云計算與物聯(lián)網(wǎng)的融合-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOnel云計算與物聯(lián)網(wǎng)的融合薛正元(鄭州大學信息1：程學院，河南鄭州450001)摘要：“云iT算”和“物聯(lián)網(wǎng)"都是近幾年的流行詞匯，但它們給人的感覺似乎是:云il?算還只停留在概念層次,似乎在現(xiàn)實世界中并沒有太多具體的用武之地;另一方面，物聯(lián)網(wǎng)前景誘人，但由于其網(wǎng)絡規(guī)模的日趨龐大，越來越迫切的需要一個計算能力強大的支撐平臺/而對這種背景，本文對“云計算"與“物聯(lián)網(wǎng)”之間的關系進行分析，并對它們的融合前景進行展望。指出“云計算”對“物聯(lián)網(wǎng)"來說，既是機遇，又是挑戰(zhàn)。關鍵詞:云訃算;物聯(lián)網(wǎng)；支撐平臺;機遇;挑戰(zhàn)TheIntegrationbetweenCloudComputingandtheInternetOfThingsXueZhengyuan(InformalionEngineeringofZhengzhouUniversity,Zhengzhou.Henan.450001)Abstract:"Cloudcoii4)utuig''and''LiternetOfThings'"botliarepopularwordstheseyears,butwhatpeoplefeelseemedtobethis:''Cloudcomputuig"isstillrestouit'sconcepl.anditseemedtohasnotmanyimportantapplicationsintherealworld;ontheotherhand."InternetOfThings'*hasaattractedprospeci.butbecauseofitsnetworksize,itneedsasupporiplatformwithgreatcomputingabilitiesfordevelopmcn(?Infaceofthisbackground,thisarticleanalysedtherelationof"cloudcomputing*andnetworking,andlookintothedistanceofthereprospect.Aiidpomtedouttliat“tonetworking,cloudcomputingisbothopportunityandchallenge.'*Keywords:Cloudcomputing.Internetofthings,supportplatform,opportunity.challenge0引言2005年，國際電信聯(lián)盟(nr)首次提出*物聯(lián)網(wǎng)'■的概念，到現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)取得了一定范圍內(nèi)的成功；2006年，-云計算”的概念由谷歌首次提出以來，在業(yè)界引起了很大反響。無論承認與否，它們的出現(xiàn)都將極大地改變我們的生活。物聯(lián)網(wǎng)這個概念產(chǎn)生的背景，至少有兩個因素，一是世界的計算機及通訊科技已經(jīng)發(fā)生了巨大顛覆性的改變，尤其是互聯(lián)網(wǎng)這樣的通信技術基本發(fā)展成熟；二是物質(zhì)生產(chǎn)科技發(fā)生了巨大的變化，使物質(zhì)之間的產(chǎn)生相互聯(lián)系的條件成熟，沒有瓶頸。云計算這個概念產(chǎn)生的背景，也至少有兩個因素，一是存在用戶對大規(guī)模計算能力的需求，比如隨著社交類、視頻類訪問量的激速增長，如何有效地為如此巨大的用戶群體服務，讓他們參與時能夠享受方便、快捷的服務，成為這些網(wǎng)站不得不解決的一個問題；二是Google之類的大公司搭建有強大計算能力的服務器集群，正是因為一方對計算能力的需求，而另一方能夠提供這樣的計算能力，于是云計算就磁運而生。2010年3月5日在第十一屆全國人民代表大會第三次會議上溫家寶總理提出要“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用爲在這樣的背景下，結合物聯(lián)網(wǎng)與云計算的現(xiàn)實狀況，有學者提出?將云計算與物聯(lián)網(wǎng)結合起來”的橡法。本文擬對?云計算”與物聯(lián)網(wǎng)之間的關系進行分析，并對它們的融合前景進行展望。指出?■云計算”對物聯(lián)網(wǎng)來說，既是機遇，又是挑戰(zhàn)。1物聯(lián)網(wǎng)ri物聯(lián)網(wǎng)的概念“物聯(lián)網(wǎng)”是指各類傳感器和現(xiàn)有的“互聯(lián)網(wǎng)”相互銜接的一種新技術。具體來說，它是一種通過信息傳感設備，并按約定的協(xié)議，把任何物品通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化管理的一種網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。由此概念可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是對互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展；其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間進行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎設施和IT基礎設施分開，一方面是機場、公路、建筑物等，另一方面是數(shù)據(jù)中心、個人電腦、寬帶等。而在物聯(lián)網(wǎng)時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施，在此意義上，基礎設施更像是一塊新的地球。1.2物聯(lián)網(wǎng)基本原理物聯(lián)網(wǎng)中利用的主要技術就是射頻自動識別（RFID）技術，以該技術為支揮，并通過計算機互聯(lián)網(wǎng)的傳輸作用，實現(xiàn)物品的自動化識別，達到信息的互聯(lián)與共？的目的。如果從層次上分析物聯(lián)網(wǎng)，則物聯(lián)網(wǎng)的結構可以劃分為以下三個層次：信息感知層網(wǎng)絡。信息感知層是一個包括RFID、條形碼、傳感器等設備在內(nèi)的傳感網(wǎng)，主要用于物品信息的識別和數(shù)據(jù)的采集；信息傳輸層網(wǎng)絡。信息傳輸層網(wǎng)絡主要用于遠距離無縫傳輸由傳感網(wǎng)所采集的海量數(shù)據(jù)信息，將信息安全傳輸至下一個層次一信息應用層；信息應用層網(wǎng)絡。信息癥用層網(wǎng)絡主要通過數(shù)據(jù)處理平臺及解決方案等來提供人們所需要的信息服務以及具體的應用。如果從工作步驟上分析物聯(lián)網(wǎng)，則物聯(lián)網(wǎng)各個層次相應的工作步驟如下：信息感知層負責對物體屬性進行標識，由于物體屬性可劃分為靜態(tài)屬性及動態(tài)屬性兩種，其中的靜態(tài)屬性直接存儲在標簽中，動態(tài)屬性則需要由傳感器實時探測；2感知層完成對物體雇性的讀取之后，應將獲取的信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式（嚴格來說，這雇于信息傳輸前的預處理，暫且將其歸為感知層的工作）；③將物體的信息通過傳輸層網(wǎng)絡傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行模磻脤樱?，由信息處理中心完成物體通信的相關計算，必要時產(chǎn)生輸出結果或反情相關信息。1.3物聯(lián)網(wǎng)的應用物聯(lián)網(wǎng)具有廣泛的應用，涉及到智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報捜集等多個領域。應用其實不僅僅是一個概念而已，它已經(jīng)在很多領域有運用，只是并沒有形成大規(guī)模運用。下面是物聯(lián)網(wǎng)應用的部分成功案例：（1） 物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)品已率先在上海浦東國際機場防入侵系統(tǒng)中得到應用。系統(tǒng)鋪設了3萬多個傳感節(jié)點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。而就在不久之前，上海世博會也與無錫傳感網(wǎng)中心簽下訂單，購買防入侵微納傳感網(wǎng)1500萬元產(chǎn)品。（2） ZigBee路燈控制系統(tǒng)點亮濟南園博園。ZigBee無線路燈照明節(jié)能環(huán)保技術的應用是此次園博園中的一大亮點。園區(qū)所有的功能性照明都采用了ZigBee無線技術達成的無線路燈控制。（3） 智能交通系統(tǒng)（ITS）智能交通系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息技術為核心，利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。交通信息采集被認為是ns的關鍵子系統(tǒng)，是發(fā)展ITS的基礎，成為交通智能化的前提。無論是交通控制還是交通違童管理系統(tǒng)，都涉及交通動態(tài)信息的采集.交通動態(tài)信息采集也就成為交通智能化的首要任務。2云計算Z1云計算的概念云計算并沒有統(tǒng)一的規(guī)范定義。通?？梢哉J為，云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展，或者說是這些計算機科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。它是一種服務的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。通俗的理解是，云計算的?■云?■就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務器集群上的資源，它包括硬件資源（服務器、存儲器、CPU等）和軟件資源（應用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），本地計算機只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠端就會有成千上萬的計算機為你提供需要的資源并將結果返回到本地計算機，這樣，本地計算機幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機群未完成。特別是用戶有海量數(shù)據(jù)需要處理，而自身的硬件設備或軟件資源又無法勝任時，云計算便展現(xiàn)出它獨有的魅力。Z2云計算基本原理通過前面對云計算概念的介紹，不難發(fā)現(xiàn)云計算有如下的基本原理：通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。在云計算系統(tǒng)中運用了許多技術，包括：編程模型MapReduce.數(shù)據(jù)存儲HDFS、數(shù)據(jù)管理技術、虛擬化技術、云計算平臺管理技術等。其中最主要的是編程模型MapReduce及數(shù)據(jù)存儲模型HDFS?？梢哉fMapReduce及HDFS是云計算的核心技術。下面簡要介紹MapReduce及HDFS的基本技術。（1） 編程模型——MapReduceMapReduce是由Google公司研發(fā)的一種編程模型，主要用于海量數(shù)據(jù)集（例如，T級的數(shù)據(jù)）的分析處理。MapReduce的基本思想是：將要執(zhí)行的作業(yè)分解成若干Hap和Reduce任務的方式執(zhí)行。首先通過Map程序?qū)⑿枰幚淼臄?shù)據(jù)、lap（映射）成鍵「值對的形式，調(diào)度給大量計算機處理，再通過Reduce（化簡）程序?qū)⒔Y果匯整輸出。簡單來說，MapReduce編程模型就是任務的分解與結果的匯總。由于引進了MapReduce編程模型，編程人員可以在沒有多少編程經(jīng)驗的同時，方便地編寫出復雜的并行程序，并在云計算平臺上高效率執(zhí)行。（2） 數(shù)據(jù)存儲——HDFSHDFS.全稱為HadoopDistributedFileSystem.是一個分布式文件系統(tǒng)。它存儲云計算Hadoop集群中所有存儲節(jié)點上的文件。HDFS有著高容錯性的特點，并且可以設計用來部署在低廉的硬件設備上。它提供高傳輸率來訪問應用程序的數(shù)據(jù)，適合那些有著超大數(shù)據(jù)集的應用程序。并且HDFS放寬了P0SIX的要求，這樣可以實現(xiàn)流的形式訪問文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)?；谠撃Ｐ偷脑朴嬎憔哂腥缦绿攸c：①可擴展性:這包括存儲的可擴展、計算的可擴展兩個方面。云計算的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要；2經(jīng)濟性：系統(tǒng)對硬件配置要求低，框架可以運行在任何普通的PC上，有效地節(jié)約了系統(tǒng)的經(jīng)濟成本；③可靠性:HDFS的數(shù)據(jù)備份恢復機制以及MapReduce的任務監(jiān)控機制保證了系統(tǒng)具有較高的可靠性；4高效:HDFS的高效數(shù)據(jù)交互的實現(xiàn)以及MapReduce高效的數(shù)據(jù)處理模式，共同為高效處理海量的信息作了基礎準備。3云計算的應用在我們?nèi)粘Ｉ钪?，我們與Internet接觸的同時，就已經(jīng)感受到云計算的魅力。其實，云計算就在我們身邊：在線影視、即時通訊、在線查詢系統(tǒng)、SaaS軟件即時服務、在線交易、郵件服務、捜索引擎等等，這些都是我們身邊的云計算。當然，云計算的應用范圍遠不止這些。云計算在多個領域都具有廣泛的應用，特別是在需要海量數(shù)據(jù)處理的應用領域，更是發(fā)揮著不可替代的重要作用：科研領域：地震監(jiān)測、海洋信息監(jiān)控、天文信息計算處理；醫(yī)學領域：DNA信息分析、海量病歷存儲分析、醫(yī)療影像處理；網(wǎng)絡安全領域：病毒庫存儲、垃圾郵件屏蔽、動畫素材存儲分析；圖形和圖像處理：高仿真動畫制作、海量圖片檢索；互聯(lián)網(wǎng)領域：Ema訂服務、在線實時翻譯、網(wǎng)絡檢索服務。3云計算與物聯(lián)網(wǎng)的融合1二者的關系物聯(lián)網(wǎng)與云計算是近年來興起的兩個不同的概念。它們互不隸屬，但它們之間卻有著千絲萬縷的聯(lián)系。物聯(lián)網(wǎng)與云計算都是基于互聯(lián)網(wǎng)的，可以說互聯(lián)網(wǎng)就是它們相互連接的一個紐帶。人類是從對信息積累搜索的互聯(lián)網(wǎng)方式逐步的向?qū)π畔⒅悄芘袛嗟奈锫?lián)網(wǎng)方式前進。而且這樣的信息智能是結合不同的信息載體進行的?；ヂ?lián)網(wǎng)教會人們怎么看信息，物聯(lián)網(wǎng)則教會人們怎么用信息，更具智彗是物聯(lián)網(wǎng)的特點。由于把信息的載體擴充到?物”，因此，物聯(lián)網(wǎng)必然是一個大規(guī)模的信息計算系統(tǒng)。通過前面的分析可知，物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)通過傳感網(wǎng)絡向物理世界的延伸，它的最終目標就是對物理世界進行智能化管理。物聯(lián)網(wǎng)的這一使命，也決定了它必然要由一個大規(guī)模的計算平臺作為支撐。由于云計算從本質(zhì)上來說就是一個用于海量數(shù)據(jù)處理的計算平臺，因此，云計算技術是物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的技術范疇之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來物聯(lián)網(wǎng)將勢必產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的硬件架構服務器將很難滿足數(shù)據(jù)管理和處理要求。如果將云計算運用到物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層與應用層，采用云計算的物聯(lián)網(wǎng)，將會在很大程度上提高運行效率。可以說，如果把物聯(lián)網(wǎng)當作一臺主機的話，云計算就是它的CPU。3.2可行性分析3.2.1物聯(lián)網(wǎng)的日超規(guī)?；瞧浣Y合基礎物聯(lián)網(wǎng)與云計算的結合存在著很多可能性，隨著當今世界物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；l(fā)展，使云計算服務物聯(lián)網(wǎng)更加成為可能。物聯(lián)網(wǎng)運營平臺需要支持通過無線或有線網(wǎng)絡采集傳感網(wǎng)絡節(jié)點上的物品感知信息，進行格式轉(zhuǎn)換、保存和分析計算。相比互聯(lián)網(wǎng)相對靜態(tài)的數(shù)據(jù)，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，將更多地涉及基于時間和空間特征、動態(tài)的超大規(guī)模數(shù)據(jù)計算。如果物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模達到足夠大，就有必要和云計算結合起來，比如行業(yè)應用：智能電網(wǎng)、地震臺網(wǎng)監(jiān)測、物流管理、動植物研究、智能交通、電力管理等方面就非常適合通過云計算的服務平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)的技術支撐，從而讓其更好地為人類服務。而對一般性的、局域的、家庭網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用，則沒有必要結合云計算。云計算中心對接入網(wǎng)絡的終端的普適性，最終解決了物聯(lián)網(wǎng)的應用的廣泛性，而物聯(lián)網(wǎng)所能體現(xiàn)的優(yōu)勢階段，在其所具備有相當?shù)囊?guī)模之后。3.2.2云計算的實用技術是其實現(xiàn)條件要實現(xiàn)云計算對物聯(lián)網(wǎng)的服務支撐，云計算的關鍵技術有著很大程度的影響。具體來說，云計算的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；⒅悄芑l(fā)展所需的技術。下面簡要介紹。虛擬化技術，也是云計算的基礎。盡管云計算和虛擬化并非捆綁技術，二者同時使用仍可正常運行并實現(xiàn)優(yōu)勢互補。云計算和虛擬化二者交互工作，云計算解決方案依兎并利用虛擬化提供服務。為了提供“按需使用，按使用付費”的服務模式，云計算供應商必須利用虛擬化技術。因為只有利用虛擬化，他們才能獲得靈活的基礎設施以提供終端用戶所需的靈活性。實現(xiàn)了IT虛擬化，能真正實現(xiàn)資源共享和IT服務能力的按需提供，這其中關鍵技術就涉及到服務器虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化和存儲虛擬化，當然如果能夠?qū)⒎掌鳌⒕W(wǎng)絡和存儲進行融合，讓服務器與網(wǎng)絡之間，網(wǎng)絡與存儲之間也能夠達到資源共拿的虛擬化，這將會在計算能力的有效利用，服務能力的錯峰處理等方面更具有吸引力。高可垂性，高可擴展性。在未來物聯(lián)網(wǎng)中，每個連網(wǎng)物體都會有一個標識，分配一個IP地址，進而接入網(wǎng)絡。數(shù)十億甚至數(shù)百億的傳感網(wǎng)絡節(jié)點需要進行配置、管理和監(jiān)控，這就需要物聯(lián)網(wǎng)運營平臺具備節(jié)點參數(shù)配置、節(jié)點狀態(tài)監(jiān)測、節(jié)點遠程喚醒.激活/控制、節(jié)點故障告警、節(jié)點按需接入、節(jié)點軟件升級、節(jié)點網(wǎng)絡拓撲展現(xiàn)等功能。要實現(xiàn)這些功能，要求計算平臺必須高度可靠，又要易于擴展。而云計算使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更加可II；另外，云計算的規(guī)模可以動態(tài)伸縮，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。這使得云計算為物聯(lián)網(wǎng)提供支撐服務進一步成為可能。3.3存在的問題通過以上的分析，我們可以認為云計算的確給物聯(lián)網(wǎng)帶來了不可多得的機遇。但這并不是說我們所面臨的情況都是有利的。事實是，實現(xiàn)云計算在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的完美利用，目前還面臨著諸多挑戰(zhàn)。這其中不僅有建設物聯(lián)網(wǎng)需要解決的問題，同樣也有建設云計算需要解決的問題。這些問題也是需要進一步研究的問題。3.3.1建設物聯(lián)網(wǎng)所面臨的主要S戯（1） 標準問題。由于當今世界各國在物聯(lián)網(wǎng)方面制定的技術標準互不相同，因此很難兼容。如果技術標準得不到統(tǒng)一，物聯(lián)網(wǎng)將很難在世界范圍內(nèi)互聯(lián)互通，或者實現(xiàn)世界范圍內(nèi)的跨越性發(fā)展。（2） 安全問題。由于物聯(lián)網(wǎng)中萬物互聯(lián)，必然有大量的數(shù)據(jù)用于物物之間的通信，各類物體行為模式的數(shù)據(jù)存儲、分析、處理等等，這可能會引起一系列的數(shù)據(jù)安全問題。尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與應用，保障數(shù)據(jù)的安全性就愈加重要。（3） 協(xié)議問題。從根本上講，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)在物質(zhì)世界的延伸。因此，物聯(lián)網(wǎng)的核心層面仍然是基于TCP/IP協(xié)議的。然而，在接入層面上，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議種類繁多，出現(xiàn)了協(xié)議不同意的情況。因此，物聯(lián)網(wǎng)需要有統(tǒng)一的協(xié)議支持。（4） IP地址問題。與互聯(lián)網(wǎng)類似，在物聯(lián)網(wǎng)中，每一個接入網(wǎng)絡的物體都要有一個惟一標識，分配一個IP地址?；ヂ?lián)網(wǎng)中IP的需求問題似乎沒那么突出，但物聯(lián)網(wǎng)中涉及幾十億、甚至幾百億的的物體。而IPv4地址即將耗盡，因此加快IPv6技術的研發(fā)，并解決與IPv4的兼容問題，將直接彩響著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)模。3.3.2云計算平臺所面臨的主要挑戰(zhàn)（1） 數(shù)據(jù)安全性問題:用戶數(shù)據(jù)的安全問題是云計算平臺不得不考慮的問題。這里面包含兩層意思:一要在技術上、管理上確保數(shù)據(jù)安全；二要讓用戶確信服務商能夠保證數(shù)據(jù)安全。另外，也需要對數(shù)據(jù)的容錯性、連續(xù)數(shù)據(jù)保護等方面加以關注。（2） 個人隱私的保護問題：在云計算平臺中，每個用戶都處在開放的環(huán)境中。在該平臺中無論是提供或者接受服務，都有可能將個人隱私不經(jīng)意間暴露出來。長此以往，將可能引起一系列意想不到的問題。因此，如何加強對個人隱私的保護對云計算未講是一個重要的問題，也是云計算必然要面對的挑戰(zhàn)。（3） 服務互操作性問題:云計算互操作性是指抽出各云端之間程序設計差異的能力，這是云計算使用普及化的關鍵。當前，云計算平臺對服務的互操作性支持不夠。因此，對于用戶進行跨平臺的服務，或者是同平臺不同服務之間，均存在一定程度的服務障礙，這也是將來云計算面臨的挑戰(zhàn)之一。以上所說的只是物聯(lián)網(wǎng)與云計算發(fā)展過程中所遇到的一部分主要問題，不可能面面俱到。在實踐過程中我們