探究云計算在校園物聯(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)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的又一項新技術(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)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》中提出，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)時代即將來臨，所有物體都可以通過Internet進行信息交換。云計算是利用互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計算設(shè)施、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序等)的一種新的計算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個虛擬的共享資源池中，再根據(jù)用戶的需求重新進行資源分配和組合，從而實現(xiàn)資源的扁平化管理團。云計算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，而物聯(lián)網(wǎng)又是云計算最大的用戶，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、管理、訪問這些數(shù)據(jù)成為各界關(guān)注的焦點。因此，本文把云計算技術(shù)和校園物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，利用云計算平臺處理校園物聯(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)的運營模式提供了有益參考。
1云計算及其特征
1. 1云計算
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，開始研究云計算的關(guān)鍵技術(shù)，其他國家的研究人員也對云計算開展了大量的研究工作。美國國家標準與技術(shù)研究院給出了云計算的定義:云計算是利用互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計算設(shè)施、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序等)的一種計算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個虛擬的共享資源池中，再根據(jù)用戶的需求重新進行資源分配和組合，實現(xiàn)資源的扁平化管理團。云計算可根據(jù)用戶的需求變化，動態(tài)地分配資源，部署于云計算平臺上的各種應(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)需要隨時申請或釋放共享資源，按需購買云計算資源，既提高了服務(wù)質(zhì)量，也降低了運營成本。
1. 2云計算的特性
云計算可以提供低成本的按需付費的服務(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。云計算模式可以檢測、控制和統(tǒng)計資源的使用情況，為用戶和服務(wù)商提供透明的服務(wù)使用量。與強調(diào)異構(gòu)資源共享的網(wǎng)格計算相比，云計算更強調(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，降低運行成本。云計算所具有的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、可擴展性等特點是組建校園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。云計算具有如下特性:
1)資源池化。云計算把計算設(shè)施、存儲設(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)重新進行資源分配和組合，實現(xiàn)資源的扁平化管理。
2)彈性服務(wù)。云計算能根據(jù)用戶的需求變化動態(tài)地分配資源，部署于云計算平臺上的各種應(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)致的資源浪費或服務(wù)質(zhì)量下降。
3)按需服務(wù)。云計算以服務(wù)的形式為用戶提供計算設(shè)施、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序等資源，根據(jù)用戶需求的.變化自動分配資源，提供用戶所需的服務(wù)。
4)計費服務(wù)。云計算模式可以監(jiān)控用戶的資源使用量，并根據(jù)用戶使用的資源進行計費。
5)泛在接入。用戶可使用各種終端設(shè)備隨時隨地訪問云計算服務(wù)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)即計算機的構(gòu)想。
1. 3云計算的核心服務(wù)層
在實際應(yīng)用中，云計算的核心服務(wù)層可劃分為3個子層:基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)。
IaaS層是由計算機和網(wǎng)絡(luò)組成的硬件，是云計算的基礎(chǔ)，能夠為用戶提供實體或虛擬的計算、存儲和網(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)中心是云計算的核心，也是IaaS層的主要研究對象，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。數(shù)據(jù)中心的資源規(guī)模及可靠性對上層云計算服務(wù)有非常重要的作用，用戶在使用IaaS層服務(wù)時，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)用平臺的數(shù)據(jù)量日趨龐大，PaaS層應(yīng)當具有海量數(shù)據(jù)的存儲與處理能力，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，進行信息的交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、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識和信息智能采集，對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，包括RFID標簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、UPS、二維碼標簽、RFID網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。該層的核心技術(shù)包括物品標識技術(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、電子標簽、傳感器節(jié)點、無線路由器、無線網(wǎng)關(guān)等。
物品標識技術(shù)是對物品編碼并進行識別的一項技術(shù)，按識別距離及是否需要電源，可分為接觸式標識技術(shù)、非接觸式標識技術(shù)、有源標識技術(shù)和無源標識技術(shù)。按識別距離及速度可分為近距離低速標識、中距離高速標識和遠距離高速標識。如條形碼、磁卡、IC卡和低頻RFID采用的是無源接觸式標識技術(shù);高頻、超高頻和微波RFID采用無源非接觸標識技術(shù);超高頻、微波RFID采用中距離高速標識技術(shù);有源RFID采用遠距離高速標識技術(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)融合與知識發(fā)掘、安全和保密技術(shù)、數(shù)據(jù)格式和標準化等。
應(yīng)用層主要用于實現(xiàn)物物互聯(lián)的應(yīng)用解決方案，對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)主要包括云計算服務(wù)、共性服務(wù)軟件的中間件、嵌入式一體化開發(fā)平臺、超級計算機硬件系統(tǒng)、軟硬件的I/O標準化等�？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，實現(xiàn)應(yīng)用大集成和管控營一體化，從而實現(xiàn)高效、節(jié)能、安全的社會服務(wù)。作為物聯(lián)網(wǎng)的核心，軟件和中間件，將同硬件設(shè)施一起推動整個物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
3云計算在校園物聯(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、計費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)可以實現(xiàn)現(xiàn)實世界與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境無縫連接，建立一個資源共享、數(shù)據(jù)傳遞安全、實驗設(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，實現(xiàn)學(xué)生的實時考勤和管理。在圖書館管理中，通過將RFID標簽嵌入圖書中，可以完成圖書的自主借閱。在物流管理中，可以對物資的流向和數(shù)量進行實時監(jiān)控，及時補充緊俏物資，提高物資分配效率。
3. 2云計算在校園物聯(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，迫切需要一個功能強大、低成本、有一定容錯功能、能夠處理海量數(shù)據(jù)的計算平臺。云計算平臺能夠?qū)π@物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行存儲、整合和管理，并為整個校園物聯(lián)網(wǎng)提供云計算服務(wù)，實現(xiàn)預(yù)測和決策，同時可反向控制這些傳感網(wǎng)絡(luò)，達到控制校園物聯(lián)網(wǎng)中客觀事物運動和發(fā)展進程的目的。新一代的云計算數(shù)據(jù)中心可以提供便捷的數(shù)據(jù)存儲，并能實現(xiàn)按需服務(wù)和智能均衡負載等功能，在計算、運營、維護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)云平臺設(shè)計
校園物聯(lián)網(wǎng)中的云計算架構(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、實驗設(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)場總線和無線局域網(wǎng)、校園網(wǎng)進行數(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)、計費管理系統(tǒng)等。
4結(jié)束語
本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)，設(shè)計了一個基于云計算技術(shù)的校園物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(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)，并對采集到的各種數(shù)據(jù)進行分類、傳輸、存儲和處理。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)計方法具有普遍性，因此為校園物聯(lián)網(wǎng)的運營模式設(shè)計提供了有益參考。在下一步的改進中，可以拓展云計算在校園物聯(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行深入研究。
【探究云計算在校園物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用論文】相關(guān)文章：
微課在中職計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用探究12-13
《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》教學(xué)應(yīng)用探究12-14
案例教學(xué)在計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用論文01-02
淺談行動導(dǎo)向教學(xué)模式在計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用12-14
關(guān)于概念圖在計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課中的應(yīng)用12-13
微課教學(xué)在中職計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用12-13
項目教學(xué)法在中職計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用12-12