基于云计算的物联网技术的创新分析

　　物联网（The Internet of Things），顾名思义，是“物物相连的互联网”。物联网的概念最早由美国麻省理工学院（MIT）自动标识中心（AIL）于1999年提出，主要依据物品编码、RFID（射频识别）技术，以互联网为传输媒介，以传感器网络为基础，按约定协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换、数据融合和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能为一体的新型网络平台。2005年，国际电信联盟ITU在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式确定了“物联网”的概念。2009年6月18日，欧盟执委会也发布声明，描述了物联网的发展前景，并首次提出了物联网发展和管理设想。2009年8月7日，温家宝总理在无锡提出“感知中国”理念，由此掀起了物联网技术在国内的迅猛发展[ 1]。
　　随着物联网技术的逐渐成熟，和云计算相结合必将是未来的发展趋势。其原因在于云计算提供了一个巨大的资源池，而应用的使用又有不同的负载周期，根据负载对应的资源进行动态伸缩（即高负载时动态扩展资源，低负载时释放多余的资源）。将可以显著地提高资源的利用率。另外，云计算的分布式计算和分布式存储可以实现将大型任务细分成很多子任务，这些子任务分布式地或并行分配到在多个计算节点上进行调度和计算，同时将存储资源抽象表示和统一管理。
　　因此，可以这样预见，物联网的迅猛发展可以借助云计算的诸多特征；而云计算的拓展则可以建立在物联网上无处不在的传感器网络，从而实现技术的融合，产生更加巨大的正能量。
　　1 物联网的基本原理
　　1.1 以传感器网络为基础
　　深入剖析物联网的概念可以发现，物联网实质上是对各类传感器和现有互联网相互衔接的一个新技术，或者说是未来互联网的一部分，其核心是智能传感器网络技术。传感器网络可以理解为人类感知世界的触角，用这样的触角将感知世界的各种信息通过物理世界的各类互联网络进行传递、处理，从而使得数字虚拟世界中各种纷繁的画面能够呈现在人类社会中，让我们能够实时感知[2]。这样的“感知——传送——计算——应用”过程，便构成了我们所熟知的物联网的运营模式。而这种运行模式中的关键在于广泛而数目巨大的节点的存在和节点提供了无处不在的计算能力。节点是传感器网络的基本单位，主要完成智能感知、信息采集、数据融合、数据传送和构造底层物理传感器网络等功能。节点一般由传感器单元、处理单元、通信单元和电源以及其他辅助单元等组成。通常，对节点的设计要满足如下几个条件：（1）适合广泛的应用场合、微型化、低功耗；（2）良好的接口、传感器具有与较强的感知能力（3）较强的恶劣环境的工作能力和较强的抗干扰能力；（4）就有数据转换能力，即能够适应数据的串行到并行的转换。
　　1.2 传感器网络的体系结构
　　深刻认识传感器网络的体系结构，是正确理解物联网内涵的前提，也是将物联网和云计算相结合的基础。传感器网络体系结构可由三部分组成：分层的网络通信协议、传感器网络管理和应用支撑技术[3 ]。
　　（1）网络通信协议
　　这一层主要包括各种通信网络与互联网形成的融合网络、物联网管理中心、信心中心、各类样本库、算法库和各类服务基础设施。
　　（2）传感器网络管理
　　这一层主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、传感器网络网关等。主要任务是解决感知和识别物体，采集和捕获信息。
　　（3）应用支撑技术
　　应用支持技术主要解决物联网与行业专业技术的结合以及提供广泛的智能化解决方案。其关键在于信息的社会化共享以及信息安全等问题[4 ]。
　　1.3 传感器网络网络安全分析
　　物联网除了涉及到互联网安全问题外，还需要面对传感器网络的安全问题。传统互联网存在的多种威胁已经拥有很多可行的应对措施；而传感器网络存在的安全问题必须引起人们的广泛重视。比如，传感器网络一般可能遇到节点被攻击、部分节点被物理操纵、信息流失和部分网络被控制等问题。目前，常用的解决方案有节点身份认证、ZigBee技术等等。[5 ]。
　　2 基于云计算的物联网实现可行性分析
　　2.1 物联网云计算基础
　　从前两个小节的阐述不难发现，物联网一般具备三个特征：全面感知、可靠传递和智能处理。而其中智能处理恰恰与近几年来迅速崛起的“云计算”的理念相吻合。下面，先考察近几年来云计算概念的发展情况。
　　云计算作为继网格计算、互联网计算、软件即服务、平台即服务等类计算模式的最新发展，云计算主要通过虚拟技术将各种互联网的计算、存储、数据、应用等资源进行有效整合与抽象，有效地为用户提供了可靠服务的形式——大规模计算资源，从而将用户从复杂的底层硬件逻辑、网络协议、软件架构中解放出来。这正是云计算理念中一直提倡的“平台即服务”、“软件即服务”。
　　维基百科对云计算的定义是：“云计算是一种动态的易扩展的且通常是通过互联网提供虚拟化的资源计算方式，用户不需要了解云内部的细节。云计算包括基础设施即服务、平台即服务和软件即服务以及其他依赖于互联网满足客户计算需求的技术趋势”[ 6]。
　IBM对云计算的定义是：“云计算是一种计算模式。在这种模式中，应用数据和IT资源以服务的方式通过网络提供给用户使用。大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源供给用户使用”[ 7]。
　　为此，我们不难看出，未来的物联网运营平台需要在不同时间采集的海量信息源于数以亿计的传感器构建的传感器网络，并利用各个网络节点对这些信息进行汇总、拆分、统计、备份，这对物联网平台的计算能力是一个至关重要的考验。同时，资源负载在不同时间段也会存在相应的起伏。因此，考虑一个具有很好自适应能力的物联网运营平台是十分必要切迫切的任务，一方面避免重复性建设；另一方面也好充分利用好现有的理论和技术，从而寻求新的突破。至此，从上面的分析来看，云计算是与物联网运营平台相融合的一个很有前景的方向，其原因在于二者有基本相同的客户需求，也有相似的物理设备基础，将二者在理念和技术上进行相容，必将创造 出更具活力的运营平台。
　　2.2 基于云计算物联网实现可行性分析
　　从上面几点分析看，云计算是物联网发展的必然趋势，其计算方式、存储手段、智能算法等等都将与云计算的理念和体系结构相融合。依据云计算的方式构建全新的物联网服务模式，无论从理论还是商业运营模式都是可行的，其安全性也是有一定保证的。
　　3 基于云计算的物联网基本设想
　　基于云计算的物联网运营平台，可以包括如下几个部分：
　　（1）云基础设施
　　包括传感器网络、物理资源以及能够实现所有客户共用的一个跨物理存储设备的虚拟存储池。能够有效地提供资源需求的弹性伸缩和集群服务。
　　（2）基于云计算的物联网平台
　　该平台是基于云计算物联网运营系统的核心，主要实现网络节点的配置和控制、信息的采集和计算功能。
　　（3）物联网云应用
　　物联网云应用是基于云计算的物联网平台的拓展部分，可以集成第三方行业应用。主要是利用虚拟化技术实现在一个物联网环境下全部用户资源共享、计算能力共享。
　　（4）物联网管理系统
　　管理系统一方面用于监控基于云计算物联网运营平台的运行情况、资源弹性伸缩机制下资源利用的控制情况以及网络用户、安全以及服务管理等等。
　　上面几点仅仅是在云计算相关概念的启发下，以及对物联网未来发展趋势的一个初步设想，在有些方面的构建以及架构仍然存在问题，必将随着云计算技术和物联网技术的广泛应用而逐渐改进，以便于在不远的将来实现基于云计算理念的物联网运营平台。
　　4 结束语
　　文中主要针对物联网的概念和近几年的发展进行了简单的阐述。然后，根据物联网未来的发展趋势进行了一定的预测，并根据物联网的与云计算可能存在的交集展开了理论剖析。从理论和应用前景上分析了两者融合的可行性和广阔前景。最后，论文给出了基于云计算理念下的物联网实现的简单设想。
　　参考文献：
　　[1] 孔晓波.物联网概念和演进路径[J].电信工程技术与标准化，2009， 22（12）： 12-14.
　　[2] 石军.“感知中国”促进中国物联网加速发展[J]. 通信管理与技术，2009（5）： 1-3.
　　[3] International Telecommunication Union，Internet Reports 2005： The Internet of things[R].Geneva： ITU，2005.