探究云計(jì)算在校園物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用論文

　　以信息網(wǎng)絡(luò)為核心的新技術(shù)革命，不斷改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的又一項(xiàng)新技術(shù)。1995年，比爾.蓋茨提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，之后麻省理工大學(xué)和Auto-ID也提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。2005年，國際電信聯(lián)盟在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》中提出，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將來臨，所有物體都可以通過Internet進(jìn)行信息交換。云計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等)的一種新的計(jì)算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個(gè)虛擬的共享資源池中，再根據(jù)用戶的需求重新進(jìn)行資源分配和組合，從而實(shí)現(xiàn)資源的扁平化管理團(tuán)。云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，而物聯(lián)網(wǎng)又是云計(jì)算最大的用戶，二者的融合可謂，相輔相成，是物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的方向。近年來，隨著校園物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，如何有效的存儲(chǔ)、管理、訪問這些數(shù)據(jù)成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，本文把云計(jì)算技術(shù)和校園物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，利用云計(jì)算平臺(tái)處理校園物聯(lián)網(wǎng)中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，滿足了校園物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，該研究為校園物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營模式提供了有益參考。

　　1云計(jì)算及其特征

　　1. 1云計(jì)算

　　隨著電子商務(wù)、數(shù)字城市、在線視頻及物聯(lián)網(wǎng)等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要處理。為解決此問題，2006年，Google和Amazon等公司提出了云計(jì)算的構(gòu)想，2007年斯坦福大學(xué)等多所高校與Google和IBM等公司合作，開始研究云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)，其他國家的研究人員也對(duì)云計(jì)算開展了大量的研究工作。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院給出了云計(jì)算的定義:云計(jì)算是利用互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等)的一種計(jì)算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個(gè)虛擬的共享資源池中，再根據(jù)用戶的需求重新進(jìn)行資源分配和組合，實(shí)現(xiàn)資源的扁平化管理團(tuán)。云計(jì)算可根據(jù)用戶的需求變化，動(dòng)態(tài)地分配資源，部署于云計(jì)算平臺(tái)上的各種應(yīng)用也需要根據(jù)資源的變化做出響應(yīng)。用戶采用云計(jì)算模式，可以屏蔽數(shù)據(jù)中心管理、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用程序部署等問題，并根據(jù)需要隨時(shí)申請(qǐng)或釋放共享資源，按需購買云計(jì)算資源，既提高了服務(wù)質(zhì)量，也降低了運(yùn)營成本。

　　1. 2云計(jì)算的特性

　　云計(jì)算可以提供低成本的按需付費(fèi)的服務(wù)方式，可以快速、彈性地獲得服務(wù)。服務(wù)提供商的資源被聚集在一個(gè)虛擬的共享資源池中，并通過多租戶模式為用戶提供物理或虛擬化的資源。云計(jì)算模式可以檢測(cè)、控制和統(tǒng)計(jì)資源的使用情況，為用戶和服務(wù)商提供透明的服務(wù)使用量。與強(qiáng)調(diào)異構(gòu)資源共享的網(wǎng)格計(jì)算相比，云計(jì)算更強(qiáng)調(diào)大規(guī)模共享資源池資源的分享，可以提高資源的復(fù)用率，降低運(yùn)行成本。云計(jì)算所具有的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)是組建校園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。云計(jì)算具有如下特性:

　　1)資源池化。云計(jì)算把計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等資源以共享資源池的方式聚集在一起統(tǒng)一管理。根據(jù)用戶的需求，利用虛擬化技術(shù)重新進(jìn)行資源分配和組合，實(shí)現(xiàn)資源的扁平化管理。

　　2)彈性服務(wù)。云計(jì)算能根據(jù)用戶的需求變化動(dòng)態(tài)地分配資源，部署于云計(jì)算平臺(tái)上的各種應(yīng)用也能夠根據(jù)資源的變化做出響應(yīng)，減少或避免了因服務(wù)器性能冗余或過載而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)或服務(wù)質(zhì)量下降。

　　3)按需服務(wù)。云計(jì)算以服務(wù)的形式為用戶提供計(jì)算設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)用程序等資源，根據(jù)用戶需求的.變化自動(dòng)分配資源，提供用戶所需的服務(wù)。

　　4)計(jì)費(fèi)服務(wù)。云計(jì)算模式可以監(jiān)控用戶的資源使用量，并根據(jù)用戶使用的資源進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

　　5)泛在接入。用戶可使用各種終端設(shè)備隨時(shí)隨地訪問云計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)即計(jì)算機(jī)的構(gòu)想。

　　1. 3云計(jì)算的核心服務(wù)層

　　在實(shí)際應(yīng)用中，云計(jì)算的核心服務(wù)層可劃分為3個(gè)子層:基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。

　　IaaS層是由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成的硬件，是云計(jì)算的基礎(chǔ)，能夠?yàn)橛脩籼峁��?shí)體或虛擬的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等海量的硬件資源，并通過虛擬化技術(shù)為用戶提供彈性、按需、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的核心，也是IaaS層的主要研究對(duì)象，Google，F(xiàn)acebook等許多公司都把數(shù)據(jù)中心的管理和優(yōu)化等問題作為研究和建設(shè)的重點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心的資源規(guī)模及可靠性對(duì)上層云計(jì)算服務(wù)有非常重要的作用，用戶在使用IaaS層服務(wù)時(shí)，需要提供基礎(chǔ)設(shè)施的配置信息、程序代碼及相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)。

　　PaaS層作為云計(jì)算核心服務(wù)層的中間層，既需要為SaaS層提供簡單可靠的分布式編程框架，也需要為IaaS層提供信息調(diào)試、數(shù)據(jù)管理等服務(wù)。PaaS層將軟件研發(fā)的平臺(tái)作為一種服務(wù)，程序開發(fā)者只需上傳程序代碼和數(shù)據(jù)即可使用服務(wù)，而無需關(guān)注底層硬件管理等問題。由于電子商務(wù)、數(shù)字城市、在線視頻及物聯(lián)網(wǎng)等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)的數(shù)據(jù)量日趨龐大，PaaS層應(yīng)當(dāng)具有海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理能力，并能利用有效的資源管理與調(diào)度策略提高海量數(shù)據(jù)的處理效率。

　　SaaS層是云計(jì)算核心服務(wù)層的最高層，是一種通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件的模式，直接而向云計(jì)算終端用戶提供基于互聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用服務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，SaaS層的應(yīng)用發(fā)展非常迅速，用戶可以向供應(yīng)商租用基于Web的各種應(yīng)用，而無需考慮服務(wù)器的管理和維護(hù)等問題。

　　2物聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)

　　2. 1物聯(lián)網(wǎng)的概念

　　1995年，比爾·蓋茨提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，之后麻省理工大學(xué)、美國的auto-ID和國際電信聯(lián)盟也先后提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。同年，IBM公司提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的智慧地球的概念。2009年，中國將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列入國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過射頻識(shí)別(RFID)紅外感應(yīng)、激光掃描、全球定位等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息的交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)困，其技術(shù)基礎(chǔ)和核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

　　2. 2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

　　國際電信聯(lián)盟定義的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要用于物品標(biāo)識(shí)和信息智能采集，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，包括RFID標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、UPS、二維碼標(biāo)簽、RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。該層的核心技術(shù)包括物品標(biāo)識(shí)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等;涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)、無線路由器、無線網(wǎng)關(guān)等。

　　物品標(biāo)識(shí)技術(shù)是對(duì)物品編碼并進(jìn)行識(shí)別的一項(xiàng)技術(shù)，按識(shí)別距離及是否需要電源，可分為接觸式標(biāo)識(shí)技術(shù)、非接觸式標(biāo)識(shí)技術(shù)、有源標(biāo)識(shí)技術(shù)和無源標(biāo)識(shí)技術(shù)。按識(shí)別距離及速度可分為近距離低速標(biāo)識(shí)、中距離高速標(biāo)識(shí)和遠(yuǎn)距離高速標(biāo)識(shí)。如條形碼、磁卡、IC卡和低頻RFID采用的是無源接觸式標(biāo)識(shí)技術(shù);高頻、超高頻和微波RFID采用無源非接觸標(biāo)識(shí)技術(shù);超高頻、微波RFID采用中距離高速標(biāo)識(shí)技術(shù);有源RFID采用遠(yuǎn)距離高速標(biāo)識(shí)技術(shù)。

　　網(wǎng)絡(luò)層主要用于傳遞和處理感知層獲取的信息，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)海系統(tǒng)。通信系統(tǒng)包括移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、廣電網(wǎng)、行業(yè)專網(wǎng)及形成的融合網(wǎng)絡(luò)等;數(shù)據(jù)海系統(tǒng)主要有海量多媒體數(shù)據(jù)存取系統(tǒng)、跨媒體搜索、數(shù)據(jù)融合與知識(shí)發(fā)掘、安全和保密技術(shù)、數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)化等。

　　應(yīng)用層主要用于實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)的應(yīng)用解決方案，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括云計(jì)算服務(wù)、共性服務(wù)軟件的中間件、嵌入式一體化開發(fā)平臺(tái)、超級(jí)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟硬件的I/O標(biāo)準(zhǔn)化等�？刂葡到y(tǒng)主要包括人工智能技術(shù)、無人裝備、新型調(diào)節(jié)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、管道系統(tǒng)控制技術(shù)等。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是把現(xiàn)有的智能物品和子系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用大集成和管控營一體化，從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、安全的社會(huì)服務(wù)。作為物聯(lián)網(wǎng)的核心，軟件和中間件，將同硬件設(shè)施一起推動(dòng)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

　　3云計(jì)算在校園物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

　　3. 1物聯(lián)網(wǎng)在校園中的應(yīng)用

　　隨著校園網(wǎng)中無線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在高校的教學(xué)管理、學(xué)生管理、圖書館管理、物流管理、人事管理、計(jì)費(fèi)管理叫等工作中的應(yīng)用越來越廣泛。在教學(xué)中，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境無縫連接，建立一個(gè)資源共享、數(shù)據(jù)傳遞安全、實(shí)驗(yàn)設(shè)施管理智能化的教學(xué)環(huán)境。在學(xué)生管理中，通過將RFID標(biāo)簽嵌入學(xué)生的校園一卡通中，可以確定學(xué)生所處的位置，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的實(shí)時(shí)考勤和管理。在圖書館管理中，通過將RFID標(biāo)簽嵌入圖書中，可以完成圖書的自主借閱。在物流管理中，可以對(duì)物資的流向和數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)補(bǔ)充緊俏物資，提高物資分配效率。

　　3. 2云計(jì)算在校園物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

　　隨著校園物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也越來越多，因此，迫切需要一個(gè)功能強(qiáng)大、低成本、有一定容錯(cuò)功能、能夠處理海量數(shù)據(jù)的計(jì)算平臺(tái)。云計(jì)算平臺(tái)能夠?qū)π�園物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、整合和管理，并為整個(gè)校園物聯(lián)網(wǎng)提供云計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)和決策，同時(shí)可反向控制這些傳感網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到控制校園物聯(lián)網(wǎng)中客觀事物運(yùn)動(dòng)和發(fā)展進(jìn)程的目的。新一代的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心可以提供便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并能實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)和智能均衡負(fù)載等功能，在計(jì)算、運(yùn)營、維護(hù)等多方而滿足了校園物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求。

　　3. 3校園物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　校園物聯(lián)網(wǎng)中的云計(jì)算架構(gòu)可劃分為感知層、傳輸層、支撐層和應(yīng)用層。感知層是整個(gè)校園物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末稍，主要用來完成各種信息(胸卡、一卡通、圖書、桌椅、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、車輛等)的收集和簡單處理;傳輸層的主要作用是把感知層簡單處理過的信息進(jìn)行匯聚并向上層傳輸，完成信息的傳輸、交互和匯聚。校園物聯(lián)網(wǎng)主要通過現(xiàn)場(chǎng)總線和無線局域網(wǎng)、校園網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯聚;支撐層主要包括各種基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)、基礎(chǔ)管理和基礎(chǔ)資源，支撐應(yīng)用層的運(yùn)行。如基本業(yè)務(wù)、信息服務(wù)、管理控制、數(shù)據(jù)交換、應(yīng)用程序、中間件、操作系統(tǒng)、虛擬服務(wù)器、物理服務(wù)器等;應(yīng)用層是云計(jì)算架構(gòu)的最高層，主要完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)呈現(xiàn)的工作，根據(jù)校園物聯(lián)網(wǎng)中不同用戶的不同需求，可以把相關(guān)服務(wù)組合成能夠滿足用戶需求的應(yīng)用子系統(tǒng)。如學(xué)校人事管理系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)等。

　　4結(jié)束語

　　本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云計(jì)算技術(shù)的校園物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以把校園中的各種數(shù)據(jù)納入物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、傳輸、存儲(chǔ)和處理。既滿足了校園物聯(lián)網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)的處理要求，又降低了校園物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營成本，使校園服務(wù)高效、節(jié)能、安全。由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有普遍性，因此為校園物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營模式設(shè)計(jì)提供了有益參考。在下一步的改進(jìn)中，可以拓展云計(jì)算在校園物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用模式，在可用性、可靠性、規(guī)模彈性和成本能耗等方而進(jìn)行深入研究。

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