云計算在物聯網中的應用研究

孫 穎

（中國信息通信研究院，北京 100037）

云計算在物聯網中的應用研究

孫 穎

（中國信息通信研究院，北京 100037）

物聯網與云計算是當今IT時代的兩大熱點技術，隨著兩種技術的快速發展，越來越多的物聯網應用場景運用了云計算的技術和理念。兩者相輔相成，作為信息產業第三次浪潮的物聯網被賦予了更廣闊的發展空間。

物聯網；云計算；智能交通；智能電網

1 引言

2013年，國務院發布《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，住建部分批次公布了193個智慧城市試點，由此我國大物聯網時代拉開序幕[1]。作為當今信息技術產業的重要組成部分，物聯網具有廣闊的發展前景。隨著物理世界中的物體逐步成為通信對象，物聯網的發展將滿足世間萬物的互聯互通的需求，給生產、生活、管理等各個方面帶來深刻變化。

作為世界信息產業的第三次浪潮，物聯網覆蓋的區域越來越廣，必將誕生大量的各種類型的終端設備，其中，也必然產生需要實時處理的紛亂無章的海量數據與信息。具備高效信息處理性能的云計算技術是物聯網中應用基礎設施的重要部分，物聯網的規模應用也將大大推動云計算服務發展。

2 云計算與物聯網的關系

2.1 物聯網的定義和網絡架構

從1999年物聯網概念的提出，到2005年國際電信聯盟（ITU）的年度互聯網報告引發全球范圍內對物聯網的討論，再到2009年IBM提出“智慧地球”的概念，物聯網的定義和范圍已經發生了天翻地覆的變化。目前，物聯網在國內普遍引用的定義是：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，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[2]。

物聯網架構包括感知層、網絡層和應用層（見圖1）。感知層主要實現智能感知功能，包括信息采集、捕獲和物體識別；網絡層依托公眾電信網、互聯網及專用網絡將終端采集的信息準確地傳遞出去；應用層將感知層收集的物體信息通過處理技術實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理等實際應用[3]。

圖1 物聯網基本架構

物聯網時代的核心技術就是在全面感知、可靠傳遞的基礎上，利用高效的智能處理技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。

2.2 云計算的定義和技術特點

云計算是把需要巨大計算能力解決的問題分布在互聯網中大量的分布式計算機上。與此同時，云計算也是一種按使用量付費的模式，這種模式可提供便捷，按需訪問可配置的計算資源（資源包括網絡、服務器、應用軟件、存儲等）共享池。這些資源能夠快速提供，卻只需投入很少的管理工作。云計算主要有以下六個特點：

（1）分布式處理：使計算分布在互聯網中數以百萬計的服務器計算節點上調度，實現對海量數據的快速處理。

（2）成本低：由于使用廉價的云計算節點來構成云，它的自動化集中式管理可降低數據中心的管理成本。

（3）高可靠性：使用數據多副本容錯和計算節點同構可互換等措施來確保云計算服務的高可靠性。

（4）虛擬化：作為云計算的關鍵技術，提供給用戶的可以是一個實際的物理資源，也可以是跨越物理資源的虛擬資源，云計算保證用戶在任何位置各種終端獲取服務。

（5）多功能性：在云計算的支撐下可以構造出多種多樣的應用，而且同一個云可以同時支撐不同的應用運行。

（6）高可擴展性：云計算提供了一個資源池中設定了不同的集群類型，并由其特定的擴展方式，并會根據變化自動為應用集群增減資源[4]。

2.3 物聯網與云計算的融合

物聯網是對互聯網的極大拓展，將真實世界中的物體利用射頻識別等技術通過傳感器設備連接到互聯網，促進與互聯網的智能融合。隨著物聯網業務量的增加，對數據存儲和計算量的需求日益增大。大規模物聯網必然要依托云計算平臺的分布式計算能力，后者帶來的高效率的運算模式也正好為物聯網提供良好的應用基礎，它接收物聯網里各種設備傳來的信息，通過存儲處理后，運用云計算模式對物聯網中的各類物體進行實時動態管理和智能分析。

云計算從根本上改變了傳統的互聯網結構，將計算能力由個人終端向服務端聚合，運用分布式計算技術，提高了計算資源的整體利用率[5]。在量化計算資源的基礎上，云計算實現了由提供設備向提供服務演進的過程，其服務領域已經不僅限于熟知的IaaS、PaaS、SaaS等，擴展到DaaS、TaaS等。隨著全球物聯網的迅猛發展，恰恰為云計算平臺的完善及大規模的應用提供了最大的用戶，同時云計算被賦予了更廣闊的定義，從連接計算資源到連接物理世界中所有的人和物體[5]，計算能力也將進一步的智能化。

3 云計算與物聯網結合的應用場景

物聯網在全面感知、可靠傳遞的基礎上，利用云計算平臺的智能處理技術，向社會提供高效的智能服務。同時，物聯網為云計算提供應用方向和產業環境。目前，越來越多的物聯網應用場景運用了云計算的技術和理念，智能交通和智能電網是二者相結合的應用典范。

3.1 智能交通

隨著物聯網“概念”向“產業”轉變，大量的物聯網應用正惠及交通領域，給我們的生活和出行帶來便利。智能交通是將先進的電子、信息、傳感與檢測、自動控制、系統工程等技術綜合運用于地面交通，建立起安全、實時、準確、高效的地面運輸系統，利用高新技術改造傳統運輸系統而形成的一種信息化、自動化、智能化、社會化的新型運輸系統。應用云計算技術，探索交通領域信息化是一種新思路。一方面，主要表現在目前交通信息化運營管理系統基本已進入到一個平穩運行的階段，對傳統的硬件設備的需求趨于穩定，從而加大了對信息化軟件升級改造和應用服務的投入，云計算提供的資源按需服務恰好解決了軟件大幅投入帶來的成本問題。另一方面，交通領域的基礎建設快速發展，鐵路新干線、客運專線、新車站、新機場等建設大量出現，也投入了很多IT基礎設施的相關建設[6]，因此，在交通領域基礎設施項目的建設中利用云計算技術創新交通信息化應用，助力智能交通快速發展。

例如，進入高鐵時代的鐵路信息系統，車速的跨越式提高給鐵路信息化管理帶來了巨大的挑戰和壓力。傳統的基于大型服務器的數據中心，離散的信息管理模式已無法適應互聯網時代的信息化需求[6]，把傳統的鐵路信息應用系統及管理系統遷移到擁有百萬級服務器集群的云計算大平臺上，在云端建立鐵路管理系統和數據中心，利用云計算技術助力實現更加安全、便捷、綠色環保的交通環境。智能時代迎合城市化的發展需求，日益嚴峻的交通擁堵給智能交通領域帶來了許多發展契機。一方面，通過攝像頭實時采集各路段交通信息，在云計算平臺上監控和分析各路段交通流量，從而預測擁堵地點。另一方面，利用GPS來搜集開車人的習慣，利用云計算的分布式計算和調度能力給行車人設計一條最佳的出行線路，如果開車人能夠很好配合，將減少30%的道路擁堵。隨著消費者的需求日益增多、道路建設的日新月異、道路安全事故的增加，智能化的汽車互聯將是未來汽車電子行業發展的必然趨勢。

3.2 智能電網

為支撐能源轉型和資源節約，物聯網時代開啟電網“智能模式”。智能電網是指集成新能源、新材料、新設備和先進的信息技術、電網控制技術，實現電力在發、輸、配、用過程中的數字化管理、智能化決策、互動化交易[7]，優化資源配置，充分滿足用戶對電力的需求，確保電力供應的可靠、安全和經濟，滿足環保要求，適應電力市場化發展。電力行業的應用特點非常符合云計算的技術模式和服務模式。云計算模式就是將原本分散的資源聚集起來，再向群體提供服務。采用云計算，不僅可以實現電力行業內的數據采集和數據共享，最終實現數據挖掘，提供智能的決策分析，促進生產過程協調發展，也可以幫助電網公司將數據轉換為服務，提升服務價值。

智能電網的發展給家庭能源的消費帶來革新，用電的智能化使得數以千計的家庭安裝和使用能源管理終端。“云+端”的家庭能源管理模式將使智能家庭能源管理終端主動注冊到能源管理門戶上，簡化了傳統的由于大量的家庭能源管理終端接入帶來的系統管理困難[8]。同時，通過運用云計算技術實現對智能電網中各環節設備運行狀態的實時感知和監視預警，對產生的海量歷史數據在云平臺上進行集中存儲和共享，對外提供標準統一的訪問服務，提升電網智能化水平。云計算與電力行業的結合既避免了云技術帶來的不安全性，又適合電網這樣的大型企業建設，創新電力系統信息化應用。

云計算以其分布式處理、虛擬化及高可靠性等特點助力物聯網領域相關應用，不僅涉及智能交通、智能電網以上兩個領域，還涉及智能家居、智能醫療、智能農業等其他相關領域。云計算與物聯網緊密結合，為創新信息化應用提供有利的工具和環境。

4 云計算與物聯網結合的發展前景

從國家到各行各業都在密切關注物聯網和云計算這兩個新興技術，兩者都具有美好的技術愿景和規模龐大的潛在市場，能夠對社會產生深遠的影響，兩者相輔相成，合則兩利。

4.1 信息消費

互聯網時代，信息消費作為拉動內需的重要組成部分，無疑受到產業各方密切關注，物聯網及云計算等作為新的消費形式出現推動了信息技術產業的快速發展。2013年，國務院下發《關于促進信息消費擴大內需的若干意見》中提到開展物聯網重大應用示范，提升物聯網的公共服務能力，發展物聯網已經成為國家促進信息消費戰略的重要組成部分。物聯網發展的核心正是建立在云計算的基礎之上，云計算模式提供對物聯網中感知終端的服務延伸，豐富信息消費環境，促進物聯網產業的進一步滲透。同時，包括物聯網在內的信息消費產業的發展，勢將大大帶動網絡基礎設施、智能終端、內容應用等各領域的快速增長。

4.2 智慧城市

云計算是實現物聯網的核心，而物聯網為云計算提供了廣闊的應用平臺，云計算與物聯網及互聯網的智能融合，將大大提速智慧城市的建設。隨著2013年國家“智慧城市”技術和標準試點城市的確定，智慧城市目前已成為國內城市建設的重點，將全面帶動國家信息化產業發展，成為新的經濟增長點。智慧城市的建設從技術發展視角來看，要求通過以移動技術為代表的物聯網和云計算等新一代信息技術實現全面感知、互聯以及融合應用[9]。將云計算和物聯網技術定位于智慧城市中重要的基礎設施。隨著智慧城市對物聯網、云計算產業的進一步滲透、拉動，兩種技術的相關應用快速普及，將促進智慧城市建設提速，帶動各方產業穩步發展。

4.3 寬帶網絡

隨著2013年4G牌照的正式發牌及國家寬帶戰略的實施，意味著更多的信息化應用將在寬帶網絡上快速發展，4G網絡的運行讓云計算、物聯網與互聯網的結合有巨大的想象空間。隨著物聯網及云計算產業的發展，移動智能設備的大范圍普及，人們的生活日益智能化、數字化。在移動智能設備、廣播視頻工具及PC設備之間可以隨時隨地交互信息。寬帶網絡已經成為推動云計算、物聯網產業融合發展的重要載體，云計算與物聯網的融合應用為寬帶網絡提供巨大的發展潛力。可以說，4G技術的規模應用與寬帶網絡的能力普及，為新興技術提供了有利環境和發展機遇，強有力地推動了智慧城市的發展和建設，同時豐富了云計算和物聯網的應用模式。

4.4 其他

圍繞應用和產業急需，著力突破物聯網和云計算核心基礎共性技術，關注物聯網與云計算平臺融合的改造升級問題，加快傳感器網絡、智能終端、大數據處理等關鍵技術研發創新，推進物聯網、云計算與新一代移動通信、下一代互聯網、衛星通信等技術的融合發展。

5 結束語

云計算和物聯網是互聯網時代的熱點技術。物聯網是互聯網應用的極大拓展，將真實世界的物體通過信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化的控制與管理。云計算利用其分布式處理模式基于服務和資源提供按需、便捷的網絡訪問。云計算和物聯網的結合促進兩者在真正意義上從概念走向應用，這種進步是互聯網發展的必然趨勢。同時，隨著兩種技術的快速發展，從技術到模式的融合，勢必帶來一系列的挑戰和機遇。

[1] 王艷，徐淵．物聯網或迎來高速增長[J]．中國電信業，2014(2):30-31

[2] 梁睿．淺析物聯網及物聯網技術架構[J]．城市建設理論研究（電子版），2013(15)

[3] 郭彥濤．物聯網在城軌交通安全應急領域的應用研究[D]．北京：北京交通大學，2011

[4] 桑磊．云計算在物聯網中的應用[J]．科技與企業，2011(1):11-22

[5] 馬一丁．透過應用看物聯網發展前景[J]．中國電子商情，2010(2):49-52

[6] 張然．云計算技術在鐵路信息化建設中的應用前景[J]．鐵路通信信號工程技術，2013(4):27-28

[7] 趙錦明，吳春艷．電網智能化，設計要先行[J]．云南電業，2010(6):42-47

[8] 張新昌，周逢權．智能電網引領智能家居及能源消費革新[J]．電力系統保護與控制，2014(5):59-67

[9] 李海濤，張忠巖．淺析智慧城市的發展[J]．城市建設理論研究（電子版），2013(14)

Resarch on Application of Cloud Computing in the Internet of Things

Sun Ying

(China Academy of Information and Communications Technology, Beijing, 100037)

Internet of things and Cloud Computing are two hot technologies in the current IT age. With the rapid development of both technologies, the technologies and ideas of Cloud Computing are applied in the Internet of Things in more and more scenarios. Complementing each other, the Internet of Things, as the third wave for the information industry, have been given a broader space for development.

Internet of Things; Cloud Computing; Intelligent Transportation System; Smart Grid

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.012

TN92，TP3

A

1672-7274（2015）05-0042-04