物聯(lián)網(wǎng)與云計算的融合應(yīng)用研究*

孟敏

無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 無錫 214206

引言

物聯(lián)網(wǎng)是通過將物理世界的物體、信息、環(huán)境、服務(wù)等通過各種信息感知技術(shù)和通信技術(shù)，實時地感知并傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，以實現(xiàn)對物體、環(huán)境及服務(wù)的全面感知。物聯(lián)網(wǎng)中的物就是傳感器，這些傳感器將收集到的信息進(jìn)行采集和傳遞，以實現(xiàn)對物體或環(huán)境的全面感知。云計算是指通過互聯(lián)網(wǎng)將物理設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)和服務(wù)聚合成一個統(tǒng)一的資源池，用戶只需要通過網(wǎng)絡(luò)就能享受到這些資源，而不需要關(guān)注資源本身的處理過程。物聯(lián)網(wǎng)和云計算這兩個技術(shù)的融合應(yīng)用能夠解決當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)中面臨的技術(shù)難題，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中，需要借助大量的傳感器采集信息來實現(xiàn)對物體的全面感知。但是由于傳感器技術(shù)本身存在著一定的局限性，例如傳感器價格昂貴、受環(huán)境影響較大等因素，因此無法實現(xiàn)大規(guī)模的設(shè)備部署。此外，由于傳感器獲取到的信息只是一些離散式的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易受到干擾而產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失、異常等問題。因此需要利用云計算技術(shù)來彌補傳感器收集到的離散式數(shù)據(jù)在傳輸過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)丟失問題。

目前針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中存在的問題提出了相應(yīng)解決方案。其中較為典型的是將傳感器部署在特定環(huán)境中，如礦山、機場等環(huán)境中。通過對環(huán)境中各種因素進(jìn)行分析和研究后可以對這些因素進(jìn)行預(yù)測并做出相應(yīng)反饋，從而指導(dǎo)人們更好地利用環(huán)境資源。但是這種方案也存在著一些問題[1]：首先這種方案需要在一定程度上破壞現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；其次是傳感器獲取到數(shù)據(jù)后需要進(jìn)行及時處理才能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而這又需要建立在強大的計算能力基礎(chǔ)上；最后是由于傳感器獲取到的數(shù)據(jù)具有一定程度上的偶然性和不準(zhǔn)確性。

云計算技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了新思路，它能有效地解決上述問題。云計算利用互聯(lián)網(wǎng)將物理設(shè)備、軟件、數(shù)據(jù)和服務(wù)聚合成一個統(tǒng)一的資源池進(jìn)行管理和處理。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)類似，云計算也可以實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲以及處理等功能；與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同之處在于物聯(lián)網(wǎng)主要是面向最終用戶提供服務(wù)，而云計算主要是面向提供服務(wù)平臺和應(yīng)用系統(tǒng)。因此將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計算技術(shù)融合起來，可以有效地解決上述問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是將所有需要連接的物理設(shè)備和信息設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，讓這些設(shè)備能夠通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享、交互以及協(xié)作。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分為兩種類型：一種是感知型物聯(lián)網(wǎng)，主要應(yīng)用于對物理世界中物體進(jìn)行感知；另一種是網(wǎng)絡(luò)型物聯(lián)網(wǎng)，主要應(yīng)用于對虛擬世界中的信息進(jìn)行感知[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以提高社會生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全以及提高工作人員工作效率等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了平臺支撐，同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也為計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了發(fā)展動力。

1.1 技術(shù)分類

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展分為3個階段，第一階段為感知型物聯(lián)網(wǎng)，即通過各種信息感知技術(shù)來實現(xiàn)對物體的感知，包括射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、二維碼識別技術(shù)以及激光掃描等。第二階段為網(wǎng)絡(luò)型物聯(lián)網(wǎng)，即通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對物體的連接，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及移動互聯(lián)網(wǎng)等。第三階段為智能化物聯(lián)網(wǎng)，即通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)對物體的控制。主要是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)物與物之間的信息共享和交互，包括智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能信息處理系統(tǒng)以及智能管理系統(tǒng)等。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它可以應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、物流以及醫(yī)療等領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的自動灌溉、土壤檢測以及植物生長管理等[3]。在交通領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)，通過傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)實現(xiàn)對交通流量和車輛行駛狀態(tài)的實時監(jiān)測。在醫(yī)療領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于健康檔案管理以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以應(yīng)用于環(huán)境保護、資源管理和能源管理等方面，實現(xiàn)對城市公共資源的有效管理。

1.3 應(yīng)用優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以形成一個巨大的信息網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠?qū)⒏鞣N物體信息進(jìn)行有效整合，還能實現(xiàn)信息共享和資源共享。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)對物體和信息的遠(yuǎn)程控制，通過計算機網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對物體和信息的遠(yuǎn)程操控。最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有較強的感知能力，通過對物體和信息進(jìn)行實時感知可以實現(xiàn)對物體和信息進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還具有較強的成本控制能力，能夠有效節(jié)約社會資源。

2 云計算概述

云計算是一種將計算任務(wù)分布在大量計算機組成的網(wǎng)絡(luò)中，提供動態(tài)可伸縮的網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境。云計算主要采用分布式存儲、分布式計算和分布式服務(wù)。云計算的本質(zhì)是將大量的數(shù)據(jù)計算任務(wù)分布在大量的計算機上進(jìn)行處理，這種計算方式數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中各個服務(wù)器上進(jìn)行處理，可大幅度降低網(wǎng)絡(luò)帶寬及服務(wù)器資源的利用率，提高計算效率和服務(wù)質(zhì)量。

2.1 云計算的三種基本模式

云計算模式主要有三種，分別是IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）。

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)模式（IaaS）是基于硬件資源的虛擬化的計算模式，通過虛擬化技術(shù)將物理資源轉(zhuǎn)變成邏輯上可共享的資源池。IaaS模式可以把用戶需求看作是一系列動態(tài)可變的邏輯組件，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，用戶可以按需獲取相應(yīng)的服務(wù)。

平臺即服務(wù)模式（PaaS）是IaaS和PaaS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型云計算模式，將應(yīng)用軟件作為一種服務(wù)按需提供給用戶。

2.2 云計算的典型應(yīng)用

第一基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，是指將計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施資源作為一種公共產(chǎn)品向用戶提供。目前，在云計算的架構(gòu)中，用戶需要租用基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行軟件開發(fā)、系統(tǒng)部署和應(yīng)用軟件測試等工作。為用戶提供了虛擬化、自動化管理和按需付費等功能，滿足了用戶對資源的靈活需求，讓用戶不必購買或維護計算機硬件。

第二平臺即服務(wù)，是指將操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等核心軟件和編程語言以及與之相關(guān)的平臺軟硬件資源作為一種服務(wù)向用戶提供[4]。目前主要是為企業(yè)提供一種計算資源池來對其資源進(jìn)行管理和調(diào)度，同時支持應(yīng)用程序的開發(fā)、部署和運行。

第三軟件即服務(wù)，是指以軟件即服務(wù)方式向用戶提供軟件。通過網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用程序、軟件和數(shù)據(jù)等功能通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶使用，具有按需付費、高效率等特點。這種新的計算模式和服務(wù)模式正得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3 云計算與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展趨勢

云計算與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在3個方面：首先，物聯(lián)網(wǎng)與云計算將會進(jìn)一步融合，并形成統(tǒng)一的信息服務(wù)平臺；其次，物聯(lián)網(wǎng)與云計算將會產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)資源，并形成大數(shù)據(jù)分析及挖掘技術(shù)；最后，物聯(lián)網(wǎng)與云計算將會從融合發(fā)展逐步向分離發(fā)展方向過渡。具體來講，在物聯(lián)網(wǎng)方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將會形成統(tǒng)一的信息服務(wù)平臺；在云計算方面，隨著云計算技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將會形成大數(shù)據(jù)分析及挖掘技術(shù)；在物聯(lián)網(wǎng)方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將會形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源。

4 物聯(lián)網(wǎng)與云計算的融合

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)的融合將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計算技術(shù)進(jìn)行了有機結(jié)合，并在應(yīng)用上展現(xiàn)出了巨大的價值。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)的融合可以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)中使用云計算技術(shù)可以有效提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)與云計算結(jié)合后，傳感器網(wǎng)絡(luò)將會成為一種重要的信息采集工具。傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠感知物理世界中的各種信息，這些信息經(jīng)過傳感器網(wǎng)絡(luò)傳至計算機中，計算機可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并從中提取出有用的信息[5]。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由一些感知節(jié)點、傳輸節(jié)點和中心控制節(jié)點組成的一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個感知節(jié)點都是一個小“路由器”，這些“路由器”組成了一個覆蓋整個城市范圍的感知系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)通過互聯(lián)網(wǎng)將各類信息傳至互聯(lián)網(wǎng)中，然后由云計算中心對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。同時，傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以把收集到的數(shù)據(jù)傳輸至云端中，利用云計算中心的云計算平臺對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)和云計算中心這兩個平臺對城市環(huán)境進(jìn)行實時感知，可以提高城市環(huán)境監(jiān)控的能力，加強城市管理的精細(xì)化程度。

物聯(lián)網(wǎng)與云計算結(jié)合后，能夠促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加普及化發(fā)展。目前我國已經(jīng)建立了不少智慧城市項目，這些項目都是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)實現(xiàn)的。我國許多智慧城市建設(shè)項目都是通過云計算平臺進(jìn)行開發(fā)和管理的。在智慧城市項目中，需要建立一個統(tǒng)一的云平臺來對各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和處理[6]。這些數(shù)據(jù)包括傳感器采集到的各種數(shù)據(jù)、各類數(shù)據(jù)之間存儲和傳遞過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)、各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)之間通過互聯(lián)網(wǎng)傳送所產(chǎn)生和存儲在云平臺中的各種數(shù)據(jù)以及各類傳感器采集到了這些數(shù)據(jù)之后所產(chǎn)生和存儲在云平臺中的各種數(shù)據(jù)等。通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算這兩個技術(shù)之間的結(jié)合應(yīng)用，可以將這些海量數(shù)據(jù)有效地整合起來，并通過云計算中心對這些大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理和分析，從而得出更為準(zhǔn)確可靠、具有代表性和說服力的分析結(jié)果。

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)實生活中各種事物進(jìn)行全面感知，并通過云計算中心對這些感知信息進(jìn)行處理和分析。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)融合應(yīng)用到智慧城市中后，就能夠?qū)崿F(xiàn)對城市中各種事物進(jìn)行全面感知。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計算技術(shù)融合應(yīng)用到智慧城市建設(shè)中去，以提高智慧城市建設(shè)質(zhì)量、推動智慧城市發(fā)展。

5 結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)和云計算的融合應(yīng)用能夠解決當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中面臨的一些難題，實現(xiàn)對物體、環(huán)境和服務(wù)的全面感知。通過物聯(lián)網(wǎng)和云計算的融合應(yīng)用，能夠使物聯(lián)網(wǎng)與云計算相互協(xié)同，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析再到數(shù)據(jù)應(yīng)用的全流程智能化、自動化，同時提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和效率，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，物聯(lián)網(wǎng)與云計算之間的融合應(yīng)用也將更加廣泛，從而使我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到快速發(fā)展。