物联网与云计算（共4篇）
物联网与云计算 篇1
“我们的世界正变得可以度量, 我们的世界正变得相互关联, 一切都正在变得更加智能”。2005年11月17日, 在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS) 上, 国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005:物联网》, 应用了物联网的概念。报告指出, 无所不在的物联网通信时代即将来临, 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网进行信息交换。2006年, 谷歌首次提出“云计算”的概念, 在业界引起了很大反响。无论承认与否, 它们的出现都将极大地改变我们的生活。
事实上, 物联网是互联网向物理世界的延伸, 它将网络的终端由IT设备扩展到生活中的任何物品。对于互联网上的IT设备和资源, 云计算技术可以对其进行统一整合和管理。
一、概述
1.1物联网
物联网 (The Internet of things) 是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义, 物联网就是“物物相连的互联网”。它是通过射频识别 (RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备, 按约定的协议, 把任何物体与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网由感知层、传输层和应用层组成。感知层用于实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制, 并通过通信终端模块将物理实体连接到网络层和应用层。传输层主要实现信息的传递、路由和控制, 包括接入网和核心网, 可以依托于公共电信网和互联网, 或者行业专业通信网络。应用层包括应用基础设施、中间件和各种物联网应用。
物联网产业覆盖了传感感知、传输通道、运算处理、行业应用等领域, 其应用领域从面向企业的智能交通、电力抄表等扩展到了面向公众的个人医疗、智能家居等遍及各行各业, 但目前还处在创新起步阶段。
1.2云计算
云计算概念是由Google提出的。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式, 指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源;广义云计算是指服务的交付和使用模式, 指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的, 也可以是任意其他的服务, 它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功能。
云计算的基本原理是, 通过虚拟化技术使计算分布在大量的分布式计算机上, 这使得企业能够将资源切换到需要的应用上, 根据需求访问计算机和存储系统。
虚拟化、弹性规模扩展、分布式存储、分布式计算和多租户是云计算的关键技术。
1.3物联网与云计算对比分析
通过以上分析可知, 物联网就是互联网通过传感网络向物理世界的延伸, 它的最终目标就是对物理世界进行智能化管理。物联网的这一使命, 也决定了它必然要由一个大规模的计算平台作为支撑。
由于云计算从本质上来说就是一个用于海量数据处理的计算平台, 因此, 云计算技术是物联网涵盖的技术范畴之一。随着物联网的发展, 未来物联网将势必产生海量数据, 而传统的硬件架构服务器将很难满足数据管理和处理要求。如果将云计算运用到物联网的传输层与应用层, 采用云计算的物联网, 将会在很大程度上提高运行效率。可以说, 如果把物联网当作一台主机的话, 云计算就是它的CPU。
二、物联网与云计算的融合
云计算与物联网各自具备很多优势, 如果把云计算与物联网结合起来构造成物联网云, 我们可以看出, 云计算其实就相当于一个人的大脑, 而物联网就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢等。云计算与物联网的融合方式我们可以分为以下几种:
(1) 单中心, 多终端。此类模式分布范围的较小, 各物联网终端 (传感器、摄像头或3G手机等) 把云中心或部分云中心作为数据/处理中心, 终端所获得信息、数据统一由云中心处理及存储, 云中心提供统一界面给使用者操作或者查看。这类应用的云中心一般为私有云, 可提供海量存储和统一界面、分级管理等功能, 对日常生活提供较好的帮助。主要应用在小区及家庭的监控、某些公共设施的保护等方面。
(2) 多中心, 大量终端。多中心、大量终端的模式较适合区域跨度加大的企业、单位。有些数据或者信息需要及时甚至实时共享给各个终端的使用者也可采取这种方式。这个模式的前提是我们的云中心必须包括公共云和私有云, 并且他们之间的互联没有障碍。这样, 对于保密性要求很高的事情, 就可以较好地达到保密要求而又不影响信息的传播。
(3) 信息、应用分层处理, 海量终端。这种模式可以针对用户的范围广、信息及数据种类多、安全性要求高等特征来打造。对需要大量数据传送, 但是安全性要求不高的, 如视频数据、游戏数据等, 我们可以采取本地云中心处理或存储。对于计算要求高, 数据量不大的, 可以放在专门负责高端运算的云中心里。而对于数据安全要求非常高的信息和数据, 我们可以放在具有灾备中心的云中心里。
三、物联网云平台构建及使用模式
3.1物联网云平台架构设计
物联网云的系统架构主要包含物联网云的硬件虚拟化框架、感知层设备、物联网应用中间件以及服务管理。各部分共同构成物联网应用的平台, 为物联网应用的运营管理人员和终端用户服务。
(1) 硬件虚拟化框架
硬件虚拟化框架定义了云计算平台所管理的服务器、存储设备、网络设备等物理硬件资源及相应的虚拟化方法和技术, 并将上述资源以虚拟化的方式交付给用户。
通过虚拟化技术的引入, 使运营在物联网云平台上的不同用户之间可以共享资源;提供弹性伸缩的资源需求, 在降低运营成本的同时提高服务质量;引入服务器集群技术, 提高物联网云平台的整体性能。
(2) 感知层设备
感知层是物联网的皮肤和五官, 主要用于识别物体、采集信息。感知层设备包括二维标签码和识读器、RFID标签和读写器、传感器终端以及实现终端互联互通的传感网络。感知设备通过网络接入云计算平台, 并由物联网应用的中间件对其进行管理。
通过感知层设备, 物联网可以给物体赋予“智能”, 实现对物体的感知, 人与物体的沟通和对话, 也可以实现物体与物体间的沟通和对话。
感知层涉及的关键技术有射频技术 (RFID) 、传感网络技术、纳米技术、智能嵌入技术等。
(3) 物联网应用中间件
中间件是位于平台 (硬件和操作系统) 和应用之间的通用服务, 针对不同的操作系统和硬件平台, 他们可以有符合接口和协议规范的多种实现。中间件是物联网应用中的关键软件部件, 是衔接相关硬件设备和业务应用的桥梁, 其主要功能是屏蔽异构性、实现互操作和信息的预处理等。在物联网云平台中, 物联网中间件与云计算相结合, 利用虚拟化技术全面实现资源整合, 这样, 不仅能解决物联网中海量信息的过滤、整合、存储问题, 还能解决物联网中不同应用系统的互操作问题。
在物联网云平台中, 物联网应用的中间件主要实现终端设备接入、RFID/传感器事件管理、数据存储以及物联网应用等功能, 它包含一系列相关的中间件产品。
(4) 服务管理
服务管理是物联网云平台的核心架构, 主要包括物联网云的自助服务门户/管理员门户、物联网应用和服务的生命周期管理。通过服务管理, 服务提供商可以对IT物理硬件和虚拟化资源进行管理, 用户可以通过自助服务门户进行业务定制、修改等操作;物联网云的服务管理还包括对感知设备的体系架构、事件以及分布式架构数据平台的管理、数据备份及恢复机制等功能。
3.2物联网云使用模式
(1) 物联网应用的开发/测试平台
对于物联网应用的开发商而言, 如何快速获得物联网应用的开发和测试环境是其提高生产效率的关键。因此, 物联网云的虚拟化资源和物联网应用中间件, 可以为物联网应用开发商快速提供所需的应用开发和测试环境以及应用基础平台, 加速物联网应用的开发和测试周期。
(2) 物联网应用的运营平台
物联网应用的运营商希望在其基础平台上同时部署和运营多个物联网应用, 从而利用应用的规模化效应来降低运营成本。其中, 采用共享的终端设备接入和数据存储是其降低成本的重要方式。利用物联网应用的中间件, 物联网云可以作为物联网设备的事件捕获和数据存储平台, 以支持物联网应用的规模化运营。
(3) 物联网应用的在线应用平台
对于用户而言, 快速获取符合自身业务要求的物联网应用是其主要需求。物联网云可以提供满足人员或资产定位、物流追溯、业务流程监控和优化以及数据分析等多种场景的物联网应用。如:物联网应用用户登录云计算平台, 从物联网云的服务目录中选择自己所需的物联网应用场景;云计算平台对所申请的应用场景进行自动化部署和配置, 并将应用的访问信息返回给物联网应用用户;最后, 物联网应用用户将其终端设备接入云计算平台, 就可以开始物联网应用的使用。
四、结束语
云计算与物联网的结合是互联网络发展的必然趋势, 它将引导互联网和通信产业的发展, 并将在3~5年内形成一定的产业规模。物联网云的出现使得物联网应用的开发商快速获得其应用所需的开发测试环境, 从而专注于核心业务的研究;使得物联网应用的运营商进行大规模的服务运营, 降低服务成本, 同时, 使得更多用户能够在物联网云的平台上方便的获取所需的物联网应用, 有助于物联网应用的广泛使用和推广。尤为重要的是, 物联网云可以作为应用的孵化和交付平台, 吸引更多的物联网应用开发商加入, 从而使整个云计算平台上的物联网应用不断更新和丰富, 促进产业的良性循环和发展。
摘要：物联网与云计算是近年来兴起的两个不同的概念。通过对两种技术进行对比分析, 研究了物联网与云计算三种融合方式和物联网云平台的建设需求, 提出物联网云的概念, 最后给出了物联网云平台体系架构设计方案和物联网云的使用模式。
关键词：物联网,云计算,融合,物联网云
物联网与云计算 篇2
2012无锡市物联网与云计算应用示范
项目申报指南
一、支持方向
支持列入《无锡市推进“智慧城市”建设三年行动计划》的物联网重点应用示范项目，支持云计算应用示范项目，项目实际投入不少于500万元，实施方案技术先进，有较为完善的解决方案和较好的应用前景。
二、申报条件
（一）申报单位条件
1、符合《通知》申报单位的基本条件；
2、申报单位为具备相应资质的独立法人，具备承担物联网与云计算应用示范项目的良好基础和条件；
3、承建应用示范项目的单位应不少于2个，其中主承建单位应为本市注册单位，鼓励企业与市内高校科研机构联合承建。
（二）申报项目条件
符合《通知》申报项目的基本条件，另外还应符合以下要求：
1、项目的实施地点在我市行政区域内，投资人为企业法人；
2、采用云计算平台、分布式架构和模块化设计，安全可控，具有可配置性、扩展性、兼容性和持续升级能力，能够适应用户规模增长、新应用配置和新业务需求的不断变化；
3、主要支持列入《无锡市推进“智慧城市”建设三年行动计划》的应用示范。项目主要领域如下：
（1）智能工业。包括智能工厂、智能用能管理、智能装备远程监控等方面的应用。
（2）智能农业。包括物联网在大田作物、设施作物、畜禽水产养殖、农产品全生命周期质量安全与溯源等方面的应用。
（3）智能交通。包括物联网在车辆定位与调度、车辆远程监测与服务、智能交通管理、停车诱导、交通信息服务、重大交通基础设施监测与预警等方面的应用。
（4）智能医护。包括物联网在健康管理（含健康监护、慢病监护）、智能医院（含物流监管、移动医疗、重点人员识别跟踪、远程医疗）等方面的应用。
（5）智能城市安全与管理。包括物联网在公共场所安全、危险品使用及转运等方面的应用。
（6）智能电力。包括物联网在电力设施状态监测、电力设施智能巡检、用电信息采集等方面的应用。
（7）智能物流。包括物联网在物流仓储与运输、重要物资质量安全监测与溯源（含农用物资，对存储、运输有特殊要求的医药、高端精密仪器）方面的应用。
（8）智能环保。包括物联网在水质监测监控、污染源管理、环境空气质量自动监测等方面的应用。
（9）智能家居。应当至少包括家庭、小区、社区服务等方面的应用。
4、云计算示范项目。重点支持IAAS、PAAS、SAAS服务引领产业发展方向的云计算应用示范项目；
5、项目完成后能形成标准、规范和可复制、易推广的应用模式或商业模式，具有良好的经济社会效益和推广价值，对全市物联网与云计算产业发展有较强的带动作用；
6、项目技术设备投资中，原则上本地化采购率不低于60%。
三、申报材料
1、无锡市科技创新与产业升级引导资金项目申请表；
2、无锡市物联网与云计算应用示范项目申报书；
3、申报单位营业执照及事业单位法人证书复印件（须加盖申报单位公章）；
4、申报单位财务制度及会计师事务所出具的2011审计报告（含主要财务报表、附注等）复印件；
5、单位自筹资金的证明（包括银行近期存款证明或经法定机构评估的项目前期资金投入证明和企业用款说明等，适用于需自筹资金的项目）；
6、项目技术设备投资中的本地物联网与云计算相关产品清单及发票复印件；
7、申报单位与各承建单位的合同或合作协议；
8、无锡市公共信用信息中心出具的《信用信息查询意见表》；
9、无锡市科技创新与产业升级引导资金配套承诺函；
基于物联网与云计算的智能化电台 篇3
发射台既有高精尖的卫星接收系统, 又有大功率自动化的发射机系统以及各种各样先进的、自动化的附属设备;同时还包括有保障它正常运作的, 不可缺少的办公、后勤、安保等公共系统。过去, 这些系统“各自为政, 纷繁复杂”, 效率低下。当今物联网、云技术、嵌入式等技术飞速发展, 如何借助新技术, 盘活整个系统, 创建一个基于物联网和云计算的智能化电台, 已迫在眉睫。
2智能化电台的理念和主要功能
2.1智能化电台理念
所谓智能化电台, 是强化互联网思维, 依托移动互联和云计算技术的物联网应用, 坚持以内容建设为根本、机制创新为动力的新理念, 归纳起来, 主要集中于如下三点。
第一, 智能化电台的建设必然依托于以物联网技术为主的信息技术。它是发射台信息化的高级阶段, 必然涉及信息技术的创新应用, 而信息技术则是以物联网、云计算、移动互联和大数据等新兴热点技术为核心的。
第二, 智能化电台是一个复杂的、相互作用的系统。在这个系统中, 信息技术与其他资源要素优化配置, 并共同发生作用, 促使发射台更加智能化地运行。
第三, 智能化电台是新时期发射台发展的新兴模式。鉴于发射台的性质和任务, 它既是一个国家的宣传机器, 又是一个电磁波生产的工厂;既有政府部门五脏六腑的组织机构, 又有高质量不间断的播出体系;既有代表高精尖的传输发射设备, 又有保障这些设备安全稳定运行的工程技术人员。总之, 发射台既有工作环境, 又有生活环境;既有服务对象, 又有被服务的群体。智能化电台的本质在于信息化技术在发射台的高度融合, 是电台信息化向更高阶段发展的具体体现。
智能化电台包含有智能化技术、智能化 (应用) 项目、智能化服务、智能化管理、智能化人文、智能化生活、智能化基础设施等内容。对智能化电台建设而言, 智能化技术的创新是手段和驱动力, 智能化 (应用) 项目是载体, 智能化服务、智能化管理、智能化人文、智能化生活、智能化基础设施是目标。具体说来, 智能化 (应用) 项目体现在:发射机智能化运行、节目源的智能化收转、电力系统和天馈线系统的智能化管理等。智能化基础设施体现在智能化办公、智能化食堂、智能化课堂、智能化台区、智能化宿舍、智能化环境等诸多方面。
2.2智能化电台的主要功能
智能化电台的主要功能应包括智能化生活环境、智能化工作环境、智能化应用等, 主要是依托物联网的信息传递以及云计算数据的获取和处理, 对电台进行统一管理。
2.3智能化电台需要解决的几个问题
基于物联网的智能化电台是一整套复杂的系统工程, 在软硬件平台的搭建上, 我们需要解决如下几个方面的问题。
2.3.1感知层
感知层由各种传感器及传感器网关组成, 该层就是全面感知, 让物如同人一样拥有视觉、听觉、嗅觉, 是物联网进行识别物体和采集信息的来源, 包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、传感器网络和传感器网关等设备, 在这一层次主要是实现感知和识别物体, 采集和捕获整个电台的运行管理信息, 储如道路、环境的视频监控、设备电气指标、工作人员的地理位置信息等。
2.3.2网络层
网络层就像人的神经中枢和大脑, 通过该层可以利用现有的各种无线和有线通信技术进行信息的传递, 并保证其可靠性。网络层将感知层获取的相关数据信息通过现行的通信网络, 如互联网、移动通信网、无线局域网以及Zigbee网络等, 再经过各种通信网络, 如有线宽带与互联网形成的融合网络, 实现信息传递和处理。
2.3.3应用层
应用层相当于一个用于实现智能应用的接口, 将采集到的数据根据行业需求进行处理和展示。应用层通过物联网综合处理平台与整个电台相结合, 实现广泛智能化的解决方案, 主要包括对电台采集数据的汇聚、转换、分析, 以及用户层呈现的适配和事件触发等。
2.3.4公共技术
公共技术不属于物联网技术的某个特定层面, 但是它们与物联网技术架构的三层都有关系, 它包括办公自动化、机房设备维护技术、电子电力技术等公共环节。
3智能化电台的应用举例
在物联网及云技术的支持下, 智能化电台的决策中心掌握着大量应用数据的信息资源, 从积累体量巨大的数据, 到整合类型繁多的数据, 到快速处理海量数据, 再到分析并挖掘出有价值的数据, 从而将为智能化电台提供数据服务的新类型和新模式, 提供更便捷、更强大的应用和服务。
3.1智能化职工教育课堂
随着传感技术、网络技术、智能技术、物联网技术和云计算技术的发展和应用, 智能化课堂、智能教室成为未来职工知识更新、技术创新培训的新理念、新模式。因此, 如何把传统的主流媒体与现有流行元素融汇到职工培训之中, 构建新型的智能化职工课堂是智能化电台的重要内容之一。
智能化职工课堂在现代创新教育理念的指导下, 以培养具有创新思维、创新理念、创新能力, 与时俱进的智能化电台工作人员为目的。因此, 无论是教室环境还是教学理念都必须是最先进的。在教室环境和软硬件设施上, 智能化职工课堂是以电子、智能、互联网为主体, 应用电子课本、电子课桌、电子书籍、电子白板技术、投影技术、智能空间技术、无线射频技术、物联网技术等;教学资源将传统媒体、新兴的主流媒体和网络媒体相融合, 充分发挥课堂所组成各要素 (人、技术、资源、环境和方法等) 的作用实施教学与研究, 以促进人的认知、技能和情感的学习与发展。总之, 是基于物联网、云计算、大数据等信息技术, 构建一个以发射台安全传输发射工作为核心, 提供技术研究、科技创新、学术研讨的职工再教育平台。
智能化职工课堂, 首先, 应以构建服务和支持吸收新知识、新技术, 集科研、创新为主体, 构成和谐共存的教、学、研环境;其次, 培养职工积极向上、自主学习、创新性学习的积极性, 引进新知识、新技术、新工艺, 以促进技术革新、技术创新活动为目的, 为职工提供学习、交流和展示创新成果的平台, 使职工在享受学习乐趣、感受创新成就感的同时, 提高素质、提高水平;其三, 智能化职工课堂环境在空间布局、设备设施的技术选择、教与学资源设计和活动组织实施等各方面, 都必须体现出良好的可用性、易用性、可操作性;其四, 智能化职工课堂应以设备设施完好率、使用率和智能化管理为准则, 提高运管人员的整体素质和水平, 提高设备管理和维护的工作效率, 使设备设施发挥最佳的功能, 为智能化职工课堂的教学提供最好的服务效能。
3.2智能化发射机房
发射台主要包括有中控室机房、节目传输机房、变电站机房、发射机房等, 而发射机房是广播发射台的心脏, 是出产电磁波的地方。因此, 发射机房的环境应能够智能掌控、发射机能够全自动化控制、附属设备能够自动化运行、发射机房能够智能化管理等, 在物联网的基础上, 能对发射机房的所有设备运行指标和状况进行全盘采集与分析, 并可对各操作环节控制介入。通过对信息的采集分析决策后, 能够实时、准确地对发射机房各种设备进行操控。
利用物联网技术, 可实现发射机更高层次的自动化运行。其目的并不单单是形成发射机能够按照运行图指令运行, 而是通过分布在全机房的传感器阵列, 比如电压电流、温度湿度、光敏压力等传感器, 实时了解发射机房的设备运行的指标与环境参数, 并随时传送到决策中心进行统筹分析, 必要时, 可进行人工干预, 从而能够智能掌控发射机运行中发生的任何突发事故, 能够智能启动预案, 实现不间断、高质量的播音。在此, 以发射机自动调谐做简要说明:由于发射机自动调谐系统拥有大量逻辑运算及数据处理, 所以在应用计算机实现整套系统自动调谐控制时, 不仅要对发射机粗调、前级细调、末级细调、电平转换、开始播音等为主线, 对发射机自动调谐控制系统进行设计;同时还必须考虑到提高发射机控制系统的稳定性、抗干扰能力和自动切换能力以及提高系统的故障处理、各种报警、保护功能等应对能力上。
智能化发射机房的附属设备包括:节目源系统、电源系统、天线交换系统、动力系统、计算机网络系统等, 在此以发射天线交换控制系统为例进行介绍。智能化发射机房的所有馈线输出都将送到智能化天线交换控制系统, 它要求该系统不仅能够根据发射机的频率运行图进行智能控制、自动切换所需的天线, 而且还能够实时显示发射机运行时的高压状态、天线交换开关的状态, 同时具有各种报警功能, 如开关故障、电源故障、天线交换时发射机高压未落、发射机有代播任务无法进行天线开关交换等, 还包括进行文字提示、语音提醒以及铃音报警等, 务必要做到万无一失, 无差错。
新的智能化模式也必将带来新的值班模式。各种传感器的分布将全面采集发射机的运行维护状况。利用无线技术与智能手机终端, 将发射机指标实时传输到值班员手机终端, 值班员可以实时掌握发射机的运行情况。在发射机自动化与控制系统通过物联网和智能终端相联后, 取得权限后留守值班人员还可随时随地对发射机进行微调, 保证发射机运行在最佳状态。在各巡机检查点设立RFID标签识别, 值班员通过刷卡或是手机, 就可使系统采集到值班员巡机检查的情况。每当有突发情况发生时, 物联网云中心将进行分析, 并给出解决方案。同时, 通过无线网络向留守人员手机终端发出告警, 并询问是否人工干预。一些目前需要人工操作的地方, 可通过物联网和继电器、电机配合, 改造成为自动化模式, 如空调温度调节、暖气开关、发射机补水、天线倒换等;在发射机房一些边、远、死角处安放摄像头, 工作人员通过智能终端, 即可全面掌握发射机运行环境。
同时, 发射机房的办公、检修、备件管理也带来新的思维与模式。可将发射机房的所有计算机、打印机、复印机、传真机、电话机均接入物联网, 依托嵌入式系统作为控制核心, 即可实现文件的远程自动传递、电话的远程接听、远程读取, 同时还可以远程操控发射机的自动化系统。为每个备件分配一个二维码或条形码, 借助智能手机终端扫描识别, 并通过物理网与管理系统相联, 将极大地提高备件管理的效率与可靠性;电力开关在接入物联网后, 也将使发射机房更为智能化;还可以在物联网基础上开发点餐系统, 值班员通可以在线上直接点餐, 为职工提供优质、便捷的服务。
总之, 智能化发射机房创建需要强大的技术支持, 尤其需要依托物联网、云计算移动互联等新技术的支撑, 将机房设备之间进行无缝连接, 全体工作人员通过智能手机终端将无线互联网和Zigbee等网络, 紧紧地与智能化电台相联, 从而实现机房环境, 机房设备运行状况, 包括各种仪器仪表指示、感观、视频, 以及机房人与人、人与物、物与物的全面互联、互通, 进而实现智能化机房的发射机自动化控制、远程维护、远程管理, 机房环境智能控制以及机房安全防护智能管理等各种功能。
4结束语
大功率广播发射台具有庞大复杂的系统, 物联网和云技术的出现, 给新时期“有人值守、无人值班”的模式提供了一个可行、可靠的解决方案。本文在此, 仅以智能化电台中智能化机房和智能化职工教育课堂为例做了简要介绍, 希望与同行共同探讨。
参考文献
[1]刘丽军, 邓子云.物联网技术与应用.清华大学出版社, 2012.
[2]祝智庭.以智慧教育引领教育信息化创新发展中国教育信息化.2014 (5) .
物联网与云计算 篇4
信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势, 高速发展的信息化已经渗透到各个领域。当今世界农业在完成工业化转变的同时在向信息化迈进。对整个农业生产、农业经济、农业科研、农业教育以及农村发展和农村文化生活产生着无法估量的积极影响, 并已经成为现代农业的主导技术之一。农业信息化服务和农业信息化基础设施建设是农业信息化发展的重点。
目前, 国外的研究主要集中在四个方面:一是数据库和网络;二是精准农业;三是专家系统;四是虚拟农业。研究的重点也转向了自动控制的开发和网络技术的应用。国内研究的方向也转向了农业信息化服务体系的构建和网络延伸的应用等问题上来。本文就当今物联网和云计算的相关技术, 结合大连本地农业信息服务模式发展现状, 探讨如何构建具有大连特色的高效、快捷、实用的农业信息化服务模式, 来解决存在于大连农业服务信息中的一些现实问题。
二、物联网与云计算概述
(一) 物联网
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义, “物联网就是物物相连的互联网”。物联网的定义是通过射频识别 (RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备, 按约定的协议, 把任何物品与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络, 它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。物联网相对于传统的互联网而言, 具有终端多样化、管理智能化和网络包容性强的鲜明特点。
(二) 云计算
云计算 (Cloud Computing) 是一种基于互联网的计算方式, 云计算的核心思想是将通过网络连接的计算资源进行统一的管理和调度, 形成一个巨大的计算资源池向用户提供按需分配, 这个资源池我们称之为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的, 并且可以随时获取, 按需使用, 随时扩展, 按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施。狭义云计算是指互联网基础设施的交付和使用模式, 通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源 (硬件、平台、软件) 。广义云计算是指服务的交付和使用模式, 指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是互联网和软件、互联网相关的, 也可以是任意其他的服务。通过这种方式, 网络上的共享资源可以按需的提供给计算机和其他终端。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统。
三、大连本地农业服务模式发展现状
农村信息化就是现代信息技术在农业生产经营、政务管理及农村信息服务中实现普及应用的程度和过程。近年来, 大连地区农村信息化建设取得了明显进展, 信息化基础设施建设加快, 信息服务体系进一步完善, 政府主导型、社会参与型两大信息服务模式逐步形成, 农民合作组织主导的社会化运作模式成效显著。政府主导型服务模式仍然是大连地区农村信息服务的主要模式。
目前, 政府主导型服务模式蓬勃发展, 各部委合力推进基层农村信息化建设。现实中, 小规模农户占主体、农村中介组织有待完善、基层信息服务设施差、农民信息意识薄弱等因素决定了政府主导仍然是我国农村信息服务的主要模式。部委是贯彻中央精神、推动政府主导型服务模式发展的主要力量。农业部、工业和信息化部、商务部、中组部、文化部等部委相继实施了“三电合一”农村信息服务项目、信息大篷车、信福工程、农村党员现代远程教育工程、全国文化信息资源共享工程等, 这些重大工程和项目推动了农村信息服务工作的深入开展, 有效促进了农村经济社会发展和农民增收。
四、新时期农业信息服务的特点
(一) 信息呈爆炸性增长
随着物联网的发展建设, 提供信息的主体不在简单的只是人类, 任何事物都有可能成为信息发布的来源。信息爆炸, 是对信息近几年来快速发展的一种描述, 形容其发展的速度如爆炸一般席卷整个地球。信息爆炸在农业信息领域体现在四个方面:一是官方发布的信息多, 农户自己发布的信息少;二是各类宣传广告类的信息多, 对农户起到实质性指导作用的少;三是理论性的信息多, 实际数据少;四是综合性信息多, 分类信息少。信息过载、方向性不明确等问题给信息服务的应用带了阻扰。
(二) 数字化信息程度高
云计算系统超大规模的存储与物联网全方面的感知功能使农业信息的数字化程度越来越高。通过网站或者专业的系统, 农户可以很快的查到自己所需的相关信息。数字化信息有以下几个特点:以多媒体为内容特征;信息资源类型多种多样;多层次的信息服务功能;更新速度快、时效性强;具备强大的检索系统;不受时间和地狱限制。多媒体技术的发展促进了数字化信息的发展, 使农业信息数字化不仅体现在文字的信息化, 图像、视频等更加直接的方式更容易被农民所接受。信息的数字化程度越高, 对农业信息服务的发展越有利。
(三) 终端多样化
信息采集和信息呈现是信息服务非常重要的环节, 在传统上作为信息呈现的终端设备为电视、电脑、广播等。随着芯片技术的进一步发展, 网络带宽成倍的增加, 像手机、平板电脑等大量新的终端被应用到信息服务领域中;信息采集的终端设备也由传统的人工录入、扫描仪等向着传感器、照相机、摄像头等新型终端转变。
(四) 信息需求个性化强
在信息的爆炸性增长和信息数字化的推动下, 信息服务平台积累了大量的信息。如何将符合用户的个性化信息在海量的信息中筛选出来就显得至关重要。在农业领域中, 对信息的需求因为地域、时间、不同个体的差异而有所不同, 具体体现在信息内容和体现形式上。例如, 在我国南北方由于地域的差异农户所关注的农作物就有所不同, 北方关注像玉米等一年一季的作物, 而南方则关注像水稻这样一年多季的作物。而随着时间的不同, 农户所关注的方向也肯定有所不同, 如随着农作物的生长阶段, 关注点也由育苗信息、病虫妨害方面向着收割信息方向转变。另外由于信息需求人员不同对信息类型的要求也不尽相同, 有人喜欢文字类的信息, 有人则喜欢图片、视频等直观的信息。因此, 在农业信息化服务方面, 则更需要强调个性化服务。
(五) 信息服务成本有所下降
信息服务的成本可分为两个部分即硬件组成成本和信息使用成本。近年来, 随着电子元器件成本的下降和政府组织的一系列下乡惠农的政策实施, 电脑等信息呈现设备的价格也在逐年降低。但对于一些收入较低的农民来说成本还是很高而负担不起, 无法普及。像电视、广播等信息传播方式时间比较固定, 但针对性不强, 很难满足个体农户需求。另外, 还存在着电脑操作比较复杂, 上手难, 对普遍文化素质不高的农户来说使用是一个难题。随着云计算系统的出现, 将复杂的操作和大量信息处理放在云平台上, 用户只需要一个简单的终端比如手机等就可以查询到自己所需的信息。这些设备要比电视、电脑这样的终端在价格上有很大的优势, 而且操作也简单的多。虽然云计算系统的建立成本很高, 但随着个体用户的增加云平台构建成本虽然不变, 但对个体的信息服务来说会逐步降低。
五、大连农业信息服务模式构建
根据对云计算与物联网环境下的农业信息服务特点的详细分析与具体研究, 结合当前大连本地的农业信息服务体系, 本着充分利用现有资源并进行创新设计的原则, 试图建立一个全方位、多角度、立体化、智能化、人性化与个性化的大连特色农业信息服务模式, 着重研究在农业信息服务领域中物联网与云计算技术的整合。此模式主要由信息采集模块、网络模块、云计算模块和信息服务展现模块等组成。
(一) 信息采集模块
信息采集模块由两部分组成, 即信息收集和辅助表达。信息采集是指将各类农业相关信息收集起来, 并将其进行转化, 最后通过网络传到云计算平台进行分析和处理。辅助表达是指帮助用户进行简单的信息分析, 从而使用户能够明确其所需的信息服务。
1. 信息收集。
由于我国地域广阔, 受环境因素等条件的制约, 致使我国在传统农业方面的信息收集一直处在既耗时又耗力的状态, 效率极低, 而且需要投入大量的人力物力。因此, 有效的结合物联网技术, 在田间地头布置大量的传感器来进行基础数据采集, 形成一个立体的网络。另外, 还可以结合监控设备在小范围的对实时性要求较高的农业环境进行数据采集, 这样可以及时有效的对所监测的农业环境里的实时信息通过云计算平台进行分析和处理。
2. 辅助表达。
目前, 我国农民的文化程度不高, 还不能充分的利用终端设备进行信息的表述, 从而导致不能准确地得到所需要的信息。因此, 在农业信息服务领域中, 如何进行准确的信息表达是至关重要的。为此, 可以借助信息采集模块的信息采集功能, 通过两个方面来辅助用户进行信息的表达。一是可以通过物联网技术来明确相关信息的关键词。信息搜索离不开关键词, 关键词越详细, 所得到的信息就越准确。通过物联网的传感器技术和定位技术可以提供更多更准确的关键词, 来帮助用户得到所需的信息。二是可以通过简化信息输入来辅助用户进行信息的表达。通过一些简单的输入手段如手写板、触摸屏等来进行信息输入, 这样可以使更多的农民来充分表达自己的意愿, 不但不会减少信息的采集量, 相反会大幅增加用户输入的信息量。
(二) 网络模式
网络模式综合运用有线网络和无线网络, 建构了一个具有高稳定性、实时性强、易于搭建的可实现无缝对接的网络系统。
有线网络在进行超远距离和大量数据传输时具有无线网络无可比拟的优势, 有线网络不光具有稳定的传输速度, 而且还拥有超强的抗干扰性。目前的有线网络有ADSL、光纤LAN等网络, 通过交换机、路由器和Internet各级的终端设备可以实现互联。
无线网络可以分为两种, 即无线传输网络和无线传感器网络。目前无线传输网络主要以Wifi、3G、Wlan等技术为承载网络, 4G即第4带移动通信技术日前正在试验阶段, 投产应用指日可待, 4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署, 然后再扩展到整个地区。很明显, 4G有着不可比拟的优越性。随着无线技术的进一步发展, 在不久的将来, 原有的大容量、高速度的有线网络完全有可能被无线传输网络所取代, 毕竟无线网络网络结构灵活, 成本相对较低, 更适合在各种复杂的地形下或者偏远山区等进行网络接入, 将农业信息服务的推广尽可能做到最大化。
(三) 云计算模块
云计算模块是一个层次化的系统结构, 可以分为基础设施层、表示层、管理层和应用层。
1. 基础设施层由大量的PC机、虚拟机和服务器组成, 通过高速局域网方式将基础层所有节点联通的超大计算机群, 利用容错机制和负载调度, 实现文件存储和计算的功能。
农户只需要知道云平台的入口, 就能访问到这些计算机, 不需要了解这些计算机的具体运算情况, 对外界来说就是一个单一的系统。虚拟化技术和服务器集群技术的引入, 提高了基础设施层的整体性能, 使连入这些计算机群的农户实现资源共享, 并可以提高弹性伸缩的资源需求, 这样既可以提高服务质量又可以降低成本。
2. 表示层直接面对用户, 将其搜索到的信息和所需的应用直接展示给用户。
本模式注重用户之间的交互作用, 用户既是这些信息和应用的浏览者, 也是这些信息和应用的创造者。在Web2.0等技术的模式下, 用户可以不受时间和地点的限制分享各种信息和应用, 用户可以得到自己的信息, 也可以发布自己的观点。这些信息不断在网络累积, 并且不会丢失。体现在实际中就是用户通过各种终端如电话、触摸屏、电子邮件等得到所需要的音频、视频、图像等信息和应用, 用户也可以通过这些终端表达自己的意见, 使其展示的信息和应用更加丰富。
3. 管理层主要负责对基础设施层的管理, 主要有两个方面的内容:
资源监控和负载调度。有效的进行资源监控, 才能有效的进行负载调度, 所以资源监控是负载调度的前提。资源监控要对网络实行实时的监控, 如果发现基础设施层的某一节点出现故障, 要及时对其进行屏蔽, 将此节点上的相关数据传送到其他节点上并通知管理员进行故障修复, 在该节点故障修复后再重新纳入基础设施层。负载调度主要是保持基础设施层中的节点平衡, 使系统资源可以得到充分利用和保证系统的高速稳定运转。在大规模基础设施的集群中, 各个节点的负载注定是不均衡的。通过linux服务器集群和LVS调度技术, 使用轮叫调度、加权轮叫调度、最小连接调度等调度算法, 实现所有资源在整体负载和利用率上趋于平衡。
4.
应用层实现的是实际终端侧的用户功能, 并提供安全灵活的信息发布、检索和一些及时有效的信息交换服务, 而不单单是一组服务的集合。应用层建设统一的目录体系, 包括信息资源目录、服务目录等, 提供统一检索和个性化检索、专家咨询等服务。
(四) 信息服务展现模块
在信息服务展现模块里, 通过结合物联网技术, 使信息服务的内容更加丰富、信息服务的载体更加多样化和对信息服务的使用对象更加具有针对性。信息内容在形式上不光局限在文字、图像上, 还将体现在音频、视频、动画等更加直观的表现形式上。信息服务的载体也不光局限在传统的报纸、广播、电视等媒体上, 由于物联网技术的引入, 一些简单便携的设备如手机、平板电脑等将得到广泛的应用。通过物联网的一些技术如RFID技术、智能芯片技术和智能识别技术等, 将使用户所得到的信息服务更加具有针对性。
六、结论
本文结合物联网和云计算的一些相关技术, 并根据当前大连本地农业信息服务的现状, 提出了一种在物联网和云计算环境下的农业信息服务模式。该方案通过整合物联网和云计算相关技术, 解决了当前在农业信息服务中存在的一系列问题, 例如信息服务个性化不足、实时数据采集难和用户使用信息服务难等。随着物联网规模的不断扩大, 云计算技术的不断发展, 未来的农业信息化服务将进入一个高速发展的全新阶段。
摘要：随着物联网和云计算等新兴技术的高速发展, 加强农业科技和服务体系建设成为加快发展现代农业的必然。当前, 大连地区农村信息化建设取得了明显进展, 政府主导型服务模式蓬勃发展:信息呈爆炸性增长;数字化信息程度高;终端多样化;信息需求个性化强;信息服务成本下降。通过构建信息采集模块、网络模式、云计算模块、信息服务展现模块, 建立一个全方位、多角度、立体化、智能化、人性化与个性化的大连特色农业信息服务模式, 推进农业信息服务领域中物联网与云计算技术整合的时机已经成熟。
关键词：物联网,云计算,大连农业信息服务,模式构建
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