物聯網技術與應用_第5章物聯網與云計算第一頁，共55頁。目錄5.1云計算概述5.1.1云計算起源5.1.2云計算的定義5.1.3云計算的類型5.1.4云計算與物聯網5.2云計算系統組成及其技術5.2.1云計算系統組成5.2.2云計算系統的服務層次5.2.3云計算關鍵技術5.2.4云計算平臺的體系架構5.2.5物聯網與云計算結合方式5.2.6.云計算的關鍵特點5.3云計算商業服務模式5.4典型云計算系統簡介5.4.1三朵云的典型代表5.4.2國外典型的云計算廠商5.4.3對比分析5.5Google云計算應用示例5.5.1Google文檔應用示例5.5.2GoogleAppEngine應用示例2023/4/18第二頁，共55頁。云計算作為一種新興的計算模式，已經得到了學術界、產業界的格外關注。面對越來越復雜的計算需求，云計算這一模式將會越來越多地推動企業商業模式的變革和發展。什么是云計算呢？簡單地說，云計算是一種基于互聯網的商業計算模型，它是分布式處理(DistributedComputing)、并行處理(ParallelComputing)和網格計算(GridComputing)等技術的發展及商業實現。然而若要確切理解云計算的深刻內涵，并不是一件容易的事情。2023/4/18第三頁，共55頁。CloudComputing第四頁，共55頁。5.1云計算概述“云計算”不但是當前信息行業非常流行且十分時尚的一個詞匯，而且是被廣泛討論的熱點。從不同的角度對云計算概念的看法也各不相同:有人認為云計算就是一個以互聯網為中心的軟件；有人則認為云計算是一種基于Web的服務,以此實現虛擬化并創造出基于服務的業務模式；還有人直接將云計算作為用戶友好的網絡計算。究竟何謂云計算呢？云計算并不是憑空出現的，它由多種因素促成，具有一定的必然性。2023/4/18第五頁，共55頁。云計算就是“按需應變”的網絡延伸，即廠商按照用戶不斷變化的需求提供相應的硬件、軟件服務。云計算是網格計算、分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡、網絡技術等一些傳統計算方法的融合體。它旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先進的商業模式把這強大的計算能力分布到終端用戶手中。其核心理念就是通過不斷提高“云”的處理能力而減少用戶終端的處理負擔，最終使用戶終端簡化成一個單純的輸入輸出設備，并能按需享受“云”的強大計算處理能力。云計算最典型的代表就是Google的搜索引擎。云計算涵義第六頁，共55頁。5.1.1云計算起源云計算的思想最早可以追溯到20世紀60年代,JohnMcCarthy曾經提到“計算遲早有一天會變成一種公用基礎設施”,這就意味著計算能力可以作為一種商品進行流通,就像煤氣、水電一樣取用方便、費用低廉。近來，在互聯網上開通了許多中文網站作為開放的云計算技術交流平臺，為云計算愛好者提供云計算資訊信息，如：、中云網（）、中國云計算（）等。2023/4/18第七頁，共55頁。中國云計算網站首頁大數據云基礎設施云平臺云應用云存儲云安全2023/4/18第八頁，共55頁。5.1.2云計算的定義1.云計算定義的不同描述關于云計算的一個比較準確地定義是：云計算是一種計算模式，它可以把IT資源、數據和應用以服務的方式通過網絡提供給用戶。2023/4/18第九頁，共55頁。由云計算的這個定義可知，云計算最大的特征是通過互聯網進行傳輸的。從廣義上講，云計算是一種動態的易擴展的且通常是通過互聯網提供虛擬化的資源計算方式。狹義地講，云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源（硬件、平臺、軟件）。提供資源的網絡被稱為“云”。從最根本的意義來講,云計算就是數據存儲在云端,應用和服務也存儲在云端,能夠充分利用數據中心強大計算能力,實現用戶業務系統的自適應性。2023/4/18第十頁，共55頁。2.云計算的基本特征

（1）虛擬化（2）高可靠性、可用性和擴展性（3）按需服務（4）超大規模（5）高性價比2023/4/18第十一頁，共55頁。5.1.3云計算的類型

通過以上對云計算概念的討論認識，可以按照部署方式和服務對象將云計算劃分為公共云、私有云和混合云三大主要類型。云計算類型示意圖2023/4/18第十二頁，共55頁。1.公共云

當云計算按其服務方式提供給公眾用戶時，稱其為公共云。公共云是由第三方(供應商)提供的云計算服務。公共云嘗試為用戶提供無后顧之憂的各種各樣的IT資源,無論是軟件、應用程序基礎結構,還是物理基礎結構,云提供商都負責安裝、管理、部署和維護。最終用戶只要為其使用的資源付費即可,根本不存在利用率低這一問題。但是這要付出一些代價,這些服務通常根據“配置慣例”提供,即根據適應最常見使用的情形這一思想提供,如果資源由用戶直接控制,則配置選項一般是這些資源的一個較小子集。2023/4/18第十三頁，共55頁。2.私有云私有云或稱專屬云，是指為企業內提供云服務（IT資源）的數據中心,這些云在商業企業和其它團體組織防火墻之內,由本企業管理，不對外開放。私有云可提供公共云所具有的許多功能。與傳統的數據中心相比，主要不同點是：云數據中心可以支持動態靈活的基礎設施，降低IT架構的復雜度，使各種IT資源得以整合、標準化；并且可以通過自動化部署提供策略驅動的服務水平管理，使IT資源更加容易地滿足業務需求變化。相對公共云而言，私有云的用戶完全擁有云中心的整個設施，比如中間件、服務器、網絡和磁盤陣列等，可以控制哪些應用程序在哪里運行，并且可以決定允許哪些用戶使用云計算服務。由于私有云的服務對象是企業內部員工，可以減少公共云中必須考慮的諸多限制，比如帶寬、安全和法律法規的遵從性等問題。重要的是，通過用戶范圍控制和網絡限制等手段，私有云可以提供更多的安全和私密等專屬性的保證。2023/4/18第十四頁，共55頁。3.混合云混合云是公共云和私有云的混合,這類云一般由企業創建,而管理職責由企業和公共云提供商共同負責。混合云利用既在公共空間又在私有空間中的服務，用戶可以通過一種可控的方式部分擁有或部分與他人共享。當公司需要既是公共云又是私有云服務時,選擇混合云比較合適,從這個意義上說,企業、機構可以列出服務目標和需要,然后相應地從公共或私有云中獲取。結構完好的混合云可以為安全、至關重要的流程(如接收客戶資金支付)以及輔助業務流程(如員工工資單流程)等提供服務。2023/4/18第十五頁，共55頁。5.1.4云計算與物聯網1.云計算是物聯網發展的基石構建智慧地球，將物聯網和互聯網進行融合，顯然不是簡單的將實物與互聯網進行連接，而是需要進行更高層次的整合，需要更透徹的感知、更全面的互聯互通，更深入的智能化。2.云計算面臨的挑戰（1）標準化問題（2）數據安全性問題（3）產業鏈的成熟性問題2023/4/18第十六頁，共55頁。

物聯網特點云計算特點物聯網發展被正式列入國家發展戰略。中國物聯網應用基礎已初步形成。物聯網產業聯盟迅速出現，從業人員增加。物聯網標準制定工作引起各方注意。物聯網核心技術突破仍是難題。物聯網發展仍處于初期階段。云計算為用戶提供最可靠，最安全的數據存儲中心。云計算對用戶端設備要求最低，使用方便。云計算可以實現不同用戶設備間都數據與應用共享。云計算為用戶使用網絡提供來無限多都可能。第十七頁，共55頁。物聯網發展趨勢物理世界感知是物聯網建設的基礎。大量獨立建設的單一物聯網應用是物聯網建設的起點與基本元素。眾多單一物聯網應用的深度互聯和跨域協作是物聯網建設的目標。第十八頁，共55頁。云計算發展趨勢現階段價值初步體現典型應用5-10年后價值體現行業云應用局部自動互聯愿景廣泛互聯跨域合作泛在共享第十九頁，共55頁。物聯網與云計算關系物聯網與云計算的結合應用勢在必行。物聯網的大規模發展離不開云計算平臺的支撐，而云計算平臺的完善與大規模的應用需要物聯網的發展為其提供最大的用戶。基于云計算的物聯網安全研究將為物聯網與云計算的發展提供最可靠的保障，也是物聯網與云計算蓬勃發展的必要條件。第二十頁，共55頁。5.2云計算系統組成及其技術

5.2.1云計算系統組成云計算系統組成2023/4/18第二十一頁，共55頁。5.2.2云計算系統的服務層次

2023/4/18第二十二頁，共55頁。5.2.3云計算關鍵技術

編程模型海量數據分布存儲技術海量數據管理技術虛擬化技術云計算平臺管理技術2023/4/18第二十三頁，共55頁。云基礎設施5.2.4云計算平臺的體系架構云平臺云應用云平臺是物聯網運營平臺的核心，實現了網絡節點的配置和控制、信息的采集和計算功能，對海量數據的分析處理，以滿足大數據量且實時性要求非常高的數據處理要求。云基礎設施通過物理資源虛擬化技術，使得平臺上運行的不同行業應用以及同一行業應用的不同客戶間的資源（存儲、CPU等）實現共享。云應用作為物聯網運營平臺的一部分，實現行業應用的業務流程，在技術上通過應用虛擬化技術，實現多租戶，讓一個物聯網行業應用的多個不同租戶共享存儲、計算能力等資源。第二十四頁，共55頁。5.2.5物聯網與云計算結合方式1.單中心，多終端這種方式的云中心大部分由私有云構成，可提供統一的界面，具備海量存儲能力與分級管理功能。第二十五頁，共55頁。VAE基于NGIN平臺IMSMobileNetwork網關管端物聯網互聯網通信網政府交通金融政府企業大企業云中小企業云城市數據中心云eCityIDC傳感器及傳感網絡2.多中心，大量終端這種方式的云中心由共有云和私有云構成，并且二者可以實現互聯。

第二十六頁，共55頁。3.信息應用分層處理，海量終端這種方式的云中心同樣由共有云和私有云構成，它的特點是用戶的范圍廣、信息及數據種類多、安全性能高。

第二十七頁，共55頁。結合了分布式處理、并行處理和網格計算的優勢。云計算技術將存儲在分布式計算機產品中的大量數據和處理器資源整合在一起協同工作，使相關的計算分布在大量的分布式計算機上。超強的計算能力。通過一定的協調調度策略，云計算模式可以通過數萬乃至百萬的普通計算機之間的聯合來提供超強的、可以與超級計算機相抗衡的計算能力。5.2.6.云計算的關鍵特點第二十八頁，共55頁。5.3云計算商業服務模式SaaS(Software-as-a-Service):軟件即服務PaaS(Platform-as-a-Service):平臺即服務IaaS(InfrastructureasaService):基礎設施即服務MSP(ManagingSuccessfulProgramme)第二十九頁，共55頁。SaaS(Software-as-a-Service)：軟件即服務SaaS給用戶帶來的優勢:拿來即用、無須維護、按需使用、隨處可用、風險減小、成本降低、先天防毒、低配置也可用大軟件SaaS給軟件運營商帶來的優勢:節約銷售成本、節約維護成本、穩健的經營模式SaaS的缺點:依賴互聯網、數據安全性、數據保密性、SaaS的成功案例:Salesforce公司的CRM（客戶關系管理）、Google的搜索引擎和Gmail、IBM的“藍云”、Alisoft的AEP平臺等一系列SaaS軟件第三十頁，共55頁。PaaS（Platform-as-a-Service）：平臺即服務PaaS實際上是指將軟件研發的平臺作為一種服務，以SaaS的模式提交給用戶。因此，PaaS也是SaaS模式的一種應用。但是，PaaS的出現可以加快SaaS的發展，尤其是加快SaaS應用的開發速度。第三十一頁，共55頁。IaaS(InfrastructureasaService)基礎設施即服務IaaS主要提供虛擬機IaaS分為兩種用法：公共的和私有的。AmazonEC2在基礎設施云中使用公共服務器池。更加私有化的服務會使用企業內部數據中心的一組公用或私有服務器池。IaaS可以提供服務器、操作系統、磁盤存儲、數據庫和/或信息資源。最高端IaaS的代表產品是亞馬遜的AWS，不過IBM、Vmware和惠普以及其他一些傳統IT廠商也提供這類的服務。IaaS通常會按照"彈性云"的模式引入其他的使用和計價模式，也就是在任何一個特定的時間，都只使用你需要的服務，并且只為之付費。第三十二頁，共55頁。5.4.1三朵云的典型代表5.4典型云計算系統簡介第三十三頁，共55頁。342谷歌PaaS微軟Azure云平臺IBM藍云典型應用案例1亞馬遜公有云5.4.2國外典型的云計算廠商第三十四頁，共55頁。一、亞馬遜公有云簡介：亞馬遜的公有云主要提供IaaS服務,將硬件設備等基礎資源封裝成服

務供用戶使用，主要使用虛擬化技術。優勢：節約建設與維護成本案例：SmugMug,37Signals…按需使用資源，彈性擴展案例：Animoto快速開發與部署應用案例：紐約時報主要的服務包括：彈性計算云EC2簡單存儲服務S3簡單數據庫服務SimpleDB簡單隊列服務SQS彈性MapReduce服務內容推送服務CloudFront電子商務服務DevPay靈活支付服務FPSIT租賃第三十五頁，共55頁。1GB數據存放1個月為0.15美元每個服務器租用1小時為0.1美元Amazon的IaaS云計算思路彈性計算云EC2為企業提供計算服務簡單存儲服務S3為企業提供存儲服務36第三十六頁，共55頁。2.Amazon的IaaS運用實例—紐約時報使用亞馬遜云計算服務效果：在不到24個小時的時間里處理了1100萬篇文章費用：累計花費240美元利用自己服務器時間：數月時間費用：多得多的費用3737第三十七頁，共55頁。二、谷歌PaaS云1、簡介Google提供了一個名為AppEngine的云計算平臺，它基于的是Google早就建立起來的底層平臺。這個平臺包括GFS（Google）和Bigtable（構建于GFS之上的數據庫系統）。GoogleAppEngine內的編程采用的是Python。程序員用Python或JAVA編寫應用程序，然后再在AppEngine框架上運行。除Python外的其他語言在將來也會得到支持。出于開發的需要，可以下載AppEngine環境的一個本地仿真程序。AppEngine可免費使用并且包括多達500MB的存儲及足夠的CPU帶寬來滿足每天5百萬次頁面瀏覽。GoogleAppEngine提供了一些有用的基礎設施，比如源自GFS的數據存儲和一個memcache實現。然而，它并不提供開箱即用的排隊機制。不過，有了這樣一個純Python的編程環境，就可以在AppEngine之上很容易地創建您自已的JMS替代。這個數據存儲很適合于混合應用程序，并且只需很少的Python編程就可以打造出一個面向您的隊列的RESTful式接口。第三十八頁，共55頁。2.谷歌PaaS云特點屬于部署在云端的應用執行環境支持Python和Java兩種語言通過SDK調用Google的各種服務。如GoogleMap、Mail等用戶可快速、廉價（可免費使用限定的流量和存儲）地部署自己開發的應用（如創新的網站、游戲等）第三十九頁，共55頁。Google云計算應用MapReduceBigTableGFSChubby3.Google云計算平臺技術架構分布式文件系統GoogleDistributed并行數據處理MapReduce分布式鎖Chubby結構化數據表BigTable4040第四十頁，共55頁。三、微軟云計算簡介：微軟的云計算戰略包括三大部分，目的是為自己的客戶和合作伙伴提供多種不同的云計算運營模式：第一、微軟運營：微軟自己構建及運營公共云的應用和服務，同時向個人消費者和企業客戶提供云服務。例如，微軟向最終使用者提供的OnlineServices和WindowsLive等服務。第二、伙伴運營：ISV/SI等各種合作伙伴可基于WindowsAzurePlatform開發ERP、CRM等各種云計算應用，并在WindowsAzurePlatform上為最終使用者提供服務。另外一個選擇是，微軟運營在自己的云計算平臺中的BusinessProductivityOnlineSuite(BPOS)產品也可交由合作伙伴進行托管運營。BPOS主要包括ExchangeOnline,SharePointOnline,OfficeCommunicationsOnline和LiveMeetingOnline等服務。第三、客戶自建：客戶可以選擇微軟的云計算解決方案構建自己的云計算平臺。微軟可以為用戶提供包括產品、技術、平臺和運維管理在內的全面支持。第四十一頁，共55頁。微軟提供兩種云計算部署類型，即公共云和私有云：公共云：由微軟自己運營，為客戶提供部署和應用服務。在公共云中，WindowsAzurePlatform是一個高度可擴展的服務平臺，提供基于微軟數據中心的隨用隨付費的靈活的服務模式。私有云：部署在客戶的數據中心內部，基于客戶個性化的性能和成本要求、面向客戶服務的內部應用環境。這個云平臺底層是由成熟的WindowsServer和SystemCenter等工具構建，在其上運行各類基于云的業務應用，如：開發測試、辦公協作、醫療協作等。第四十二頁，共55頁。四、IBM藍云簡介包括一系列的自動化、自我管理和自我修復的虛擬化云計算軟件，使來自全球的應用可以訪問分布式的大型服務器池，使得數據中心在類似于互聯網的環境下運行計算。“藍云”解決方案是由IBM云計算中心開發的企業級云計算解決方案，該解決方案可以對企業現有的基礎架構進行整合，通過虛擬化技術和自動化技術，構建企業自己擁有的云計算中心，實現企業硬件資源和軟件資源的統一管理、統一分配、統一部署、統一監控和統一備份第四十三頁，共55頁。2.歷史發展2008年2月，IBM在無錫建立第一個云計算中心，“藍云”終落地生根、推向市場。作為第一個商業化的云計算中心，該中心為用戶提供接入一個虛擬計算環境的能力，最終用戶以租用的方式使用中心提供的軟件開發和測試環境。此后，IBM全力出擊，與歐洲合作伙伴推出云計算聯合研發計劃，并在都柏林建立歐洲第一個云計算中心；與喬治亞理工學院和俄亥俄州大學展開云計算的高校合作計劃；在越南推出基于IBM云計算架構的越南創新門戶等。2008年4月，IBM推出基于云計算的新產品——iDataPlex服務器，以及基于云計算的存儲服務。iDataPlex用于滿足那些使用Web2.0類型的計算，并運營數萬臺服務器的大型數據中心公司在技術方面的需求，能夠將多個獨立的計算機轉變為一個共享資源池，即“云”。2008年6月，IBM大中華區云計算中心正式成立，該中心將幫助大中華地區的客戶設計和部署自己的云計算設施和程序。第四十四頁，共55頁。CloudProviderIaaSPaaSSaaS提供什么云？Amazon提供EC2、S3等公有云服務SUN基于sun服務器、Solaris以及虛擬化技術提供彈性的解決方案，并提供Java、MySQL、OpenSolaris和開放式存儲等開放解決方案及云咨詢服務RedHat基于開源Linux和虛擬化軟件kvm提供云計算管理解決方案Microsoft提供Azure解決方案，包括基于Windows的虛擬計算環境和存儲、以及在此基礎上提供的Live、.Net、SQL服務能力IBMIBM的云計算戰略：1)提供云計算服務產品；2)幫助ISV設計、構建、交付和銷售云計算服務；3)幫助客戶將云計算服務整合到業務中；4)為企業提供云計算環境。依靠技術優勢提供IDC服務以及LotusLive等在線應用解決方案。CISCO將產品線由原來的網絡設備擴展到PC服務器領域，進而提供統一的數據中心解決方案。同時提供WebEX在線應用解決方案。VmWare提供x86虛擬化管理解決方案CITRIX主導推動開源軟件Xen，并基于Xen提供虛擬化管理解決方案Huawei計劃推出刀片服務器、（基于開源的）虛擬化產品、網絡設備和存儲，為云計算提供基礎設施HADOOP基于PC構建低成本高擴展的海量數據存儲和處理平臺的開源軟件，Hadoop社區由Yahoo、Facebook、微軟、Cloudera等公司推動5.4.3對比分析第四十五頁，共55頁。5.5Google云計算應用示例從云計算服務和應用的角度來看，目前Google公司的云計算服務產品項目主要有：①桌面產品，包括獨立應用程序和桌面擴展；②移動產品，包括在線移動產品和可下載的移動產品；③網絡產品，包括廣告、交流與發布、開發、地圖、搜索和統計等；④硬件產品，包括GSA(GoogleSearchApplicance)和GoogleMini等；⑤其它產品，包括GOOG-411和Health等。在此就GoogleDocs、AppEngine云計算服務的使用作簡單介紹。2023/4/18第四十六頁，共55頁。5.5.1Google文檔應用示例2006年10月，Google公司對Writely和Spreadsheets服務進行整合，推出了在線辦公軟件服務Google文檔（GoogleDocs）。GoogleDocs是一款開源的、基于Web的字處理、電子表格和演示文稿程序，屬于Google企業套件GoogleApps之一。一、GoogleDocs的功能簡單的說，可以認為GoogleDocs是Google版輕量級的在線辦公軟件，它使用戶能夠在線創建和編輯文檔，并與其它用戶實時協作。當前，GoogleDocs已經推出了文檔編輯、電子表格、幻燈片演示、日程管理等多個功能的編輯模塊，能夠替代MicrosoftOffice相應的一部分功能。GoogleDocs云計算服務方式，比較適合多個用戶共享以及協同編輯文檔，不但為一組人員共同創作提供了方便，關鍵是不受地域的限制。2023/4/18第四十七頁，共55頁。二、GoogleDocs的使用使用GoogleDocs非常簡單，就像使用其它Google網絡服務一樣，用戶不需要下載或安裝另外的軟件。只需一臺接入互聯網的計算機以及可使用Google文件的標準瀏覽器即可。支持的瀏覽器有InternetExplorer、Chrome瀏覽器、火狐瀏覽器等，同時也支持包括中文在內的多種語言。通過網絡訪問GoogleDocs的地址為。首先需要創建一個Google賬戶，譬如以Gmail服務為平臺協作使用多種Google提供的在線服務。用戶只需登錄Google賬戶，即可使用GoogleDocs提供的服務。Google賬戶是一個統一的登錄系統，它集成了各種Google產品的訪問權限，可用于訪問包括Google網上論壇、Google購物列表、網絡歷史記錄等各種服務。用戶也可以使用其它電子郵件地址作為賬戶來使用GoogleDocs。2023/4/18第四十八頁，共55頁。登錄賬戶之后，打開GoogleDocs主界面。GoogleDocs主界面2023/4/18第四十九頁，共55頁。5.5.2Goo