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文档简介

1/1物联网设备的低耦合集成第一部分低耦合集成的概念和优势 2第二部分通信协议与数据交换标准 4第三部分设备注册与身份管理 6第四部分云平台与边缘计算的协同 8第五部分开放API与第三方集成 11第六部分灵活配置与可重用性 14第七部分安全性和隐私考虑 16第八部分应用场景与案例分析 18

第一部分低耦合集成的概念和优势低耦合集成

在物联网(IoT)生态系统中,设备集成至关重要,因为它允许不同设备之间的通信和协作。低耦合集成是一种集成方法,其中设备松散连接,并且依赖极少的依赖关系。

低耦合集成的概念

低耦合集成基于松散耦合架构,其中设备通过轻量级协议和中间件进行通信。这种方法允许设备相互交互,而无需深入了解彼此的内部实现。与紧密耦合集成不同,后者依赖于特定协议和接口,低耦合集成提供更大的灵活性、可扩展性和可维护性。

低耦合集成的优势

*灵活性:松散耦合架构允许设备轻松添加、删除或替换,而无需对整体系统进行重大修改。

*可扩展性:低耦合集成易于扩展,因为新设备可以无缝集成到现有系统中,而无需进行重大改造。

*可维护性:松散耦合消除了对具体实现的依赖,简化了故障排除和维护任务。

*异构性支持:低耦合集成允许异构设备(使用不同协议和接口)无缝连接到同一个系统中。

*安全性:松散耦合通过减少设备之间的依赖关系,提高了系统的安全性。

*成本效益:低耦合集成通过简化开发和维护过程,降低了总体拥有成本。

实现低耦合集成

实现低耦合集成涉及以下几个关键步骤:

*明确定义接口:为设备之间的通信定义明确的、标准化的接口,从而减少对特定实现的依赖。

*使用轻量级协议:选择轻量级协议(如MQTT或CoAP),以最大限度地减少网络开销和处理时间。

*采用中间件:使用中间件作为设备之间的消息代理,负责路由、过滤和转换消息。

*遵循设计模式:应用设计模式,如松散耦合对象和适配器模式,以促进松散耦合。

*实施标准:遵守物联网行业标准(如OASIS、IETF和IEEE),以确保互操作性和可移植性。

低耦合集成的范例

低耦合集成在各种物联网应用中得到广泛应用:

*智能家居自动化:将智能设备(如灯泡、恒温器和传感器)无缝集成到一个中央系统中。

*工业物联网:连接传感器、执行器和机器,实现远程监控、预测性维护和流程优化。

*医疗保健物联网:与医疗设备和可穿戴设备集成,实现远程患者监测、诊断和治疗。

*智慧城市:将传感器、摄像头和其他设备连接到城市基础设施,以提高效率、安全性和可持续性。

结论

低耦合集成是物联网设备集成的一种强大方法,因为它提供灵活性、可扩展性、可维护性、异构性支持和安全性。通过遵循最佳实践和利用适当的技术,开发人员和系统架构师可以设计和实现高效、可靠和灵活的物联网系统。第二部分通信协议与数据交换标准关键词关键要点主题名称:MQTT协议

1.MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport)是一种轻量级、基于发布/订阅模型的物联网通信协议。

2.MQTT具有低功耗、低带宽的特点,适合于资源受限的物联网设备。

3.MQTT提供分层主题结构,支持灵活的数据路由和设备管理。

主题名称:HTTP和RESTAPI

通信协议与数据交换标准

在低耦合的物联网设备集成中,通信协议和数据交换标准对于建立互操作性和确保数据可靠传输至关重要。以下概述了关键协议和标准:

通信协议

*MessageQueueTelemetryTransport(MQTT):一种轻量级、发布/订阅协议,用于连接低功耗设备,非常适合物联网应用。

*AdvancedMessageQueuingProtocol(AMQP):一个开放标准协议,提供可靠、高性能的消息传递,可满足物联网设备的复杂数据传输需求。

*DataDistributionService(DDS):一种分布式发布/订阅协议,具有实时数据传输和高级质量服务(QoS)特性,适合需要确定性和可靠性的物联网应用。

数据交换标准

*JavaScriptObjectNotation(JSON):一种轻量级、基于文本的数据格式,广泛用于物联网设备之间的数据交换,因为它易于解析和生成。

*ExtensibleMarkupLanguage(XML):一种标记语言,用于表示分层数据,在集成遗留系统和复杂的物联网设备时很有用。

*ConstrainedApplicationProtocol(CoAP):一种为受限设备量身定制的协议,通过RESTful接口提供轻量级数据传输,在资源受限环境中非常有用。

选择通信协议和数据交换标准

选择通信协议和数据交换标准时,需要考虑以下因素:

*设备类型和功能:不同的设备具有不同的通信需求和功能,例如功耗、带宽和处理能力。

*网络拓扑和基础设施:通信协议应与网络拓扑和基础设施兼容,以确保可靠和高效的数据传输。

*数据类型和大小:数据交换标准应支持物联网设备传输和接收的数据类型和大小。

*安全性:通信协议和数据交换标准应具有内置安全功能,以保护数据免遭未经授权的访问和窃取。

*可扩展性和互操作性:协议和标准应支持设备的可扩展性和互操作性,以实现不同的设备和系统之间的无缝集成。

通过考虑这些因素并选择合适的通信协议和数据交换标准,可以实现低耦合的物联网设备集成,确保数据的可靠传输和设备之间的互操作性。第三部分设备注册与身份管理设备注册与身份管理

设备注册和身份管理是物联网设备低耦合集成的关键方面,可确保设备的安全性、可认证性和可管理性。

设备注册

设备注册是在物联网系统中将物理设备与虚拟身份相关联的过程。这涉及以下步骤:

*提供凭据:设备通常提供唯一的标识符(如设备ID和密钥)以及连接信息(如IP地址)。

*验证凭据:系统验证提供的凭据并确保设备具有必要的权限。

*分配身份:系统为设备分配一个虚拟身份,例如设备证书或令牌。

身份管理

设备身份管理是指维护和管理设备身份的过程。这包括:

*访问控制:系统根据设备的权限级别授予对资源和服务的访问权限。

*凭据更新:系统定期更新设备凭据,以确保安全性并防止未经授权的访问。

*身份撤销:在设备丢失、被盗或不再使用时,系统撤销其身份,以防止未经授权的使用。

设备注册和身份管理机制

有几种机制可用于物联网设备的注册和身份管理:

*X.509证书:基于公钥基础设施(PKI)的证书,提供设备身份验证和加密。

*设备证书颁发机构(DCA):负责颁发设备证书,并维护设备身份的信任链。

*OAuth2.0:授权框架,允许设备通过第三方授权服务器访问资源。

*身份验证令牌:短寿命令牌,提供临时访问权限。

*密钥管理服务(KMS):安全存储和管理设备凭据的服务。

设备注册和身份管理的最佳实践

为了确保物联网设备的注册和身份管理的有效性和安全性,请遵循以下最佳实践:

*使用强凭据:使用复杂且唯一的密码或证书。

*定期更新凭据:定期更改设备凭据,以减轻安全风险。

*采用多因素身份验证:使用多个身份验证因素,例如设备凭据和一次性密码。

*使用安全通信协议:使用加密协议,例如TLS和HTTPS,保护设备与服务器之间的通信。

*实施访问控制:根据设备的权限级别限制对资源和服务的访问。

结论

设备注册和身份管理是物联网设备低耦合集成的基础。通过实施有效的注册和身份管理机制,组织可以确保设备的安全性、可认证性和可管理性,从而创建更安全、更可靠的物联网系统。第四部分云平台与边缘计算的协同关键词关键要点边缘计算与云平台的协同作用

1.边缘计算设备直接处理传感器数据,减少数据传输到云端的延迟和带宽消耗。

2.云平台提供集中式数据存储、处理和分析能力,支持复杂的算法和机器学习模型。

3.边云协同通过优化数据处理和资源分配,提高物联网系统的整体效率和性能。

数据分层处理

1.边缘设备负责过滤和预处理数据,只将需要进一步分析的数据传输到云端。

2.云平台专注于大规模数据分析、训练机器学习模型和生成见解。

3.这种分层方法优化了计算资源的使用,提高了系统的响应性和可扩展性。

异构系统集成

1.物联网系统通常涉及不同类型和供应商的边缘设备和云服务。

2.云平台提供了统一的集成层,简化了来自不同来源的数据和服务的接入和处理。

3.异构系统集成增强了物联网解决方案的灵活性、可扩展性和可维护性。

安全性和隐私

1.边缘计算设备和云平台的协同带来了新的安全和隐私挑战。

2.云平台提供集中式安全性和合规性管理,降低风险。

3.边云协同可以实施分布式安全措施,例如端到端加密和设备认证。

边缘人工智能

1.边缘设备日益强大,支持在边缘执行机器学习和人工智能任务。

2.边缘人工智能减少了对云端处理的依赖,提高了实时响应能力和自主性。

3.云平台提供算法训练和模型管理支持,促进边缘人工智能的持续改进和部署。

趋势和前沿

1.雾计算和微云等分布式云架构正在推动边缘计算与云平台的更紧密协同。

2.人工智能和机器学习技术在边缘和云端的融合正在推动物联网系统变得更加智能化和自适应。

3.研究领域正在探索边缘计算和云平台的边缘智能、多模态数据处理和资源优化等新领域。云平台与边缘计算的协同

云平台和边缘计算在物联网设备的低耦合集成中发挥着至关重要的作用。云平台提供了强大的计算和存储资源,而边缘计算则实现了数据处理和控制的本地化。通过协同工作,这两个组件可以优化物联网系统的性能和效率。

云平台

云平台提供了一个集中式环境,用于管理和处理大量数据。其主要优点包括:

*可扩展性:云平台可以根据需要动态缩放,以满足不断变化的工作负载要求。

*弹性:云平台提供冗余和故障转移机制,确保高可用性和数据保护。

*经济高效:云平台采用按需付费模式,仅为实际使用的资源付费。

*数据分析:云平台提供了强大的数据分析工具,用于提取有意义的见解和模式。

边缘计算

边缘计算将计算和存储资源部署在靠近物联网设备的位置。其主要优势包括:

*低延迟:边缘计算消除了与云平台的往返通信延迟,从而实现了对实时应用的快速响应。

*带宽优化:数据处理发生在本地,减少了与云平台的带宽需求,降低了成本。

*安全性:边缘计算减少了敏感数据通过网络传输的风险,提高了安全性。

*自治:边缘计算设备能够在没有云连接的情况下自主运行,保证操作的连续性。

云平台与边缘计算的协同

通过协同工作,云平台和边缘计算可以优化物联网系统的以下方面:

数据处理

*边缘计算设备执行初步的数据处理,例如过滤、聚合和预处理。

*处理后的数据被传输到云平台进行更深入的分析和长期存储。

控制

*云平台提供集中式的控制界面,用于远程管理和配置设备。

*边缘计算设备执行本地控制操作,响应本地传感器的输入。

通信优化

*边缘计算减少了与云平台的通信量,优化了带宽利用率。

*云平台仅接收需要高级处理或长期存储的数据。

安全性

*云平台提供集中式的安全措施,例如身份验证、授权和加密。

*边缘计算设备实施本地安全措施,例如硬件安全模块和入侵检测系统。

示例用例

云平台与边缘计算的协同在以下用例中提供了显著的优势:

*智能制造:边缘计算设备监控传感器数据,实现实时质量控制和预测性维护,而云平台提供对历史数据的分析和预测建模。

*智慧城市:边缘计算设备处理交通数据,优化交通流,云平台分析交通模式并提供长期规划建议。

*医疗保健:边缘计算设备收集患者生命体征,云平台提供远程监控和基于人工智能的诊断支持。

结论

云平台和边缘计算的协同是物联网设备低耦合集成至关重要的一环。通过协同工作,这两个组件优化了数据处理、控制、通信、安全和整体系统性能。这使得企业能够充分利用物联网技术,实现创新的应用和显著的业务价值。第五部分开放API与第三方集成关键词关键要点【开放API与第三方集成】:

1.开放式应用程序编程接口(API)允许物联网设备与第三方应用程序和服务进行安全通信。

2.通过标准化数据格式和通信协议,开放式API简化了异构系统的集成,实现了跨平台和设备的互操作性。

3.第三方集成扩展了物联网设备的功能,使开发人员能够为客户提供增值服务,例如远程监控、数据分析和设备控制。

【第三方集成优势】:

开放API与第三方集成

开放应用程序编程接口(API)是物联网(IoT)设备低耦合集成中一个至关重要的方面。它允许外部系统与IoT设备进行交互,从而实现与现有应用程序和服务之间的无缝集成。

什么是开放API?

开放API是公开的编程接口,允许第三方开发人员访问设备的功能和数据。这些API通常以标准化格式(如JSON或XML)提供,并通过HTTP协议进行访问。

开放API的优势

开放API为物联网设备的低耦合集成提供了以下优势:

*灵活性和可扩展性:开放API允许开发人员构建与特定设备无关的应用程序和服务,提高了系统的灵活性。

*快速的创新:开放API促进了第三方开发者的创新,他们可以利用设备数据创建新的应用程序和服务,从而丰富物联网生态系统。

*提高市场竞争力:通过开放API,设备制造商可以吸引更广泛的开发人员社区,扩大市场份额。

*降低运营成本:开放API减少了设备制造商为不同应用程序和服务开发专有接口的需要,从而降低了运营成本。

开放API的实施

开放API的实施通常涉及以下步骤:

*确定设备功能和要公开的数据。

*开发和文档化API接口。

*设置安全措施(如身份验证和授权)。

*部署API并向开发人员提供文档。

第三方集成

开放API为第三方集成提供了以下策略:

*插件式集成:开发人员可以将应用程序和服务作为一个插件集成到IoT设备中,通过开放API访问其功能和数据。

*API网关集成:API网关可以作为中间层,将外部应用程序和服务与各种物联网设备连接起来。

*基于云的集成:云平台可以为开放API提供托管环境,简化第三方集成并确保安全性和可扩展性。

开放API的示例

以下是开放API在物联网设备低耦合集成中的某些示例:

*AmazonWebServices(AWS)IoTCore提供开放API,允许第三方开发人员构建与AWSIoT设备交互的应用程序。

*GoogleCloudIoTCore提供开放API,允许开发人员构建与GoogleCloudIoT设备交互的应用程序。

*IBMWatsonIoTPlatform提供开放API,允许开发人员构建与IBMWatsonIoT设备交互的应用程序。

结论

开放API是实现物联网设备低耦合集成的关键元素。它促进第三方开发、提高灵活性、降低运营成本,并通过提供无缝集成扩展了物联网生态系统。通过遵循最佳实践和利用云平台,设备制造商可以有效利用开放API,为第三方集成提供强大的基础,并为客户创造更高价值的物联网解决方案。第六部分灵活配置与可重用性灵活配置与可重用性

物联网设备的低耦合集成对于确保设备的灵活性、可扩展性和可维护性至关重要。灵活配置和可重用性是实现低耦合集成的关键原则。

灵活配置

灵活配置是指能够在不修改底层代码或硬件的情况下,轻松更改设备行为和功能的能力。这对于适应不断变化的需求和环境至关重要。

实现灵活配置的方法包括:

*参数化设置:允许通过设置文件或API调用来配置设备参数,例如通信协议、数据速率或安全设置。

*可编程逻辑:使用可编程逻辑设备(例如,FPGA)创建可动态重新配置的硬件组件,以适应不同的功能。

*软件更新:通过无线更新或远程访问机制,允许对设备软件进行非侵入性更新,从而添加新功能或修复错误。

可重用性

可重用性是指在多个设备和应用程序中重复使用模块、组件和服务的能力。这可以显著降低开发时间和成本,并提高代码质量。

实现可重用性的技术包括:

*模块化架构:将设备功能分解为独立的模块,这些模块可以根据需要组合和重新组合。

*软件库:创建通用的软件组件,可用于处理常见任务,例如数据采集、通信和安全。

*API和服务:开发抽象层,允许应用程序通过标准化接口与设备交互,从而降低耦合并提高可移植性。

提升灵活配置和可重用性的好处

*降低开发成本:通过可重用的组件和灵活的配置选项,可以减少开发新设备和应用程序所需的时间和资源。

*提高可扩展性:灵活配置使设备能够轻松适应新的需求和功能,而可重用性允许快速创建新的设备和应用程序。

*增强可维护性:通过远程配置和软件更新,可以轻松修复错误、添加功能和维护设备。

*改善用户体验:灵活的配置选项允许用户定制设备以满足他们的特定需求,从而提高了用户满意度。

实现灵活配置和可重用性的挑战

*兼容性:确保不同设备和应用程序之间组件和服务的兼容性。

*安全:保护配置和更新过程免受未经授权的访问和修改。

*性能:优化配置和可重用性机制,以最大限度地减少对设备性能的影响。

结论

灵活配置和可重用性是实现物联网设备低耦合集成至关重要的原则。通过采用这些原则,可以创建灵活、可扩展、可维护和用户友好的设备,从而释放物联网的全部潜力。第七部分安全性和隐私考虑关键词关键要点【数据安全】

1.确保物联网设备的数据传输和存储受到保护,防止未经授权的访问、修改或删除。

2.实施加密技术和数据伪匿名化措施,保护数据在网络上和设备上的敏感信息。

3.遵循数据保护法规和标准,如通用数据保护条例(GDPR),以确保数据处理的合规性。

【设备安全】

安全性与隐私考量

物联网设备的低耦合集成对安全性与隐私提出了独特的挑战。以下列举了一些需要考虑的关键方面:

设备认证与授权:

低耦合集成意味着设备与平台之间具有松散的连接。这使得设备更容易受到假冒或未经授权的访问。因此,必须实施严格的设备认证和授权机制,以确保只有授权设备才能与其相应平台进行通信。

数据加密与可信链:

设备和平台之间传输的数据应该进行加密,以防止未经授权的访问和操纵。此外,还需要建立可信链,以确保数据的完整性和真实性,防止数据被篡改或伪造。

安全访问控制:

必须严格管理对设备和平台的访问。应实施基于角色的访问控制(RBAC),以确保用户只能访问与其角色相关的资源。此外,访问日志应该被记录和监视,以检测任何异常活动。

固件更新管理:

物联网设备的固件更新是维护其安全性和隐私的关键。必须建立一个安全的固件更新机制,以确保及时更新设备固件,同时防止恶意软件或漏洞的引入。

隐私保护:

物联网设备经常收集和处理个人数据。因此,保护用户隐私至关重要。这包括实施匿名化技术、最小化数据收集以及获得用户的明确同意才能收集和使用其个人数据。

隐私增强技术:

可以采用多种隐私增强技术(PET)来保护物联网设备中的用户隐私。一些常见的PET包括差分隐私、联邦学习和同态加密。

法规遵从:

物联网设备的开发和部署必须遵守相关法规和标准。这些法规包括通用数据保护条例(GDPR)、加州消费者隐私法(CCPA)和《健康保险携带和责任法案》(HIPAA)。

安全最佳实践:

以下是一些用于保护物联网设备安全性和隐私的最佳实践:

*使用强密码和多因素认证

*实施安全通信协议(例如TLS)

*监视网络流量并检测异常行为

*定期更新操作系统和软件

*教育用户有关安全实践

通过解决这些安全性与隐私考量,可以降低低耦合集成物联网设备的风险,并为用户提供一个更加安全和私密的体验。第八部分应用场景与案例分析关键词关键要点主题名称:智能家居

1.物联网设备的低耦合集成可实现智能家居设备之间的无缝互操作,从而打造更加舒适、便捷的生活空间。

2.例如,智能灯泡可以与传感器无缝连接,在有人进入房间时自动点亮;智能空调可以与温湿度传感器集成,根据室内环境自动调节温度。

3.这种低耦合集成方式避免了供应商锁定问题,用户可以自由选择不同品牌和型号的设备来构建自己的智能家居系统。

主题名称:工业自动化

应用场景与案例分析

工业领域

*智能制造:低耦合集成使工厂自动化设备能够轻松连接和交互,实现数据协同和流程优化,从而提高生产效率和产品质量。例如,西门子使用低耦合集成将传感器、执行器和控制器连接起来,创建了一个互联的智能工厂系统。

*能源管理:低耦合集成支持智能电网的开发,将各种能源设备连接到一个集成平台中。这使公用事业公司能够优化能源分配,提高能源效率,并减少停电。例如,通用电气使用低耦合集成将智能电表和可再生能源源连接在一起,创建了一个可再生能源微电网系统。

智慧城市

*交通管理:低耦合集成使城市交通系统能够连接和协同,提高交通效率和安全性。例如,华为使用低耦合集成将交通传感器、信号灯和监视摄像头连接起来,创建了一个智能交通管理系统。

*环境监测:低耦合集成支持环境监测系统的开发,将传感器和分析设备连接到一个集中平台中。这使城市能够实时监测和管理空气质量、水质和噪音污染。例如,北京市使用低耦合集成将空气质量传感器和数据分析平台连接起来,创建了一个城市空气质量监测系统。

医疗保健

*远程医疗:低耦合集成使医疗设备和服务能够连接到远程医疗平台中。这使患者能够在家中或其他远程位置获得医疗保健服务。例如,罗氏使用低耦合集成将血糖仪和远程监测平台连接起来,创建了一个远程糖尿病管理系统。

*医疗保健数据分析:低耦合集成使医疗保健数据能够从各种来源收集和分析,包括可穿戴设备、医疗记录和临床研究。这使研究人员能够识别疾病趋势、开发新的治疗方法并改善患者预后。例如,美国国立卫生研究院使用低耦合集成将来自多个来源的医疗保健数据连接起来,创建了一个国家医疗保健数据库。

案例分析

通用电气可再生能源微电网系统

通用电气开发了一个可再生能源微电网系统,该系统将智能电表、可再生能源源(如太阳能和风能)和储能系统连接到一个低耦合集成平台中。该系统能够优化能源分配、提高能源效率并减少停电。

该系统使用一个基于云的平台来管理和分析来自微电网设备的数据。该平台提供了能源消耗的实时可视化、预测分析和优化建议。通过使用低耦合集成,通用电气能够将各种设备和系统连接到平台中,而无需进行昂贵和耗时的自定义集成。

华为智能交通管理系统

华为开发了一套智能交通管理系统,该系统将交通传感器、信号灯和监视摄像头连接到一个低耦合集成平台中。该系统能够提高交通效率、减少拥堵和增强道路安全性。

该系统使用一个基于边缘计算的平台来处理和分析来自交通设备的数据。该平台提供实时交通状况的可视化、交通预测和交通信号优化。通过使用低耦合集成,华为能够将不同的交通设备和系统连接到平台中,而无需进行昂贵和耗时的自定义集成。

罗氏远程糖尿病管理系统

罗氏开发了一个远程糖尿病管理系统,该系统将血糖仪和远程监测平台连接到一个低耦合集成平台中。该系统使患者能够在家中或其他远程位置管理他们的糖尿病。

该系统使用一个移动应用程序来收集来自血糖仪的数据并将其发送到远程监测平台。该平台提供血糖水平的实时监测、趋势分析和个性化治疗建议。通过使用低耦合集成,罗氏能够将血糖仪连接到平台中,而无需进行昂贵和耗时的自定义集成。

结论

低耦合集成是一种强大的技术,使物联网设备能够以一种灵活、可扩展和安全的连接。它为各种行业和应用提供了显著的好处,包括工业、智慧城市、医疗保健和能源。通过利用低耦合集成的潜力,组织可以提高效率、优化运营并改善客户体验。关键词关键要点主题名称:模块化架构

关键要点:

1.将物联网设备分解为独立且可互操作的模块,每个模块负责特定的功能。

2.模块之间通过标准化接口连接,允许轻松更换或升级单个模块,而无需影响系统整体。

3.提高了可维护性、可扩展性和可升级性。

主题名称:轻量级协议

关键要点:

1.采用轻量级协议,例如MQTT、CoAP或OPCUA,以最大限度地减少数据的通信开销和功耗。

2.这些协议专为物联网设备的资源受限而设计,具有较小的数据包大小和较低的带宽要求。

3.允许设备在具有挑战性的网络条件下高效地通信。

主题名称:抽象层

关键要点:

1.引入抽象层将物联网设备与底层硬件和网络基础设施隔离开来。

2.设备只需要与抽象层交互,从而简化了开发和集成过程。

3.提高了系统的可移植性和可扩展性,允许设备无缝连接到不同的网络和硬件平台。

主题名称:虚拟化

关键要点:

1.使用虚拟化技术在单个物理设备上运行多个虚拟机或容器。

2.允许在单个平台上集成来自不同供应商的多个物联网设备。

3.减少了硬件成本并提高了资源利用率。

主题名称:云原生技术

关键要点:

1.采用云原生技术,例如容器和微服务,以构建和部署物联网系统。

2.利用云平台提供的可扩展性、弹性和管理功能。

3.促进快速

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