物联网与云计算

物联网与云计算物联网与云计算摘要：当前无论是工业界还是学术界，对物联网普遍聚焦在它的前端，对于物联网的后端并没有过多关注，物联网可以看作是互联网通过传感网络向物理世界的延伸，其最终目标是对物理世界实现智能化管理。从“后端”来看，物联网可以看出是一个基于互联网的，以提高物理世界运行、管理、资源使用效率等水平为目标的大规模信息系统。物联网的“后端”对当前互联网计算，包括云计算、服务计算和网格的研究提出了新的挑战。关键字：物联网、云计算、互联网、发展、通信目录第一章绪论（物联网的最新发展动态和趋势）第二章物联网与云计算的关系第三章物联网未来发展的核心技术第四章物联网对世界发展的影响第五章物联网通信的发展前景第六章结束语第一章绪论物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、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，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。物联网注定要催化中国乃至世界生产力的变革。在信息产业的发展过程中，物联网是中国真正的战略新兴产业，是一个机遇，它能使我国信息产业有可能超越国外。前信息产业主要应用在媒体、游戏、娱乐、电子商务领域等第三产业中，而物联网作为最新的网络技术,将会进一步对农业、工业这样的第一产业、第二产业发展发挥重大的推动作用。即互联网时代带动更多的是第三产业的发展,而物联网的兴起将联动第一、第二产业。现阶段物联网有希望成为加快转变经济发展方式的突破口。如果我国能够在三网融合、物联网、云计算等方面加快发展,将带来以信息化为标志的新一次战略机遇一通过信息化带动工业、农业、医疗、安全等基础产业发生翻天覆地的变化。我们过去的互联网几乎是人与人、人与物的交互，今后会走向物与物，往物联网发展的趋势。受到国家信息化建设等诸多利好因素推动，物联网产业发展形势很好，但我们不能忽视一个重要的问题，物联网发展之路任重道远，还存在许多的问题需要克服。在物联网技术发展产品化的过程中，我国一直缺乏一些关键技术的掌握，所以产品档次上不去，价格下不来。缺乏RFID等关键技术的独立自主产权这是限制中国物联网发展的关键因素之一。行业技术标准缺失也是一个重要的问题。目前行业技术主要缺乏以下两个方面标准：接口的标准化;数据模型的标准化。虽然我国早在2005年11月就成立了RFID产业联盟，同时次年又发布了《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》，指出应当集中开展RFID核心技术的研究开发，制定符合中国国情的技术标准。但是，现在我们可以发现，中国的RFID产业仍是一片混乱。技术强度固然在增强，但是技术标准却还如镜中之月。正如同中国的3G标准一样，出于各方面的利益考虑，最后中国的3G有了三个不同的标准。物联网的标准最终怎样，只能等时间来告诉我们答案了。和美国相比，国内物联网产业链完善度上还存在着较大差距。虽然目前国内三大运营商和中兴华为这一类的系统设备商都已是世界级水平,但是其他环节相对欠缺。产业链的合作需要兼顾各方的利益，而在各方利益机制及商业模式尚未成型的背景下，物联网普及仍相当漫长。物联网分为感知，网络，应用三个层次，在每一个层面上，都将有多种选择去开拓市场。这样，在未来生态环境的建设过程中，商业模式变得异常关键。对于任何一次信息产业的革命来说，出现一种新型而能成熟发展的商业盈利模式是必然的结果，可是这一点至今还没有在物联网的发展中体现出来，也没有任何产业可以在这一点上统一引领物联网的发展浪潮。物联网产业是需要将物与物连接起来并且进行更好的控制管理。这一特点决定了其发展必将会随着经济发展和社会需求而催生出更多的应用。所以，在物联网传感技术推广的初期，功能单一，价位高是很难避免的问题。因为，电子标签贵，读写设备贵，所以，很难形成大规模的应用。而由于没有大规模的应用，电子标签和读写器的成本问题便始终没有达到人们的预期。成本高，就没有大规模的应用，而没有大规模的应用，成本高的问题就更难以解决。如何突破初期的用户在成本方面的壁垒成了打开这一片市场的首要问题。所以在成本尚未降至能普及的前提下，物联网的发展将受到限制。有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。第二章物联网与云计算的关系云计算，是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态、易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。互联网上的云计算服务特征和自然界的云、水循环具有一定的相似性，因此，云是一个相当贴切的比喻。通常云计算服务应该具备以下几条特征：1•基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务；2•实现动态的、可伸缩的扩展；3•按需求提供资源、按使用量付费；4•通过互联网提供、面向海量信息处理；5•用户可以方便地参与；6•形态灵活，聚散自如；7•减少用户终端的处理负担；8降低了用户对于IT专业知识的依赖。而云计算和物联网是新一代信息技术产业的核心，他们之间有着紧密的联系。第一，物联网和云计算是国家非常重视的战略性新兴产业，是国家重点推动跨越发展的新一代信息技术产业。物联网产业有很大的市场容量，有巨大的发展潜力，是重大的应用领域。第二，物联网的形成和发展会产生分布在各处的大量的数据需要协调和处理，云计算对于物联网数据处理起到重要的支持作用。没有云计算，物联网就会成为“物离网”一个一个的信息孤岛，没有云计算平台支持的物联网价值不大。小范围的传感器数据处理和整合的技术早已就有了，如工控领域，这并不是真正的物联网。第三，对于云计算来说，物联网是一个应用，一个国家重点推动的巨大的应用领域。但从业务层次来看，物联网与其他应用对于云计算来说没有本质的区别。云计算不关心具体的应用。物联网产业要真正的蓬勃发展离不开云计算的支撑，物联网项目在上马的时候一定要考虑到后面的支撑平台。当物联网与云计算牵手时，需要两大关键：关键1：规模化是其结合基础技术总能带给人们很多的想象空间，作为当前较为先进的技术理念，物联网与云计算的结合也存在着很多可能性，业界人士首先认为，规模化是云计算服务物联网的前提条件。物联网的规模足够大之后，才有可能和云计算结合起来，因此物联网应具备三个特征，一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。比如行业应用：智能电网、地震台网监测等等需要云计算。而对一般性的、局域的、家庭网的物联网应用，则应没有必要结合云计算。关键2：实用技术是实现条件第一是互联网技术在物联网的扩展，包括IP技术在各种物体的实现，无线接入网络，网络与信息的融合等方面；第二是IT虚拟化技术，这也是云计算的基础，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，这其中关键技术就涉及到服务器虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化，当然如果能够将服务器、网络和存储进行融合，让服务器与网络之间，网络与存储之间也能够达到资源共享的虚拟化，这将会在计算能力的有效利用，服务能力的错峰处理和绿色节电环保等方面更具有吸引力。第三点是如何对物联网，云计算平台的管理、控制与应用，从而让其更好地实现可靠、安全、连续的服务。第四，也是很重要的一点，即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。物联网与云计算的结合无疑通过对各种能力资源共享（包括计算资源、网络资源、存储资源、平台资源、应用资源、管理资源、服务资源、人力资源）、业务快速部署、人物交互新业务扩展、信息价值深度挖掘等多方面的促进带动整个产业链和价值链的升级与跃进。同时物联网与云计算结合的数据中心需要更可靠和严谨的虚拟化平台实现支撑，而且对数据中心的规划、建设、运营、维护、管理等方面在节能环保、高可靠性、高可用性、安全性、可管理性及高性能等方面提出了更高的要求。一旦信息技术能够实现社会化、集约化、专业化，人类社会就将会进入一个用信息和信息技术精确调控物质和能量的时代，以提高资源利用率和生产力水平。因此，感知、认知与控制变得尤为重要，物联的兴起就是最典型的证明，其中尤以智能电网和智能交通更具代表性。云计算就像物联网的基石为大家统一使用，因此是它开创了软件社会化大生产。依托互联网，通过端设备，随时随地获得个性化服务，你会发现人们开始买计算不买计算机、买存储不买存储器、买带宽不买交换机，因为他们可以在同一个端设备享受网络上不同的服务，不同端设备享受网络上同一种服务，端设备通过联网服务定制，实现个性化服务，不同端设备可以享受集群服务。软件服务业实现社会化、集约化、专业化的大转型。社会化、集约化和专业化的云计算中心通过软件的重用和柔性重组，进行服务流程的优化与重构，提高利用率。云计算促进了软件开发商之间的资源聚合、信息共享和协同工作，形成面向服务的计算，为网络时代的软件工程开辟了新的道路。“三化”加速物联网的构建。初期的互联网支持尽力而为的服务，“核心简单，边缘丰富”。云计算要求云计算中心支持社会化、集约化和专业化的信息服务，“网络丰富，边缘简单，交互智能”。当然，物联网与云计算的结合在实现了高效、灵活、方便和更多价值的同时，在人及信息的安全性、价值链形成过程中的利益分配平衡及可管理性、对人类的行为习惯和道德观念的影响等方面都存在着一定的风险和不确定性。第三章物联网未来发展的核心技术物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。具体的核心，是感知层中的技术，从现在阶段来看，物联网发展的瓶颈就在感知层。国际电信联盟（ITU）将传感器技术、射频技术（RFID）、微机电系统（MEMS）、智能嵌入技术列为物联网关键技术。1、 传感器技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。传感技术的核心即传感器，它是负责实现物联网中物、物与人信息交互的必要组成部分。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。2、 射频识别（radiofrequencyidentification,RFID）技术射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种非接触式自动识别技术,该技术的商用促进了物联网的发展。它通过射频信号等一些先进手段自动识别目标对象并获取相关数据，有利于人们在不同状态下对各类物体进行识别与管理。射频识别系统通常由电子标签和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的标识物体信息的电子数据，是未来几年代替条形码走进物联网时代的关键技术之一。该技术具有一定的优势：能够轻易嵌入或附着，并对所附着的物体进行追踪定位;读取距离更远，存取数据时间更短；标签的数据存取有密码保护，安全性更高。RFID目前有很多频段，集中在13.56MHz频段和900MHz频段的无源射频识别标签应用最为常见。短距离应用方面通常采用13.56MHzHF频段；而900MHz频段多用于远距离识别，如车辆管理、产品防伪等领域。阅读器与电子标签可按通信协议互传信息，即阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据命令将内存的标识性数据回传给阅读器。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。但其技术发展过程中也遇到了一些问题，主要是芯片成本，其他的如FRID反碰撞防冲突、RFID天线研究、工作频率的选择及安全隐私等问题，都一定程度上制约了该技术的发展。3、 微机电系统（MEMS）微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems简称MEMS）是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS技术近几年的飞速发展，为传感器节点的智能化、小型化、功率的不断降低制造了成熟的条件，目前已经在全球形成百亿美元规模的庞大市场。近年更是出现了集成度更高的纳米机电系统（Nano-ElectromechanicalSystem,简称NEMS）。具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适合大批量生产等特点。MEMS技术属于物联网的信息采集层技术。4、智能嵌入技术嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。目前，大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段，以控制器（MCU）为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系统能够连接到Internet上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。第四章物联网对世界发展的影响业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。中国移动总裁王建宙提及，物联网将会成为中国移动未来的发展重点。他表示将会邀请台湾生产RFID、传感器和条形码的厂商和中国移动合作。运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，形式多样的物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。在世博会期间，“车务通”全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的“e物流”，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。此外，普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比1,因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。第五章