物联网技术及应用6.云计算与大数据

6.2.3 云计算的类型
云计算是一种计算资源的网络应用和服务模式，通常有3种基本类型，即公有云、私有 云和混合云。
企业
服务
服务
服务
传统IT系统
服务 私有云
公共云
混合云
图5-17 云计算模式示意图
➢ 公有云：企业通过自己的基础设施直 接向大众或者大行业提供的云服务。 目前，典型的公有云有微软的 Windows Azure Platform、亚马逊的 AWS、，以及国内的阿 里巴巴、用友和伟库网等。
✓云中心和云终端各司其职，各尽所能，从而 达到快捷高效。
✓总体来说，物联网边缘计算具有增加数据安 全性和应用性、降低运营成本、提高业务效 率和可靠性，增强无线通信的可扩展性等优 势。
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6.3.3 边缘计算的意义
➢减少网络等待时间，弥补云计算的远 端延迟。
➢充分利用空闲资源
➢节省云端能源消耗
能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。这种服务主要分为三种形式：
✓础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS） ✓平台即服务（Platform as a Service，PaaS） ✓软件即服务（Software as a Service，SaaS）
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➢ 私有云：企业自己使用的云，将云基 础设施与软硬件资源创建在防火墙内， 以供企业内各部门和分支机构共享的 数据资源。
➢ 混合云：企业提供给自己和客户共同 使用的云，它所提供的服务既可以供 别人使用，也可以供自己使用。
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2015-2021年我国云计算整体市场规模统计及增长情况：
图6-2 公有云市场统计
✓相对于云计算，边缘计算在降低数据传输延时、缓解网络拥堵、降低网络能耗以 及隐私保护等方面都有了很大提升。
✓边缘计算作为一个分布式和开放的IT基础结构工作，它不依赖于数据中心，专注 于分散处理，支持移动计算，有助于处理设备本身的数据。即使在远离完全网络 覆盖的情况下，也能够进行数据的处理、分析和执行。
✓Microsoft具有全世界数以亿计的Windows用户，通过Windows Live提供 云计算服务，实现一般的设备存储转移到任何时候都可以存储的模式。
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表6-1 三种典型云计算系统的比较
比较项目
Google 云计算架构
IBM云计算产品
Amazon弹性计算云
与传统软件的 兼容性
在搜索基础上建立的新的网络系统；采用了虚拟技术，既能运
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6.2.6 典型云计算平台（略） 6.2.7 云安全
➢云安全：是指通过网状的大量客户端对云网络中软件异常行为进行监测，获取互联网中 木马、恶意程序等“病毒”的最新信息，推送到服务器端进行自动分析和处理，再把病 毒和木马的解决方案分发到每一个客户端，以消除其攻击和影响。
➢策略构想：是使用者越多，每个使用者就越安全，因为如此庞大的用户群，足以覆盖互 联网的每个角落，只要新木马病毒一出现，就会立刻被截获。
✓ SaaS：是最为成熟、最出名，也是应用 最广泛的一种云计算，它通过Internet 提供软件服务，用户可以通过Internet 来访问和使用这些软件。
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➢技术体系：描述云计算平台的软硬件构成。有4个部分：
图6-9 云计算的技术体系
✓ 服务接口：是用户端与云端交互操作的入口。
✓ 服务管理中间件：位于云服务和服务器集群之 间，提供管理和服务即云计算组织体系中的管 理系统。
虚拟化 层
硬件即服务 HaaS(Hardware-as-a-Service)
云计算4层模型
云服务集合中的子服务
图6-7 云计算服务体系
✓ HaaS：服务器集群。
✓ IaaS：是通过互联网提供数据中心、基 础架构硬件和软件资源，还可以提供服 务器、操作系统、磁盘存储、数据库和 /或信息资源等。
✓ PaaS：提供基础架构，即将软件研发平 台作为一种服务，软件开发者可以在这 个平台上建设新的应用，或者扩展已有 的应用。
➢减轻网络流量压力，通过在边缘设备 上执行数据分析，可有效应对数据爆 炸，减轻网络的流量压力。边缘计算 能够缩短设备的响应时间，减少从设 备到云中心的数据流量，以便在网络 中更有效的分配资源。
➢实现末端智能计算，边缘节点不仅是 消费级的物联网终端，还可以通过分担 云计算的部分任务，增强云中心的计算 能力，在工业应用中发挥重要的作用。
➢狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用，广义云计算是指服务的交付和使用。 ➢核心思想：是将大量用网络连接起来的计算资源统一管理和调度，构成一个“像云一
样”的计算资源池（称为数据中心）向用户按需服务，提供资源的网络称为“云”。 ➢服务形式：云计算系统以免费或付费使用的形式向用户提供各种服务，它意味着计算
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➢服务体系：描述云计算对应提供的功能或服务类型。分为4个层次：
应用层
软件即服务 SaaS(Software-as-a-Service)
平台 层
平台即服务 PaaS(Platform-as-a-Service)
基础设施层
基础设施即服务 IaaS(Infrastructure-as-a-Service)
✓Amazon是互联网最大的在线零售商，研发了为企业提供计算和存储服务 的弹性计算云（Elastic Computing Cloud，E2C）和简单存储服务（ Simple Storage Service，3S）。
✓IBM早在2007年11月就推出了“改变游戏规则”的“蓝云（Blue Cloud， BC）”计划，为用户带来即买即用的云计算平台，被称为蓝色巨人。
➢应注意的安全问题：
✓应注意的安全问题 ✓虚拟化安全问题 ✓数据集中后的安全问题 ✓云平台可用性问题 ✓云平台遭受攻击的问题 ✓法律风险
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6.3 边缘计算
6.3.1 概述
➢边缘计算：就是在网络边缘节点侧（智能设备或数据源头），提供网络计算、存储、 分析和应用等能力，达到更快的网络服务响应和更安全的本地数据传输。
➢ 云计算（Cloud Computing，CC）是用来解决海量数据如何存储、 如何检索、如何使用、如何不被滥用等关键问题的一种新的信息处理 技术，是物联网发展的基石。
➢ 边缘计算（Edge Computing，EC）是指把计算和数据处理放在网络 的边缘端进行，是在靠近物体或数据源头的网络边缘侧，融合网络、 计算、存储、应用核心能力的开放平台，能够就近提供边缘智能服务 ，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安 全与隐私保护等方面的关键需求。
➢ 大数据（Big Data，BD）是一种海量数据服务业务，大数据技术是指 从各种各样类型的数据中，快速获得有价值信息的能力。
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6.2 云计算
6.2.1 概述
➢云计算是一种动态的、易扩展的、且通常是通过互联网提供虚拟化的资源计算方式， 是一种基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式。
✓ 腾讯云是腾讯公司倾力打造的云计算品牌，以卓 越科技能力助力各行各业数字化转型，为全球客 户提供领先的云计算、大数据、人工智能服务， 以及定制化行业解决方案。
✓UCloud(优刻得) ：成立于2012年3月，是中国知 名的中立云计算服务商，专注于提供可靠的企业 级云服务。
图6-1中国云计算的发展
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6.3.2 边缘计算的模式
➢云计算模式及存在的问题
数据 数据生产者
数据中心 （云端）
请求 结果
数据消费者
图6-13 传统云计算模式示意图
✓特点：数据的流程是，数据生产者产生并发送数据至数据中心，数据消费者发送请求 至数据中心，数据中心处理这些请求并发送处理结果，完成数据获取，所有的计算都 在数据中心（云端）完成。
图6-6 云计算的组织体系
✓ 云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也 是用户使用云的入口。
✓ 服务目录：云用户在取得相应权限后可以选择和 定制的服务列表。
✓ 管理系统和部署工具：为云用户提供管理和服务。
✓ 资源监控：监控和计量云系统资源的使用情况。
✓ 务器集群：虚拟的或物理的服务器，负责高并发 量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户 Web应用服务等。
➢核心：是将部分计算任务从云计算中心，迁移到产生源数据的边缘设备上，也就是将 物联网中的部分计算在网络边缘端执行，用下行数据来代替云服务，上行数据来代替 物联网服务。与云计算互相协同，共同助力各行各业的数字化转型。
➢基本理论：是数据计算发生在数据源的近段，边缘端设备将同时也是数据的生产者。 ➢特点：
✓ 虚拟化资源：指一些可以实现一定操作和具有 一定功能，但其本身是虚拟而不是真实的资源， 如计算池、存储池、网络池和数据库资源等， 通过软件技术来实现相关的虚拟化功能，包括 虚拟环境、虚拟系统、虚拟平台等。
✓ 物理资源：主要指能支持计算机正常运行的一 些硬件设备及技术，可以是价格低廉的PC，也 可以是价格昂贵的服务器及磁盘阵列等设备， 可以通过现有网络技术、分布式技术将分散的 计算机组成一个能提供超强功能的集群，用于 计算和存储等云计算操作。
云服务提供者
传统模式下是显示 器、鼠标和键盘
监控与管理资源 IT云
软件库
客户端
云计算的无线网 络，完成云服务的 信息传送
云计算模式下是简单的 本地硬件。如iphe，智 能手机等
图6-5 传统网络和云网络的模式对比
发布更新软件
6-4 云网络的工作模式
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6.2.5 云计算的体系结构
➢体系结构：包括组织体系、服务体系和技术体系。 ➢组织体系：即云计算平台，描述云计算的基础架构。
当前的软件还不能在该架构下运行，行传统软件又能提供新的
无兼容性。
云计算接口给新应用程序

开发。
采用了虚拟技术，可以 运行传统软件。
系统开放性 采用内部技术
采用开源技术
内部技术和开源技术的 结合
系统虚拟技术 未采用系统虚拟技术，只能支持新 采用开源 虚拟软件Xen
的采用
应用。
采用开源 虚拟软件Xen
目标用户
用户可以直接使用，同时提供网络 开发人员 应用 程序编程标准给开发人员。
开发人员
编程支持
提供网络应用程序编程标准
局部分布式应用程序编程 网络远程操作接口 接口
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➢在国内，阿里云是云计算的先导者，并以先发优势生，在云计算领域各占优一席之
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物联网技术及应用（第2版）
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第6章 云计算与大数据
【主要内容】
6.1 概述 6.2 云计算 6.3 边缘计算 6.4 大数据
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6.1 概述
➢ 云计算、边缘计算、大数据等，都是物联网大系统对不同海量数据存 储、处理、服务的具体理论、方法和技术。本章分别对这三种核心技 术的基本概念、原理、意义及典型应用进行分析和介绍。
图6-3私有云市场统计
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6.2.4 云计算的网络
➢云网络的突出特点：就是将数据资源由一对一，转换为多对多，实现充分共享的需求。
➢云网络的服务形式：
✓可以提供各类应用软件服务 ✓可以提供云计算、云存储服务 ✓可以提供开发平台接口服务 ✓可以提供商业服务和管理服务
客户端
客户端
客户端
➢云网络的工作模式： ➢传统网络与云网络模式比较：
6.2.2 云计算的发展
➢云计算的先行者：Google、Amazon、IBM、Microsoft等美国大公司。
✓Google是最大的云计算技术使用者。Google搜索引擎就建立和分布在30 多个站点、超过200万台服务器的支撑之上，而且这些设施的数量正在迅 猛增长，其开放式平台体现了云升到了空前 的高度。
✓ 阿里云：创立于2009年，是国内较为领先的云计 算及人工智能科技公司，致力于以在线公共服务 方式，提供安全、可靠的计算和数据处理能力， 让云存储服务，已覆盖主流PC和手机操作系统，
✓存在明显缺点：
• 当数据量过大时，会导致大量传输带宽和计算资源被占用，降低传输速度和网络效率； • 隐私保护问题也会成为制约物联网发展的障碍； • 一般网络移动终端设备，如智能手机，Pad、笔记本电脑等大多受电量限制。
➢ 边缘计算模式
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图6-14 边缘计算模式示意图
✓突出优势：终端设备既是数据消费者，也是 数据生产者。