物聯網中云計算技術的運用分析

摘要：物聯網作為連接物理設備和互聯網的橋梁，面臨著數據處理的規模化、資源共享和安全性等挑戰。云計算技術以其可擴展性、彈性和高效的特點，為物聯網提供了重要的技術支持，并在物聯網運用中起到了關鍵性作用。本文主要對云計算技術在物聯網中的運用進行分析研究，通過對物聯網和云計算基本概念的闡述，深入分析云計算在物聯網中的優勢，包括可擴展性、資源共享和安全性。最后，對物聯網中的云計算架構應用進行概括總結，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：物聯網；云計算；技術運用

云計算技術在物聯網中的運用正日益成為推動物聯網發展的關鍵因素之一。通過將龐大的數據存儲和處理任務交給云端，物聯網設備可以更好地集中精力于數據采集、傳輸和實時反饋等功能。同時，云計算的可擴展性和彈性使得物聯網系統能夠根據需求動態分配資源，并迅速適應規模的變化。此外，云計算還為物聯網應用提供了安全性保障和隱私保護的解決方案。因此，需要進一步提高重視程度，加強對云計算機技術的開發，保障物聯網的順利開發和運用。

一、物聯網和云計算的基本概念分析

物聯網是指通過互聯網連接和通信的各種物理設備、傳感器、對象和系統之間的網絡。它在實時監測、數據收集、遠程控制和智能決策等方面提供了巨大的潛力。云計算是一種基于互聯網的計算模式，通過將計算資源和服務提供給用戶，實現按需、靈活、可擴展的方式來交付計算能力和數據存儲。具體內容特征如下圖所示：

二、云計算技術在物聯網中的運用優勢

（一）可擴展性和彈性

可擴展性和彈性是云計算技術在物聯網中的重要優勢之一。可擴展性指的是系統能夠根據需求進行資源的動態擴展，以適應不斷增長的設備數量和數據量。云計算平臺需要具備可擴展性，能夠快速響應并處理大規模的設備連接和數據流。同時，彈性是指系統能夠根據負載變化自動調整資源分配，以保持高效運行。在物聯網中，設備的連接和數據傳輸可能會出現波動性較大的情況，如高峰期和低谷期。因此，云計算平臺需要具備彈性，能夠根據實時需求進行資源的分配和釋放，以確保系統的性能和可用性。例如，在彈性計算應用中，假設城市交通可能會出現高峰期，如早晚上下班時間段。在高峰期，交通監控系統需要更多的計算資源來處理和分析大量的視頻數據。假設高峰期需要的計算資源是原始資源的倍數，記為M。系統在高峰期所需的彈性計算資源可以通過以下公式計算：

Tr = M × Td

其中，Tr表示高峰期所需的總計算資源，M表示原始資源倍數，Td表示彈性資源總量。

（二）良好安全性與隱私保護

在物聯網中，安全性和隱私保護是云計算技術應用的關鍵問題。首先，安全性方面包括以下幾個方面：身份認證和訪問控制，確保只有合法用戶能夠訪問設備和數據；數據加密和傳輸安全，保護數據在傳輸過程中不被未授權的人竊取或篡改；惡意代碼和攻擊防護，防止惡意軟件、病毒和網絡攻擊對系統造成破壞。隱私保護是指在物聯網環境下，保護用戶個人信息不被濫用或泄露。比如，在智能家居系統安全性保護中，通過連接各種智能設備（如攝像頭、傳感器和智能電器等），實現對家庭環境的監測和控制，以提高生活便利性和節能效果。并且采用相關公式對云計算安全性指標進行計算，具體計算內容如下：

CRC=（1-DS）×DT+L

其中CRC表示云計算安全性指標，DS表示數據傳輸時間比例，DT表示數據保密性，L表示數據完整性。

為實現隱私保護，可以采取以下措施：數據匿名化和脫敏，對數據進行處理，使其無法直接與個人身份關聯；隱私政策和用戶授權，明確告知用戶數據收集和使用方式，并獲得用戶的明確授權；數據訪問日志和審計，監控數據訪問行為，及時發現和應對潛在的隱私侵犯行為[1]。

（三）資源共享與利用

資源共享和利用率是云計算技術在物聯網中的重要優勢之一。在物聯網環境中，大量的設備和傳感器產生了海量的數據，而云計算提供了有效的方式來管理和處理這些數據。資源共享指的是多個物聯網設備可以共享云端提供的計算、存儲和網絡資源。通過將數據和計算任務發送到云端，物聯網設備可以避免自身資源受限的問題，并能夠利用云端強大的計算能力進行高效的數據分析和處理。例如，在計算資源共享方面，可以按照以下公式進行計算：

AverageComputing = TotalComputing / N

其中AverageComputing 表示每個設備的總計算需求量， TotalComputing表示總計算需求量，N表示設備數量。

這種資源共享的方式使得物聯網設備具備更強大的計算能力，能夠應對更復雜的任務和應用場景。利用率指的是云計算平臺上資源的高效利用程度。由于云計算平臺采用虛擬化和分布式架構，可以動態地分配和管理資源，根據不同的需求實現資源的靈活調配。這種靈活性使得云計算平臺能夠根據實際需要動態地調整資源分配，避免資源的閑置浪費，提高資源的利用率。通過資源共享和高效利用，物聯網設備可以充分發揮其功能，減輕本地設備的負擔的同時更好地滿足不斷增長的計算和存儲需求。同時，云計算平臺的彈性和可擴展性也能夠適應物聯網環境中設備數量的變化和應用場景的不斷擴展，為物聯網提供了更靈活和高效的計算資源支持[2]。

三、云計算在物聯網中的架構運用

（一）云計算資源管理分配

云計算資源管理和分配指的是在物聯網環境中如何有效地管理和分配云計算資源，以滿足各種應用需求。這個過程涉及對云計算基礎設施、網絡帶寬、計算能力和存儲容量等資源的管理和調度。云計算資源管理需要根據應用需求進行資源規劃和配置。通過綜合考慮物聯網設備的數量、數據產生速度和處理要求，以及用戶的使用模式和行為預測，確定所需的計算、存儲和網絡資源。可以通過動態擴展或縮減云計算資源的方式來實現，以隨時適應不同規模和復雜度的物聯網應用。此外，資源管理還需要關注資源的監控和優化。通過實時監測云計算資源的使用情況，例如CPU利用率、內存占用和網絡帶寬等指標，可以及時調整資源分配策略，以避免資源浪費和瓶頸現象。同時，還可以利用機器學習和預測分析技術來預測未來需求趨勢，從而做出更合理的資源管理決策。

（二）前端設備與云端平臺連接

首先，在物聯網中，前端設備通常包括各種傳感器、執行器以及嵌入式系統等，它們負責采集環境信息、監測設備狀態或執行特定任務。而云端平臺則扮演著數據存儲、處理和分析的角色，提供了強大的計算能力和服務支持。因此，建立前端設備與云端平臺之間的連接是實現物聯網應用的關鍵環節。

連接前端設備與云端平臺可以采用多種通信方式和協議，具體選擇取決于應用場景和需求。常見連接方式包括：1.無線通信：通過使用無線傳感器網絡（WSN）或其他無線通信技術（如Wi-Fi、藍牙、Zigbee等），前端設備可以與云端平臺進行遠程通信。這種方式適用于需要覆蓋范圍廣、設備數量眾多的場景，例如智能城市、農業監測等。2.有線連接：一些前端設備可以通過以太網、串口等有線接口與云端平臺進行連接。這種方式通常用于對延遲和穩定性要求較高的應用，如工業物聯網中的傳感器網絡或控制系統。3.移動通信：利用移動網絡（如2G、3G、4G、5G等）將前端設備連接到云端平臺。這種方式適用于需要設備在移動過程中保持連接的場景，如車載物聯網或移動健康監測[3]。

為確保前端設備與云端平臺之間的通信安全和數據完整性，還需要使用合適的安全機制和協議。比如采用身份認證技術，確保只有經過驗證的設備才能訪問云端平臺，并限制設備的操作權限。另外，還可以通過使用加密算法對數據進行加密，確保在傳輸過程中數據不被竊取或篡改。

（三）數據傳輸與網絡通信

數據傳輸和網絡通信在物聯網中起著連接和交流的重要作用。物聯網涉及大量的智能設備、傳感器和云端平臺，這些設備需要相互之間進行數據的傳遞和通信，以實現協同工作和信息共享。數據傳輸和網絡通信需要滿足高效、安全、穩定的要求，同時要考慮到物聯網規模龐大、異構性強以及網絡環境多變的特點。首先，在物聯網中，數據傳輸需考慮到傳感器和設備所采集到的海量數據。這些數據可能包括傳感器測量值、圖像、視頻等多種形式。因此，為了高效地傳輸這些數據，需要選擇合適的傳輸協議和技術。可以利用低功耗廣域網（LPWAN）技術來連接低功耗傳感器，使用無線局域網（WLAN）或蜂窩網絡來傳輸大容量數據。例如，在計算智能系統數據采集頻率時，可以采用以下公式：

Tc = （N ×F） + （M × F）

式中TC表示數據頻率采集量、N表示傳感器數量、F表示環境數據、M表示無人機數量、F表示頻率采集數據。

此外，還可以采用邊緣計算的方式，在設備本地進行數據處理和過濾，減少云端傳輸的數據量。例如，在智能家居系統中，利用邊緣計算方法計算數據節點，具體計算公式如下：

L = Tg / C

其中，L表示邊緣計算節點、Tg表示數據產生率、C表示每秒的比特數。

其次，在物聯網中需要解決設備之間的通信需求。由于物聯網系統中的設備可能分布在不同的地理位置，涉及廣域網、局域網和個人區域網等多種網絡環境。因此，在網絡通信方面需要考慮到網絡的可靠性、延遲和帶寬等因素。為了實現實時數據傳輸和響應，可以使用快速且可靠的通信協議，比如消息隊列遙測傳輸協議（MQTT）或數據分發服務（DDS）。同時，也可以利用傳統的互聯網協議（TCP/IP）進行設備之間的通信。此外，為了確保物聯網中的數據傳輸和網絡通信的安全性，還需要采取相應的安全措施。物聯網中的數據往往涉及個人隱私和商業機密等敏感信息，因此，在數據傳輸過程中加密、身份驗證以及訪問控制等安全機制都至關重要。例如，采用基于SSL/TLS協議的安全套接字層來保護數據傳輸的機密性，使用數字證書和令牌進行身份驗證，以及使用防火墻和入侵檢測系統來保護物聯網系統的整體安全。

（四）云端服務與應用開發

云端服務是指在云平臺上提供的各種服務和功能，用于處理、存儲和分析來自物聯網設備的數據。這些服務可以包括數據存儲、數據處理、數據分析、實時監控、遠程控制等。通過云端服務，物聯網設備可以將采集到的數據上傳到云端進行存儲和處理，而不需要依賴本地資源限制。云端服務的優勢包括彈性擴展能力、高可靠性和低延遲等，可以滿足物聯網應用對大規模數據處理和高性能計算的需求。應用開發則是指基于云計算平臺提供的開發工具和接口，設計和構建物聯網應用程序的過程。云計算平臺通常提供一系列的開發工具和服務，如軟件開發工具包（SDK）、應用程序接口（API）和開發環境，以支持開發人員快速構建、部署和管理物聯網應用。通過這些工具和服務，開發人員可以利用云平臺提供的強大功能和資源，開發出各種智能化、實時性強的物聯網應用。這些應用可以涉及各個領域，如智能家居、智慧城市、工業自動化等。通過云計算平臺的應用開發，可以實現設備之間的互聯互通，提高設備的智能化程度，提升效率和便利性。同時，云計算平臺還提供了一些輔助功能，如設備管理、數據可視化和安全性管理等，以幫助開發人員更好地管理和維護物聯網應用程序。

總之，云端服務和應用開發是物聯網技術的重要組成部分，可以為物聯網應用的開發和部署提供強大的支持和便利，促進物聯網技術的發展和應用。

四、結束語

綜上所述，云計算技術在物聯網中實現智能化、高效性和可擴展性的應用提供了強大支持。物聯網設備可以通過云平臺的資源和能力，實現大規模數據處理、實時監控和遠程控制等功能。同時，云計算技術還解決了傳統物聯網架構中的一些挑戰，例如數據存儲和處理能力、安全性和隱私保護等問題。隨著云計算技術的不斷發展，期待云計算技術和物聯網領域持續創新，以推動物聯網的發展，實現更智能、可靠和安全的物聯網應用。

作者單位：魏曉夢 王星星 河南機電職業學院

參考文獻

[1]楊帥，許志廣，李麗梅等.云計算技術在計算機安全存儲中的應用[J].數字技術與應用，2022，40（07）：212-214.

[2]馬旭.云計算技術在稅務信息化建設中的應用探討[J].中國管理信息化，2022，25（14）：173-175.

[3]劉建宇.云計算技術在計算機安全存儲中的運用研究[J].軟件，2022，43（07）：24-26.