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1、第十二章第十二章 云计算与物联网云计算与物联网 本章学习要点：本章学习要点： 云计算及其发展云计算及其发展 主流的云计算技术主流的云计算技术 物联网及其应用物联网及其应用 云计算与物联网的关系云计算与物联网的关系 大数据时代大数据时代12.1 云计算及其发展云计算及其发展12.1.1 云计算的概念云计算的概念l 云计算云计算（Cloud Computing），最早由谷歌提出，它描述的是一种），最早由谷歌提出，它描述的是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软、硬件资源和信基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软、硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。息可以按需提供给计算机和
2、其他设备。 l 通常将提供资源的网络称为通常将提供资源的网络称为“云云”，云计算的核心思想是：将大，云计算的核心思想是：将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务，如图用户按需服务，如图12-1所示。所示。图图12-1 云计算示意图云计算示意图l 云计算是继云计算是继20世纪世纪80年代大型计算机到客户端年代大型计算机到客户端/服务器服务器(C/S)的大的大转变之后的又一种巨变，它描述了一种基于互联网的新的转变之后的又一种巨变，它描述了一种基于互联网的新的IT服务增服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互
3、联网来提供动态的、易扩展加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态的、易扩展的、而且常常是虚拟化的资源。的、而且常常是虚拟化的资源。12.1.2 云计算的特点云计算的特点 从研究现状看，云计算具有以下特点。从研究现状看，云计算具有以下特点。1超大规模超大规模 “云云“具有相当的规模。具有相当的规模。Google云计算已经拥有云计算已经拥有100多万台服务器，多万台服务器，Amazon、IBM、微软和、微软和Yahoo等公司的等公司的”云云“均拥有几十万台服务均拥有几十万台服务器。器。”云云“能赋予用户前所未有的计算能力。能赋予用户前所未有的计算能力。2虚拟化虚拟化 云计算支持用户在任意位
4、置、使用各种终端获取服务。所请求的资云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取服务。所请求的资源来自源来自“云云“，而不是固定的有形体。应用在，而不是固定的有形体。应用在“云云”中某处运行，但中某处运行，但实际上用户无需了解运行的具体位置，只需要一台终端设备就可以通实际上用户无需了解运行的具体位置，只需要一台终端设备就可以通过网络来获取各种能力超强的服务。过网络来获取各种能力超强的服务。3. 高可靠性高可靠性 “云云“使用了数据多副本容错、计算结点同构可互换等措施来保使用了数据多副本容错、计算结点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机更加可靠。障服务的高可靠性，使用云
5、计算比使用本地计算机更加可靠。 4通用性通用性 云计算不局限于特定的应用，同一片云计算不局限于特定的应用，同一片“云云“可以同时支撑不同可以同时支撑不同应用的运行，在应用的运行，在“云云”的支撑下可以构造出千变万化的应用。的支撑下可以构造出千变万化的应用。5按需服务按需服务 “云云”是庞大的资源池，用户按需购买服务，像自来水、电和是庞大的资源池，用户按需购买服务，像自来水、电和煤气那样计费。煤气那样计费。6极其廉价极其廉价 “云云”的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的结点来构成的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的结点来构成“云云”。“云云”的自动化管理使数据中心管理成本大幅降低。，的自动化管理
6、使数据中心管理成本大幅降低。，“云云”具有前具有前所未有的性能价格比。所未有的性能价格比。12.1.3 网格计算与云计算网格计算与云计算1. 什么是网格计算什么是网格计算l 网格网格（Grid），是），是20世纪世纪90年代中期发展起来的下一代因特网核年代中期发展起来的下一代因特网核心技术心技术 l 网格是在网络基础上，基于网格是在网络基础上，基于SOA，使用互操作、按需集成等技术，使用互操作、按需集成等技术手段，将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整体，实现手段，将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整体，实现计算、存储、数据、软件和设备等资源的共享，从而大幅提高资源计算、存储、数
7、据、软件和设备等资源的共享，从而大幅提高资源的利用率，使用户获得前所未有的计算和信息能力。的利用率，使用户获得前所未有的计算和信息能力。 2. 网格计算与云计算的关系网格计算与云计算的关系l 网格计算与云计算的关系，就像网格计算与云计算的关系，就像OSI与与TCP/IP之间的关系，两者之间的关系，两者相互促进，协同发展，没有网格计算打下的基础，云计算不会这么相互促进，协同发展，没有网格计算打下的基础，云计算不会这么快到来快到来 。 l 网格计算以科学研究为主，非常重视标准规则，也非常复杂，实网格计算以科学研究为主，非常重视标准规则，也非常复杂，实现起来难度大，而且缺乏成功的商业模式。云计算是网
8、格计算的一现起来难度大，而且缺乏成功的商业模式。云计算是网格计算的一种简化形态，可以说云计算的成功也体现了网格计算的成功。种简化形态，可以说云计算的成功也体现了网格计算的成功。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页l 云计算也并非是万能的，对于许多高端科学或军事应用而言，云云计算也并非是万能的，对于许多高端科学或军事应用而言，云计算是无法满足需求的，必须依靠网格计算来解决。计算是无法满足需求的，必须依靠网格计算来解决。 12.2 主流的云计算技术主流的云计算技术12.2.1 阿里云计算阿里云计算l “阿里云阿里云”被视为中国云计算的代名词，在福布斯中国被视为中国云计算的代名词，在福布
9、斯中国500强企业中，强企业中，三分之一都在使用阿里云。近年来，阿里巴巴的技术创新不断打破美国三分之一都在使用阿里云。近年来，阿里巴巴的技术创新不断打破美国谷歌、苹果等科技巨头的长期垄断，在全球科技舞台大放异彩。谷歌、苹果等科技巨头的长期垄断，在全球科技舞台大放异彩。 l 阿里云的阿里云的飞天操作系统飞天操作系统（Apsara）诞生于）诞生于2009年年2月，是由阿里云月，是由阿里云自主研发、服务全球的、超大规模的通用操作系统，目前已为全球自主研发、服务全球的、超大规模的通用操作系统，目前已为全球200多个国家和地区的创新创业企业、政府、机构等提供服务。多个国家和地区的创新创业企业、政府、机构
10、等提供服务。l 飞天系统飞天系统可以将遍布全球的百万级服务器连成一台超级计算机，以可以将遍布全球的百万级服务器连成一台超级计算机，以在线公共服务的方式为社会提供计算能力，从而有效解决计算的规模、在线公共服务的方式为社会提供计算能力，从而有效解决计算的规模、效率和安全等问题。效率和安全等问题。12.2.2 华为云计算华为云计算l 华为云华为云”成立于成立于2005年，其主要目标是为用户提供一站式云计算基年，其主要目标是为用户提供一站式云计算基础设施服务。础设施服务。2017年年3月，华为又专门成立了月，华为又专门成立了Cloud BU，全力构建并提，全力构建并提供可信、开放、全球线上线下服务能力
11、的公有云供可信、开放、全球线上线下服务能力的公有云。l 弹性云计算弹性云计算（ECC）是整合了计算、存储与网络资源，按需使用、按是整合了计算、存储与网络资源，按需使用、按需付费的一站式需付费的一站式IT计算资源租用服务，以帮助开发者和管理员在不需要计算资源租用服务，以帮助开发者和管理员在不需要一次性投资的情况下，快速部署和管理大规模可扩展的一次性投资的情况下，快速部署和管理大规模可扩展的IT基础设施资源基础设施资源l 飞天的革命性在于将云计算的三个方向进行了高效地整合：提供飞天的革命性在于将云计算的三个方向进行了高效地整合：提供强大强大的计算能力，提供的计算能力，提供通用通用的计算能力，提供的
12、计算能力，提供普惠普惠的计算能力。的计算能力。l 华为云的主要产品包括：华为云的主要产品包括：弹性云计算弹性云计算、对象存储服务对象存储服务和和桌面云桌面云。12.2.3 微软云计算微软云计算l 继继Google、Amazon、IBM之后，微软又推出了自己的云计算之后，微软又推出了自己的云计算“Windows Azure”，这是继，这是继Windows取代取代DOS之后，微软的又一次颠覆之后，微软的又一次颠覆性的转型。性的转型。 l 桌面云桌面云，它是采用最新的，它是采用最新的云计算技术云计算技术开发出的一款开发出的一款智能终端智能终端产品，外产品，外表看似一个小盒子，但却可以代替普通电脑使用
13、，同时用户也可以通过表看似一个小盒子，但却可以代替普通电脑使用，同时用户也可以通过PC或移动终端设备接入桌面云。或移动终端设备接入桌面云。l 对象存储服务对象存储服务（OSS）是一个基于对象的云存储服务，为客户提供海）是一个基于对象的云存储服务，为客户提供海量、安全、高可靠、低成本的数据存储能力。同时，提供了多种语言量、安全、高可靠、低成本的数据存储能力。同时，提供了多种语言（Java、PHP、C、Python）的）的SDK来简化编程。另外，对象存储服务来简化编程。另外，对象存储服务还可以为多种应用构建大规模的数据存储服务还可以为多种应用构建大规模的数据存储服务。l Azure服务平台包括以下
14、主要组件：服务平台包括以下主要组件：Windows Azure；Microsoft SQL数数据库服务，据库服务，Microsoft .Net服务；用于分享、储存和同步文件的服务；用于分享、储存和同步文件的Live服务；服务；针对商业的针对商业的Microsoft SharePoint和和Microsoft Dynamics CRM服务。服务。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页l Windows Azure定位为平台服务，一套全面的开发工具、服务和管理定位为平台服务，一套全面的开发工具、服务和管理系统。它可以为开发者提供一个平台，并允许开发者使用微软全球数据系统。它可以为开发者提
15、供一个平台，并允许开发者使用微软全球数据中心的储存、计算能力和网络基础服务，从而开发出可运行在云服务器、中心的储存、计算能力和网络基础服务，从而开发出可运行在云服务器、数据中心、数据中心、Web和和PC上的应用程序。上的应用程序。 12.3 物联网及其应用物联网及其应用12.3.1 物联网的发展物联网的发展l 物联网物联网过去被称为过去被称为传感网传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国年，在美国召开的移动计算和网络国际会议上提出际会议上提出“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。2003年，美国年，美国技术评论技术评论提出传感网络技术
16、将是未来改变人们生活的提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。十大技术之首。 l 2005年年11月月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，）上，国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）正式提出了）正式提出了“物联网物联网”的概念。的概念。 l 2009年年1月月28日，奥巴马就任美国总统后，日，奥巴马就任美国总统后，IBM首席执行官彭明盛向首席执行官彭明盛向他提出他提出“智慧地球智慧地球”这一概念，并认为这一概念，并认为“智慧地球智慧地球=互联网互联网+物联网物联网”，建议新政府投资新一代智慧型基础设施。建议新政府投资新一代智慧型基
17、础设施。12.3.2 物联网的定义物联网的定义l EPOSS在在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，网的发展将经历四个阶段，2010年之前年之前RFID被广泛应用于物流、零售被广泛应用于物流、零售和制药领域；和制药领域；20102015年物体互联；年物体互联；20152020年物体进入半智能年物体进入半智能化；化；2020年之后物体进入全智能化。年之后物体进入全智能化。 l 物联网的定义目前还存在较大争议，各个国家和地区对于物联网物联网的定义目前还存在较大争议，各个国家和地区对于物联网都有自己的定义。都有自
18、己的定义。 l 中国对中国对物联网的定义物联网的定义是：通过信息传感设备，按照约定的协议，是：通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、跟踪、定位、监控和管理。它是在互联网的基础上延伸和化识别、跟踪、定位、监控和管理。它是在互联网的基础上延伸和扩展的网络。扩展的网络。12.3.3 物联网的技术架构物联网的技术架构l 从技术架构上来看，物联网可分为从技术架构上来看，物联网可分为3层：层：感知层感知层、网络层网络层和和应用应用层层，如图，如图12-2所示。所示。图图12-2 物联网架
19、构示意图物联网架构示意图l 感知层感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括温度传感器、湿由各种传感器以及传感器网关构成，包括温度传感器、湿度传感器、电子标签、摄像头、红外线感应器等感知终端，该层的度传感器、电子标签、摄像头、红外线感应器等感知终端，该层的主要功能是识别物体和采集信息。主要功能是识别物体和采集信息。l 网络层网络层由各种有线网络、无线网络、互联网以及网络管理系统和云由各种有线网络、无线网络、互联网以及网络管理系统和云计算平台等组成，主要功能是负责传递和处理感知层获取的信息。计算平台等组成，主要功能是负责传递和处理感知层获取的信息。l 应用层应用层是物联网和用户（包括人、组织和其
20、它系统）的接口，它是物联网和用户（包括人、组织和其它系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。与行业需求结合，实现物联网的智能应用。12.3.4 物联网的应用物联网的应用返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页l 目前，目前，物联网的应用已经遍及市政管理、节能环保、医疗健康、物联网的应用已经遍及市政管理、节能环保、医疗健康、家居建筑、金融保险、智能工农业、物流零售、能源电力、交通管家居建筑、金融保险、智能工农业、物流零售、能源电力、交通管理、安防反恐等多个领域，如图理、安防反恐等多个领域，如图12-3所示所示图图12-3 物联网应用领域物联网应用领域12.4 云计算与物联网
21、的关系云计算与物联网的关系 云计算是物联网发展的基石，并且从两个方面促进物联网的云计算是物联网发展的基石，并且从两个方面促进物联网的实现。实现。 l 云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使物联网中以云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使物联网中以“兆兆”计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。 l 云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建“智慧地球智慧地球”。 l 物联网的四大组成部分：感应识别、网络传输、管理服务和综物联网的四大组成部分：感应识别、网络传输、管理服务和综合应用，其中
22、中间两个部分都会应用到云计算，特别是合应用，其中中间两个部分都会应用到云计算，特别是“管理服管理服务务” ，使用云计算可能是最经济实惠的一种方式。，使用云计算可能是最经济实惠的一种方式。 返回本章首页返回本章首页12.5 大数据时代大数据时代12.5.1 什么是大数据什么是大数据l 近年来，大数据一词越来越多地被提及，人们用它来描述和定近年来，大数据一词越来越多地被提及，人们用它来描述和定义信息爆炸时代产生的海量数据，并命名与之相关的技术发展与义信息爆炸时代产生的海量数据，并命名与之相关的技术发展与创新。创新。 l “大数据大数据”在互联网行业主要指：互联网公司在日常运营中生在互联网行业主要指
23、：互联网公司在日常运营中生成、积累的用户网络行为的非结构化和半结构化数据。这些数据成、积累的用户网络行为的非结构化和半结构化数据。这些数据的规模是如此庞大，以至于不能用的规模是如此庞大，以至于不能用G或或T来衡量。来衡量。 l 目前，数据量的衡量单位已经从目前，数据量的衡量单位已经从TB（1TB=1024GB）级别跃升）级别跃升到了到了PB（1PB=1024TB）、）、EB（1EB=1024PB）乃至）乃至ZB（1ZB=1024EB）级别。）级别。 12.5.2 大数据的基本特征大数据的基本特征大数据主要具有以下四大基本特征。大数据主要具有以下四大基本特征。1数据量大数据量大 目前我们对大数据
24、的起始计量单位至少是目前我们对大数据的起始计量单位至少是P（210T=1024T1000T）、）、E（220T=1048576T100万万T）或）或Z（230=107374182410亿亿T）。）。 2种类繁多种类繁多 数据种类包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等，数据种类包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等，多种类型的数据对数据处理能力提出了更高的要求。多种类型的数据对数据处理能力提出了更高的要求。 3价值密度低价值密度低 随着今后物联网的广泛应用，信息感知无处不在，信息海量，随着今后物联网的广泛应用，信息感知无处不在，信息海量，但价值密度较低，如何通过强大的算法更迅速地
25、完成数据的价值但价值密度较低，如何通过强大的算法更迅速地完成数据的价值“提纯提纯”，是大数据时代亟待解决的难题。，是大数据时代亟待解决的难题。4速度快、实效性强速度快、实效性强 这是大数据区别于传统数据挖掘最显著的特征。这是大数据区别于传统数据挖掘最显著的特征。12.5.3 大数据的影响大数据的影响l 大数据是信息通信技术发展积累至今，按照自身技术发展逻大数据是信息通信技术发展积累至今，按照自身技术发展逻辑，从提高生产效率向更高级智能阶段的自然生长。辑，从提高生产效率向更高级智能阶段的自然生长。l 大数据对社会经济生活产生的影响绝不限于技术层面，更本质上，大数据对社会经济生活产生的影响绝不限于技术层面，更本质上，它通过技术的创新与发展，以及数据的全面感知、收集、分析、共它通过技术的创新与发展，以及数据的全面感知、收集、分析、共享，为人们提供了一种全新的看待世界的方法，即决策行为将日益享，为人们提供了一种全新的看待世界的方法，即决策行为将日益基于数据分析做出，这必将引起社会发生巨大变革。基于数据分析做出，这必将引起社会发生巨大变革。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页