55页。342谷歌PaaS微软Azure云平台IBM蓝云典型应用案例1亚马逊公有云5.4.2国外典型的云计算厂商第三十四页，共55页。一、亚马逊公有云简介：亚马逊的公有云主要提供IaaS服务,将硬件设备等基础资源封装成服

务供用户使用，主要使用虚拟化技术。优势：节约建设与维护成本案例：SmugMug,37Signals…按需使用资源，弹性扩展案例：Animoto快速开发与部署应用案例：纽约时报主要的服务包括：弹性计算云EC2简单存储服务S3简单数据库服务SimpleDB简单队列服务SQS弹性MapReduce服务内容推送服务CloudFront电子商务服务DevPay灵活支付服务FPSIT租赁第三十五页，共55页。1GB数据存放1个月为0.15美元每个服务器租用1小时为0.1美元Amazon的IaaS云计算思路弹性计算云EC2为企业提供计算服务简单存储服务S3为企业提供存储服务36第三十六页，共55页。2.Amazon的IaaS运用实例—纽约时报使用亚马逊云计算服务效果：在不到24个小时的时间里处理了1100万篇文章费用：累计花费240美元利用自己服务器时间：数月时间费用：多得多的费用3737第三十七页，共55页。二、谷歌PaaS云1、简介Google提供了一个名为AppEngine的云计算平台，它基于的是Google早就建立起来的底层平台。这个平台包括GFS（Google）和Bigtable（构建于GFS之上的数据库系统）。GoogleAppEngine内的编程采用的是Python。程序员用Python或JAVA编写应用程序，然后再在AppEngine框架上运行。除Python外的其他语言在将来也会得到支持。出于开发的需要，可以下载AppEngine环境的一个本地仿真程序。AppEngine可免费使用并且包括多达500MB的存储及足够的CPU带宽来满足每天5百万次页面浏览。GoogleAppEngine提供了一些有用的基础设施，比如源自GFS的数据存储和一个memcache实现。然而，它并不提供开箱即用的排队机制。不过，有了这样一个纯Python的编程环境，就可以在AppEngine之上很容易地创建您自已的JMS替代。这个数据存储很适合于混合应用程序，并且只需很少的Python编程就可以打造出一个面向您的队列的RESTful式接口。第三十八页，共55页。2.谷歌PaaS云特点属于部署在云端的应用执行环境支持Python和Java两种语言通过SDK调用Google的各种服务。如GoogleMap、Mail等用户可快速、廉价（可免费使用限定的流量和存储）地部署自己开发的应用（如创新的网站、游戏等）第三十九页，共55页。Google云计算应用MapReduceBigTableGFSChubby3.Google云计算平台技术架构分布式文件系统GoogleDistributed并行数据处理MapReduce分布式锁Chubby结构化数据表BigTable4040第四十页，共55页。三、微软云计算简介：微软的云计算战略包括三大部分，目的是为自己的客户和合作伙伴提供多种不同的云计算运营模式：第一、微软运营：微软自己构建及运营公共云的应用和服务，同时向个人消费者和企业客户提供云服务。例如，微软向最终使用者提供的OnlineServices和WindowsLive等服务。第二、伙伴运营：ISV/SI等各种合作伙伴可基于WindowsAzurePlatform开发ERP、CRM等各种云计算应用，并在WindowsAzurePlatform上为最终使用者提供服务。另外一个选择是，微软运营在自己的云计算平台中的BusinessProductivityOnlineSuite(BPOS)产品也可交由合作伙伴进行托管运营。BPOS主要包括ExchangeOnline,SharePointOnline,OfficeCommunicationsOnline和LiveMeetingOnline等服务。第三、客户自建：客户可以选择微软的云计算解决方案构建自己的云计算平台。微软可以为用户提供包括产品、技术、平台和运维管理在内的全面支持。第四十一页，共55页。微软提供两种云计算部署类型，即公共云和私有云：公共云：由微软自己运营，为客户提供部署和应用服务。在公共云中，WindowsAzurePlatform是一个高度可扩展的服务平台，提供基于微软数据中心的随用随付费的灵活的服务模式。私有云：部署在客户的数据中心内部，基于客户个性化的性能和成本要求、面向客户服务的内部应用环境。这个云平台底层是由成熟的WindowsServer和SystemCenter等工具构建，在其上运行各类基于云的业务应用，如：开发测试、办公协作、医疗协作等。第四十二页，共55页。四、IBM蓝云简介包括一系列的自动化、自我管理和自我修复的虚拟化云计算软件，使来自全球的应用可以访问分布式的大型服务器池，使得数据中心在类似于互联网的环境下运行计算。“蓝云”解决方案是由IBM云计算中心开发的企业级云计算解决方案，该解决方案可以对企业现有的基础架构进行整合，通过虚拟化技术和自动化技术，构建企业自己拥有的云计算中心，实现企业硬件资源和软件资源的统一管理、统一分配、统一部署、统一监控和统一备份第四十三页，共55页。2.历史发展2008年2月，IBM在无锡建立第一个云计算中心，“蓝云”终落地生根、推向市场。作为第一个商业化的云计算中心，该中心为用户提供接入一个虚拟计算环境的能力，最终用户以租用的方式使用中心提供的软件开发和测试环境。此后，IBM全力出击，与欧洲合作伙伴推出云计算联合研发计划，并在都柏林建立欧洲第一个云计算中心；与乔治亚理工学院和俄亥俄州大学展开云计算的高校合作计划；在越南推出基于IBM云计算架构的越南创新门户等。2008年4月，IBM推出基于云计算的新产品——iDataPlex服务器，以及基于云计算的存储服务。iDataPlex用于满足那些使用Web2.0类型的计算，并运营数万台服务器的大型数据中心公司在技术方面的需求，能够将多个独立的计算机转变为一个共享资源池，即“云”。2008年6月，IBM大中华区云计算中心正式成立，该中心将帮助大中华地区的客户设计和部署自己的云计算设施和程序。第四十四页，共55页。CloudProviderIaaSPaaSSaaS提供什么云？Amazon提供EC2、S3等公有云服务SUN基于sun服务器、Solaris以及虚拟化技术提供弹性的解决方案，并提供Java、MySQL、OpenSolaris和开放式存储等开放解决方案及云咨询服务RedHat基于开源Linux和虚拟化软件kvm提供云计算管理解决方案Microsoft提供Azure解决方案，包括基于Windows的虚拟计算环境和存储、以及在此基础上提供的Live、.Net、SQL服务能力IBMIBM的云计算战略：1)提供云计算服务产品；2)帮助ISV设计、构建、交付和销售云计算服务；3)帮助客户将云计算服务整合到业务中；4)为企业提供云计算环境。依靠技术优势提供IDC服务以及LotusLive等在线应用解决方案。CISCO将产品线由原来的网络设备扩展到PC服务器领域，进而提供统一的数据中心解决方案。同时提供WebEX在线应用解决方案。VmWare提供x86虚拟化管理解决方案CITRIX主导推动开源软件Xen，并基于Xen提供虚拟化管理解决方案Huawei计划推出刀片服务器、（基于开源的）虚拟化产品、网络设备和存储，为云计算提供基础设施HADOOP基于PC构建低成本高扩展的海量数据存储和处理平台的开源软件，Hadoop社区由Yahoo、Facebook、微软、Cloudera等公司推动5.4.3对比分析第四十五页，共55页。5.5Google云计算应用示例从云计算服务和应用的角度来看，目前Google公司的云计算服务产品项目主要有：①桌面产品，包括独立应用程序和桌面扩展；②移动产品，包括在线移动产品和可下载的移动产品；③网络产品，包括广告、交流与发布、开发、地图、搜索和统计等；④硬件产品，包括GSA(GoogleSearchApplicance)和GoogleMini等；⑤其它产品，包括GOOG-411和Health等。在此就GoogleDocs、AppEngine云计算服务的使用作简单介绍。2023/4/18第四十六页，共55页。5.5.1Google文档应用示例2006年10月，Google公司对Writely和Spreadsheets服务进行整合，推出了在线办公软件服务Google文档（GoogleDocs）。GoogleDocs是一款开源的、基于Web的字处理、电子表格和演示文稿程序，属于Google企业套件GoogleApps之一。一、GoogleDocs的功能简单的说，可以认为GoogleDocs是Google版轻量级的在线办公软件，它使用户能够在线创建和编辑文档，并与其它用户实时协作。当前，GoogleDocs已经推出了文档编辑、电子表格、幻灯片演示、日程管理等多个功能的编辑模块，能够替代MicrosoftOffice相应的一部分功能。GoogleDocs云计算服务方式，比较适合多个用户共享以及协同编辑文档，不但为一组人员共同创作提供了方便，关键是不受地域的限制。2023/4/18第四十七页，共55页。二、GoogleDocs的使用使用GoogleDocs非常简单，就像使用其它Google网络服务一样，用户不需要下载或安装另外的软件。只需一台接入互联网的计算机以及可使用Google文件的标准浏览器即可。支持的浏览器有InternetExplorer、Chrome浏览器、火狐浏览器等，同时也支持包括中文在内的多种语言。通过网络访问GoogleDocs的地址为。首先需要创建一个Google账户，譬如以Gmail服务为平台协作使用多种Google提供的在线服务。用户只需登录Google账户，即可使用GoogleDocs提供的服务。Google账户是一个统一的登录系统，它集成了各种Google产品的访问权限，可用于访问包括Google网上论坛、Google购物列表、网络历史记录等各种服务。用户也可以使用其它电子邮件地址作为账户来使用GoogleDocs。2023/4/18第四十八页，共55页。登录账户之后，打开GoogleDocs主界面。GoogleDocs主界面2023/4/18第四十九页，共55页。5.5.2Goo