結合云計算的物聯網新技術探究

張少初

摘 要：本文研究了云計算的物聯網新技術，包括網絡安全問題解決方法，網絡傳輸層通信問題解決方法，技術標準的統一問題。

關鍵詞：云計算;物聯網;通信

物聯網技術在融合了云計算之后，發展速度有了突飛猛進的進展，不僅僅在技術手段降低了難度，而且有效的發揮了物聯網技術在應用領域的優勢。無論是存儲能力還是計算能力，云計算的高效率技術都很好的滿足了物聯網的需求，通過數據共享和交換，解決了或者方便了許多實際問題。物聯網技術的發展是人類科技發展的必然趨勢。如下圖所示，未來的社會，物聯網技術將會完全普及，物聯網已經滲透到人類常生活的諸多領域。

1.網絡安全問題解決方法

安全問題是物聯網技術發展的主要問題，安全問題表現的比較復雜，可以細致的劃分為許多層面，現階段發展物聯網技術，安全問題的客服是最具備操作性的。通過對現有實例的分析和總結，作者認為安全問題主要可以根據物聯網的結構，劃分為以下幾個層面逐一解決：

1）信息感知層安全問題：在感知層之中，節點表現出的特點是數量眾多以及硬件結構十分簡單，所以計算能力和存儲能力較弱，這就導致了普通的加密保護技術很難完美的實。所以節點就存在很容易被攻擊的缺點。這些攻擊內容主要包括外來入侵控制、拒絕安全服務、及無法進行安全認證等等。

2）網絡傳輸層安全問題：網絡傳輸層主要職能就是保證有效的數據正確傳輸，所以傳輸層的安全問題必須受到高度重視，數據和信息不能被惡意捕獲或修改。由于傳輸信息的規模龐大，這就勢必導致安全問題的出現，這就包括中間人攻擊、跨網控制攻擊、路由攻擊等等。

3）功能應用層安全問題：應用層是物聯網技術最主要的功能模塊，由于結構復雜、數據量大，所出現的不確定因素就更多，所以這一層的安全問題眾多，是物聯網技術發展需要克服的難點。應用層提供了最廣泛的數據交換和共享的服務，主要就是基于云計算平臺所搭建的，所以這一層的安全問題也就依賴著云計算的安全問題。由于云計算是一個開發的平臺，它對整個外界都提供高效的服務，所以這種無處不在的，無時不在的服務類型就會導致安全問題。云計算平臺首先要具備抵抗外來入侵的能力，通過實時的安全保護策略抵抗隨時隨地可能存在的風險，在這期間還要保證服務的不中斷，系統的繼續穩定運行。其次，物聯網技術的髙數據量都存儲在云計算的服務器中。云計算的服務器分布在世界各地，服務器的多樣性和復雜性導致了用戶并不知道自己的數據存儲在何地，是不是存在安全隱患。云計算現在主要通過虛擬化技術實現數據共享，眾多虛擬機共享一個資源，如果沒有實現對每一數據的加密和隔離，就使得數據完全透明，可以被其他非法用戶親自訪問。

應用層安全是基于云計算技術的物聯網系統的主要安全問題。應用層直接和外界進行數據交換和共享，是物聯網的功能模塊。應用層是搭建在云計算平臺上進行相關功能操作的，所以只需要考慮如何在云計算平臺保證物聯網數據的安全。對于物聯網中不同數據進行高效和嚴格的保護，作者認為引用數據庫技術之中對于模式的劃分規則和權限分配方法是十分有效的。在數據庫系統中，主要進行三級模式結構的劃分，即內模式、模式、外模式。內模式是數據庫的物理結構，模式是數據庫的邏輯結構，而外模式就是用戶模式，是模式的子模式。模式和內模式都具備所有操作權限，外模式只有通過認證以后需要什么權限向模式進行申請，申請成功以后模式才分配給外模式權限。

2.網絡傳輸層通信問題的解決方法

網絡傳輸層主要進行的是無線傳輸，主要的特點是數據量大，傳輸任務大。在網絡傳輸層，由于不需要進行大量數據交換和共享等等功能的操作，需要保證傳輸過程中數據的傳輸的暢通性即可。作者認為在這一層，主要的保護策略就是保證數據不丟失，進行完善的傳輸工作。只需要保證從感知層獲得的數據經過稍加整合和處理順利達到應用層，然后再進行數據交換和共享等等操作。

由于節點數量眾多，不同節點的特點也相差很大所以在傳輸方式的選擇上采用分簇算法非常合適。分簇算法的思想是通過某一具體規則對所有節點進行分簇，所有簇設置一個族頭節點。一個簇內部的節點可以方便的進行數據交換，不同簇之間的節點數據交換只需要通過簇頭節點。當某一節點申請資源的時候，只需要簇頭節點進行申請即可。這樣大大提高了網絡傳輸資源的利用率，減小了網絡負載和堵塞，也可以保證數據和信息的順利傳輸。

具體的分簇算法可以采用移動自組織網中的如最小分簇算法、節點權重法、以及無線傳感器網絡中基于節點能量的分簇算法。由于物聯網中節點眾多，節點之間的信息交換對于能量需求很大，所以物聯網中節點的能量問題必須考慮，本文可以利用技術與無線傳感器網絡中的能量模型相結合，考慮網絡設備的當前剩余能量，節點能量最高的節點被選作簇頭，負責管理簇內的所有成員節點，以與它簇之間的通信。這種分簇的結構使得簇內節點只需要保存到簇頭的路由即可，且減少了網絡中大量的控制信息。在簇形成的初始階段，首先節點廣播信息，信息中包含了每個節點的剩余能量，然后位于通信范圍內的節點根據其鄰居的剩余能量的多少，選擇出最合適的節點作為簇頭節點，在簇結構建立之后，節點間就可以進行數據通信了。

3.技術標準的統一問題

物聯網是互聯網的延伸和拓展，構建一個物物相連的規模龐大網絡集合，就必須制定統一的技術標準。由于物聯網和互聯網差別很大，主要表現在數據量巨大，主要依賴于無線傳輸，安全性要求更高等等，這就使得原有的互聯網的大部分協議無法支持物聯網技術。所以可以仿造當初給互聯網分層管理的思想，給每一層制定相關協議，保證它的正常實施。這些協議主要是為了對不同階段的數據實施安全保護，對每一層具體結構的數據傳輸做出規定等等。

最底層的傳輸層沒有太大變化，他主要是釆集和感知物理世界的信息和數據。在傳輸層中，物聯網主要依靠的無線傳輸應該獨自劃分出來一個模塊，制定一些不同于傳統互聯網的傳輸層協議。例如制定如何進行傳感器高效率傳輸的傳感器協議等等。在最頂層的應用層中，可以劃分為三個層面，作者認為此時的應用層不同于以往的互聯網應用層。主要是在云平臺之中進行數據交換和共享操作的，所以數據量龐大可以通過劃分為不同功能的層進行管理，即數據交換層和云共享層。這兩層都是功能層，都是對物聯網系統進行操作和控制。在這兩層需特別制定云計算技術內相關數據的交換和共享協議，例如可制定數據交換協議，它釆用的是分布式計算，網格計算或并行計算技術。在比如對于云共享層，可以制定虛擬化管理協議，保證云計算內部所有數據都是在虛擬資源池進行共享的。除了這些功能劃分，作者認為還應該在數據交換層和云共享層下面緊接著加一層安全保護層，雖然在每一層都有相關的數據安全保護協議，但是云平臺內部安全性比較復雜，安全問題眾多，所以應該特別劃分出一層對下層傳輸來的數據進行安全性監測，保證接下來需要進行操作的數據都是可靠傳輸的。

4.小結

本文是對基于云計算技術的物聯網應用領域的探索，針對現有的應用實例和已經構想出來的系統，作者總結出物聯網進一步發展具備哪些問題，也對一些可以解決的問題設計了解決思路。

參考文獻：

[1]艾浩軍，單志廣，張定安等物聯網技術與產業發展人民郵電出版社.2011

[2]宗平.物聯網概論[M].電子工業出版社.2012

（廣西職業師范學院 ?廣西 ?南寧 ?530001）