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探究云计算在校园物联网中的应用

作者:admin2014-11-17 14:28阅读:文章来源:未知

       以信息网络为核心的新技术革命,不断改变着人们的生产和生活方式。物联网是继计算机、互联网之后信息产业的又一项新技术。1995年,比尔.盖茨提出了物联网的概念,之后麻省理工大学和Auto-ID也提出物联网的概念。2005年,国际电信联盟在《ITU互联网报告2005:物联网》中提出,无所不在的物联网时代即将来临,所有物体都可以通过Internet进行信息交换。云计算是利用互联网随时随地、按需、便捷访问共享资源池(资源包括计算设施、存储设备、应用程序等)的一种新的计算模式。这种模式将所有的资源虚拟化,并将这些资源聚集在一个虚拟的共享资源池中,再根据用户的需求重新进行资源分配和组合,从而实现资源的扁平化管理团。云计算是物联网发展的基石,而物联网又是云计算最大的用户,二者的融合可谓,相辅相成,是物联网未来发展的方向。近年来,随着校园物联网的快速发展,网络系统中产生了海量的数据,如何有效的存储、管理、访问这些数据成为各界关注的焦点。因此,本文把云计算技术和校园物联网技术相结合,利用云计算平台处理校园物联网中产生的海量数据,满足了校园物联网的发展需求,该研究为校园物联网的运营模式提供了有益参考。

  1云计算及其特征

  1. 1云计算

  随着电子商务、数字城市、在线视频及物联网等互联网应用的快速发展,产生的海量数据需要处理。为解决此问题,2006年,Google和Amazon等公司提出了云计算的构想,2007年斯坦福大学等多所高校与Google和IBM等公司合作,开始研究云计算的关键技术,其他国家的研究人员也对云计算开展了大量的研究工作。美国国家标准与技术研究院给出了云计算的定义:云计算是利用互联网随时随地、按需、便捷访问共享资源池(资源包括计算设施、存储设备、应用程序等)的一种计算模式。这种模式将所有的资源虚拟化,并将这些资源聚集在一个虚拟的共享资源池中,再根据用户的需求重新进行资源分配和组合,实现资源的扁平化管理团。云计算可根据用户的需求变化,动态地分配资源,部署于云计算平台上的各种应用也需要根据资源的变化做出响应。用户采用云计算模式,可以屏蔽数据中心管理、大规模数据处理及应用程序部署等问题,并根据需要随时申请或释放共享资源,按需购买云计算资源,既提高了服务质量,也降低了运营成本。

  1. 2云计算的特性

  云计算可以提供低成本的按需付费的服务方式,可以快速、弹性地获得服务。服务提供商的资源被聚集在一个虚拟的共享资源池中,并通过多租户模式为用户提供物理或虚拟化的资源。云计算模式可以检测、控制和统计资源的使用情况,为用户和服务商提供透明的服务使用量。与强调异构资源共享的网格计算相比,云计算更强调大规模共享资源池资源的分享,可以提高资源的复用率,降低运行成本。云计算所具有的超大规模、虚拟化、多用户、可扩展性等特点是组建校园物联网系统的关键技术。云计算具有如下特性:

  1)资源池化。云计算把计算设施、存储设备、应用程序等资源以共享资源池的方式聚集在一起统一管理。根据用户的需求,利用虚拟化技术重新进行资源分配和组合,实现资源的扁平化管理。

  2)弹性服务。云计算能根据用户的需求变化动态地分配资源,部署于云计算平台上的各种应用也能够根据资源的变化做出响应,减少或避免了因服务器性能冗余或过载而导致的资源浪费或服务质量下降。

  3)按需服务。云计算以服务的形式为用户提供计算设施、存储设备、应用程序等资源,根据用户需求的变化自动分配资源,提供用户所需的服务。

  4)计费服务。云计算模式可以监控用户的资源使用量,并根据用户使用的资源进行计费。

  5)泛在接入。用户可使用各种终端设备随时随地访问云计算服务,实现互联网即计算机的构想。

  1. 3云计算的核心服务层

  在实际应用中,云计算的核心服务层可划分为3个子层:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。

  IaaS层是由计算机和网络组成的硬件,是云计算的基础,能够为用户提供实体或虚拟的计算、存储和网络等海量的硬件资源,并通过虚拟化技术为用户提供弹性、按需、可靠的基础设施服务。数据中心是云计算的核心,也是IaaS层的主要研究对象,Google,Facebook等许多公司都把数据中心的管理和优化等问题作为研究和建设的重点。数据中心的资源规模及可靠性对上层云计算服务有非常重要的作用,用户在使用IaaS层服务时,需要提供基础设施的配置信息、程序代码及相关的用户数据。

  PaaS层作为云计算核心服务层的中间层,既需要为SaaS层提供简单可靠的分布式编程框架,也需要为IaaS层提供信息调试、数据管理等服务。PaaS层将软件研发的平台作为一种服务,程序开发者只需上传程序代码和数据即可使用服务,而无需关注底层硬件管理等问题。由于电子商务、数字城市、在线视频及物联网等互联网应用平台的数据量日趋庞大,PaaS层应当具有海量数据的存储与处理能力,并能利用有效的资源管理与调度策略提高海量数据的处理效率。

  SaaS层是云计算核心服务层的最高层,是一种通过互联网提供软件的模式,直接而向云计算终端用户提供基于互联网的各种应用服务。随着互联网的迅速发展,SaaS层的应用发展非常迅速,用户可以向供应商租用基于Web的各种应用,而无需考虑服务器的管理和维护等问题。

  2物联网及其体系结构

  2. 1物联网的概念

  1995年,比尔·盖茨提出物联网的概念,之后麻省理工大学、美国的auto-ID和国际电信联盟也先后提出物联网的概念。同年,IBM公司提出基于物联网技术为核心的智慧地球的概念。2009年,中国将物联网技术列入国家七大战略性新兴产业之一。物联网技术是通过射频识别(RFID)红外感应、激光扫描、全球定位等信息传感设备,按约定的协议将物品与互联网相连接,进行信息的交换和通信,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术困,其技术基础和核心仍然是互联网技术。

  2. 2物联网的体系结构

  国际电信联盟定义的物联网体系结构包括感知层、网络层和应用层。感知层主要用于物品标识和信息智能采集,对应物联网感知系统,包括RFID标签和读写器、传感器、摄像头、UPS、二维码标签、RFID网络、传感器网络等。该层的核心技术包括物品标识技术、传感器技术、无线传输技术等;涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。

  物品标识技术是对物品编码并进行识别的一项技术,按识别距离及是否需要电源,可分为接触式标识技术、非接触式标识技术、有源标识技术和无源标识技术。按识别距离及速度可分为近距离低速标识、中距离高速标识和远距离高速标识。如条形码、磁卡、IC卡和低频RFID采用的是无源接触式标识技术;高频、超高频和微波RFID采用无源非接触标识技术;超高频、微波RFID采用中距离高速标识技术;有源RFID采用远距离高速标识技术。

  网络层主要用于传递和处理感知层获取的信息,对应物联网通信系统和数据海系统。通信系统包括移动通信网、互联网、卫星网、广电网、行业专网及形成的融合网络等;数据海系统主要有海量多媒体数据存取系统、跨媒体搜索、数据融合与知识发掘、安全和保密技术、数据格式和标准化等。

  应用层主要用于实现物物互联的应用解决方案,对应物联网的计算机系统和控制系统。计算机系统主要包括云计算服务、共性服务软件的中间件、嵌入式一体化开发平台、超级计算机硬件系统、软硬件的I/O标准化等。控制系统主要包括人工智能技术、无人装备、新型调节与执行机构、管道系统控制技术等。

  物联网技术的关键是把现有的智能物品和子系统相连,实现应用大集成和管控营一体化,从而实现高效、节能、安全的社会服务。作为物联网的核心,软件和中间件,将同硬件设施一起推动整个物联网的发展。

  3云计算在校园物联网中的应用

  3. 1物联网在校园中的应用

  随着校园网中无线网络的全覆盖和物联网技术的快速发展,物联网在高校的教学管理、学生管理、图书馆管理、物流管理、人事管理、计费管理叫等工作中的应用越来越广泛。在教学中,物联网可以实现现实世界与虚拟学习环境无缝连接,建立一个资源共享、数据传递安全、实验设施管理智能化的教学环境。在学生管理中,通过将RFID标签嵌入学生的校园一卡通中,可以确定学生所处的位置,实现学生的实时考勤和管理。在图书馆管理中,通过将RFID标签嵌入图书中,可以完成图书的自主借阅。在物流管理中,可以对物资的流向和数量进行实时监控,及时补充紧俏物资,提高物资分配效率。

  3. 2云计算在校园物联网中的应用

  随着校园物联网的快速发展,网络规模越来越大,产生的数据也越来越多,因此,迫切需要一个功能强大、低成本、有一定容错功能、能够处理海量数据的计算平台。云计算平台能够对校园物联网产生的海量数据进行存储、整合和管理,并为整个校园物联网提供云计算服务,实现预测和决策,同时可反向控制这些传感网络,达到控制校园物联网中客观事物运动和发展进程的目的。新一代的云计算数据中心可以提供便捷的数据存储,并能实现按需服务和智能均衡负载等功能,在计算、运营、维护等多方而满足了校园物联网的发展需求。

  3. 3校园物联网云平台设计

  校园物联网中的云计算架构可划分为感知层、传输层、支撑层和应用层。感知层是整个校园物联网的神经末稍,主要用来完成各种信息(胸卡、一卡通、图书、桌椅、实验设备、车辆等)的收集和简单处理;传输层的主要作用是把感知层简单处理过的信息进行汇聚并向上层传输,完成信息的传输、交互和汇聚。校园物联网主要通过现场总线和无线局域网、校园网进行数据的汇聚;支撑层主要包括各种基础软件系统、基础管理和基础资源,支撑应用层的运行。如基本业务、信息服务、管理控制、数据交换、应用程序、中间件、操作系统、虚拟服务器、物理服务器等;应用层是云计算架构的最高层,主要完成服务发现和服务呈现的工作,根据校园物联网中不同用户的不同需求,可以把相关服务组合成能够满足用户需求的应用子系统。如学校人事管理系统、教务管理系统、图书管理系统、学生管理系统、物流管理系统、门禁管理系统、计费管理系统等。

  4结束语

  本文基于物联网技术和云计算技术,设计了一个基于云计算技术的校园物联网云平台系统,该系统可以把校园中的各种数据纳入物联网络,并对采集到的各种数据进行分类、传输、存储和处理。既满足了校园物联网中海量数据的处理要求,又降低了校园物联网的运营成本,使校园服务高效、节能、安全。由于系统的设计方法具有普遍性,因此为校园物联网的运营模式设计提供了有益参考。在下一步的改进中,可以拓展云计算在校园物联网中的应用模式,在可用性、可靠性、规模弹性和成本能耗等方而进行深入研究。

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