第十四章-云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)

1、第十四章 云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng) 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 云計(jì)算及其發(fā)展 主流的云計(jì)算技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用 云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 大數(shù)據(jù)時(shí)代14.1 云計(jì)算及其發(fā)展14.1.1 云計(jì)算的概念 云計(jì)算（CloudComputing），最早由谷歌提出，它描述的是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟、硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。 通常將提供資源的網(wǎng)絡(luò)稱為“云”，云計(jì)算的核心思想是：將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源池向用戶按需服務(wù)，如圖14-1所示。圖14-1 云計(jì)算示意圖 云計(jì)算是繼20世紀(jì)80年代大型計(jì)算機(jī)到客戶端/服務(wù)器(C/S)的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變，

2、它描述了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新的IT服務(wù)增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)的、易擴(kuò)展的、而且常常是虛擬化的資源。14.1.2 云計(jì)算的特點(diǎn) 從研究現(xiàn)狀看，云計(jì)算具有以下特點(diǎn)。1超大規(guī)模 “云“具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模。Google云計(jì)算已經(jīng)擁有100多萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，Amazon、IBM、微軟和Yahoo等公司的”云“均擁有幾十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器?！痹啤澳苜x予用戶前所未有的計(jì)算能力。2虛擬化 云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取服務(wù)。所請(qǐng)求的資源來(lái)自“云“，而不是固定的有形體。應(yīng)用在“云”中某處運(yùn)行，但實(shí)際上用戶無(wú)需了解運(yùn)行的具體位置，只需要一臺(tái)終端設(shè)備就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取各種能力超強(qiáng)的服務(wù)。3.

3、 高可靠性 “云“使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算結(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)更加可靠。 4通用性 云計(jì)算不局限于特定的應(yīng)用，同一片“云“可以同時(shí)支撐不同應(yīng)用的運(yùn)行，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用。5按需服務(wù) “云”是龐大的資源池，用戶按需購(gòu)買服務(wù)，像自來(lái)水、電和煤氣那樣計(jì)費(fèi)。6極其廉價(jià) “云”的特殊容錯(cuò)措施使得可以采用極其廉價(jià)的結(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)成“云”?！霸啤钡淖詣?dòng)化管理使數(shù)據(jù)中心管理成本大幅降低。，“云”具有前所未有的性能價(jià)格比。14.1.3 網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算1. 什么是網(wǎng)格計(jì)算 網(wǎng)格（Grid），是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的下一代因特網(wǎng)核心技術(shù) 網(wǎng)

4、格是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，基于SOA，使用互操作、按需集成等技術(shù)手段，將分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、軟件和設(shè)備等資源的共享，從而大幅提高資源的利用率，使用戶獲得前所未有的計(jì)算和信息能力。 2. 網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算的關(guān)系 網(wǎng)格計(jì)算與云計(jì)算的關(guān)系，就像OSI與TCP/IP之間的關(guān)系，兩者相互促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展，沒(méi)有網(wǎng)格計(jì)算打下的基礎(chǔ)，云計(jì)算不會(huì)這么快到來(lái) 。 網(wǎng)格計(jì)算以科學(xué)研究為主，非常重視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，也非常復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度大，而且缺乏成功的商業(yè)模式。云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算的一種簡(jiǎn)化形態(tài)，可以說(shuō)云計(jì)算的成功也體現(xiàn)了網(wǎng)格計(jì)算的成功。返回本節(jié)首頁(yè)返回本章首頁(yè) 云計(jì)算也并非是萬(wàn)能的，

5、對(duì)于許多高端科學(xué)或軍事應(yīng)用而言，云計(jì)算是無(wú)法滿足需求的，必須依靠網(wǎng)格計(jì)算來(lái)解決。 14.2 主流的云計(jì)算技術(shù)14.2.1 Google云計(jì)算 Google擁有全球最強(qiáng)大的搜索引擎，而且是當(dāng)今最大的云計(jì)算技術(shù)的使用者。 Google云計(jì)算技術(shù)包括：Google文件系統(tǒng)GFS、分布式計(jì)算編程模型MapReduce、分布式鎖服務(wù)Chubby、分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)Bigtable等。 GFS提供了海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)的能力，MapReduce使得海量信息的并行處理變得簡(jiǎn)單易行，Chubby保證了分布式環(huán)境下并發(fā)操作的同步問(wèn)題，Bigtable使得海量數(shù)據(jù)的管理和組織十分方便。14.2.2 Amaz

6、on云計(jì)算 Amazon（亞馬遜）是依靠電子商務(wù)逐步發(fā)展起來(lái)的，很早就進(jìn)入了云計(jì)算領(lǐng)域，并在云計(jì)算。云存儲(chǔ)等方面一直處于領(lǐng)先地位。 Amazon提供的云計(jì)算服務(wù)產(chǎn)品主要有：彈性計(jì)算云（EC2）、簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（S3）、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)（Simple DB）、簡(jiǎn)單隊(duì)列服務(wù)（SQS）、彈性MapReduce服務(wù)、內(nèi)容推送服務(wù)（CloudFront）、AWS導(dǎo)入/導(dǎo)出、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)（RDS）等。 14.2.3 微軟云計(jì)算 繼Google、Amazon、IBM之后，微軟又推出了自己的云計(jì)算“Windows Azure”，這是繼Windows取代DOS之后，微軟的又一次顛覆性的轉(zhuǎn)型。 Windows Az

7、ure定位為平臺(tái)服務(wù)，一套全面的開發(fā)工具、服務(wù)和管理系統(tǒng)。它可以為開發(fā)者提供一個(gè)平臺(tái)，并允許開發(fā)者使用微軟全球數(shù)據(jù)中心的儲(chǔ)存、計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)，從而開發(fā)出可運(yùn)行在云服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、Web和PC上的應(yīng)用程序。 Azure服務(wù)平臺(tái)包括以下主要組件：Windows Azure；MicrosoftSQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，Microsoft .Net服務(wù)；用于分享、儲(chǔ)存和同步文件的Live服務(wù)；針對(duì)商業(yè)的Microsoft SharePoint和Microsoft Dynamics CRM服務(wù)。返回本節(jié)首頁(yè)返回本章首頁(yè)14.3 物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用14.3.1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng)過(guò)去被稱為傳感網(wǎng)。1999

8、年，在美國(guó)召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議上提出“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”。2003年，美國(guó)技術(shù)評(píng)論提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。 2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。 2009年1月28日，奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后，IBM首席執(zhí)行官彭明盛向他提出“智慧地球”這一概念，并認(rèn)為“智慧地球=互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”，建議新政府投資新一代智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。14.3.2 物聯(lián)網(wǎng)的定義 EPOSS在Internet of Things in 2020報(bào)告中分析預(yù)測(cè)，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷四個(gè)階段，

9、2010年之前RFID被廣泛應(yīng)用于物流、零售和制藥領(lǐng)域；20102015年物體互聯(lián)；20152020年物體進(jìn)入半智能化；2020年之后物體進(jìn)入全智能化。 物聯(lián)網(wǎng)的定義目前還存在較大爭(zhēng)議，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)都有自己的定義。 中國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控和管理。它是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。14.3.3 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu) 從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可分為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖14-2所示。圖14-2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)示意圖 感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括溫度傳

10、感器、濕度傳感器、電子標(biāo)簽、攝像頭、紅外線感應(yīng)器等感知終端，該層的主要功能是識(shí)別物體和采集信息。 網(wǎng)絡(luò)層由各種有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，主要功能是負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其它系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。14.3.4 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用返回本節(jié)首頁(yè)返回本章首頁(yè) 目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測(cè)、老人護(hù)理、個(gè)人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、敵情偵查和情報(bào)搜集等多個(gè)領(lǐng)域，如圖14-3所示。圖14-3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域14.4 云計(jì)算與

11、物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，并且從兩個(gè)方面促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。 云計(jì)算是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的核心，運(yùn)用云計(jì)算模式使物聯(lián)網(wǎng)中以“兆”計(jì)算的各類物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理和智能分析變得可能。 云計(jì)算促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的智能融合，從而構(gòu)建“智慧地球”。 物聯(lián)網(wǎng)的四大組成部分：感應(yīng)識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)傳輸、管理服務(wù)和綜合應(yīng)用，其中中間兩個(gè)部分都會(huì)應(yīng)用到云計(jì)算，特別是“管理服務(wù)” ，使用云計(jì)算可能是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的一種方式。 14.5 大數(shù)據(jù)時(shí)代14.5.1 什么是大數(shù)據(jù) 近年來(lái)，大數(shù)據(jù)一詞越來(lái)越多地被提及，人們用它來(lái)描述和定義信息爆炸時(shí)代產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，并命名與之相關(guān)的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新。 “大數(shù)據(jù)”在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)主要指：互聯(lián)

12、網(wǎng)公司在日常運(yùn)營(yíng)中生成、積累的用戶網(wǎng)絡(luò)行為的非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的規(guī)模是如此龐大，以至于不能用G或T來(lái)衡量。 目前，數(shù)據(jù)量的衡量單位已經(jīng)從TB（1TB=1024GB）級(jí)別躍升到了PB（1PB=1024TB）、EB（1EB=1024PB）乃至ZB（1ZB=1024EB）級(jí)別。 14.5.2 大數(shù)據(jù)的基本特征大數(shù)據(jù)主要具有以下四大基本特征。1數(shù)據(jù)量大 目前我們對(duì)大數(shù)據(jù)的起始計(jì)量單位至少是P（210T=1024T1000T）、E（220T=1048576T100萬(wàn)T）或Z（230=107374182410億T）。 2種類繁多 數(shù)據(jù)種類包括網(wǎng)絡(luò)日志、音頻、視頻、圖片、地理位置信息等，多種類型的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求。 3價(jià)值密度低 隨著今后物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，信息感知無(wú)處不在，信息海量，但價(jià)值密度較低，如何通過(guò)強(qiáng)大的算法更迅速地完成數(shù)據(jù)的價(jià)值“提純”，是大數(shù)據(jù)時(shí)代亟待解決的難題。4速度快、實(shí)效性強(qiáng) 這是大數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)