详解云计算、物联网和大数据

01 云计算

云计算是指能够针对共享的可配置计算资源，按需提供方便的、泛在的网络接入的模型。上述计算资源包括网络、服务器、存储、应用和服务等，这些资源能够快速地提供和回收，而所涉及的管理开销要尽可能小。

具体来说，云模型包含五个基本特征、三个服务模型和四个部署模型。

五个基本特征：

▪按需自助服务（on-demand self-service）

▪广阔的互联网访问（broad network access）

▪资源池（resource pooling）

▪快速伸缩（rapid elasticity）

▪可度量的服务（measured service）

三个服务模型：

▪软件即服务（Software as a Service，SaaS）

▪平台即服务（Platform as a Service，PaaS）

▪基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）

四个部署模型：

▪私有云（private cloud）

▪社区云（community cloud）

▪公有云（public cloud）

▪混合云（hybrid cloud）

一般来说，云计算可以被看作通过计算机通信网络（例如互联网）来提供计算服务的分布式系统，其主要目标是利用分布式资源来解决大规模的计算问题。

云中的资源对用户是透明的，用户无须知晓资源所在的具体位置。这些资源能够同时被大量用户共享，用户能够在任何时间、任何地点访问应用程序和相关的数据。

云计算的体系结构如图1-3所示，还对三个服务模型进行了阐述。

图1-3 云计算的体系结构

1. 基础设施即服务

这项服务是云计算提供的最简单的内容，其涉及大规模的计算资源的交付，这些计算资源包括存储空间、运算能力和网络带宽等。

基础设施即服务的主要优势是按次付费、安全性以及可靠性，因此也被称

为硬件即服务（Hardware as a Service，HaaS）。

2. 平台即服务

这项服务为云计算提供了应用程序的接口。对于云计算来说，基础设施即

服务在很多应用场景下能力不足。

随着网络应用程序数的井喷式增长，平台即服务的相关研究与应用逐步涌现。很多全球性的跨国公司都不约而同地寻求在云计算平台方面称霸，就像微

软在个人电脑领域所处的地位一样。

3. 软件即服务

这项服务旨在提供终端用户可以直接使用的服务，这里的服务可以理解为

部署在互联网上的软件。这样的服务模式在很大程度上替代了在个人电脑上运

行的传统应用程序。

02 物联网

物联网技术栈由三个核心层构成，即物/设备层、连接层和物联网云层，详情如图1-4所示。

图1-4 物联网的技术栈

在物/设备层，诸如传感器、执行器等物联网特定的硬件可以被添加至已有的核心硬件中，嵌入式的软件可以被修改或集成进已有的系统，以便管理和操

作具体的设备。

在连接层，由通信协议来实现单个物/设备与云之间的通信，例如消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）协议。

在物联网云层，设备通信协议和管理软件用来协调、提供和管理互相连接

的物/设备，由应用平台来实现物联网应用程序的开发和执行。此外，物联网云层还引入了分析与数据管理软件来存储、处理和分析由物/设备产生的数据。针

对跨物/设备、人员和系统的过程监测，引入了过程管理软件来进行定义和执行。对于给定的目的，由物联网应用程序软件来协调物/设备、人员和系统之间的交互。

在上述三层的全域范围内，还存在特定的软件构件来对物联网体系整体的

身份和安全进行管理，以及提供与商业系统和外部信息源的集成，常见的商业

系统和外部信息源类型有企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）系统和客户关系管理（CRM）系统，外部信息源通常是指来自第三方的信息。

在谈论物联网技术时，“物联网平台”（IoT platform）是一个提及频次很高

的概念。在计算领域，术语“平台”是一个相对广泛的概念，有些文献将平台

定义为一组有机结合起来的技术，基于这些技术，能够开发其他的应用程序。

物联网平台本质上是软件产品，其提供大量与应用程序无关的功能，利用这些

功能可以构建物联网应用程序。对于各种不同的物联网平台，其提供者所侧重

的物联网技术不同，因此所提供的功能集合也是不同的。

换言之，物联网平台的配置没有统一的标准，但是存在众多针对不同领域

特定需求的物联网平台。

将云计算与物联网进行对比分析，给出了两个技术领域的互补方面，详情

如表1-1所示。

表1-1 云计算与物联网的互补方面

一般来说，物联网能够在云计算的虚拟形式的无限计算能力和资源上补偿

自身的技术性限制（例如存储、计算能力和通信能力）。

云计算能够为物联网中服务的管理和组合提供高效的解决方案，同时能够

实现利用物联网中产生的数据的应用程序和服务。对于物联网来说，云计算能

够以更加分布式的、动态的方式来扩展其能处理的真实世界中物/设备的范围，进而交付大量实际生活中的场景所需要的服务。

在多数情况下，云计算能够提供物与应用程序之间的中间层，同时将实现

应用程序所必需的复杂性和功能都隐藏起来，这将影响未来的应用程序开发。

在未来的多云环境下，应用程序的开发面临着来自信息的收集、处理和传输等

方面的新挑战。

物联网在工业领域的应用涵盖了众多方面，例如自动化、优化、可预测制造、运输等。

制造（manufacturing）是物联网在工业领域最大的市场，涉及软件、硬件、连通性和服务等。随着物联网的引入，由原料、工件、机器、工具、库存和物