物联网与云计算的结合

物联网与云计算的结合[1]人的生活越来越离不开互联网，而人更离不开的是赖以生存的客观事物，物物相连的物联网概念深入人心，应用潜力巨大。深入浅出物联网和云计算的发展现状，探索将物联网与云计算结合起来的具体思路：即相关物理设备的对应方式，单个云计算中心对多个业务终端，多个云计算中心终端积等方式；挖掘其中的意义，提出对结合的应用的前瞻；简要分析当前面临的待解决的主要问题。互联网在短短近几年内已经呈现出爆炸式发展，人们通过计算机等终端互相连接实现了数据信息的快速传递，各种网络通信层出不穷，万维网多姿多彩。在后在追求多方面应用的同时，人们要求互联网更加适用于生活的细节，物联网(TheInternetofthings)应运而生，从他概念的提出到如今各种应用实例的出现，表明了人们迫切需要她与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中。计算机设备行业的迅猛发展为互联网高速化，智能化发展注入了强大动力。“云计算”以其超大的规模，虚拟化，高可靠性，通用性，高可扩展性，按需服务，廉价以及方便等特点，成为了互联网发展的新主题。在物联网与互联网的整合需要一个或多个强有力的计算中心，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。云计算的出现恰逢其时。物联网与云计算的结合，势必是一种趋势，他们之间的关系，可以举个例子来说，而物联网则是人的五官和四肢。那么云计算就是人的大脑。物联网与云计算是什么关系[2]？云计算是实现物联网的核心。运用云计算模式，使物联网中数以兆计的各类物品的实时动态管理，智能分析变得可能。物联网通过将射频识别技术、传感器技术、纳米技术等新技术充分运用在各行各业之中，将各种物体充分连接，并通过无线等网络将采集到的各种实时动态信息送达计算处理中心，进行汇总、分析和处理。从物联网的结构看，云计算将成为物联网的重要环节。物联网常见的层次结构包含：感知层，将物品信息进行识别、采集；传输层，通过现有的2G、3G以及未来4G通信网络将信息进行可靠传输；信息处理层，通过后台的云计算系统来进行智能分析和管理。物联网与云计算的结合必将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、平台资源等）、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。物联网强调物物相连，设备终端与设备终端相连，云计算能为连接到云上设备终端提供强大的运算处理能力，以降低终端本身的复杂性。二者都是为满足人们日益增长的需求而诞生的。物联网与云计算的结合思路：物联网与云计算各自具备很多优势，结合方式我们可以分为以下几种。第一，一对多方式。即单一云计算中心，多业务终端。此类模式中，分布范围的较小各物联网终端（传感器、摄像头或3G手机等），把云中心或部分云中心做为数据/处理中心，终端所获得信息、数据统一由云中心处理及存储，云中心提供统一界面给使用者操作或者查看。这类应用非常多，如小区及家庭的监控、对某一高速路段的监测、公共设施的保护等都可以用此类信息。这类主要应用的云计算中心，可提供海量存储和统一界面、分级管理等功能，对日常生活提供较好的帮助。一般此类云中心为私有云中心居多。第二，多对多，即多个云计算中心，大量业务终端。对于很多区域跨度加大的企业、单位而言，多中心、大量终端的模式较适合。譬如，一个跨多地区或者多国家的企业，因其分公司或分厂较多，要对其各公司或工厂的生产流程进行监控、对相关的产品进行质量跟踪等等。当然同理，有些数据或者信息需要及时甚至实时共享给各个终端的使用者也可采取这种方式。这个的模式的前提是我们的云计算中心要包含公共云和私有云，并且他们之间的互联没有障碍。这样，对于有些机密的事情，比如企业机密等可较好地保密而又不影响信息的传递与传播。第三，信息和应用的处理分层化，海量业务终端。这种模式可以针对用户的范围广、信息及数据种类多、安全性要求高等特征来打造。当前，客户对各种海量数据的处理需求越来越多，针对此情况，我们可以根据客户需求及云计算中心的分布进行合理的分配。对需要大量数据传送，但是安全性要求不高的，如视频数据、游戏数据等，我们可以采取本地云计算中心处理或存储。对于计算要求高，数据量不大的，可以放在专门负责高端运算的云计算中心。而对于数据安全要求非常高的信息和数据，我们可以放在具有灾备的云计算中心。此模式是具体根据应用模式和场景，对各种信息、数据进行分类处理，然后选择相关的途径给相应的终端。物联网与云计算结合的前景分析[3][4][9]：云计算和物联网都是新兴事物，不过现在已经有了很多的应用。但是两者结合的案例目前还是比较少的。IBM公司发布的蓝云(BlueCloud)计划，微软的DynamicsCRMOnline,ExchangeOnline,OfficeCommunicationsOnline等面对企业的与计算服务，亚马逊网络云计算服务，谷歌的GAE，GoogleDocs等云计算服务，以上列举的都是国际知名IT企业。可见，物联网与云计算的潜力正日益浮现。另外，3G视频通话就是一个例子。有了云计算中心的廉价、超大量的处理能力和存储能力，有了物联网无处不在的信息采集，这两者一结合。物联网与云计算结合将面临的一些问题：第一，IPv4资源的枯竭，IPv6资源的庞大到号称世界上没一粒沙子都可以拥有一个IP地址，但正式商用和各种物联网标准的制定与实施推广。需要一定时间。第二，各种物联网所需设备的规模成本。物联网如果没有规模，一切都是空谈。而要物联网大行其时，我们必须关注到，各种电子设备、传感设备的价格、实施难度其实非常关键。第三，云计算中心建设需达到一定规模。目前的情况，除极少数企业有部分为企业自身服务的私有云以外，目前还没有较大的公共云或者“互联云”。2010年，府、各大企业和运营商高度重视云计算中心的建设，相信马上会有一些云计算中心向公共开放。互联网发展到今天，虽健壮，但似乎仍然不能满足人类的许多工作，物联网主导着互联网和通信产业的发展，并将在以后几年内形成一定的产业规模。云计算与物联网结合是二者各自从概念走向应用的深刻体现，越来越多的公司、厂家会对此进行关注。云计算与物联网的结合将是未来发展的趋势。新的平台必定造就新的物联网，把云计算的特点与物联网的实际相结合，云计算技术将给物联网带来以下深刻的变革：首先是解决服务器节点的不可靠性问题，最大限度地降低服务器的出错率。近年来，随着物联网从局域网走向城域网，感知信息呈指数型增长，同时导致服务器端的服务器数目成线性增长。服务器数目多了，节点出错的概率肯定也随之变大，更何况服务器并不便宜。如今商场如战场，节点不可信问题使得一般的中小型公司要想独自撑起一片属于自己的天空，可想而知，那是难上加难。而在云计算模式中，因为“云”有成千上万、甚至上百万台服务器，即使同时当掉几台，“云”中的服务器也可以在很短的时间，利用冗余备份、热拔插、RAID等技术快速恢复服务。然后是低成本的投入换来高收益，让限制访问服务器次数的瓶颈成为历史。服务器相关硬件资源的承受能力都是有一定范围的，当服务器同时响应的数量超过自身的限制时，服务器就会崩溃。而随着物联网领域的逐步扩大，物的数量呈几何级增长，而物的信息必然呈爆炸性增长，随之而来的访问量定然空前高涨。因此，为了让服务器能安全可靠的运行，只有通过不断增加服务器的数量和购买更高级的服务器，或者限制同时访问服务器的数量，然而这两种方法都存在致命的缺点。服务器的增加，虽能通过大把的金钱解决一时的访问压力，但设备的浪费可想而知，这是源于访问量的不确定性变化，将随着年份、季节、节假的变化而变化；限制访问数量虽能节约资金，但给用户带来不便的同时对公司也是致命的，就拿百度、Google来说，今天我访问失败，明天你访问失败，后天他访问失败，请问到第四天、第五天……谁还会用它们。然而应用云计算技术，通过费用来动态增加或减少云模式中服务器的数量和质量，解决访问的压力，经济实惠何乐而不为。其次是让物联网从局域网走向城域网甚至是广域网，在更大程度上进行信息资源共享。局域网中的物联网就像是一个超市，物联网中的物就是超市中的商品，商品离开这个超市到另外的超市，尽管它还存在，但服务器端该物体的信息会随着它的离开而消失。其信息共享的局限性不言而喻。但通过云计算技术，物联网的信息直接存放在Internet的“云”上，而每个“云”有几百万台服务器分布在全国甚至是全球的各个角落，无论物走到哪，只要具备传感器芯片，“云”中最近的服务器就能收到它的信息，并对其信息进行定位、分析、存储、更新。用户的地理位置也不再受限制，只要通过Internet就能共享物体的最新信息。最后是将云计算与数据挖掘技术相结合，增强物联网的数据处理能力，快速做出商业抉择。伴随着物联网应用的不断扩大，业务应用范围从单一领域到各行各业，信息处理方式从分散到集中管理，从而产生了大量的业务数据。运用云计算技术，由云模式下的几百万台的计算机集群提供强大的计算能力，并透过庞大的计算机处理程序自动将任务分成若干个较小的子任务，快速地对海量业务数据进行分析、处理、存储、挖掘，在短时间内提取出有价值的信息，为物联网的商业决策服务。这也是将云计算技术与数据挖掘技术相结合给物联网带来的一大竞争优势。云计算时代：虚拟化技术的发展历程[5]虚拟化发展历程：虚拟化的概念在20世纪60年代首次出现，利用它可以对属于稀有而昂贵资源的大型机硬件进行分区。随着时间的推移，微型计算机和PC可提供更有效、更经济的方法来分配处理能力，因此到20世纪80年代，虚拟技术已不再广泛使用。但是到了20世纪90年代，研究人员开始探索如何利用虚拟化解决与廉价硬件激增相关的一些问题，例如，利用率不足、管理成本不断攀升和易受攻击等。现在，虚拟化技术处于时代前沿，可以帮助企业升级和管理他们在世界各地的IT基础架构并确保其安全。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。云计算的平台包括三类服务：软件基础实施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件即服务SaaS，而这三类服务的基础则是虚拟化平台，其关系结构如下图1所示：毫无疑问，虚拟化正在重组IT工业，同时它也正在支撑起云计算，如果把云计算单纯理解虚拟化，其实也并为过，因为没有虚拟化的云计算，是不可能实现按需计算的目标的。虚拟化技术虚拟化是资源的逻辑表示，这种表示不受物理限制的约束，它的主要目标是对包括基础设施、系统和软件等IT资源的表示、访问、配置和管理进行简化，并为这些资源提供标准的接口来接收输入和提供输出。虚拟化技术包括两个层面，其一是硬件层面的虚拟化，其二是软件层面的虚拟化。实际上，我们通常所说的虚拟化是指服务器虚拟化技术，除此之外，在应用层、表示层、桌面、存储和网络都可以做全方位的虚拟化，虚拟化的类型可以用下图2来表示：虚拟化的类型(1)网络虚拟化网络虚拟化通常包括虚拟局域网和虚拟专用网。虚拟局域网是其典型的代表，它可以将一个物理局域网划分成多个虚拟局域网，或者将多个物理局域网中的节点划分到一个虚拟局域网中，这样提供一个灵活便捷的网络管理环境，使得大型网络更加易于管理，可以通过集中配置不同位置的物理设备来实现网络的最优化。虚拟专用网帮助管理员维护IT环境，防止来自内网或者外网中的威胁，使用户能够快速、安全地访问应用程序和数据。目前虚拟专用网在大量的办公环境中使用。(2)存储虚拟化存储虚拟化就是为主机创建物理存储资源的过程。通过虚拟化技术，多个存储介质模块(如硬盘、RAID)通过一定的手段集中管理起来，所有的存储模块在一个存储池中得到统一管理。RedundantArrayofindependentDisk,(RAID)技术是虚拟化存储技术的雏形，目前使用的存储还有NetworkAttachedStorage(NAS)和StorageAreaNetwork(SAN)。(3