物聯(lián)網(wǎng)中云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用分析

摘要：物聯(lián)網(wǎng)作為連接物理設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的橋梁，面臨著數(shù)據(jù)處理的規(guī)模化、資源共享和安全性等挑戰(zhàn)。云計(jì)算技術(shù)以其可擴(kuò)展性、彈性和高效的特點(diǎn)，為物聯(lián)網(wǎng)提供了重要的技術(shù)支持，并在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用中起到了關(guān)鍵性作用。本文主要對(duì)云計(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用進(jìn)行分析研究，通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算基本概念的闡述，深入分析云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)，包括可擴(kuò)展性、資源共享和安全性。最后，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的云計(jì)算架構(gòu)應(yīng)用進(jìn)行概括總結(jié)，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；技術(shù)運(yùn)用

云計(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用正日益成為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。通過(guò)將龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理任務(wù)交給云端，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以更好地集中精力于數(shù)據(jù)采集、傳輸和實(shí)時(shí)反饋等功能。同時(shí)，云計(jì)算的可擴(kuò)展性和彈性使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠根據(jù)需求動(dòng)態(tài)分配資源，并迅速適應(yīng)規(guī)模的變化。此外，云計(jì)算還為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了安全性保障和隱私保護(hù)的解決方案。因此，需要進(jìn)一步提高重視程度，加強(qiáng)對(duì)云計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，保障物聯(lián)網(wǎng)的順利開(kāi)發(fā)和運(yùn)用。

一、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的基本概念分析

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接和通信的各種物理設(shè)備、傳感器、對(duì)象和系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)。它在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制和智能決策等方面提供了巨大的潛力。云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式，通過(guò)將計(jì)算資源和服務(wù)提供給用戶，實(shí)現(xiàn)按需、靈活、可擴(kuò)展的方式來(lái)交付計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。具體內(nèi)容特征如下圖所示：

二、云計(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

（一）可擴(kuò)展性和彈性

可擴(kuò)展性和彈性是云計(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要優(yōu)勢(shì)之一。可擴(kuò)展性指的是系統(tǒng)能夠根據(jù)需求進(jìn)行資源的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)量。云計(jì)算平臺(tái)需要具備可擴(kuò)展性，能夠快速響應(yīng)并處理大規(guī)模的設(shè)備連接和數(shù)據(jù)流。同時(shí)，彈性是指系統(tǒng)能夠根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整資源分配，以保持高效運(yùn)行。在物聯(lián)網(wǎng)中，設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳輸可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)性較大的情況，如高峰期和低谷期。因此，云計(jì)算平臺(tái)需要具備彈性，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)需求進(jìn)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(jì)算應(yīng)用中，假設(shè)城市交通可能會(huì)出現(xiàn)高峰期，如早晚上下班時(shí)間段。在高峰期，交通監(jiān)控系統(tǒng)需要更多的計(jì)算資源來(lái)處理和分析大量的視頻數(shù)據(jù)。假設(shè)高峰期需要的計(jì)算資源是原始資源的倍數(shù)，記為M。系統(tǒng)在高峰期所需的彈性計(jì)算資源可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

Tr = M × Td

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

（二）良好安全性與隱私保護(hù)

在物聯(lián)網(wǎng)中，安全性和隱私保護(hù)是云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。首先，安全性方面包括以下幾個(gè)方面：身份認(rèn)證和訪問(wèn)控制，確保只有合法用戶能夠訪問(wèn)設(shè)備和數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)加密和傳輸安全，保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不被未授權(quán)的人竊取或篡改；惡意代碼和攻擊防護(hù)，防止惡意軟件、病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)系統(tǒng)造成破壞。隱私保護(hù)是指在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，保護(hù)用戶個(gè)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(hù)中，通過(guò)連接各種智能設(shè)備（如攝像頭、傳感器和智能電器等），實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制，以提高生活便利性和節(jié)能效果。并且采用相關(guān)公式對(duì)云計(jì)算安全性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算內(nèi)容如下：

CRC=（1-DS）×DT+L

其中CRC表示云計(jì)算安全性指標(biāo)，DS表示數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間比例，DT表示數(shù)據(jù)保密性，L表示數(shù)據(jù)完整性。

為實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)，可以采取以下措施：數(shù)據(jù)匿名化和脫敏，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其無(wú)法直接與個(gè)人身份關(guān)聯(lián)；隱私政策和用戶授權(quán)，明確告知用戶數(shù)據(jù)收集和使用方式，并獲得用戶的明確授權(quán)；數(shù)據(jù)訪問(wèn)日志和審計(jì)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)訪問(wèn)行為，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)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(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的重要優(yōu)勢(shì)之一。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，大量的設(shè)備和傳感器產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，而云計(jì)算提供了有效的方式來(lái)管理和處理這些數(shù)據(jù)。資源共享指的是多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以共享云端提供的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。通過(guò)將數(shù)據(jù)和計(jì)算任務(wù)發(fā)送到云端，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以避免自身資源受限的問(wèn)題，并能夠利用云端強(qiáng)大的計(jì)算能力進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)分析和處理。例如，在計(jì)算資源共享方面，可以按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

AverageComputing = TotalComputing / N

其中AverageComputing 表示每個(gè)設(shè)備的總計(jì)算需求量， TotalComputing表示總計(jì)算需求量，N表示設(shè)備數(shù)量。

這種資源共享的方式使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具備更強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的任務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景。利用率指的是云計(jì)算平臺(tái)上資源的高效利用程度。由于云計(jì)算平臺(tái)采用虛擬化和分布式架構(gòu)，可以動(dòng)態(tài)地分配和管理資源，根據(jù)不同的需求實(shí)現(xiàn)資源的靈活調(diào)配。這種靈活性使得云計(jì)算平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)地調(diào)整資源分配，避免資源的閑置浪費(fèi)，提高資源的利用率。通過(guò)資源共享和高效利用，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以充分發(fā)揮其功能，減輕本地設(shè)備的負(fù)擔(dān)的同時(shí)更好地滿足不斷增長(zhǎng)的計(jì)算和存儲(chǔ)需求。同時(shí)，云計(jì)算平臺(tái)的彈性和可擴(kuò)展性也能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中設(shè)備數(shù)量的變化和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，為物聯(lián)網(wǎng)提供了更靈活和高效的計(jì)算資源支持[2]。

三、云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中的架構(gòu)運(yùn)用

（一）云計(jì)算資源管理分配

云計(jì)算資源管理和分配指的是在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中如何有效地管理和分配云計(jì)算資源，以滿足各種應(yīng)用需求。這個(gè)過(guò)程涉及對(duì)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量等資源的管理和調(diào)度。云計(jì)算資源管理需要根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行資源規(guī)劃和配置。通過(guò)綜合考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量、數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度和處理要求，以及用戶的使用模式和行為預(yù)測(cè)，確定所需的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源?？梢酝ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展或縮減云計(jì)算資源的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以隨時(shí)適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。此外，資源管理還需要關(guān)注資源的監(jiān)控和優(yōu)化。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云計(jì)算資源的使用情況，例如CPU利用率、內(nèi)存占用和網(wǎng)絡(luò)帶寬等指標(biāo)，可以及時(shí)調(diào)整資源分配策略，以避免資源浪費(fèi)和瓶頸現(xiàn)象。同時(shí)，還可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)分析技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)需求趨勢(shì)，從而做出更合理的資源管理決策。

（二）前端設(shè)備與云端平臺(tái)連接

首先，在物聯(lián)網(wǎng)中，前端設(shè)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(fù)責(zé)采集環(huán)境信息、監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)或執(zhí)行特定任務(wù)。而云端平臺(tái)則扮演著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和分析的角色，提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力和服務(wù)支持。因此，建立前端設(shè)備與云端平臺(tái)之間的連接是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

連接前端設(shè)備與云端平臺(tái)可以采用多種通信方式和協(xié)議，具體選擇取決于應(yīng)用場(chǎng)景和需求。常見(jiàn)連接方式包括：1.無(wú)線通信：通過(guò)使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）或其他無(wú)線通信技術(shù)（如Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等），前端設(shè)備可以與云端平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。這種方式適用于需要覆蓋范圍廣、設(shè)備數(shù)量眾多的場(chǎng)景，例如智能城市、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)等。2.有線連接：一些前端設(shè)備可以通過(guò)以太網(wǎng)、串口等有線接口與云端平臺(tái)進(jìn)行連接。這種方式通常用于對(duì)延遲和穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)或控制系統(tǒng)。3.移動(dòng)通信：利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（如2G、3G、4G、5G等）將前端設(shè)備連接到云端平臺(tái)。這種方式適用于需要設(shè)備在移動(dòng)過(guò)程中保持連接的場(chǎng)景，如車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)健康監(jiān)測(cè)[3]。

為確保前端設(shè)備與云端平臺(tái)之間的通信安全和數(shù)據(jù)完整性，還需要使用合適的安全機(jī)制和協(xié)議。比如采用身份認(rèn)證技術(shù)，確保只有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)備才能訪問(wèn)云端平臺(tái)，并限制設(shè)備的操作權(quán)限。另外，還可以通過(guò)使用加密算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)不被竊取或篡改。

（三）數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)通信

數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信在物聯(lián)網(wǎng)中起著連接和交流的重要作用。物聯(lián)網(wǎng)涉及大量的智能設(shè)備、傳感器和云端平臺(tái)，這些設(shè)備需要相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和通信，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作和信息共享。數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信需要滿足高效、安全、穩(wěn)定的要求，同時(shí)要考慮到物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模龐大、異構(gòu)性強(qiáng)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多變的特點(diǎn)。首先，在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸需考慮到傳感器和設(shè)備所采集到的海量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可能包括傳感器測(cè)量值、圖像、視頻等多種形式。因此，為了高效地傳輸這些數(shù)據(jù)，需要選擇合適的傳輸協(xié)議和技術(shù)。可以利用低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)來(lái)連接低功耗傳感器，使用無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）或蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸大容量數(shù)據(jù)。例如，在計(jì)算智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻率時(shí)，可以采用以下公式：

Tc = （N ×F） + （M × F）

式中TC表示數(shù)據(jù)頻率采集量、N表示傳感器數(shù)量、F表示環(huán)境數(shù)據(jù)、M表示無(wú)人機(jī)數(shù)量、F表示頻率采集數(shù)據(jù)。

此外，還可以采用邊緣計(jì)算的方式，在設(shè)備本地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和過(guò)濾，減少云端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。例如，在智能家居系統(tǒng)中，利用邊緣計(jì)算方法計(jì)算數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，具體計(jì)算公式如下：

L = Tg / C

其中，L表示邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、Tg表示數(shù)據(jù)產(chǎn)生率、C表示每秒的比特?cái)?shù)。

其次，在物聯(lián)網(wǎng)中需要解決設(shè)備之間的通信需求。由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的設(shè)備可能分布在不同的地理位置，涉及廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個(gè)人區(qū)域網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此，在網(wǎng)絡(luò)通信方面需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的可靠性、延遲和帶寬等因素。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)，可以使用快速且可靠的通信協(xié)議，比如消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議（MQTT）或數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）。同時(shí)，也可以利用傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP）進(jìn)行設(shè)備之間的通信。此外，為了確保物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信的安全性，還需要采取相應(yīng)的安全措施。物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)往往涉及個(gè)人隱私和商業(yè)機(jī)密等敏感信息，因此，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中加密、身份驗(yàn)證以及訪問(wèn)控制等安全機(jī)制都至關(guān)重要。例如，采用基于SSL/TLS協(xié)議的安全套接字層來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性，使用數(shù)字證書(shū)和令牌進(jìn)行身份驗(yàn)證，以及使用防火墻和入侵檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體安全。

（四）云端服務(wù)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)

云端服務(wù)是指在云平臺(tái)上提供的各種服務(wù)和功能，用于處理、存儲(chǔ)和分析來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。這些服務(wù)可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等。通過(guò)云端服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，而不需要依賴(lài)本地資源限制。云端服務(wù)的優(yōu)勢(shì)包括彈性擴(kuò)展能力、高可靠性和低延遲等，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和高性能計(jì)算的需求。應(yīng)用開(kāi)發(fā)則是指基于云計(jì)算平臺(tái)提供的開(kāi)發(fā)工具和接口，設(shè)計(jì)和構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的過(guò)程。云計(jì)算平臺(tái)通常提供一系列的開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)，如軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）、應(yīng)用程序接口（API）和開(kāi)發(fā)環(huán)境，以支持開(kāi)發(fā)人員快速構(gòu)建、部署和管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。通過(guò)這些工具和服務(wù)，開(kāi)發(fā)人員可以利用云平臺(tái)提供的強(qiáng)大功能和資源，開(kāi)發(fā)出各種智能化、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這些應(yīng)用可以涉及各個(gè)領(lǐng)域，如智能家居、智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化等。通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，提高設(shè)備的智能化程度，提升效率和便利性。同時(shí)，云計(jì)算平臺(tái)還提供了一些輔助功能，如設(shè)備管理、數(shù)據(jù)可視化和安全性管理等，以幫助開(kāi)發(fā)人員更好地管理和維護(hù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

總之，云端服務(wù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，可以為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和部署提供強(qiáng)大的支持和便利，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，云計(jì)算技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)智能化、高效性和可擴(kuò)展性的應(yīng)用提供了強(qiáng)大支持。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以通過(guò)云平臺(tái)的資源和能力，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等功能。同時(shí)，云計(jì)算技術(shù)還解決了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的一些挑戰(zhàn)，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力、安全性和隱私保護(hù)等問(wèn)題。隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，期待云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更智能、可靠和安全的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

作者單位：魏曉夢(mèng) 王星星 河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

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