云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用探討

唐孝國(guó)，郭俊亮

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 銅仁 554300）

1 引言

現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧教育、智能安防、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普遍應(yīng)用，必然會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)信息，如何有效存儲(chǔ)和處理這些海量數(shù)據(jù)，云計(jì)算技術(shù)就是最好的選擇，所以云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用就成為時(shí)代必然，從而推動(dòng)了“物聯(lián)網(wǎng)云模式”的快速發(fā)展。

2 概念性探討

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是從互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新的網(wǎng)絡(luò)連接形態(tài)，被稱作信息科技產(chǎn)業(yè)的第三次革命，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層構(gòu)成。感知層主要是各種傳感器設(shè)備和各種終端設(shè)施系統(tǒng)，如智能家居設(shè)施和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等[1]。網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要是指各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)有線或者無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)短距離或者遠(yuǎn)距離的傳輸，實(shí)現(xiàn)物體與物體之間的信息連接。應(yīng)用層主要是指用于接收和處理信息、實(shí)現(xiàn)智能控制和管理的各種應(yīng)用程序，最終為用戶提供便捷的服務(wù)。相比于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接對(duì)象從通信設(shè)備擴(kuò)展到了萬(wàn)事萬(wàn)物，借助先進(jìn)的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物物相連。

2.2 云計(jì)算技術(shù)的概念

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)對(duì)云計(jì)算定義為：“云計(jì)算是一種模型，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地、便捷地、按照實(shí)際需求從可配置的計(jì)算資源池中獲取所需的資源（例如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用程序集服務(wù)），資源可以快捷供給與釋放，使管理的工作量和服務(wù)提供者的介入降低至最少”。簡(jiǎn)單來(lái)理解：云計(jì)算是將大量服務(wù)器的資源（主要包括VCPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)等）進(jìn)行整合，再利用其核心技術(shù)——虛擬化技術(shù)，按照用戶的實(shí)際需求為用戶提供服務(wù)。云計(jì)算主要包括3種服務(wù)模式，即基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IAAS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PAAS）和軟件即服務(wù)（Software as a Service，SAAS）。IAAS服務(wù)，俗稱云主機(jī)服務(wù)，即用戶可以在云平臺(tái)上通過(guò)配置底層鏡像類型、內(nèi)存大小、VCPU個(gè)數(shù)、硬盤大小和網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)創(chuàng)建自己的云主機(jī)，在后續(xù)使用過(guò)程中，用戶還可以按照需求變化來(lái)動(dòng)態(tài)更改這些配置。PAAS服務(wù)，是在IAAS服務(wù)的基礎(chǔ)上向上封裝，用戶不必再去考慮底層開發(fā)環(huán)境的部署，拿到云主機(jī)服務(wù)后可直接進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)。SAAS服務(wù)，就是在PAAS基礎(chǔ)上繼續(xù)往上封裝，用戶只需提出功能需求，云服務(wù)商直接幫你完成從基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建到平臺(tái)部署，再到完成應(yīng)用開發(fā)的全部工作，用戶拿到云主機(jī)服務(wù)后可以直接投入生產(chǎn)使用[2]。

3 云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的必要性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物物相連，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而云計(jì)算技術(shù)剛好可以有效存儲(chǔ)和處理這些數(shù)據(jù)，可以說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)的來(lái)源，數(shù)據(jù)是云計(jì)算的處理對(duì)象，所以云計(jì)算是支撐物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的關(guān)鍵。將云計(jì)算應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中，既可以充分發(fā)揮自身價(jià)值，還能大大提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)際效能。將云計(jì)算應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，主要有如下優(yōu)勢(shì)。

3.1 降低成本

由于云計(jì)算可以將大量的低端計(jì)算資源進(jìn)行累積整合，避免了對(duì)單臺(tái)服務(wù)器過(guò)高性能的苛刻要求，大大提升了資源的利益率。另外，對(duì)于云資源來(lái)講，是可以實(shí)現(xiàn)彈性調(diào)度的，即用戶租用的資源在沒(méi)有用的情況下，云平臺(tái)是可以對(duì)這部分閑置的資源進(jìn)行重復(fù)利用的，這從根本上決定了使用云計(jì)算來(lái)支撐物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，會(huì)具備較高的性價(jià)比。一是可以節(jié)約硬件成本。統(tǒng)一采用云計(jì)算平臺(tái)來(lái)支撐物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算處理，可以避免重復(fù)投資大量的物理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，節(jié)約大量的硬件成本，而且一旦業(yè)務(wù)量減少或者中斷，這些投資的物理設(shè)備再次被回收利用的價(jià)值幾乎是很小的，所以會(huì)造成較大的浪費(fèi)。二是可以節(jié)約人力成本。如果不用云計(jì)算服務(wù)來(lái)承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，那物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用商將投入大量的人力成本去完成部署、管理和日常的維護(hù)工作，而且這個(gè)成本會(huì)隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模的增大而成倍增長(zhǎng)，因?yàn)槟阈枰渴鸬狞c(diǎn)越多，需要投資的物理設(shè)備和投入的運(yùn)維管理人員的也會(huì)成倍的增多。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更加安全可靠

云計(jì)算技術(shù)采用分布式存儲(chǔ)方式儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息。在儲(chǔ)存過(guò)程中，云計(jì)算技術(shù)具備一定的分類功能，將相關(guān)數(shù)據(jù)資料分類儲(chǔ)存，并使用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)和安全技術(shù)，在很大程度上降低了數(shù)據(jù)丟失、被泄露或者被非法篡改的風(fēng)險(xiǎn)，保證了數(shù)據(jù)信息的完整性，從而有效保障了客戶數(shù)據(jù)的安全。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)云計(jì)算集群，至少可以保證在損壞任意一塊存儲(chǔ)卷的情況下，數(shù)據(jù)是可以保證絕對(duì)恢復(fù)的，而且集群中會(huì)部署備用存儲(chǔ)卷，一旦有存儲(chǔ)卷?yè)p壞，會(huì)立即被檢測(cè)機(jī)制識(shí)別，在將其清除的同時(shí)啟用備用存儲(chǔ)卷。

3.3 數(shù)據(jù)處理更加智能高效

現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)是一個(gè)統(tǒng)一整體，四者在整個(gè)高新技術(shù)體系中都有著不可替代的重要作用，因此，隨著科學(xué)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，這些技術(shù)的結(jié)合性會(huì)越來(lái)越緊密。云計(jì)算利用極大的入口帶寬，可以快速收集分散在各地的傳感器數(shù)據(jù)，并利用高速網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給邊緣節(jié)點(diǎn)，再由邊緣節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算中心，極大提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蛿?shù)據(jù)處理的時(shí)效性。再配合大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和先進(jìn)的人工智能算法，可以更加高效地管理和查找數(shù)據(jù)，使用戶快速得到自己想要的數(shù)據(jù)信息，并迅速做出明智決策[3]。另外，云計(jì)算容易集成強(qiáng)大的AI和大數(shù)據(jù)處理能力，相當(dāng)于為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)增添了一個(gè)“大腦”的角色，使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備更加“智能”。

4 云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的典型應(yīng)用

4.1 智慧城市建設(shè)

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，智慧城市已經(jīng)逐漸成為新城市建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，這離不開物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。所謂智慧城市，就是通過(guò)大量的傳感設(shè)備，利用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)刻感知城市的各個(gè)角落，從而實(shí)現(xiàn)城市的智能化監(jiān)控和管理。智慧城市的體系架構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和智慧應(yīng)用層，這是典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)。感知層也叫基礎(chǔ)設(shè)施層，位于智慧城市的最底端，是各種數(shù)據(jù)的來(lái)源；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸；應(yīng)用層位于智慧城市的上層，負(fù)責(zé)為政府、企業(yè)和用戶提供監(jiān)控、管理和使用等便捷服務(wù)。這里面隱含了一個(gè)智慧城市的中間層，伴隨著城市智慧化規(guī)模的增大，需要存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)量是巨大的，這必然需要云計(jì)算的支持，大量的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，完成存儲(chǔ)和處理后，再通過(guò)各種應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)布、管理和應(yīng)用。

4.2 智慧校園建設(shè)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和各種智能化產(chǎn)品的普遍應(yīng)用，校園建設(shè)正在由傳統(tǒng)意義上的數(shù)字化校園建設(shè)向智慧化校園過(guò)渡，這又是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的典型結(jié)合應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用各種感知設(shè)備和傳感設(shè)備，采集校園各個(gè)場(chǎng)所的數(shù)據(jù)信息。各種數(shù)據(jù)再通過(guò)局域網(wǎng)、以太網(wǎng)和校園無(wú)線Wi-Fi接入校園中的私有云服務(wù)器集群或者遠(yuǎn)端服務(wù)器集群，利用云計(jì)算強(qiáng)大的分布式存儲(chǔ)和計(jì)算能力完成數(shù)據(jù)處理，從而為師生提供服務(wù)。例如，通過(guò)無(wú)線傳感器和控制器，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)教室和道路照明燈的明亮程度；通過(guò)攝像頭和紅外傳感器，可以對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行安全監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警；利用智慧校園網(wǎng)，還可實(shí)現(xiàn)門禁、消費(fèi)、考勤和學(xué)習(xí)效果的智能化管理，提高師生的生活質(zhì)量和工作效率。

4.3 智能家居系統(tǒng)

智能家居系統(tǒng)旨在將家庭中的各個(gè)家用設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與智能化管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用設(shè)備設(shè)施的智能化監(jiān)控和管理，為人們的日常生活提供便利，這也是一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[4]。傳統(tǒng)的智能家居因?yàn)榧夹g(shù)成熟度問(wèn)題，智能化只體現(xiàn)在一些單獨(dú)系統(tǒng)上，如門禁系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和安保系統(tǒng)等，這些子系統(tǒng)之間是獨(dú)立的，沒(méi)有統(tǒng)一的協(xié)議和數(shù)據(jù)接口，不能實(shí)現(xiàn)資源共享，用戶需要下載各子系統(tǒng)軟件進(jìn)行管理操作，智能化程度并不是很高。究其原因，對(duì)于傳統(tǒng)的智能家居模式，各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在各自的控制管理設(shè)備中，考慮到資金投入和性價(jià)比，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和計(jì)算處理能力是非常受限的。將云計(jì)算引入到智能家居系統(tǒng)后，家庭中各個(gè)智能子系統(tǒng)產(chǎn)生的大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)將統(tǒng)一存放在云服務(wù)器平臺(tái)上，用戶直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用云計(jì)算中心的數(shù)據(jù)和計(jì)算能力完成信息的交換和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭設(shè)備設(shè)施的統(tǒng)一智能化控制和管理。

5 云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用面臨的主要問(wèn)題

要實(shí)現(xiàn)云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的完美結(jié)合應(yīng)用，還有很多困難和挑戰(zhàn)需要去解決。其中，最主要的就是安全問(wèn)題。對(duì)于云計(jì)算，因?yàn)橛脩舻乃袛?shù)據(jù)都存儲(chǔ)在云服務(wù)器上，對(duì)于云服務(wù)商而言，這些數(shù)據(jù)都是透明的，任何機(jī)密的信息都有可能在不經(jīng)意間暴露出來(lái)。而且，用戶是通過(guò)公網(wǎng)去訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)，那就必然存在被黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。所以，如何確保用戶數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題，如何加強(qiáng)對(duì)用戶私密信息的保護(hù)，成了云計(jì)算平臺(tái)必須要面對(duì)和解決的問(wèn)題。一方面要在技術(shù)研究上入手，攻關(guān)安全技術(shù)的瓶頸性難題；二要從管理上下功夫，完善制度，用實(shí)際表現(xiàn)讓用戶相信能夠確保數(shù)據(jù)安全。

6 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用已經(jīng)涵蓋到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的方方面面，為人們的生活提供了一系列便捷的服務(wù)，成為人們生產(chǎn)生活中不可或缺的存在。將云計(jì)算應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，既能夠擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，也能從根本上提升各類信息資源的利用率，充分將兩者的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行有效結(jié)合，更好地改善人民生活，造福社會(huì)?？傊朴?jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，既是大勢(shì)所趨，也將是歷史必然。