物联网与云计算的融合――物联网云的构建

【摘要】物联网与云计算是近年来兴起的两个不同的概念。通过对两种技术进行对比分析，研究了物联网与云计算三种融合方式和物联网云平台的建设需求，提出物联网云的概念，最后给出了物联网云平台体系架构设计方案和物联网云的使用模式。

【关键词】物联网云计算融合物联网云

“我们的世界正变得可以度量，我们的世界正变得相互关联，一切都正在变得更加智能”。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟了《ITU互联网报告2005：物联网》，应用了物联网的概念。报告指出，无所不在的物联网通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网进行信息交换。2006年，谷歌首次提出“云计算”的概念，在业界引起了很大反响。无论承认与否，它们的出现都将极大地改变我们的生活。

事实上，物联网是互联网向物理世界的延伸，它将网络的终端由IT设备扩展到生活中的任何物品。对于互联网上的IT设备和资源，云计算技术可以对其进行统一整合和管理。

一、概述

1.1 物联网

物联网（The Internet of things）是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。它是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网由感知层、传输层和应用层组成。感知层用于实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信终端模块将物理实体连接到网络层和应用层。传输层主要实现信息的传递、路由和控制，包括接入网和核心网，可以依托于公共电信网和互联网，或者行业专业通信网络。应用层包括应用基础设施、中间件和各种物联网应用。

物联网产业覆盖了传感感知、传输通道、运算处理、行业应用等领域，其应用领域从面向企业的智能交通、电力抄表等扩展到了面向公众的个人医疗、智能家居等遍及各行各业，但目前还处在创新起步阶段。

1.2 云计算

云计算概念是由Google提出的。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功能。

云计算的基本原理是，通过虚拟化技术使计算分布在大量的分布式计算机上，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。

虚拟化、弹性规模扩展、分布式存储、分布式计算和多租户是云计算的关键技术。

1.3 物联网与云计算对比分析

通过以上分析可知，物联网就是互联网通过传感网络向物理世界的延伸，它的最终目标就是对物理世界进行智能化管理。物联网的这一使命，也决定了它必然要由一个大规模的计算平台作为支撑。

由于云计算从本质上来说就是一个用于海量数据处理的计算平台，因此，云计算技术是物联网涵盖的技术范畴之一。随着物联网的发展，未来物联网将势必产生海量数据，而传统的硬件架构服务器将很难满足数据管理和处理要求。如果将云计算运用到物联网的传输层与应用层，采用云计算的物联网，将会在很大程度上提高运行效率。可以说，如果把物联网当作一台主机的话，云计算就是它的CPU。

二、物联网与云计算的融合

云计算与物联网各自具备很多优势，如果把云计算与物联网结合起来构造成物联网云，我们可以看出，云计算其实就相当于一个人的大脑，而物联网就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢等。云计算与物联网的融合方式我们可以分为以下几种：

（1）单中心，多终端。此类模式分布范围的较小，各物联网终端（传感器、摄像头或3G手机等）把云中心或部分云中心作为数据/处理中心，终端所获得信息、数据统一由云中心处理及存储，云中心提供统一界面给使用者操作或者查看。这类应用的云中心一般为私有云，可提供海量存储和统一界面、分级管理等功能，对日常生活提供较好的帮助。主要应用在小区及家庭的监控、某些公共设施的保护等方面。

（2）多中心，大量终端。多中心、大量终端的模式较适合区域跨度加大的企业、单位。有些数据或者信息需要及时甚至实时共享给各个终端的使用者也可采取这种方式。这个模式的前提是我们的云中心必须包括公共云和私有云，并且他们之间的互联没有障碍。这样，对于保密性要求很高的事情，就可以较好地达到保密要求而又不影响信息的传播。

（3）信息、应用分层处理，海量终端。这种模式可以针对用户的范围广、信息及数据种类多、安全性要求高等特征来打造。对需要大量数据传送，但是安全性要求不高的，如视频数据、游戏数据等，我们可以采取本地云中心处理或存储。对于计算要求高，数据量不大的，可以放在专门负责高端运算的云中心里。而对于数据安全要求非常高的信息和数据，我们可以放在具有灾备中心的云中心里。

三、物联网云平台构建及使用模式

3.1 物联网云平台架构设计

物联网云的系统架构主要包含物联网云的硬件虚拟化框架、感知层设备、物联网应用中间件以及服务管理。各部分共同构成物联网应用的平台，为物联网应用的运营管理人员和终端用户服务。

（1）硬件虚拟化框架

硬件虚拟化框架定义了云计算平台所管理的服务器、存储设备、网络设备等物理硬件资源及相应的虚拟化方法和技术，并将上述资源以虚拟化的方式交付给用户。

通过虚拟化技术的引入，使运营在物联网云平台上的不同用户之间可以共享资源；提供弹性伸缩的资源需求，在降低运营成本的同时提高服务质量；引入服务器集群技术，提高物联网云平台的整体性能。

（2）感知层设备

感知层是物联网的皮肤和五官，主要用于识别物体、采集信息。感知层设备包括二维标签码和识读器、RFID标签和读写器、传感器终端以及实现终端互联互通的传感网络。感知设备通过网络接入云计算平台，并由物联网应用的中间件对其进行管理。

通过感知层设备，物联网可以给物体赋予“智能”，实现对物体的感知，人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体间的沟通和对话。

感知层涉及的关键技术有射频技术（RFID）、传感网络技术、纳米技术、智能嵌入技术等。

（3）物联网应用中间件

中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，针对不同的操作系统和硬件平台，他们可以有符合接口和协议规范的多种实现。中间件是物联网应用中的关键软件部件，是衔接相关硬件设备和业务应用的桥梁，其主要功能是屏蔽异构性、实现互操作和信息的预处理等。在物联网云平台中，物联网中间件与云计算相结合，利用虚拟化技术全面实现资源整合，这样，不仅能解决物联网中海量信息的过滤、整合、存储问题，还能解决物联网中不同应用系统的互操作问题。

在物联网云平台中，物联网应用的中间件主要实现终端设备接入、RFID/传感器事件管理、数据存储以及物联网应用等功能，它包含一系列相关的中间件产品。

（4）服务管理

服务管理是物联网云平台的核心架构，主要包括物联网云的自助服务门户/管理员门户、物联网应用和服务的生命周期管理。通过服务管理，服务提供商可以对IT物理硬件和虚拟化资源进行管理，用户可以通过自助服务门户进行业务定制、修改等操作；物联网云的服务管理还包括对感知设备的体系架构、事件以及分布式架构数据平台的管理、数据备份及恢复机制等功能。

四、物联网云使用模式

（1）物联网应用的开发/测试平台

对于物联网应用的开发商而言，如何快速获得物联网应用的开发和测试环境是其提高生产效率的关键。因此，物联网云的虚拟化资源和物联网应用中间件，可以为物联网应用开发商快速提供所需的应用开发和测试环境以及应用基础平台，加速物联网应用的开发和测试周期。

（2）物联网应用的运营平台

物联网应用的运营商希望在其基础平台上同时部署和运营多个物联网应用，从而利用应用的规模化效应来降低运营成本。其中，采用共享的终端设备接入和数据存储是其降低成本的重要方式。利用物联网应用的中间件，物联网云可以作为物联网设备的事件捕获和数据存储平台，以支持物联网应用的规模化运营。

（3）物联网应用的在线应用平台

对于用户而言，快速获取符合自身业务要求的物联网应用是其主要需求。物联网云可以提供满足人员或资产定位、物流追溯、业务流程监控和优化以及数据分析等多种场景的物联网应用。如：物联网应用用户登录云计算平台，从物联网云的服务目录中选择自己所需的物联网应用场景；云计算平台对所申请的应用场景进行自动化部署和配置，并将应用的访问信息返回给物联网应用用户；最后，物联网应用用户将其终端设备接入云计算平台，就可以开始物联网应用的使用。

五、结束语

云计算与物联网的结合是互联网络发展的必然趋势，它将引导互联网和通信产业的发展，并将在3～5年内形成一定的产业规模。物联网云的出现使得物联网应用的开发商快速获得其应用所需的开发测试环境，从而专注于核心业务的研究；使得物联网应用的运营商进行大规模的服务运营，降低服务成本，同时，使得更多用户能够在物联网云的平台上方便的获取所需的物联网应用，有助于物联网应用的广泛使用和推广。尤为重要的是，物联网云可以作为应用的孵化和交付平台，吸引更多的物联网应用开发商加入，从而使整个云计算平台上的物联网应用不断更新和丰富，促进产业的良性循环和发展。