基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究

王偉韓 支紀(jì)元

【摘?要】綜合國力的發(fā)展迅速，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也有了改革。物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）代表了下一代互聯(lián)網(wǎng)，它包含數(shù)百萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)將代表從不同設(shè)備到web服務(wù)器的對(duì)象。它協(xié)調(diào)了計(jì)算機(jī)和通信的新進(jìn)展，制造了因特網(wǎng)的改進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別和控制現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的對(duì)象，為將物理世界直接混合到基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)中創(chuàng)造機(jī)會(huì)，從而提高效率、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)效益物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可分為地址/唯一標(biāo)識(shí)符、RFID數(shù)據(jù)流、位置數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)挖掘是從不同角度分析數(shù)據(jù)并將其壓縮為有用信息的過程。它結(jié)合了從大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的、創(chuàng)新的、有趣的和有用的模式，并應(yīng)用算法挖掘隱藏的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘使用了許多不同的術(shù)語，如數(shù)據(jù)庫中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)（KDD）、從原始數(shù)據(jù)中提取知識(shí)、模式分析和信息獲取。任何數(shù)據(jù)挖掘過程的目的都是建立一個(gè)模型，該模型能夠有效地預(yù)測(cè)或描述最適合它的大數(shù)據(jù)，并且還可以推廣到新數(shù)據(jù)。目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的繁雜的數(shù)據(jù)，缺乏有效的管理方法。云和集群技術(shù)提供了解決這些問題的思路。因此，數(shù)據(jù)挖掘和云計(jì)算技術(shù)的集成是非?，F(xiàn)實(shí)可行的。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);研究

引言

我國國土遼闊，自然資源充裕且潛力巨大。但是不同地區(qū)所擁有資源程度千差萬別。礦產(chǎn)資源多分布于華北，西北及西南等經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，而工業(yè)和能源消費(fèi)卻集中于東部沿海地區(qū)。電力工業(yè)不斷發(fā)展，歷經(jīng)三次跨越式的電力體制改革，電力結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，發(fā)電供應(yīng)能力持續(xù)增強(qiáng)。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義

泛在物聯(lián)是指無論在何時(shí)何地，人和物之間都可以產(chǎn)生信息的互聯(lián)和交互。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是指電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、以及人和物的信息互聯(lián)和交互。基于此，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可形成巨大的能源生態(tài)體系。利用生態(tài)體系內(nèi)的共享數(shù)據(jù)及相關(guān)的大數(shù)據(jù)等技術(shù)，可搭建多功能的共享平臺(tái)。循環(huán)漸進(jìn)，可形成良性循環(huán)的生態(tài)發(fā)展模式，持續(xù)為整個(gè)行業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造更多的發(fā)展機(jī)遇。

1.2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)具有泛在化，智能化，平臺(tái)化和共享化的特點(diǎn)。泛在化指未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)連接范圍廣泛，將融合電力光纖網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等;智能化指電力業(yè)務(wù)終端和消費(fèi)終端的移動(dòng)通信技術(shù)將日益信息化;同時(shí)隨著智能芯片和軟件、硬件的不斷升級(jí)，各個(gè)終端設(shè)備的傳輸和處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和即時(shí)性將得到提升;平臺(tái)化指泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)形成一個(gè)巨大的綜合服務(wù)平臺(tái)?？梢砸?guī)范接口和技術(shù)連接的標(biāo)準(zhǔn)化，提升工作效率;共享化，指在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，整個(gè)能源生態(tài)體系將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)資源并實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)共享服務(wù)。另一方面，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)都屬于第三代電力系統(tǒng)。同以超高電壓、大機(jī)組、互聯(lián)電網(wǎng)為特征的第二代電力系統(tǒng)相比，第三代電力系統(tǒng)具有接納大規(guī)?？稍偕茉措娏Φ哪芰?能源網(wǎng)絡(luò)的安全性，可靠性更高、能源供應(yīng)系統(tǒng)的配置更加靈活、終端能源的利用效率得到大幅度提升;電網(wǎng)覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，通過搭建包含能源、信息和電力的綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)的覆蓋，可以進(jìn)一步提高用電需求側(cè)的響應(yīng)速度。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，將會(huì)有力推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和能源消費(fèi)的轉(zhuǎn)型，是能源革命和綠色發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

2基于云計(jì)算的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安全管控

將云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起已然成為當(dāng)前信息行業(yè)重點(diǎn)研究課題。通過加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息安全管控力度，能夠?yàn)楦黝I(lǐng)域信息服務(wù)廠商提供更大的發(fā)展空間，使云計(jì)算技術(shù)可被高效應(yīng)用在聚合信息化安全投資中。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)所遭受的外界干擾情況不同。物聯(lián)網(wǎng)感知層在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁擠、物理破壞、碰撞攻擊等問題;網(wǎng)絡(luò)層會(huì)遭受方向誤導(dǎo)攻擊、黑洞攻擊以及失步供給;應(yīng)用層會(huì)在外部運(yùn)行設(shè)施出現(xiàn)故障問題的情況下，運(yùn)行狀態(tài)異常，隱私數(shù)據(jù)容易被不法分子竊取。

2.1建立數(shù)據(jù)在線備份服務(wù)系統(tǒng)

為增強(qiáng)云計(jì)算系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全管理水平，可建立起數(shù)據(jù)在線備份服務(wù)系統(tǒng)，確保該系統(tǒng)能夠兼容感知層的各類異構(gòu)平臺(tái)，滿足云計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備的擴(kuò)展性及存儲(chǔ)性功能。在備份服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，還需要細(xì)致分析網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，切實(shí)保障數(shù)據(jù)內(nèi)部安全。

2.2數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加密研究

數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加密研究的思想起源于私密動(dòng)態(tài)，主要就是在不知道解密函數(shù)前提下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理及計(jì)算。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，通過整數(shù)環(huán)上加法、乘法同態(tài)加密機(jī)制，可以使加法、乘法通態(tài)保障兩個(gè)變量加密后的計(jì)算結(jié)果相同。當(dāng)前國外IBM研究人員已經(jīng)研發(fā)出了一種完全同態(tài)加密方案，使得云計(jì)算商業(yè)模式安全度進(jìn)一步提升，用戶可以在自己的客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)執(zhí)行權(quán)限，且不會(huì)暴露原有數(shù)據(jù)。注重建立起Linux環(huán)境下的云計(jì)算平臺(tái)，使云計(jì)算數(shù)據(jù)挖掘算法能夠在保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行中發(fā)揮出重要作用。

2.3物聯(lián)網(wǎng)終端編碼與尋址

為使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的安全性能夠得到全面管控，還應(yīng)當(dāng)利用云計(jì)算計(jì)算，做好物聯(lián)網(wǎng)終端的編碼與尋址工作。下圖為三種尋址方式的對(duì)比分析。IPV6是當(dāng)前云計(jì)算下的物聯(lián)網(wǎng)必然發(fā)展趨勢(shì)，但由于我國在此方面的研究經(jīng)驗(yàn)較少，因此使用IPV4具有更高的經(jīng)濟(jì)效益與使用價(jià)值。在物聯(lián)網(wǎng)選址過程中，為有效解決IPV4地質(zhì)受限問題，可以利用NATTTT將物聯(lián)網(wǎng)的私有IP更改為公有IP的網(wǎng)絡(luò)映射。借助域名方式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部海量的終端設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識(shí)與辨認(rèn)，防止出現(xiàn)因IP地址過長導(dǎo)致終端用戶應(yīng)用難度較大問題出現(xiàn)。

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)可以采用集中式或分布式架構(gòu)。大多數(shù)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘解決方案只能使用集中式體系結(jié)構(gòu)。然而，分布式體系結(jié)構(gòu)（Fog計(jì)算）由于能夠減少大量終端設(shè)備在Internet上的網(wǎng)絡(luò)流量而變得越來越流行。文章提出的方法使數(shù)據(jù)挖掘算法在不同的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用成為可能。我們使用的方法是將數(shù)據(jù)挖掘算法分解為功能塊，并將它們映射到參與者上。所提出的模型提高了數(shù)據(jù)分析的性能，減少了終端設(shè)備和云之間的網(wǎng)絡(luò)流量。

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（作者單位：河南工學(xué)院）