物聯網與云計算的融合——物聯網云的構建

【摘要】物聯網與云計算是近年來興起的兩個不同的概念。通過對兩種技術進行對比分析，研究了物聯網與云計算三種融合方式和物聯網云平臺的建設需求，提出物聯網云的概念，最后給出了物聯網云平臺體系架構設計方案和物聯網云的使用模式。

【關鍵詞】物聯網云計算融合物聯網云

“我們的世界正變得可以度量，我們的世界正變得相互關聯，一切都正在變得更加智能”。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，應用了物聯網的概念。報告指出，無所不在的物聯網通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯網進行信息交換。2006年，谷歌首次提出“云計算”的概念，在業界引起了很大反響。無論承認與否，它們的出現都將極大地改變我們的生活。

事實上，物聯網是互聯網向物理世界的延伸，它將網絡的終端由IT設備擴展到生活中的任何物品。對于互聯網上的IT設備和資源，云計算技術可以對其進行統一整合和管理。

一、概述

1.1 物聯網

物聯網（The Internet of things）是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網”。它是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

物聯網由感知層、傳輸層和應用層組成。感知層用于實現對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制，并通過通信終端模塊將物理實體連接到網絡層和應用層。傳輸層主要實現信息的傳遞、路由和控制，包括接入網和核心網，可以依托于公共電信網和互聯網，或者行業專業通信網絡。應用層包括應用基礎設施、中間件和各種物聯網應用。

物聯網產業覆蓋了傳感感知、傳輸通道、運算處理、行業應用等領域，其應用領域從面向企業的智能交通、電力抄表等擴展到了面向公眾的個人醫療、智能家居等遍及各行各業，但目前還處在創新起步階段。

1.2 云計算

云計算概念是由Google提出的。狹義云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源；廣義云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以是IT和軟件、互聯網相關的，也可以是任意其他的服務，它具有超大規模、虛擬化、可靠安全等獨特功能。

云計算的基本原理是，通過虛擬化技術使計算分布在大量的分布式計算機上，這使得企業能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。

虛擬化、彈性規模擴展、分布式存儲、分布式計算和多租戶是云計算的關鍵技術。

1.3 物聯網與云計算對比分析

通過以上分析可知，物聯網就是互聯網通過傳感網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。物聯網的這一使命，也決定了它必然要由一個大規模的計算平臺作為支撐。

由于云計算從本質上來說就是一個用于海量數據處理的計算平臺，因此，云計算技術是物聯網涵蓋的技術范疇之一。隨著物聯網的發展，未來物聯網將勢必產生海量數據，而傳統的硬件架構服務器將很難滿足數據管理和處理要求。如果將云計算運用到物聯網的傳輸層與應用層，采用云計算的物聯網，將會在很大程度上提高運行效率?？梢哉f，如果把物聯網當作一臺主機的話，云計算就是它的CPU。

二、物聯網與云計算的融合

云計算與物聯網各自具備很多優勢，如果把云計算與物聯網結合起來構造成物聯網云，我們可以看出，云計算其實就相當于一個人的大腦，而物聯網就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢等。云計算與物聯網的融合方式我們可以分為以下幾種：

（1）單中心，多終端。此類模式分布范圍的較小，各物聯網終端（傳感器、攝像頭或3G手機等）把云中心或部分云中心作為數據/處理中心，終端所獲得信息、數據統一由云中心處理及存儲，云中心提供統一界面給使用者操作或者查看。這類應用的云中心一般為私有云，可提供海量存儲和統一界面、分級管理等功能，對日常生活提供較好的幫助。主要應用在小區及家庭的監控、某些公共設施的保護等方面。

（2）多中心，大量終端。多中心、大量終端的模式較適合區域跨度加大的企業、單位。有些數據或者信息需要及時甚至實時共享給各個終端的使用者也可采取這種方式。這個模式的前提是我們的云中心必須包括公共云和私有云，并且他們之間的互聯沒有障礙。這樣，對于保密性要求很高的事情，就可以較好地達到保密要求而又不影響信息的傳播。

（3）信息、應用分層處理，海量終端。這種模式可以針對用戶的范圍廣、信息及數據種類多、安全性要求高等特征來打造。對需要大量數據傳送，但是安全性要求不高的，如視頻數據、游戲數據等，我們可以采取本地云中心處理或存儲。對于計算要求高，數據量不大的，可以放在專門負責高端運算的云中心里。而對于數據安全要求非常高的信息和數據，我們可以放在具有災備中心的云中心里。

三、物聯網云平臺構建及使用模式

3.1 物聯網云平臺架構設計

物聯網云的系統架構主要包含物聯網云的硬件虛擬化框架、感知層設備、物聯網應用中間件以及服務管理。各部分共同構成物聯網應用的平臺，為物聯網應用的運營管理人員和終端用戶服務。

（1）硬件虛擬化框架

硬件虛擬化框架定義了云計算平臺所管理的服務器、存儲設備、網絡設備等物理硬件資源及相應的虛擬化方法和技術，并將上述資源以虛擬化的方式交付給用戶。

通過虛擬化技術的引入，使運營在物聯網云平臺上的不同用戶之間可以共享資源；提供彈性伸縮的資源需求，在降低運營成本的同時提高服務質量；引入服務器集群技術，提高物聯網云平臺的整體性能。

（2）感知層設備

感知層是物聯網的皮膚和五官，主要用于識別物體、采集信息。感知層設備包括二維標簽碼和識讀器、RFID標簽和讀寫器、傳感器終端以及實現終端互聯互通的傳感網絡。感知設備通過網絡接入云計算平臺，并由物聯網應用的中間件對其進行管理。

通過感知層設備，物聯網可以給物體賦予“智能”，實現對物體的感知，人與物體的溝通和對話，也可以實現物體與物體間的溝通和對話。

感知層涉及的關鍵技術有射頻技術（RFID）、傳感網絡技術、納米技術、智能嵌入技術等。

（3）物聯網應用中間件

中間件是位于平臺（硬件和操作系統）和應用之間的通用服務，針對不同的操作系統和硬件平臺，他們可以有符合接口和協議規范的多種實現。中間件是物聯網應用中的關鍵軟件部件，是銜接相關硬件設備和業務應用的橋梁，其主要功能是屏蔽異構性、實現互操作和信息的預處理等。在物聯網云平臺中，物聯網中間件與云計算相結合，利用虛擬化技術全面實現資源整合，這樣，不僅能解決物聯網中海量信息的過濾、整合、存儲問題，還能解決物聯網中不同應用系統的互操作問題。

在物聯網云平臺中，物聯網應用的中間件主要實現終端設備接入、RFID/傳感器事件管理、數據存儲以及物聯網應用等功能，它包含一系列相關的中間件產品。

（4）服務管理

服務管理是物聯網云平臺的核心架構，主要包括物聯網云的自助服務門戶/管理員門戶、物聯網應用和服務的生命周期管理。通過服務管理，服務提供商可以對IT物理硬件和虛擬化資源進行管理，用戶可以通過自助服務門戶進行業務定制、修改等操作；物聯網云的服務管理還包括對感知設備的體系架構、事件以及分布式架構數據平臺的管理、數據備份及恢復機制等功能。

四、物聯網云使用模式

（1）物聯網應用的開發/測試平臺

對于物聯網應用的開發商而言，如何快速獲得物聯網應用的開發和測試環境是其提高生產效率的關鍵。因此，物聯網云的虛擬化資源和物聯網應用中間件，可以為物聯網應用開發商快速提供所需的應用開發和測試環境以及應用基礎平臺，加速物聯網應用的開發和測試周期。

（2）物聯網應用的運營平臺

物聯網應用的運營商希望在其基礎平臺上同時部署和運營多個物聯網應用，從而利用應用的規?；獊斫档瓦\營成本。其中，采用共享的終端設備接入和數據存儲是其降低成本的重要方式。利用物聯網應用的中間件，物聯網云可以作為物聯網設備的事件捕獲和數據存儲平臺，以支持物聯網應用的規?；\營。

（3）物聯網應用的在線應用平臺

對于用戶而言，快速獲取符合自身業務要求的物聯網應用是其主要需求。物聯網云可以提供滿足人員或資產定位、物流追溯、業務流程監控和優化以及數據分析等多種場景的物聯網應用。如：物聯網應用用戶登錄云計算平臺，從物聯網云的服務目錄中選擇自己所需的物聯網應用場景；云計算平臺對所申請的應用場景進行自動化部署和配置，并將應用的訪問信息返回給物聯網應用用戶；最后，物聯網應用用戶將其終端設備接入云計算平臺，就可以開始物聯網應用的使用。

五、結束語

云計算與物聯網的結合是互聯網絡發展的必然趨勢，它將引導互聯網和通信產業的發展，并將在3～5年內形成一定的產業規模。物聯網云的出現使得物聯網應用的開發商快速獲得其應用所需的開發測試環境，從而專注于核心業務的研究；使得物聯網應用的運營商進行大規模的服務運營，降低服務成本，同時，使得更多用戶能夠在物聯網云的平臺上方便的獲取所需的物聯網應用，有助于物聯網應用的廣泛使用和推廣。尤為重要的是，物聯網云可以作為應用的孵化和交付平臺，吸引更多的物聯網應用開發商加入，從而使整個云計算平臺上的物聯網應用不斷更新和豐富，促進產業的良性循環和發展。