1、第6章 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務及應用,物聯(lián)網(wǎng)典型應用,6.1 M2M業(yè)務,6.1.1 M2M概述 6.1.2 M2M系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議 6.1.3 M2M支撐技術 6.1.4 M2M業(yè)務應用 6.1.5 M2M發(fā)展現(xiàn)狀,6.1.1 M2M概述,M2M是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應用形式，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的第一步。 未來的物聯(lián)網(wǎng)將是由無數(shù)個M2M系統(tǒng)構(gòu)成，不同的M2M系統(tǒng)會負責不同的功能處理，通過中央處理單元協(xié)同運作，最終組成智能化的社會系統(tǒng)。,概述,M2M的全稱是機器對機器（Machine-to-Machine），提供了設備實時數(shù)據(jù)在系統(tǒng)之間、遠程設備之間、機器與人之間建立無線連接的簡單手段，實現(xiàn)人與機器、機器與機

2、器之間暢通無阻、隨時隨地的通信。,本節(jié)內(nèi)容體系,先介紹M2M的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括M2M終端、M2M管理平臺和應用系統(tǒng) 然后介紹M2M的典型通信協(xié)議無線機器管理協(xié)議（WMMP） 進而對M2M的關鍵支撐技術和業(yè)務應用領域進行介紹 并給出了一個M2M的應用實例基于GPRS無線網(wǎng)絡的遠程自動雨量監(jiān)測網(wǎng)絡 最后分析M2M的產(chǎn)業(yè)和標準發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的問題,6.1.2 M2M系統(tǒng)架構(gòu)和通信協(xié)議,M2M業(yè)務流程涉及眾多環(huán)節(jié)，其數(shù)據(jù)通信過程內(nèi)部也涉及多個業(yè)務系統(tǒng)包括 M2M終端 M2M管理平臺 應用系統(tǒng),具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu),M2M 終端具有的功能,接收遠程M2M平臺激活指令 本地故障報警 數(shù)據(jù)通信 遠程升級 使用短消息

3、/彩信/GPRS等幾種接口通信協(xié)議與M2M平臺進行通信,。,M2M終端類型,終端管理模塊,終端管理模塊為軟件模塊，可以位于TE或MT設備中，主要負責維護和管理通信及應用功能，為應用層提供安全可靠和可管理的通信服務。,M2M管理平臺為客戶提供統(tǒng)一的移動行業(yè)終端管理、終端設備鑒權(quán) 支持多種網(wǎng)絡接入方式，提供標準化的接口使得數(shù)據(jù)傳輸簡單直接 提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權(quán)、內(nèi)容計費等管理功能,M2M管理平臺的功能,M2M平臺 (按照功能劃分),M2M終端獲得了信息以后，本身并不處理這些信息，而是將這些信息集中到應用平臺上來，由應用系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務邏輯。,應用系統(tǒng),應用系統(tǒng)的主要功能,把感知和傳輸來的信息

4、進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智 能化的管理、應用和服務,M2M終端可通過GSM、WCDMA、TD-SCDMA等不同的移動通信網(wǎng)絡接入，通信方式包括短信、彩信等。 為了屏蔽不同的通信網(wǎng)絡、不同的通信方式的差異性，便于M2M終端設備快速接入M2M系統(tǒng)，需要對M2M終端設備與M2M管理平臺之間的通信協(xié)議進行規(guī)范。,通信協(xié)議,M2M的典型通信協(xié)議,中國移動提出的無線機器管理協(xié)議 （Wireless Machine Management Protocol， WMMP）,WMMP協(xié)議,為實現(xiàn)行業(yè)終端與M2M平臺數(shù)據(jù)通信過程而設計，屬于與具體通信網(wǎng)絡及通信接入方式無關的應用層協(xié)議，建立在UDP

5、協(xié)議之上,WMMP協(xié)議棧結(jié)構(gòu),圖6-2 WMMP協(xié)議棧結(jié)構(gòu),采用UDP協(xié)議傳輸？,由于GPRS網(wǎng)絡帶寬較窄，延遲較大，不適于采用TCP協(xié)議進行通信。 采用UDP協(xié)議無連接方式傳輸，其優(yōu)點是效率高、流量小、節(jié)省網(wǎng)絡帶寬資源，缺點是沒有確認機制，有可能引起丟包。,采用UDP協(xié)議傳輸？,根據(jù)實際經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，通過在UDP的上層應用層協(xié)議實現(xiàn)類似TCP的包確認和重傳機制，采用UDP方式傳輸，丟包率能控制在1%以下，從而提高通信效率及可靠性。,WMMP協(xié)議通信方式,長連接，指在一個過程中可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)包，如果沒有數(shù)據(jù)包發(fā)送，需要行業(yè)終端發(fā)送心跳包以維持此連接 短連接，指通信雙方有數(shù)據(jù)交互時，就建立一個

6、WMMP過程，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，則斷開此WMMP過程,長連接和短連接的比較,WMMP協(xié)議主要實現(xiàn)的功能和流程,M2M終端序列號的注冊和分配 M2M終端登錄系統(tǒng) M2M終端退出系統(tǒng) M2M連接檢查 終端上線失敗錯誤狀態(tài)上報 M2M終端按照M2M管理平臺的要求上報采集數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)或統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及向M2M管理平臺請求配置數(shù)據(jù) M2M管理平臺從M2M終端提取所需的數(shù)據(jù)，或向終端下發(fā)控制命令和配置信息 M2M終端軟件的遠程升級,6.1.3 M2M支撐技術,M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中涉及5個重要的支撐技術，如圖6-3所示。,圖6-3 M2M系統(tǒng)的關鍵支撐技術,機器（Machines）,實現(xiàn)M2M的第一步就是從機器/

7、設備中獲得數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡發(fā)送出去。不同于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中的終端，M2M系統(tǒng)中的機器應該是高度智能化的機器。,機器高度智能化,即機器具有“開口說話”的能力 信息感知 信息加工（計算能力） 無線通信能力,機器高度智能化,實現(xiàn)方法 生產(chǎn)設備的時候嵌入M2M硬件 對已有機器進行改裝，使其具備與其他M2M終端通信/組網(wǎng)能力,M2M硬件,是使機器獲得遠程通信和聯(lián)網(wǎng)能力的部件。在M2M系統(tǒng)中，M2M硬件的功能主要是進行信息的提取，從各種機器/設備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳送到通信網(wǎng)絡中,M2M 硬件產(chǎn)品,嵌入式硬件 可改裝硬件 調(diào)制解調(diào)器（Modem） 傳感器 識別標識（Location Tags）,通信網(wǎng)

8、絡,通信網(wǎng)絡在整個M2M技術框架中處于核心地位，包括廣域網(wǎng)（無線移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡、Internet、公眾電話網(wǎng)）、局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、WLAN、Bluetooth）、個域網(wǎng)（ZigBee、傳感器網(wǎng)絡）,中間件（Middleware）,M2M網(wǎng)關 數(shù)據(jù)收集/集成部件,M2M網(wǎng)關,是M2M系統(tǒng)中的“翻譯員”，它獲取來自通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)，主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。,數(shù)據(jù)收集/集成部件,目的是將數(shù)據(jù)變成有價值的信息。對原始數(shù)據(jù)進行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。 這些中間件包括：數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件、異常情況報告和工作流程部件、

9、數(shù)據(jù)倉庫和存儲部件等。,應用,在M2M系統(tǒng)中，應用的主要功能是通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘等技術把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，為決策和控制提供依據(jù)，實現(xiàn)智能化的M2M業(yè)務應用和服務。,6.1.4 M2M業(yè)務應用,從狹義上說，M2M只代表機器和機器之間的通信。我們認為M2M的范圍不應拘泥于此，而是應該擴展到人對機器、機器對人、移動網(wǎng)絡對機器之間的連接與通信。,M2M應用領域,現(xiàn)在，M2M應用遍及電力、交通、工業(yè)控制、零售、公共事業(yè)管理、醫(yī)療、水利、石油等多個行業(yè)，以及車輛防盜、安全監(jiān)測、自動售貨、機械維修、公共交通管理等日常生活當中。,電力行業(yè)無線應用電力抄表,GPRS數(shù)據(jù)傳輸-流量監(jiān)測系統(tǒng)應用

10、,M2M應用實例,M2M在氣象監(jiān)測領域的一個應用實例基于GPRS無線網(wǎng)絡的遠程自動雨量監(jiān)測網(wǎng)絡,遠程自動雨量監(jiān)測網(wǎng)絡,自動雨量站 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡（有線和無線兩種方式） 數(shù)據(jù)中心工作站 局地計算機網(wǎng)絡,自動雨量站,作為系統(tǒng)的端站安裝于各個觀測點。 無線自動雨量站 傳感器單元 單片機系統(tǒng) GPRS數(shù)據(jù)終端單元 有線自動雨量站 傳感器單元 單片機系統(tǒng) 局地微機系統(tǒng),數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(無線),自動雨量采集設備有多個，它們用各自的GPRS數(shù)據(jù)終端將數(shù)據(jù)打成IP包，經(jīng)GPRS空中接口接入無線GPRS網(wǎng)絡，由移動服務商轉(zhuǎn)接到Internet，最終通過各種網(wǎng)關和路由到達統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心工作站。,數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(無線

11、),GPRS終端向數(shù)據(jù)業(yè)務中心發(fā)送數(shù)據(jù)是間斷性發(fā)送，可以根據(jù)需要調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，這在一定程度上也降低了無線信息傳輸費用。,無線網(wǎng)絡設計過程中的關鍵問題,如何進行氣象信息采集單元與GPRS終端的連接 如何根據(jù)具體無線網(wǎng)絡情況合理設置 如何進行數(shù)據(jù)打包發(fā)送并在數(shù)據(jù)中心工作站實現(xiàn)接收,數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(有線),有線雨量站中通過單片機把傳感器獲得的雨量信息用串行通信的方式送到局地微型機算機，計算機首先把數(shù)據(jù)進行處理和編碼，然后通過互聯(lián)網(wǎng)把數(shù)據(jù)信息送到有固定IP的數(shù)據(jù)業(yè)務中心站,數(shù)據(jù)處理中心工作站,整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的主控部分，由一臺主服務器和三臺數(shù)據(jù)處理服務器組成。主服務器在公網(wǎng)上有固定的IP地址，三臺數(shù)據(jù)

12、服務器通過集線器與主服務器聯(lián)網(wǎng)。,6.1.5 M2M發(fā)展現(xiàn)狀,M2M產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 M2M標準化現(xiàn)狀,M2M產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,國內(nèi)主要由中移動、電信和聯(lián)通，應用領域涉及電力、水利、交通、金融、氣象等行業(yè) 國外Vodafone目前在M2M市場是全球第一，提供M2M全球服務平臺以及應用業(yè)務，為企業(yè)客戶的M2M智能服務部署提供托管，能夠集中控制和管理許多國家推出的M2M設備，企業(yè)客戶還可通過廣泛的無線智能設備收集有用的客戶數(shù)據(jù),M2M標準化現(xiàn)狀,技術標準制定主要是在： 歐洲電信標準協(xié)會（European Telecommunication Standards Institute，ETSI） 3GPP 國內(nèi)

13、主要是在： 中國通信標準化協(xié)會（CCSA）的泛在網(wǎng)技術委員會（TC10）,ETSI的M2M標準化進展,ETSI專門成立了一個專項小組（M2M TC）以研究如何對快速成長的M2M技術進行標準化,ETSI M2M TC的主要研究目標,從端到端的全景角度研究機器對機器通信，并與ETSI內(nèi)NGN的研究及3GPP已有的研究進行協(xié)同工作,ETSI M2M TC的職責,從利益相關方收集和制定M2M業(yè)務及運營需求； 建立一個端到端的M2M高層體系架構(gòu)（如果需要會制定詳細的體系結(jié)構(gòu)）； 找出現(xiàn)有標準不能滿足需求的地方并制定相應的具體標準； 將現(xiàn)有的組件或子系統(tǒng)映射到M2M體系結(jié)構(gòu)中； M2M解決方案間的互操作性

14、（制定測試標準）； 硬件接口標準化方面的考慮； 與其他標準化組織進行交流及合作,ETSI M2M TC目前的研究工作, M2M業(yè)務需求（TS 102 689）：定義M2M業(yè)務應用對通信系統(tǒng)的需求，以及M2M的典型應用場景。 M2M功能架構(gòu)（TS102 690）：定義M2M業(yè)務應用的功能架構(gòu)以及相關的呼叫會話流程。 智能電表（Smart Metering）的應用場景（TS 102 691）：智能電表的應用場景和相關技術問題。 電子衛(wèi)生保?。╡Health）的應用場景（TS 102 732）：電子醫(yī)療的應用場景和相關技術問題。 消費者連接（Connected Consumers）的應用場景（TS

15、102 857）：消費者連接的應用場景和相關技術問題。 M2M定義（TS 102 725）：M2M相關的定義和名詞術語。,3GPP的M2M標準化進展,3GPP針對M2M的研究主要從移動網(wǎng)絡出發(fā)，研究M2M應用對網(wǎng)絡的影響，包括網(wǎng)絡優(yōu)化技術等。 3GPP在標準制定過程中，也將M2M稱作機器類通信（Machine Type Communications， MTC）。在2008年5月，3GPP制定了研究項目針對機器類通信的網(wǎng)絡優(yōu)化（Network Improvement for Machine Type Communications，NIMTC）。3GPP于2009年11月制定的技術報告TS 22.

16、368中定義MTC的一般需求，以及有別于人與人間通信的一些獨特的業(yè)務需求，并詳述了為滿足MTC的業(yè)務需求，網(wǎng)絡優(yōu)化需要做的一些工作。,3GPP對于M2M的研究范圍,只討論移動網(wǎng)的M2M通信； 只定義M2M業(yè)務，不具體定義特殊的M2M應用； 無線側(cè)和網(wǎng)絡側(cè)的改進，不討論跟SIM卡和/或SIM卡管理的新模型相關的內(nèi)容,MTC的一般業(yè)務需求,尋址 計費 標識 安全 對MTC設備的遠程管理,MTC獨特的業(yè)務需求,MTC設備易被偷盜/毀壞 時間控制 無線網(wǎng)絡擁塞 核心網(wǎng)絡擁塞 信令網(wǎng)絡擁塞 訪問控制 低功耗 特定位置觸發(fā) 漫游MTC設備的端到端安全性,CCSA的M2M標準化進展,中國通信標準化協(xié)會（CC

17、SA）泛在網(wǎng)技術工作委員會（TC10）包括總體組、感知延伸組、應用組和網(wǎng)絡組 M2M應用通信協(xié)議技術要求由網(wǎng)絡組進行研究,CCSA對M2M標準化的兩個方面, M2M業(yè)務的總體技術要求：包括M2M業(yè)務定義、業(yè)務特征、應用場景和業(yè)務需求，M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接口、計費、認證鑒權(quán)和網(wǎng)絡管理等方面的技術要求。,CCSA對M2M標準化的兩個方面, M2M應用通信協(xié)議技術要求：包括M2M終端設備與M2M平臺間、M2M平臺與M2M應用平臺間的通信協(xié)議的協(xié)議概述、協(xié)議結(jié)構(gòu)、報文定義、報文交互機制、安全機制等。,M2M面臨的問題,缺乏完整的標準體系 商業(yè)模式不清晰，未形成共贏的、規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)鏈 窄帶網(wǎng)絡限制了M2M

18、業(yè)務的發(fā)展以及業(yè)務信息承載方式的多樣性 M2M業(yè)務運營支撐系統(tǒng)不完善，不能完全有效地支撐M2M業(yè)務的運營 M2M各行業(yè)間融合難度大,6.2 云計算,6.2.1 云計算介紹 6.2.2 云計算應用實例 6.2.3 物聯(lián)網(wǎng)與云計算,主要內(nèi)容,本節(jié)主要介紹一種適合大規(guī)模信息處理、管理、存儲的新型計算基礎設施云計算。,6.2.1 云計算介紹,1云計算定義及云參考模型： 云計算的含義：云計算中的“云”主要是指能夠提供無窮資源（如計算、存儲、帶寬等）的一種全新計算模式，通過云可以將計算能力、網(wǎng)絡基礎設施、商業(yè)處理平臺、存儲空間、帶寬資源等按照約定的服務水平協(xié)議（Service Level Agreemen

19、t，SLA）有償?shù)靥峁┙o云客戶，無論你身處何處、何時使用。這種模式將計算和處理能力轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡中，從而減少以往個人或公司維護計算機軟件、硬件、帶寬、能源等資源的開銷。,眾多的專家和學者根據(jù)各自的理解提出的云計算定義：,NIST定義,美國國家標準技術研究院（NIST）的云計算定義被普遍接受，在這里主要介紹NIST關于云計算的定義,（1）5種基本屬性 云計算的業(yè)務可以描述為5種基本屬性，這5種基本屬性與傳統(tǒng)計算方式的區(qū)別和聯(lián)系如下。,美國國家標準技術研究院的云計算定義圖,按需自助服務（On-demand self-service）：客戶可以根據(jù)需求自動地獲取計算能力，例如服務器計算時間和網(wǎng)絡存儲空間

20、，而不需要和云服務提供商進行直接談判。 廣泛的網(wǎng)絡接入（Broad network access）：計算能力可通過網(wǎng)絡提供，并通過標準機制進行訪問，使得各種客戶端（例如移動電話、便攜式電腦或PDA）和其他傳統(tǒng)的或是基于云的軟件平臺均可以使用云計算。,資源池（Resource pooling）：云計算服務提供商的各種資源被池化，并通過多租戶模式為多客戶提供多樣服務，并根據(jù)客戶的需求動態(tài)提供或重新分配物理或虛擬化的資源。,快速彈性：服務規(guī)模可以快速、彈性地擴大或縮小。 按量計費的服務：云系統(tǒng)對服務對象在一定程度上進行適當?shù)某橄?，并提供服務計量能力?（2）3種服務模式,服務模式可以分為3種基本類型

21、和其他的派生模式。這3種基本模式可以簡寫為“SPI 模式”，即分別為Software，Platform or Infrastructure（as a Service）。,Software as a Service（SaaS）：云計算提供商為用戶提供的業(yè)務是運行在其云基礎設施上的應用程序的使用能力。這種應用程序能被各種客戶端設備通過Web形式訪問，例如Web瀏覽器。,Platform as a Service（PaaS）：用戶可以將自己擁有的或是購買的應用程序通過使用云計算提供商提供的編程語言和工具部署到云基礎設施上。 同樣云用戶也無法管理和控制底層云基礎設施，包括網(wǎng)絡、服務器、操作系統(tǒng)、存儲，

22、但可以控制他們部署的應用程序和應用程序的配置環(huán)境。,Infrastructure as a Service（IaaS）：云計算提供商為客戶提供處理能力、存儲能力、網(wǎng)絡和其他基本計算資源，用戶可以使用這些資源部署或運行他們自己的軟件。,（3）4種部署模式, 公共云 公共云可以把來自許多不同客戶的作業(yè)在云內(nèi)的服務器、存儲系統(tǒng)和其他基礎設施上混合在一起。避免了用戶臨時需要大規(guī)模的計算和存儲資源而部署硬件和軟件資源的風險和開銷。, 社區(qū)云 云基礎設施被幾個組織所共享，以支持某個具有共同需求（例如任務、安全需求、策略域）的社區(qū)。社區(qū)云可以被該組織管理，也可以委托第三方管理。, 專用云 專用云主要面向需要

23、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、存儲的公司。專用云是由單個客戶所擁有的基礎設施，該客戶完全控制哪些應用程序在哪里運行。一般來說專用云的擴展性沒有公共云高。, 混合云 云基礎設施由兩個或兩個以上相對獨立的的云組成，為了保證數(shù)據(jù)和應用程序的可移植性，通過標準化的接口或是專用技術為不同的云客戶提供服務。,混合云提供了一種靈活的措施為云用戶來決定如何在公共云和專用云上部署他們的應用，如果應用的數(shù)據(jù)量很小，但是需要很大的計算能力，那么混合云或許是一種比較好的選擇。,上述4種云都有一種或兩種的部署方式：內(nèi)部或外部。內(nèi)部是指位于云擁有者的內(nèi)部網(wǎng)絡，享有和內(nèi)部網(wǎng)絡其他用戶同樣的網(wǎng)絡安全策略，通常專用云一般都部署在內(nèi)部。而外部

24、是指部署在公有的網(wǎng)絡上，公共云一般部署在外部。,（4）云計算參考模型 這里主要介紹云安全聯(lián)盟（CSA）給出的一種參考模型，如圖所示,云計算參考模型,IaaS是所有云業(yè)務的基礎，PaaS建立在IaaS之上，SaaS建立在PaaS之上。,IaaS: IaaS包括所有的基礎設施資源，如云計算中的所有硬件資源。IaaS可以提供（或是不提供）對基礎設施資源的抽象能力，并且為這些抽象資源提供物理或是邏輯連接的功能。,PaaS: PaaS在IaaS和SaaS之間提供了額外的一層，PaaS是對開發(fā)環(huán)境抽象的封裝和對有效服務負載的封裝，主要用于構(gòu)建應用程序開發(fā)環(huán)境、中間件和其他功能（如數(shù)據(jù)庫、消息功能、排隊功能

25、）。,SaaS: SaaS位于IaaS和PaaS之上，為用戶提供包括內(nèi)容服務、內(nèi)容呈現(xiàn)、商業(yè)應用和管理能力。典型SaaS是S和Google Apps，提供基本商業(yè)服務，如電子郵件。,2云計算的發(fā)展歷史,一般來說有6個階段: 第1階段，用戶通過終端共享一個大型機，那時的終端僅僅是一臺顯示器和一個鍵盤。 第2階段，出現(xiàn)了可以獨立運行的計算機，用戶不必再依靠大型機，但是這一階段的計算機還不能聯(lián)網(wǎng)。,第3階段，計算機網(wǎng)絡的出現(xiàn)使得不同的計算機可以相互連接起來共享資源，但是這時的網(wǎng)絡覆蓋的范圍還是比較有限。 第4階段，Internet的出現(xiàn)使得不同的計算機網(wǎng)絡可以相互地連接起來，用戶可以通過Intern

26、et來使用遠程的應用和資源。,第5階段，網(wǎng)格技術的出現(xiàn)，使得計算和存儲資源可以更加方便地共享。 第6階段，云計算的出現(xiàn)使得用戶可以通過更加便利的方式利用Internet使用各種的資源。,客戶端/服務器（C/S）模式 P2P模式,兩種計算模式：,計算模式演進圖,云計算充分利用了C/S結(jié)構(gòu)和P2P結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,3云計算的組成,云計算由應用程序、云客戶端、基礎結(jié)構(gòu)、云平臺、業(yè)務、存儲、計算能力等部分組成。,（1）應用程序,云用戶只需通過簡單終端以Web的形式來實時地使用云計算上的應用程序。,（2）云客戶端,云客戶端也叫瘦終端，瘦主要是指云計算對客戶端的要求很低，只要能夠運行Web瀏覽器（如Firefo

27、x、IE等）的終端就可以成為云客戶端。,（3）基礎結(jié)構(gòu),云計算的基礎結(jié)構(gòu)主要包括與計算機和網(wǎng)絡相關的硬件以及安裝這些硬件的房間等。一般來說，云計算中的計算機主要是一些便宜的且能夠批量生產(chǎn)的服務器。,（4）云平臺,云計算平臺主要是指能夠?qū)⒏鞣N云應用部署在云計算上的方式，也叫PaaS。如使用開源Web應用架構(gòu)的Rails，S公司的私有PaaS F，Google App Engine（使用Python和Mosso）。,（5）業(yè)務,業(yè)務主要是指云客戶使用云計算提供的各種服務。 這些業(yè)務的共性是需要非常大的存儲空間和處理能力，來為用戶提供及時準確的信息。另外一種業(yè)務是需要大量的后臺計算和處理能力。,（6

28、）存儲,擴充存儲能力仍是一筆大的開銷，尤其是管理眾多物理存儲設備。使用云存儲就不會帶來很大的開銷，并且能夠帶來很高的容錯能力。,（7）計算能力,云計算能夠提供的處理能力是極大的。實際上對使用云計算的用戶來說，云計算可以提供近乎無窮的資源，而不僅僅限于計算和存儲能力。,4云計算的優(yōu)缺點,優(yōu)點： 缺點： （1）成本方面 （1）安全問題 （2）網(wǎng)絡方面 （2）控制問題 （3）創(chuàng)新方面 （3）開放性問題 （4）可擴展性方面 （5）環(huán)保和節(jié)能方面,（1）成本方面,云計算的成本通常比傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的成本低得多。云計算的成本節(jié)省是建立在規(guī)模效應的基礎上，即大量的用戶使用云計算，從而極大地提升資源的利用率。

29、成本的節(jié)省是云計算的核心優(yōu)點。,（2）網(wǎng)絡方面,云計算意味著用戶可以通過無處不在的互聯(lián)網(wǎng)使用云資源，并且互聯(lián)網(wǎng)中還有非常多的其他資源可以和云計算一起使用。云客戶可以根據(jù)應用的特點，靈活的調(diào)用互聯(lián)網(wǎng)的眾多資源，提升應用的用戶體驗，進而獲取更多的利益。,（3）創(chuàng)新方面,云計算和云解決方案提供了一種創(chuàng)新的計算模式。隨著技術的發(fā)展，云計算還會提供更多的別具特色的技術革新或商業(yè)革新。而使用云計算的公司，就會比使用傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的用戶，創(chuàng)造出更多更新穎的應用或是商業(yè)模式。,（4）可擴展性方面,可擴展性主要是指云客戶可以根據(jù)用戶對資源需要靈活地增加或減少軟硬件資源，而并不需要預先購買額外的資源，有非常靈活

30、高效的擴展性。,（5）環(huán)保和節(jié)能方面,云計算是一種綠色計算模式。綠色計算主要是指云計算的資源利用率非常高，相對那些傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心，更加地環(huán)保和節(jié)省能源。 云計算具有顯著的優(yōu)點，也有如下不可回避的缺點。,（1）安全問題,安全主要是指由于云客戶并不能控制云計算的內(nèi)部設施，因此具有潛在的數(shù)據(jù)被竊取的危險。雖然云計算提供了加密、用戶名、密碼、身份管理等安全措施，企業(yè)可能也并不愿意將機密的信息放到云上。,（2）控制問題,云客戶并不能控制所租用的云計算資源的基礎設施（物理計算機），另外用戶或許會由于違反了一些規(guī)則，結(jié)果發(fā)現(xiàn)賬戶被封了，或是云計算提供商破產(chǎn)了等，導致用戶不能繼續(xù)使用云計算，或是丟失數(shù)據(jù)等

31、。,（3）開放性問題,由于每個云計算提供商的平臺可能并不是公開的，而云客戶如果使用云計算必須按照云計算提供商提供的編程語言和API來編寫應用程序，那么云客戶的應用程序在不同的云計算平臺間移植就會非常的困難。,1微軟公司的Windows Azure 2IBM公司的“藍云” 3亞馬遜公司的云 4谷歌公司的云,6.2.2 云計算應用實例,1微軟公司的Windows Azure,Windows Azure是微軟基于云計算的操作系統(tǒng)，提供了“軟件+服務”的計算方法，用于幫助開發(fā)者開發(fā)可以跨越云端和專業(yè)數(shù)據(jù)中心的下一代應用程序。,Azure服務平臺包括了以下主要組件：,（1）Windows Azure用于

32、服務托管，以及可擴展的存儲、計算和網(wǎng)絡的管理。 （2）Microsoft SQL Services可以擴展Microsoft SQL Server應用到云中的能力。 （3）Microsoft .NET Services可以便捷地創(chuàng)建基于云的松耦合的應用程序。另外還包含訪問控制機制，可以保衛(wèi)用戶的程序安全。,（4）Live Services提供了一種一致性的方法處理用戶數(shù)據(jù)和程序資源，使得用戶可以在PC、手機、PC應用程序和Web網(wǎng)站上存儲、共享和同步文檔、照片、文件以及其他信息。 （5）Microsoft SharePoint Services和Microsoft Dynamics CRM S

33、ervices，用于在云端提供針對業(yè)務內(nèi)容、協(xié)作和快速開發(fā)的服務，建立更強的客戶關系。,2IBM公司的“藍云”,IBM在高性能并行機集群技術上有著領導性的優(yōu)勢，世界上最快的高性能計算機大多出自IBM。 IBM的“藍云”計算平臺是一套軟、硬件平臺，將Internet上使用的技術擴展到企業(yè)平臺上，使得數(shù)據(jù)中心使用類似于互聯(lián)網(wǎng)的計算環(huán)境。,藍云作為由IBM云計算中心開發(fā)的企業(yè)級云計算解決方案，可以對企業(yè)現(xiàn)有的基礎架構(gòu)進行整合，通過虛擬化技術和自動化技術，構(gòu)建企業(yè)自己的云計算中心，實現(xiàn)企業(yè)硬件資源和軟件資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份。,3亞馬遜公司的云,Amazon的云計算主要

34、包括Amazon S3、Amazon SimpleDB和Amazon EC2。,（1）Amazon S3,Amazon S3主要提供可靠的網(wǎng)絡存儲服務。S3由對象和存儲桶兩部分組成。對象是最基本的存儲實體。 存儲桶是存放對象的容器，每個桶可以存放無數(shù)的對象。云平臺上的應用程序可以通過REST或者SOAP接口訪問S3中的數(shù)據(jù)。,（2）Amazon SimpleDB,Amazon SimpleDB是一種支持結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲和查詢操作的輕量級數(shù)據(jù)庫服務。 SimpleDB的存儲模型分三層：域、項、屬性。用戶的數(shù)據(jù)按照域進行邏輯劃分。 SimpleDB提供兩種服務訪問方式：REST接口和SOAP接口。,

35、（3）Amazon EC2,Amazon EC2是一種云基礎設施服務。該服務基于服務器虛擬化技術，致力于為用戶提供大規(guī)?？煽靠缮炜s的計算運營環(huán)境。 AMI的運行環(huán)境是一個大規(guī)模的虛擬機運行環(huán)境，擁有龐大規(guī)模的物理機資源池和虛擬機運行平臺。,4谷歌公司的云,谷歌（Google）是最大的云計算使用者，向企業(yè)開放了他們的“云”。Google搜索引擎建立在分布于200多個地點、超過100萬臺服務器的支撐之上。 云計算三大法寶：GFS、MapReduce和BigTable,4谷歌公司的云,BigTable數(shù)據(jù)模型圖,云計算三大法寶：GFS、MapReduce和BigTable,（1）Google Fil

36、e System文件系統(tǒng) （2）MapReduce分布式編程環(huán)境 （3）分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTable,（1）Google File System文件系統(tǒng),GFS是一個可擴展的分布式文件系統(tǒng)，用于大型的、分布式的、對大量數(shù)據(jù)進行訪問的應用。 集群中的節(jié)點失效是一種常態(tài)，不是一種異常，GFS將其作為常見的情況加以處理。,Google文件系統(tǒng)中的文件讀寫模式和傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)不同。大部分文件的更新是通過添加新數(shù)據(jù)完成的，而不是改變已存在的數(shù)據(jù)，在一個文件中隨機的操作在實踐中幾乎不存在，一旦寫完，文件就只可讀，很多數(shù)據(jù)都有這些特性。,一個GFS集群包含一個主服務器和多個塊服務器，被多個客戶

37、端訪問。大文件被分割成固定尺寸的塊，在每個塊創(chuàng)建的時候，服務器分配給它一個不變的、全球唯一的64位塊句柄對它進行標識。,GFS結(jié)構(gòu),通過服務器端和客戶端的聯(lián)合設計GFS客戶端代碼被嵌入到每個程序里，它實現(xiàn)了Google文件系統(tǒng)API，幫助應用程序與主服務器和塊服務器通信，對數(shù)據(jù)進行讀寫。 客戶端跟主服務器交互進行元數(shù)據(jù)操作，但是所有的數(shù)據(jù)操作通信都是直接和塊服務器進行。GFS對應用支持達到性能與可用性最優(yōu)。,（2）MapReduce分布式編程環(huán)境,MapReduce是Google實現(xiàn)的一套大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的編程規(guī)范Map/Reduce系統(tǒng)，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集（大于1TB）的并行運算。,Map/Re

38、duce通過“Map（映射）”和“Reduce（化簡）”這樣兩個簡單的概念來參加運算，用戶只需要提供自己的Map函數(shù)以及Reduce函數(shù)就可以在集群上進行大規(guī)模的分布式數(shù)據(jù)處理。 程序編寫人員能夠不用去顧慮集群的可靠性、可擴展性等問題。,（3）分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTable,構(gòu)建于上述兩項基礎之上的第三個云計算平臺就是將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴展到分布式平臺上的BigTable系統(tǒng)。BigTable使用結(jié)構(gòu)化的文件來存儲數(shù)據(jù)。 它不是一個關系型的數(shù)據(jù)庫，它不支持關聯(lián)或是類似于SQL的高級查詢，取而代之的是多級映射的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,BigTable 數(shù)據(jù)格式,在BigTable模型中的數(shù)據(jù)模型包括行

39、列以及相應的時間戳，所有的數(shù)據(jù)都存放在表格中的單元里。 BigTable的內(nèi)容按行來劃分，將多個行組成一個小表，保存到某一個服務器節(jié)點中。這一個小表就被稱為tablet。,BigTable 數(shù)據(jù)格式,應用程序 Docs,除了這三個部分之外，Google還建立了分布式程序的調(diào)度器、分布式的鎖服務等一系列相關的云計算服務平臺。 Google在其云計算基礎設施之上建立了一系列新型網(wǎng)絡應用程序。 其中典型的Google云計算應用程序就是Google推出的Docs網(wǎng)絡服務程序。,Docs可通過瀏覽器的方式訪問遠端大規(guī)模的存儲與計算服務。 Google Docs是一個基于Web的工具，有簡單易用的文檔權(quán)限

40、管理，記錄所有用戶對文檔所做的修改。Google Docs的這些功能令它非常適用于網(wǎng)上共享與協(xié)作編輯文檔，能夠替代Micro Office相應的部分功能。,GOOGLE Docs 首頁,6.2.3 物聯(lián)網(wǎng)與云計算,物聯(lián)網(wǎng)是走向智能社會的一個重要步驟，物聯(lián)網(wǎng)將逐漸融入到我們工作和生活的方方面面，提供更多智能服務。 物聯(lián)網(wǎng)的一個特點是能把周圍世界的任何事物連接起來，從而形成一個巨大的網(wǎng)絡，,物聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)時代可以將一切的物質(zhì)進行信息化，比如說物質(zhì)的位置、大小、狀態(tài)等，都可以通過物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化為信息進行儲存。 人們再通過對信息的重組、挖掘等處理產(chǎn)生知識并用于智能控制。,物聯(lián)網(wǎng),云計算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,云計算

41、的優(yōu)點使物聯(lián)網(wǎng)的各種應用都可以建立在云計算平臺上。物聯(lián)網(wǎng)的終端計算能力和存儲空間有限，但卻有很強的聯(lián)網(wǎng)能力。 而云計算有強大的計算能力、接近無限的存儲空間，支撐各種軟件和信息服務，能夠與物聯(lián)網(wǎng)很好地結(jié)合。,6.3 物聯(lián)網(wǎng)典型應用,6.3.1 智能物流 6.3.2 智能視頻監(jiān)控 6.3.3 智能家居 6.3.4 智能交通,6.3.1 智能物流,1智能物流系統(tǒng)概述 智能物流是指貨物從供應者向需求者的智能移動過程，為供方提供最大化的利潤，為需方提供最佳的服務，最大限度地保護好生態(tài)環(huán)境，形成完備的智能社會物流管理體系。,2智能物流系統(tǒng)組成及特點,（1）系統(tǒng)的組成： 結(jié)構(gòu)1按物流功能劃分： 對物流設備進

42、行監(jiān)控的智能系統(tǒng)； 對物流信息資源進行處理的智能系統(tǒng)； 為客戶提供服務的智能系統(tǒng)； 對物流系統(tǒng)進行監(jiān)控與管理的智能系統(tǒng)。,結(jié)構(gòu)2按物流服務管理劃分： 前臺顧客服務智能系統(tǒng)； 作業(yè)執(zhí)行智能系統(tǒng)； 企業(yè)規(guī)劃管理智能系統(tǒng)。,（2）案例鐵路物資智能配送 鐵路物資流通網(wǎng)面臨的問題：與全國物資流通條塊相重、縱橫交錯、相互競爭；網(wǎng)絡內(nèi)部相繼出現(xiàn)了物資采購分散、儲備重復、庫存控制困難、流通費用過高、信息反饋速度過慢等缺陷。,鐵路物資智能配送的目的：運輸組織的優(yōu)化，如防止空載、提高滿載率，人員和物流設施的效益優(yōu)化,鐵路物資流通網(wǎng)體系： 對鐵路物資配送設備進行監(jiān)控的智能系統(tǒng) 對配送信息資源進行處理的智能系統(tǒng) 對客

43、戶進行服務的智能系統(tǒng) 對配送系統(tǒng)進行管理的智能系統(tǒng),（3）智能物流系統(tǒng)的特點： 智能化 柔性化 一體化 社會化,3智能物流主要支撐技術,智能物流系統(tǒng)只有在物流技術、智能技術和相關技術的支持下才能得以實現(xiàn)，是這些技術的有機結(jié)合。,（1）自動識別技術 自動識別技術是以計算機、光、機、電、通信等技術的發(fā)展為基礎的一種高度自動化的數(shù)據(jù)采集技術。,自動識別技術在20世紀70年代初步形成規(guī)模，經(jīng)過近40年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展成為由條碼識別技術、智能識別技術、光字符識別技術、射頻識別技術、生物識別技術等組成的綜合技術，并正在向集成應用的方向發(fā)展。,條碼識別技術,目前使用最廣泛的自動識別技術，它是利用光電掃描設備

44、識讀條碼符號，從而實現(xiàn)信息自動錄入。 較常使用的碼制有：UPC條碼、128條碼、交插二五條碼、三九條碼、庫德巴條碼等。,生物識別技術,是利用人類自身生理或行為特征進行身份認定的一種技術。 人們已經(jīng)發(fā)展了虹膜識別技術、視網(wǎng)膜識別技術、面部識別技術、簽名識別技術、聲音識別技術、指紋識別技術六種生物識別技術。,虹膜識別技術,射頻識別（RFID）,射頻識別（RFID）技術是近幾年發(fā)展起來的現(xiàn)代自動識別技術。 它可以識別高速運動物體，也可以同時識讀多個對象，具有抗惡劣環(huán)境、保密性強等特點。,RFID標簽,（2）數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘技術 它是一個面向主題的、集成的、非易失的、時變的數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)倉庫的目標

45、是把來源不同的、結(jié)構(gòu)相異的數(shù)據(jù)經(jīng)加工后在數(shù)據(jù)倉庫中存儲、提取和維護，支持全面的、大量的復雜數(shù)據(jù)的分析處理和高層次的決策支持。,數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的及隨機的實際應用數(shù)據(jù)中，挖掘出隱含的、未知的、對決策有潛在價值的知識和規(guī)則的過程。一般分為描述型數(shù)據(jù)挖掘和預測型數(shù)據(jù)挖掘兩種。,（3）人工智能技術 人工智能是探索研究用各種機器模擬人類智能的途徑，使人類的智能得以物化與延伸的一門學科。,4智能物流小結(jié),智能物流可以優(yōu)化物流管理流程，提高工作效率，降低企業(yè)運營成本，同時加快物流信息反饋速度，避免信息流中斷，提高物流時效性?？蛻綦娮雍灻麆t保障了簽收的安全性，提高信息錄入的準確性。

46、,6.3.2 智能視頻監(jiān)控,1智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述 智能視頻監(jiān)控技術主要包括對視頻圖像序列自動地進行運動對象的提取、描述、跟蹤、識別和行為分析等。 應用場合：軍隊、銀行、商店、停車場等,智能視頻監(jiān)控的優(yōu)點： （1）247全天可靠監(jiān)控 （2）提高報警精確度 （3）提高響應速度,2智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及應用,（1）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及系統(tǒng)流程 智能視頻監(jiān)控以數(shù)字化、網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控為基礎，但又有別于一般的網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控，它是一種更高端的視頻監(jiān)控應用。,智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)流程,（2）應用實例煤礦安全生產(chǎn)智能視頻聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng), 視頻集成控制 將已有的工業(yè)電視攝像頭和安全監(jiān)控攝像頭統(tǒng)一管理起來 智能視頻分

47、析系統(tǒng) 智能視頻分析系統(tǒng)的功能主要分為視頻動態(tài)偵測、視頻靜態(tài)偵測、重要區(qū)域監(jiān)測三類。, 視頻聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng) 視頻聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)需要管理視頻監(jiān)控畫面和聯(lián)動監(jiān)控畫面。,（3）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用領域 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用領域包括安全相關類和非安全相關類。 安全類相關應用： 高級視頻移動偵測 物體追蹤 人物面部識別 車輛識別 非法滯留,這些應用主要是協(xié)助政府或其他機構(gòu)的安全部門提高室外大地域公共環(huán)境的安全防護,人物面部識別,非安全相關類應用： 人數(shù)統(tǒng)計、 人群控制、 注意力控制、 交通流量控制,3智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術,（1）移動目標提取 移動目標提取運動檢測是從圖像序列中將變化區(qū)域從背景圖像中提

48、取出來。 兩種視頻分析方法：背景減除法、時間差分方法,（2）移動目標跟蹤 等價于在連續(xù)的圖像幀間，創(chuàng)建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關特征的對應匹配問題。 常用的數(shù)學工具：卡爾曼濾波、Condensation算法及動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡等,（3）目標分類 從檢測到的運動區(qū)域中將特定類型物體的運動區(qū)域提取出來，例如分類場景中的人、車輛、人群等不同的目標。 分為基于運動特性的分類和基于形狀信息的分類兩種目標分類。,（4）行為識別 目標的行為識別是近年來被廣泛關注的研究熱點，它是指對目標的運動模式進行分析和識別。,4智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)小結(jié),從應用角度來看，當前的智能視頻監(jiān)控還是一種高檔次應用，主要應用于

49、一些特定場合。 從產(chǎn)業(yè)的角度看，物聯(lián)網(wǎng)概念的正式提出可以被看做IT產(chǎn)業(yè)對安防產(chǎn)業(yè)再度吹響融合的號角。,6.3.3 智能家居,1智能家居系統(tǒng)概述 智能家居可以定義為一個目標或一個系統(tǒng)。 使用到的技術：計算機技術、數(shù)字技術、網(wǎng)絡通信技術和綜合布線技術。,智能家居系統(tǒng)是為了讓家居生活更加安全、舒適和高效。,2智能家居系統(tǒng)的組成,智能家居系統(tǒng)由4部分組成： 智能家居控制器主機單元 家庭通信網(wǎng)主機單元 家庭設備自動化單元 家庭安全防范單元,3智能家居系統(tǒng)的關鍵技術,（1）家庭內(nèi)部網(wǎng)絡的組建 家庭內(nèi)部組網(wǎng)，主要是實現(xiàn)各種信息家電之間的數(shù)據(jù)傳輸，把外部連接傳入的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳募译娚先ィ瑫r可以把內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡,（2）家庭網(wǎng)關的設計 在家庭內(nèi)部提供不同類型、不同結(jié)構(gòu)子網(wǎng)的橋接能力，在家庭外部通過Internet將各種服務商連接起來以提供實時、雙向的寬帶接入，同時還提供防火墻的能力，阻止外界對家庭內(nèi)部設備的非法訪問和攻擊。,（3）家庭網(wǎng)絡中應用代理技術 網(wǎng)絡家電的低成本、高質(zhì)量和高可靠性是智能家居系統(tǒng)設計成功的重要條件，代理技術是這一方面的成功應用。,4智能家居系統(tǒng)小結(jié),智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還能提供舒適安全、高效節(jié)能、高度人性化的生活空間。,4智能家居系統(tǒng)小結(jié),隨