虚拟化与云计算技术（通用4篇）
虚拟化与云计算技术 篇1
一、引言
随着信息技术的高速发展和计算需求的日益膨胀, 云计算技术应运而生。作为一种新兴的计算模式和商业模式, 云计算在提高大规模计算能力、优化资源分配效率、降低运营维护成本等方面有着显著优势。而在云计算从概念阶段转向实用阶段的过程中, 虚拟化技术总是随之相伴, 相辅相成。虚拟化技术和云计算分别有何内涵?虚拟化技术在云计算中如何具体实现?二者有着怎样的关联?这些都成为值得探讨的问题。
二、虚拟化技术
从上世纪50年代虚拟化概念的提出, 到上世纪60年代虚拟化技术在IBM大型机上实现商用, 从虚拟内存到Java虚拟机, 再到目前服务器虚拟化技术的蓬勃发展, 都为虚拟化技术这一抽象晦涩的概念注入了丰富的内涵。虚拟是相对真实而言的, 虚拟化就是使原来运行在真实环境中的计算机系统或者组件运行在虚拟环境中。虚拟化技术为资源创造虚拟版本, 例如操作系统、计算机系统、存储设备、网络资源等, 它是资源的逻辑表示, 并且不受物理限制的约束。
在虚拟化技术中, 被虚拟化的实体是各种计算机资源, 按照资源类型的不同, 可以将虚拟化分为以下几种类型:
2.1基础设施虚拟化
基础设施虚拟化主要包括处理器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。通过基础设施的虚拟化, 可以将有限的硬件资源虚拟成多个基础平台, 每个虚拟化平台独立为用户提供动态伸缩的服务, 而这种虚拟化对用户来说是不可见的, 用户无需关心基础设施的具体实现方式。
2.2系统虚拟化
作为目前被最广泛认识和接受的一种虚拟化技术, 系统虚拟化通过将操作系统和物理机分离, 实现了在一台物理计算机上同时安装和运行一个或多个虚拟的操作系统, 而这种虚拟化对于操作系统内部的应用程序来说是透明的。
2.3软件虚拟化
软件虚拟化主要分为应用虚拟化和高级语言虚拟化。其中, 应用虚拟化通过将操作系统与应用程序解除耦合, 实现了应用程序在虚拟环境中的运行。高级语言虚拟化则解决了可执行程序在不同系统平台下的迁移问题。
三、云计算技术
“云”可以看作一种“资源池”, 它由很多可以自我管理、自我维护的虚拟计算资源组成, 这些资源通常是一些大型服务器集群, 包括存储服务器、计算服务器、软件和应用等。云计算通过软件对这些计算资源进行集中管理, 并将这些高度虚拟化的资源动态地交付给用户使用。
在云计算模式下, 用户只需借助轻量级客户端接入互联网, 就可以完成各项计算任务, 例如软件使用、科学计算、程序开发以及应用托管等等。云计算平台的基础设施对用户来说是不可见的, 用户无需关心如何对其进行部署或维护。
云计算可以从以下三个层面为用户提供服务:
3.1基础设施即服务 (Infrastructure as a Service, Iaa S)
基础设施即服务可以向用户提供最基本的基础设施资源, 用户可以直接利用这些虚拟化的存储资源、计算资源和网络资源构建自己的平台和应用, 而无需自行购买、部署、和维护硬件设备及相关系统。
3.2平台即服务 (Platform as a Service, Paa S)
平台即服务是指将丰富的“云中间件”资源作为服务提供给用户使用, 这些资源包括数据库、操作系统、应用容器等。用户可以利用这些资源来开发和部署自己的应用, 但是不能对底层的基础设施进行控制和管理。
3.3软件即服务 (Software as a Service, Saa S)
软件即服务就是将软件以云服务的形式提供给用户, 用户无需管理和维护软件运行的底层环境, 无需对软件进行开发或部署, 只要通过云用户终端接入互联网就可以使用云服务供应商提供的软件服务。
四、虚拟化技术在云计算中的应用
虚拟化技术打破了底层设备之间的物理壁垒, 体现了物理资源向逻辑可管理资源演进的必然趋势, 为云计算技术的实现提供了重要支撑。虚拟化通过解除物理设备和逻辑业务之间的耦合, 形成了强大的资源配置能力;云计算则利用虚拟化所提供的这些能力, 将各种IT资源以服务的形式通过互联网交付用户使用。虚拟化技术在云计算中的应用主要有以下几个方面:
4.1服务器虚拟化
服务器虚拟化就是将系统虚拟化技术应用于服务器上, 通过将操作系统、上层软件和底层物理设备解耦, 实现在单一物理服务器上运行多个虚拟服务器, 不同虚拟服务器之间即共享资源, 又相互隔离。虚拟服务器可以根据实际需求动态调整其所分配的硬件资源, 提高资源的配置效率。
云计算平台应该具有资源按需分配、动态伸缩、负载均衡、高可用性、高性能等特性, 基于服务器虚拟化技术构建的云计算平台可以很好的实现这些特性。利用服务器虚拟化技术, 可以将现有物理服务器虚拟成一个庞大的“云资源池”, 云计算平台可以动态配置和调用“云资源池”的各种资源, 通过互联网交付用户使用。
4.2存储虚拟化
存储虚拟化是虚拟化技术的重要组成部分, 它通过对存储服务或存储子系统的内部功能进行抽象、隐匿或者隔离, 实现了资源物理存储和逻辑映像的分离, 从而提供了一副统一、无缝的资源虚拟视图。从用户角度看, 虚拟化的存储资源就像一个庞大的“存储资源池”, 用户看不到具体的存储磁盘, 也无需知道数据具体被存储在哪些设备当中。
将存储虚拟化技术应用于云计算平台, 不但可以大幅提高存储资源的分配和管理效率, 还可以实现云用户终端的去存储化, 即云终端不再需要具体的存储设备, 通过互联网即可使用云端提供的存储服务。
4.3网络虚拟化
无论是存储资源的虚拟化, 还是计算资源的虚拟化, 最终都是通过网络的形式为用户提供服务。网络虚拟化可以实现不同用户组对同一物理网络的访问, 在逻辑上对其进行一定的隔离, 使不同用户组保持相对独立, 以确保网络安全。网络虚拟化技术可以把多个封闭的用户组设置在单一物理设备上, 确保整个网络保持高度的安全性、实用性、可扩展性和可管理性。虚拟化网络具有“独立于网络硬件”、“忠实复制物理网络模式”、“虚拟网络、物理网络与控制平面安全隔离”、“可编程网络预配置与预控制”等特征, 这些特征可以保证云计算平台更好地应对服务器虚拟化、存储虚拟化等技术对网络带来的挑战。
五、结束语
云计算技术突破了物理结构的壁垒, 高效整合和利用了各项基础设施资源, 为未来信息产业的发展带来了新的机遇。而虚拟化技术作为云计算的基础和核心, 成为了云计算技术实现的关键。
可以说, 虚拟化技术是实现云计算的重要基石, 没有虚拟化技术作为支撑, 云计算就难以实现;而云计算技术的发展, 又可以进一步推动了虚拟化技术的成熟和完善。
摘要：云计算是随着信息技术的发展而产生的新兴计算模式和商业模式, 它自提出以来就备受关注, 并取得了快速发展。而在云计算的发展过程中, 虚拟化技术往往与其密切相关。本文通过介绍虚拟化与云计算技术的内涵以及虚拟化技术在云计算中的具体应用, 阐述了在云计算平台构建过程中虚拟化技术的关键作用以及二者的技术关联。
关键词：虚拟化,云计算,服务器,存储,网络
参考文献
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[2]李济汉, 李素粉, 张云勇, 房秉毅.云计算环境下虚拟机资源均衡调度方法研究[J].电信科学, 2013, 4:78-82
[3]王巍.云计算之虚拟化平台技术认知研究[J].通信管理与技术, 2014, 1:17-23
云计算与云设备 篇2
今年年初，在美国拉斯维加斯举办的国际消费电子展(CES2011)中，紧跟2010年最大热门产品iPad，各厂商均展出了自己的平板电脑。DELL、HP、索尼、东芝等纷纷登场，展出机型多达30余个。“平板电脑元年”也意味着云设备时代的开幕。
云计算与互联网一样，将长期引领技术的创新。从数据通信诞生的互联网目前已经成为通信行业的平台，为广播、出版、音乐等媒体行业带来了巨大改变。作为继互联网后的又一潮流，云计算将引领未来十年的技术创新。那么，云计算自身也将从数据中心向云网络、云设备延伸，最后进入云服务时代。
过去4年，美国企业在云计算业务上一直引领着世界。但是，在移动宽带与家电相融合的“云设备”到来之际，各国企业站在了同一起跑线上。
(一)过去4年美国企业引领世界云计算发展
2007年开始，IBM、Amazon、Google等倡导云计算的目的是“计算机技术创新”，当时流行的云计算定义如下：
软件安装与更新、数据备份、安全管理等复杂计算机操作交给云数据中心的专业人士，用户可以通过互联网在想用的时候用到这些数据与软件。云计算将你从计算机魔咒中解放出来……
实际上，从过去3、4年的发展趋势来看，云计算技术的创新主要集中在数据中心与网络应用。这也是云计算最初阶段的特征。
在数据中心，虚拟化技术与高效运行工具不断进化。所谓的虚拟化是指，将大型服务器与存储设备根据需要分割成一定数量的小型服务器或存储器，并加以利用。基于虚拟化技术，通过网络，用户可以在需要的时候，按照需要的数量使用IT资源。举例来说，传统企业计算机系统相当于套餐，菜量与价位是固定的，即使不饿，也必须购买固定的菜量。而云计算就像点餐，需要的时候，吃相应的量，付相应的费用。
应用方面，被称为SaaS、PaaS的云计算应用不断发展。这样一来，即便是数据存储于非常遥远的数据中心，用户与企业也可以访问平台，同时操作应用软件或开发管理应用。
(二)今年是云网络时代的萌芽期
由于WiMAX与LTE等高速移动网络建设已经正式启动，所以可以说，从今年开始，云计算步入了云网络时代。
今年年初Verizon公司董事长兼CEO伊万·塞登伯格(Ivan Seidenberg)将去年年底在38个城市启动的移动宽带LTE定位为该公司的重要战略。未来3年，该公司将在美国全境部属LTE网络。那样一来，美国各地将实现兆位级移动宽带的部署。
该公司的竞争对手AT&T也将在今年年底开展LTE商用测试，计划明年开始正式投入建设。同时，美国第三大移动运营商Sprint也与WiMAX运营商Clearwire合作推出了高速移动服务。
但是，由于LTE和WiMAX都需要巨额投资，仅仅依赖传统的手机业务，企业是难以回收巨额投资的。因此，美国运营商期望将平板电脑、笔记本电脑、电视、监控摄像头、汽车和自动售货机等所有机器都与LTE或WiMAX网络联结起来。
例如，Verizon今年在旧金山设立应用创新中心、在马萨诸塞州沃尔瑟姆设立LTE创新中心。前者旨在促进应用开发，后者旨在促进LTE设备开发。同时，新泽西州巴斯金里奇设立了LTE风险投资基金，也对移动宽带创业进行扶持。
而AT&T除了推进创新中心的建设外，还致力于开发面向个别行业的移动应用。例如，该公司在2010年秋设立了医疗保健(ForHealth)部门，与医院和大学共同开发无线监视患者足底压力的“Smart Slipper”。这是一款根据压力识别步行状态的仪器。只要患者一跌倒就会通知医护人员。
可以说，美国结合LTE与WiMAX建设，对云计算的应用与云设备开发投入了大量资金、人力和物力。
云设备开创云服务
随着WiMAX与LTE等高速移动网络建设的建设，占据云设备的重要部分的M2M方面也将得到充分的发展。
(一)M2M通信是什么？
例如，Telular公司提供的TankLink是一个基于M2M的储油罐监控服务。可以定期的、远程核对设置于野外的油罐的剩余油量，进行高效的补给与防范泄露。各油罐中所设置的传感器附带有移动调制解调器，能够将数据发送到TankLink公司的服务器中。用户通过该公司的网站可以随时确认剩余油量。这一类型的M2M称为“传感器/监控网络”。在水电煤气的远程抄表、ATM取款机的显示器等领域中广被使用。以往的DSL、光纤等有线网络虽然还被使用，但是布线施工、维护不便，传感网络开始向无线数据网络过渡。
而物流管理、资产管理所使用的“资产追踪”也是重要的M2M应用。美国国防部作为部队供给系统的一部分，很多处用到了资产追踪。这是一种将带有GPS功能的无线调制解调器张贴在集装箱上管理物流的系统，通过与RFID的结合使用，进行物资配送的具体管理。两伊战争期间，能够在每天早晨向前线士兵提供新鲜牛奶，就是来自这一追踪系统。这其实并不是高端系统，许多大型物流企业也广泛地采用着资产追踪。
一直以来，传感网络、资产追踪大多仅限于工业用途(B2B)。这是因为移动调制解调器与通信费用较高的原因。例如， FEMA(联邦应急管理局)使用的M2M调制解调器每台为700美元左右。同时，远程抄表等监控服务每个月租费为30美元左右。另外，需要将其中的2美元至6美元作为网络使用费支付给移动运营商，总的来说如果不是大型工业企业用户，成本就并不合算。相对于普通手机费用，目前M2M的成本要高出很多。
(二)面向消费者的M2M设备
目前一些备受关注的M2M云设备主要面向普通消费者。
开创这一潮流的先锋是2007年11月大型网上商店Amazon公司推出的电子书阅读器“Kindle”。该终端内，内置移动调制解调器，可以在任意场所购买并下载电子书，通信费用包括电子书的购买费用之中。
但是，Kindle之后没有出现更受欢迎的商品。这是因为移动网络设备的发展陷入到了智能手机快速普及下移动数据网络流量激增、传输能力紧张的“无线危机”。因此，没有分配流量使用能力的各个移动运营商在面向消费者提供得服务中，不能很好地支持M2M设备。
但是，最近状况发生了改变。例如，美国最大移动运营商Verizon从2008年开始了旨在促进移动M2M设备开发的“开放接入项目”。同时，该公司同步建设LTE网络，今年将在旧金山市开设应用创新中心、在沃尔瑟姆市(马萨诸塞州)开设LTE创新中心、在Basking Ridge(新泽西州)开设4G风险投资基金。这些旨在促进LTE设备开发举措中，M2M受到了特别的重视。
这一趋势下，2011年1月拉斯维加斯举办的CES(国际家电展)上，Verizon发布了多个面向LTE的设备，其中也有很多M2M。
而美国第二大移动运营商AT&T联手Alcatel-Lucent、Amdocs、Ericsson，在美国加州Palo Alto市、德克萨斯州Plano市、以色列等三个地方开设了创新中心。该中心目的也是促进M2M设备开发。
(三)全世界有500亿台云设备
为何主要移动运营商大力发展“面向消费者的M2M设备”呢？那是因为他们正在建设WiMAX或LTE等新一代移动数据网(4G)。
手机从1G的模拟信号到2G的数字、继而到3G的语音＋数据服务(智能手机)，不断地进行了技术的创新。但是，从目前的通信网来看，视频、图片、软件、文本等流量占大部分，语音只不过是一小部分。而且，不仅仅是平板电脑、上网本等计算机，未来，电视、收音机、机顶盒、数码相机、视频播放器、电子书阅读器、电子教材、数字标牌、洗衣机、清洗机等所有设备将具备网络功能。大型通信设备厂商爱立信资料显示，“2025年全世界将有500多亿台终端联结入网络”的时代快来了。
但是，目前的移动网络的结构上最适合语音通话，不适合占大部分的数据通信。因此，新一代网络4G目标是完全的移动宽带(All IP化)。也就是，从1G到3G都是“手机”，4G将变为放弃电话，纯粹的移动数据通信网。当然，4G网络也可以进行语音通话，那只不过是数据通信的一小部分。
这样的4G网络对于移动运营商来说，意味着向云设备时代转变。3G向4G过渡期将要用时5年。其间，移动运营商的核心收益来源如果没能将通话服务资费向移动宽带使用费转移的话，未来将无法生存。为此，他们需要尽快实现几十亿、上百亿的移动宽带设备时代。
(四)信息家电与云计算数据中心
从终端角度来看，服务器与内容(例如网站)是一体的；而从服务器角度来看的话，可以看见大量终端挂在网络上。于是，几千、几万个终端能够将各种信息发送到服务器。电视连接互联网的话，数以万计的智能电视将居住于网络。只有准备适合各个大量挂着的终端的应用与内容，使终端之间的相互关系智能化才是云设计的本质。
同时，云设备必然会出现新的服务。云设备上，不仅僅是单纯为了销售终端，还要设计成可接受云计算数据中心持续支持，根据用户偏好，提供最佳使用的方式。因此，未来在云设备的设计过程中，不仅仅是要考虑自己公司的产品设计，还要考虑如果其它公司的产品也可以经由云计算数据中心提供高级服务，就能够结合开展新的服务。
浅谈虚拟化与云计算的关系 篇3
云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它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, 并借助Saa S、Paa S、Iaa S、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。
1什么是虚拟化技术
虚拟化 (Virtualization) 技术是云计算系统的核心组成部分之一, 是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。虚拟化的定义:虚拟化是为某些对象创造的虚拟 (相对于真实) 版本, 比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等。它是表示计算机资源的抽象方法, 通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源, 可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集, 从而隐藏属性和操作之间的差异, 并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源。
1.1服务器虚拟化
服务器虚拟化技术可以使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用。服务器虚拟化是基础设施即服务 (Infrastructure as a Service, Iaa S) 的基础。
服务器虚拟化需要具备以下功能和技术:
(1) 多实例:在一个物理服务器上可以运行多个虚拟服务器。 (2) 隔离性:在多实例的服务器虚拟化中, 一个虚拟机与其他虚拟机完全隔离, 以保证良好的可靠性及安全性。 (3) CPU虚拟化:把物理CPU抽象成虚拟CPU, 无论任何时间一个物理CPU只能运行一个虚拟CPU的指令。而多个虚拟机同时提供服务将会大大提高物理CPU的利用率。 (4) 内存虚拟化:统一管理物理内存, 将其包装成多个虚拟的物理内存分别供给若干个虚拟机使用, 使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间, 互不干扰。 (5) 设备与I/O虚拟化:统一管理物理机的真实设备, 将其包装成多个虚拟设备给若干个虚拟机使用, 响应每个虚拟机的设备访问请求和I/O请求。 (6) 无知觉故障恢复:运用虚拟机之间的快速热迁移技术 (Live Migration) , 可以使一个故障虚拟机上的用户在没有明显感觉的情况下迅速转移到另一个新开的正常虚拟机上。 (7) 负载均衡:利用调度和分配技术, 平衡各个虚拟机和物理机之间的利用率。 (8) 统一管理:由多个物理服务器支持的多个虚拟机的动态实时生成、启动、停止、迁移、调度、负荷、监控等应当有一个方便易用的统一管理界面。 (9) 快速部署:整个系统要有一套快速部署机制, 对多个虚拟机及上面的不同操作系统和应用进行高效部署、更新和升级。
1.2存储虚拟化
存储虚拟化的方式是将整个云系统的存储资源进行统一整合管理, 为用户提供一个统一的存储空间, 存储虚拟化具有以下功能和特点:
(1) 集中存储:存储资源统一整合管理, 集中存储, 形成数据中心模式。 (2) 分布式扩展:存储介质易于扩展, 由多个异构存储服务器实现分布式存储, 以统一模式访问虚拟化后的用户接口。 (3) 节能减排:服务器和硬盘的耗电量巨大, 为提供全时段数据访问, 存储服务器及硬盘不可以停机。但为了节能减排, 需要利用更合理的协议和存储模式, 尽可能减少开启服务器和硬盘的次数。 (4) 虚拟本地硬盘:存储虚拟化应当便于用户使用, 最方便的形式是将云存储系统虚拟成用户本地硬盘, 使用方法与本地硬盘相同。 (5) 安全认证:新建用户加入云存储系统前, 必须经过安全认证并获得证书。 (6) 数据加密:为保证用户数据的私密性, 将数据存到云存储系统时必须加密。加密后的数据除被授权的特殊用户, 其他人一概无法解密。 (7) 级层管理:支持级层管理模式, 即上级可以监控下级的存储数据, 而下级无法查看上级或平级的数据。
1.3应用虚拟化
应用虚拟化是把应用对底层系统和硬件的依赖抽象出来, 从而解除应用与操作系统和硬件的耦合关系。应用程序运行在本地应用虚拟化环境中时, 这个环境为应用程序屏蔽了底层可能与其他应用产生冲突的内容。应用虚拟化是Saa S的基础。应用虚拟化需要具备以下功能和特点:
(1) 解耦合:利用屏蔽底层异构性的技术解除虚拟应用与操作系统和硬件的耦合关系。 (2) 共享性:应用虚拟化可以使一个真实应用运行在任何共享的计算资源上。 (3) 虚拟环境:应用虚拟化为应用程序提供了一个虚拟的运行环境, 不仅拥有应用程序的可执行文件, 还包括所需的运行环境。 (4) 兼容性:虚拟应用应屏蔽底层可能与其他应用产生冲突的内容, 从而使其具有良好的兼容性。 (5) 快速升级更新:真实应用可以快速升级更新, 通过流的方式将相对应的虚拟应用及环境快速发布到客户端。 (6) 用户自定义:用户可以选择自己喜欢的虚拟应用的特点以及所支持的虚拟环境。
1.4平台虚拟化
平台虚拟化是集成各种开发资源虚拟出的一个面向开发人员的统一接口, 软件开发人员可以方便地在这个虚拟平台中开发各种应用并嵌入到云计算系统中, 使其成为新的云服务供用户使用, 平台虚拟化具备以下功能和特点:
(1) 通用接口:支持各种通用的开发工具和由其开发的软件, 包括C、C++、Java、C#、Delphi、Basic等。 (2) 内容审核:各种开发软件 (服务) 在接入平台前都将被严格审核, 包括上传人的身份认证, 以保证软件及服务非盗版、无病毒及合法性。 (3) 测试环境:一项服务在正式推出之前必须在一定的测试环境中经过完整的测试才行。 (4) 服务计费:完整合理的计费系统可以保证服务提供人获得准确的收入, 而虚拟平台也可以得到一定比例的管理费。 (5) 排名打分:有一整套完整合理的打分机制对各种服务进行排名打分。排名需要给用户客观的指导性意见, 严禁有误导用户的行为。 (6) 升级更新:允许服务提供者不断完善自己的服务, 平台要提供完善的升级更新机制。 (7) 管理监控:整个平台需要有一个完善的管理监控体系以防出现非法行为。
1.5桌面虚拟化
桌面虚拟化将用户的桌面环境与其使用的终端设备解耦。服务器上存放的是每个用户的完整桌面环境。用户可以使用具有足够处理和显示功能的不同终端设备通过网络访问该桌面环境, 桌面虚拟化具有如下功能和接入标准:
(1) 集中管理维护:集中在服务器端管理和配置PC环境及其他客户端需要的软件可以对企业数据、应用和系统进行集中管理、维护和控制, 以减少现场支持工作量。 (2) 使用连续性:确保终端用户下次在另一个虚拟机上登录时, 依然可以继续以前的配置和存储文件内容, 让使用具有连续性。 (3) 故障恢复:桌面虚拟化是用户的桌面环境被保存为一个个虚拟机, 通过对虚拟机进行快照和备份, 就可以快速恢复用户的故障桌面, 并实时迁移到另一个虚拟机上继续进行工作。 (4) 用户自定义:用户可以选择自己喜欢的桌面操作系统、显示风格、默认环境, 以及其他各种自定义功能。
本质上讲云计算带来的是虚拟化服务。从虚拟化到云计算的过程, 实现了跨系统的资源动态调度, 将大量的计算资源组成IT资源池, 用于动态创建高度虚拟化的资源供用户使用, 从而最终实现应用、数据和IT资源以服务的方式通过网络提供给用户, 以前所未有的速度和更加弹性的模式完成任务。
云计算是一种思想, 一种大规模资源整合的思想, 是IT界未来发展的必然趋势。云计算包括信息基础设施 (硬件、平台、软件) 以及建立在基础设施上的信息服务。提供各类资源的网络被称为“云”, 在使用者看来, “云”中的资源是可以无限扩展的, 并且可以随时获取、按需使用、弹性扩展和按使用付费。“云”服务就好比单台发电机模式转向电网集中供电的模式, 它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通, 就像煤气、水电一样, 取用方便, 费用低廉。云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展, 或是这些计算科学概念的商业实现。云计算也是虚拟化、效用计算、服务计算等概念混合演进并跃升的结果。
参考文献
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虚拟化与云计算技术 篇4
自工业革命以来, 随着人类科技水平的不断发展进步, 世界对能源的需求与日俱增。根据国际能源署数据:1990~2008年, 人均能源消耗增加10%, 世界人口增长了27%, 这意味着世界能源消费总量增长了39%[1]。中国自改革开放以来, 对能源的需求不断增加, 据国际能源署预测, 至2035年, 中国将超过欧洲, 成为世界上最大的能源购买国[2]。
目前主要使用的能源物质是煤炭、石油和天然气等化石能源。例如, 据2008年统计, 供应能源分别是:石油占33.5%, 煤占26.8%, 天然气占20.8% (化石能源共占81%) 和“其他能源” (包括水电、太阳能、风能、地热能、生物燃料和核能等) 占19%[3]。化石能源的使用将导致大量温室气体排放, 尤其是二氧化碳, 将会加剧温室效应带来环境问题。并且这些化石能源都属于不可再生资源, 一旦消耗完毕短期内不可再生, 全球已探明的能源储量是有限的:石油将在50年左右枯竭, 天然气能用7年左右, 煤炭能够支持200年[4]。随着能源资源的捉襟见肘, 能源的价格也直线上升, 如美国普通零售汽油价格增长了3倍, 从1990年的每加仑1.2美元到2014年的每加仑3.6美元, 这一趋势仍在增加[5]。能源资源的有限性使得开发新能源和发展新的节能技术成为人类解决能源短缺问题的最有效途径。
建筑的能量转换系统, 特别是加热、通风和空调系统, 是今天主要的能源消费单位。仅在美国, 住宅和商业建筑的能源消耗占总能量的39.6%[6]。建筑能耗占我国能源消耗的比例如图1所示。
在欧美国家, 大约一半的总能量用于建筑, 国家能源总量的20%被用于加热、通风、空调和制冷系统[7]。一般在工业发达的国家, 建筑能耗占总能耗的30%~50%, 而空调能耗又能占建筑能耗的50%[8], 大约全球15%的电力是被用于各种制冷和空调的使用方面[9,10]。
因为空调的普及率与日俱增, 各个国家也逐渐意识到了空调使用对节能减排的重要性, 大多数国家高层决策委员会也设置了相关的政策降低空调能耗[11~13]。我国人口众多, 地域辽阔, 空调使用数量巨大。因此, 大力研发和发展空调节能技术对贯彻我国可持续发展战略有着十分重要的意义。目前, 我国空调节能领域正处于稳健发展的状态, 但受到了技术障碍、政策障碍、市场障碍和其他诸多因素的制约[14~18]。在诸多障碍中, 如何寻找到真正有效并切合中国基本国情的节能方式, 是促进中国空调节能领域发展的工作重点。
通过调查发现, 在酒店、宾馆和KTV等场所多采用分体式空调与中央空调结合的模式。这些场所通常需要保持着空调整天工作, 有时还要满足个别顾客对空调过低温度或者过高温度的要求。而制冷温度每降低或者制热温度每增高1℃, 电功率就会增加5%~10%[19~21]。不合理地使用空调不仅增加了空调的能耗, 还减少了空调的使用寿命, 直接增加了城市的能源消耗, 不利于贯彻我国的可持续发展战略。引进分体空调智能节能控制器和中央空调控制器, 并将其与现代云计算技术结合起来, 将能够通过互联网在手机、平板电脑等移动设备上实现远程控制空调运行状况, 达到智能控制的目的, 可以直接降低空调使用中不必要的能耗, 对我国空调节能产业的发展有重大意义。
2 中国空调产业现状
2.1 空调的历史
在1902年, 美国人威利斯·开利为了保持印刷机工作时稳定的湿度和温度, 最先成功设计了第一个空调系统。最初的空调系统被广泛应用于调节化工业、制药业和军火业等各个工业生产中的温度和湿度。1922年开利工程公司研制成功了空调史上具有里程碑地位的产品—离心式空调机, 大大提高了空调系统的效率, 从此人开始成为空调服务的对象[22]。
2.2 空调产业在中国的发展
自改革开放以来, 中国经济走上了飞速发展的道路。随着人们生活水平的不断提高, 空调的使用变得普遍起来。全国各大城市兴建的公共建筑, 大多都配备了空调设备来提高环境的舒适度[23,24]。目前, 空调在我国建筑物中普及率仍在不断提高, 使得我国已经成为继美国、日本之后世界第三大空调市场, 占全世界空调市场利用率的12%[25]。
空调的使用在中国发展到今天已经形成了一个规模巨大的产业。随着科技水平的不断提高和节能环保意识的不断增强, 国家也迫切希望能够通过提高空调能耗的质量等级来实现节能减排的目的。希望能够在满足人民日益增长的物质需要的同时, 减少能源消耗和碳排放, 建立环境友好型和资源节约型社会, 坚持贯彻我国可持续发展战略。因此, 国家相关政策的制定与实施也在向着更为节能环保的方面倾斜。随着能源的短缺, 节能逐步受到更为广泛的注意和重视[26]。
节能空调, 通俗地说就是用更少的电达到居室的温度、湿度环境要求而且是达到消费者希望的居室内的条件要求[27]。节能空调能否实现节电的目的, 不仅取决于产品本身的设计和制造, 同时也取决于用户的使用方式。
但是, 目前我国节能空调还存在着生产技术、产品质量以及宣传推广等方面的不足。例如缺乏足够的高效节能空调的技术研发和产业化支持政策, 缺乏高效变频压缩机制造核心技术等高端技术, 这些是需要我们克服的在技术层面的不足。而许多空调购买者不选择节能空调的原因主要有以下几点:价格相对普通空调偏高;节能效果不明显, 短期收益低;需要维护保养, 容易出故障, 节能不节钱;对节能产品缺乏足够的了解等。这些则是我们要克服的在产品质量、宣传推广等方面的不足。
当前, 我国已经出台的空调节能标准有:2010年6月1日实施的《空调强制性国家标准》、2011年11月1日实施的《中央空调水系统节能控制装置技术规范》等[28,29]。虽然国家已经制定了相关的规范政策, 但受到政府监督困难、企业违规操作等问题影响, 一些建筑工程在选用主机以及末端空调设备时, 仍然没有按照规定设计的要求进行选型。此外, 一些数据也表明, 在一些大型超市或者公共场合当中, 冬季的供暖热量和夏季的制冷量超过了标准。这些存在的问题都造成空调制冷取暖浪费了大量的能源[30]。
与国际相关标准相比, 我国空调能效比还有很大发展空间, 所以我国也在不断改进并提高空调能效相关标准。因为能效等级越高的产品, 生产成本往往高于能效较低的产品。投资者往往忽略了能耗指标的计算, 而只重视投资成本, 投资成本高的高效节能空调反而不受生产企业青睐[31]。相对应的高效节能空调的市场销售价格也比较高, 再加上人们对高效节能空调所得的节电长远效益认识不清楚, 往往只比较了购买时的价格差异, 导致高效节能空调在整个空调市场的占有份额并不高[32]。为了提高高效节能的推广, 我国也对企业所生产高能效等级空调进行了相应的补贴, 直接降低了高能效等级空调的市场销售价格, 在一定程度上提高了节能空调的普及率[33]。
在中国社会主义市场经济条件下, 作为消费者, 首先关注的肯定是产品的价格和质量, 优先选择性价比高的商品。而作为生产企业, 则是追求最大的利润。国家作为管理者, 有正确引导产业发展方向的义务。在最开始很长的一段时间里, 我国对节能空调的推广只是处于教育道德层面的宣传, 并没有充分使用社会主义市场经济中的价格杠杆来调节, 结果是大家在意识层面认同节能空调的情况下继续选择了较高能耗、较低价格的空调。而在社会主义市场经济下, 价格杠杆往往比行政宣传的效果更为直接和明显。目前, 我国直接按照生产空调能级相关标准给予企业相应补贴, 使得企业在不涨价的前提下也能有钱赚, 有效提高了企业生产节能空调的积极性。消费者间接享受到一定程度的优惠, 其购买节能空调的积极性也得到了的提升。国家实现了节能减排的期望, 企业的销售量和盈利水平也没有下降, 消费者节约了金钱和电费, 实现了多方共赢, 促进了我国的可持续发展[34]。
在政府的大力支持下, 2009年开始, 国家对高效定频空调器进行了补贴, 2010年国家发改委、财政部印发了关于调整高效节能空调, 推广财政部补贴政策的通知[35]。这说明了国家政策支持的体现无处不在, 近几年来“家电下乡”、“以旧换新”等财政补贴政策相继推出, 在各大家电销售地点均有出现。在主要针对推广空调能效1、2级产品的“节能惠民工程”启动后, 为缩小节能与非节能产品的价格差距, 106款1级产品扣除补贴后价格从1230~3500元不等, 提高了群众的消费积极性。有调查显示, 在湖南省节能空调的推广使用中, 共有20家空调生产企业参与, 其中销售数量最多的品牌是格力, 购买节能空调的用户中, 机关及企事业单位所占的比例较大, 为37.52%, 其次为个人用户, 占10.23%, 在一定程度上也可以反映出中国绝大多数城市的空调用户分配状况[36]。
3 空调节能技术在中国的发展
在空调普及率大幅上升的情况下, 空调用电量占我国总用电量的20%左右, 占大中型城市夏季用电高峰负荷的40%左右。随着能源问题日益凸显和社会节能环保意识的不断提高, 我国也越来越重视发展空调节能技术。
空调节能技术, 相对于其他较早引入空调并率先萌生节能意识的发达国家来说, 我国发展比较晚, 所以我国的节能空调技术相对于其他的国家来说经验、技术方面略有不足。再加上我国的节能空调的市场份额不高, 所以导致我国的空调节能技术相对于其他的国家来说还是有差距。但是随着能源问题凸显, 国家愈来愈重视发展节能技术, 不断借鉴国外先进科技, 加大促进了对空调节能技术的研究, 我国的节能空调技术得到了蓬勃的发展[37]。虽然与发达国家还有一定的差距, 但是我国空调节能技术已经取得了一定的成果, 并得到相应的应用。
随着时代的发展与进步, 我国的空调生产企业也逐渐意识到了发展空调节能技术的重要性和趋势性, 在产品节能技术研发和整体质量水平提高方面更加重视, 企业在产品开发和节能技术研究方面的投入正在逐渐加大, 围绕产品生产的基础技术、系统开发设计、测试分析、专业配套、节能减排和制冷剂替代技术等方面开展了全方位、深层次的长期性开发研究, 不断提高自主研发和创新能力。在众多企业的共同努力下, 一项项具备世界级技术水平的新技术、新产品在行业内接连推出并直接服务于市场, 实现了空调行业整体节能技术水平的稳步提高[38]。
但是, 总体来看我国空调能效等级整体水平依然较低, 缺少前瞻性的未来空调技术方式。例如独立除湿空调技术 (包括除湿部分和新型的显热空调技术) 、局部空调供冷技术、变频空调技术、蓄冷空调技术、绿色数据中心空调节能技术、合理的热电冷联供技术、太阳能空调技术、热声制冷技术、热泵技术、降低空调负荷等相关技术等[39~49]。这些技术虽然获得了一定的研究成果, 但尚不成熟且使用范围较小, 无法投入大大规模的工业生产中。
由于空调生产厂家的多元化, 企业出于商业原因往往不会共享节能空调的规格参数和生产技术, 这直接影响了空调市场整体能效的提高。不同空调生产企业所生产的空调往往具有不同的规格参数, 难以统一标准。如果能够结合现代智能技术和云计算功能, 通过手机、平板电脑等移动设备在特定的APP实现便捷的智能化控制, 就能直接实现降低空调能耗的目的。
4 智能化与云计算结合技术
云计算是一种利用互联网实现随时随地、按需求、便捷地访问共享资源池 (如计算设施、储存设备、应用程序等) 。云计算的基本原理是, 通过计算分布在大量的分布式计算机上, 而非本地计算机或远程服务器中, 企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上, 根据需求访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[50,51]。
鉴于难以统一不同企业生产规格参数相一致的空调, 结合现代智能技术和云计算功能引入智能空调节能控制器。智能空调节能控制器为一独立辅助控制器, 适用于市场上绝大多数类型的空调。通过智能空调节能控制器, 可以实时监测空调的工作状态, 然后使用者或管理者可以在手机、平板电脑等移动设备上通过互联网在特定APP上远程调控空调的运行状态。实现合理的使用空调, 避免不必要的能耗, 这样不仅可以增加空调寿命, 还可以有效的实现节能减排的目的。
4.1 智能空调节能控制器功能参数
通过智能空调节能控制器, 可实时监控并调整空调的运行状态。主要功能参数包括定时开关机、智能温度锁定、智能感应温度开关机、智能人体感应开关和空调状态查询与设置。
4.1.1 定时开关机
控制参数:空调状态 (开关机) 、空调模式 (制冷或制热) 、空调温度、风门状态 (摆风或不摆风) 、执行时段、执行日期。
通过此功能可以减少空调人工管理成本, 并便捷有效达到合理控制的目的。
4.1.2 智能温度锁定
将锁定温度打开状态, 在空调开机的状态下, 分体节能模块在5min内若检测到空调的设置温度比制冷标准温度低, 或者空调的设置温度比制热标准温度要高, 那么分体节能控制器会将空调锁定到标准温度 (若空调是制冷的情况下, 锁定到制冷标准温度。若空调是制热的情况下, 锁定到制热标准温度) 。在打开锁定温度的情况下, 需要查看一下节能器的节能参数中制冷标准温度、制热标准温度是否是符合锁定温度要求。通过此功能可以根据智能感应温度变化调整空调设定温度, 减少了空调额外的能耗。
4.1.3 智能感应温度开关机
将空调打开时, 分体节能模块检测到的室温在禁止开机温度区间内, 分体节能模块将禁止开机, 会将空调关机。通过此功能可以根据智能感应温度判断空调的是否需要工作, 智能化的实现了空调开启与关闭, 减少了空调不必要的能耗。
4.1.4 智能人体感应开关设置
(1) 智能人体感应开设置:当人体感应开功能打开后, 如果分体节能模块接入智能人体感应装置, 连续5min均有检测到人体后执行开机命令。
(2) 智能人体感应关设置:当人体感应关功能打开后, 如果分体节能模块接入智能人体感应装置, 连续30min未检测到有人后执行关机命令。
通过此功能可以根据监测环境内是否有人而智能选择空调工作状态, 有效避免了人离开而忘记关闭空调所造成的能耗。
4.1.5 空调状态查询与设置
可以查询并设置空调状态、空调模式、风门状态、室内温度、设置温度、出风温度、传感器的状态、节能器状态等。通过此功能可实时在线了解空调工作状态, 并可根据个人需要和环境变化作出相应的调整, 实现了便捷合理控制空调工作状态。
4.2 技术应用实例
与某环保公司合作, 在某企业员工宿舍实践所得数据见表1。
注:加黑部分是安装了节能控制模块得到的
仅员工宿舍楼一间宿舍一天理论可节电量平均为:160330÷6÷30÷189=4.7 (kW·h) ;公司宿舍楼A, B, C, D栋实际入住189间宿舍, 5~10月份预计可节电量160330kW·h, 节能效果显著。如果能够大范围广泛推广到城市, 节能潜力巨大。
5 讨论与结论
面对中国空调市场企业品牌繁多、产品生产参数规格不一的局面, 结合现代智能化和云计算结合的功能, 在手机、平板电脑等移动设备上通过互联网实现实时监控、远程操作和智能控制的目的。有效地降低了因不合理使用空调所产生的额外能源消耗, 并且适用于市场上绝大多数空调, 有利于提高我国空调节能领域整体的节能水平。
与传统空调节能技术相比, 最大的创新就是改变了过去“遥控器是唯一控制空调运行的工具”的观念, 实现了手机、平板电脑等多种互联网端口控制的功能。智能空调产品正是通过把空调运行控制系统链接到互联网操作平台上来实现的。未来生活中实现对家中所有设备的控制定是朝着无线化、可移动化的方向发展。如今, 随着移动互联网的飞速发展, 让我们的无线传输及控制变得无比简单。基于无线网络系统开发出的适用于用户控制的智能家居就变得相对简单起来。这也就意味着用户只需通过手机、平板电脑等智能移动设备, 甚至是当前比较流行的可穿戴设备等就可轻松实现对家里的一切控制, 不仅为人们的日常生活提供了极大的便利, 还有效地减少了能源的消耗。
随着生活水平的不断提高, 空调已经成为高普及率的高能耗设备。现今, 能源问题凸显, 节能减排已经成为21世纪发展的重要主题之一。国家和企业为了提高节能空调的市场占有率, 也纷纷都加大了对空调节能技术的投入和相应的政策补贴与推广。由此, 发展空调节能技术对我国实施可持续发展战略和提升我国企业竞争力有着深远意义。