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(guī)模化、資源共享和安全性等挑戰(zhàn)。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(yōu)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(fā)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(tǒng)能夠根據需求動態(tài)分配資源，并迅速適應規(guī)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(fā)，保障物聯網的順利開發(fā)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(tǒng)之間的網絡。它在實時監(jiān)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(yōu)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(yōu)勢之一。可擴展性指的是系統(tǒng)能夠根據需求進行資源的動態(tài)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(guī)模的設備連接和數據流。同時，彈性是指系統(tǒng)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(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)造成破壞。隱私保護是指在物聯網環(huán)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(tǒng)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(huán)境的監(jiān)測和控制，以提高生活便利性和節(jié)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(jiān)控數據訪問行為，及時發(fā)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(yōu)勢之一。在物聯網環(huán)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(fā)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(tài)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(tài)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(fā)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(huán)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(huán)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(guī)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(tài)擴展或縮減云計算資源的方式來實現，以隨時適應不同規(guī)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(jiān)控和優(yōu)化。通過實時監(jiān)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(zhí)行器以及嵌入式系統(tǒng)等，它們負責采集環(huán)境信息、監(jiān)測設備狀態(tài)或執(zhí)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(huán)節(jié)。

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(yè)監(jiān)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(wěn)定性要求較高的應用，如工業(yè)物聯網中的傳感器網絡或控制系統(tǒng)。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(jiān)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(wěn)定的要求，同時要考慮到物聯網規(guī)模龐大、異構性強以及網絡環(huán)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)中，利用邊緣計算方法計算數據節(jié)點，具體計算公式如下：

L = Tg / C

其中，L表示邊緣計算節(jié)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(tǒng)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(qū)域網等多種網絡環(huán)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(fā)服務（DDS）。同時，也可以利用傳統(tǒng)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(yè)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(tǒng)來保護物聯網系統(tǒng)的整體安全。

（四）云端服務與應用開發(fā)

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(jiān)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(yōu)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(guī)模數據處理和高性能計算的需求。應用開發(fā)則是指基于云計算平臺提供的開發(fā)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(fā)工具和服務，如軟件開發(fā)工具包（SDK）、應用程序接口（API）和開發(fā)環(huán)境，以支持開發(fā)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(fā)人員可以利用云平臺提供的強大功能和資源，開發(fā)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(yè)自動化等。通過云計算平臺的應用開發(fā)，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(fā)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(fā)是物聯網技術的重要組成部分，可以為物聯網應用的開發(fā)和部署提供強大的支持和便利，促進物聯網技術的發(fā)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(guī)模數據處理、實時監(jiān)控和遠程控制等功能。同時，云計算技術還解決了傳統(tǒng)物聯網架構中的一些挑戰(zhàn)，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(fā)展，期待云計算技術和物聯網領域持續(xù)創(chuàng)新，以推動物聯網的發(fā)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(yè)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.