3.2.6 云计算
物联网技术将新一代信息技术充分运用在各行各业之中。计算机设备行业的迅猛发展为互联网高速化、智能化发展注入了强大动力。云计算（Cloud Computing）以其超大的规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务、廉价及方便等特点，成为互联网发展的新主题。在物联网与互联网的整合中需要一个或多个强有力的计算中心，能够对整合网络内的人员、机器、设备、基础设施实施实时的管理和控制。物联网与云计算的结合是一种趋势。从拟人化的角度考虑，如果将物联网比喻为人的五官、四肢和神经系统，那么云计算就像人的大脑一样。
1.云计算的基本概念
云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算技术的运用意味着计算能力也可以作为一种商品通过网络进行流通。云计算的体系架构如图3-9所示。
图3-9 云计算的体系架构
如图3-9所示，软、硬件资源在云计算中以分布式共享的形式存在，可以被动态地扩展和配置，最终以服务的形式提供给用户。用户按需使用云中的资源，不需要管理，只需要按实际使用量付费。这些特征决定了云计算架构符合物联网应用模式，能够有力地支撑物联网应用的部署，必将引领信息产业发展的新浪潮。
2.云计算的分类
1）按服务类型分类
云计算按服务类型分类有基础设施云（Infrastructure Cloud）、平台云（Platform Cloud）和应用云（Application Cloud）三大类。
（1）基础设施云。基础设施云为用户提供的是底层、接近于直接操作硬件资源的服务接口。通过调用这些接口，用户可以直接获得计算和存储能力，而且非常自由灵活，几乎不受逻辑上的限制。但是，用户需要进行大量的工作来设计和实现自己的应用。
（2）平台云。平台云为用户提供一个托管平台，用户可以将它们所开发和运营的应用托管到云平台中。但是，这个应用的开发、部署必须遵守该平台特定的规则和限制，所涉及的管理也需由该平台负责。
（3）应用云。应用云为用户提供可以为其直接所用的应用，这些应用一般是基于浏览器的，针对某一项特定的功能。应用云最容易被用户使用，因为它们都是开发完成的软件，只需要进行一些定制就可以交付。但是，它们也是灵活性最低的，因为一种应用云只针对一种特定的功能，无法提供其他功能的应用。
2）按服务方式分类
云计算按服务方式分类有公有云（Common Cloud）、私有云（Private Cloud）和混合云（Mixing Cloud）三大类。
（1）公有云。公有云是由若干企业和用户共享使用的云环境。在公有云中，用户所需的服务由一个独立的第三方云提供商提供。该云提供商也同时为其他用户服务，这些用户共享这个云提供商所拥有的资源。
（2）私有云。私有云是由某个企业独立构建和使用的云环境。在私有云中，用户是这个企业或组织的内部成员，这些成员共享着该云计算环境提供的所有资源，该公司或组织以外的用户无法访问这个云计算环境所提供的服务。
（3）混合云。混合云是指公有云和私有云的混合。对于信息控制、可扩展性、突发需求，以及故障转移需求来说，混合与匹配私有云和共有云是一种有效的技术途径。出于安全和控制原因，并非所有的企业信息都适合放置在公有云上，这样大部分已经应用云计算的企业将会使用混合云模式。事实上，私有云和公有云并不是各自为政，而是相互协调工作。例如，在私有云里实现利用存储、数据库和服务的处理，同时在无须购买额外硬件的情况下，在需求高峰期充分利用公有云来完成数据处理需求，以期望实现利益的最大化。
另外，混合云也为其他目的的弹性需求提供了一个很好的基础，如灾难恢复。这意味着私有云把公有云作为灾难转移的平台，并在需要的时候去使用它。这是一个极具成本效应的理念。
3.云计算的服务
作为一种新的计算模式，云计算能够将各种各样的资源以服务的方式通过网络交付给用户。这些服务包括种类繁多的互联网应用、运行这些应用的平台，以及虚拟化后的计算和存储资源。云计算环境要保证所提供服务的可伸缩性、可用性与安全性。
因此，云计算需要一个清晰的架构来实现不同类型的服务及满足用户对这些服务的各种需求。
1）基础设施即服务
基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）交付给用户的是基本的基础设施资源。用户无须购买、维护硬件设备和相关系统软件，就可以直接在基础设施即服务层上构建自己的平台和应用。基础设施向用户提供虚拟化的计算资源、存储资源和网络资源。这些资源能够根据用户的需求进行动态分配。基础设施即服务所提供的服务都是较低层的，但使用也更为灵活。
2）平台即服务
平台即服务（Platform as a Service，PaaS）交付给用户的是丰富的云中间件资源，这些资源包括应用容器、数据库和消息处理等。因此，PaaS面向的并不是普通的终端用户，而是软件开发人员，他们可以充分利用这些开放的资源来开发定制化的应用。
PaaS的主要优势：PaaS提供的接口简单易用；应用的开发和运行都基于同样的平台且兼容问题较少；应用的可伸缩性、服务容量等问题已由PaaS负责处理而不需要用户考虑；平台层提供的运营管理功能还能帮助开发人员对应用进行监控和计费。
3）软件即服务
软件即服务（Software as a Service，SaaS）交付给用户的是定制化的软件，即软件提供方根据用户的需求，将软件或应用通过租用的形式提供给用户使用。
SaaS的主要特征体现在三个主要方面。第一，用户不需要在本地安装该软件的副本，也不需要维护相应的硬件资源，该软件部署并运行在提供方自有的或第三方的环境中；第二，软件以服务的方式通过网络交付给用户，用户端只需要打开浏览器或某种客户端工具就可以使用服务；第三，虽然软件面向多个用户，但每个用户都感觉到是独自占有该服务。
4.云计算与物联网
云平台可以屏蔽来自异构多源的感知信息的差异性，可以为上层应用平台提供统一、个性化、智慧的综合信息服务。从物联网后端的信息基础设施来看，物联网可以看作一个基于互联网的，以提高物理世界的运行、管理、资源使用效率等水平为目标的大规模信息系统。由于物联网前端的感知层在对物理世界感应方面具有高度并发的特性，并将产生大量引发后端的信息基础设施的深度互联和跨域协作需求的事件，从而使得上述大规模信息系统表现出以下性质。
（1）不可预见性。对物理世界的感知具有实时性，会产生大量不可预见的事件，从而需要应对大量即时协同的需求。
（2）涌现智能。对诸多单一物联网应用的集成能够提升对物理世界综合管理的水平，物联网后端的信息基础设施是产生放大效应的源泉。
（3）多维度动态变化。对物理世界的感知往往具有多个维度，并且是不断动态变化的，从而要求物联网后端的信息基础设施具有更高的适应能力。
（4）大数据量和实效性。物联网中涉及的传感信息具有大数据量、实效性等特征，对物联网后端信息处理带来诸多新的挑战。
云基础设施通过物理资源虚拟化技术，使得平台上运行的不同行业应用及同一行业应用的不同客户间的资源（存储、CPU等）实现共享，提供资源需求的弹性伸缩，通过服务器集群技术将一组服务器关联起来，使它们在外界从很多方面看起来如同一台服务器，从而改善平台的整体性能和可用性。
云平台是物联网运营平台的核心，实现了网络节点的配置和控制、信息的采集和计算功能，在实现上可以采用分布式存储、分布式计算技术，实现对海量数据的分析处理，以满足大数据量和实时性要求非常高的数据处理要求。物联网运营平台架构在云计算之上，既能够降低初期成本，又解决了未来物联网规模化发展过程中对海量数据的存储、计算需求。
云应用在技术上应通过应用虚拟化技术实现多租户，让一个物联网行业应用的多个不同租户共享存储、计算能力等资源，提高资源利用率，降低运营成本，而多个租户之间在共享资源的同时又相互隔离，保证了用户数据的安全性。
实时感应、高度并发、自主协同和涌现效应等特征决定了物联网后端信息基础设施应该具备的基本能力，我们需要有针对性地研究物联网特定的应用集成问题、体系结构及标准规范，特别是大量高并发事件驱动的应用自动关联和智能协作等问题。
云计算的IaaS、PaaS和SaaS的实施策略符合互联网服务的思想，在IaaS、PaaS和SaaS的基础上，随着信息基础设施的发展，服务计算的重要性将显得越加重要。针对物联网需求特征的优化策略、优化方法也将更多地以服务组合的形式体现，并形成物联网服务的新形态。因此，云计算作为物联网应用的重要支撑，将伴随着物联网应用的不断推进而发展，智能信息服务必将是下一个伟大的变革。