孙 颖

（中国信息通信研究院，北京 100037）

云计算在物联网中的应用研究

孙 颖

（中国信息通信研究院，北京 100037）

物联网与云计算是当今IT时代的两大热点技术，随着两种技术的快速发展，越来越多的物联网应用场景运用了云计算的技术和理念。两者相辅相成，作为信息产业第三次浪潮的物联网被赋予了更广阔的发展空间。

物联网；云计算；智能交通；智能电网

1 引言

2013年，国务院发布《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，住建部分批次公布了193个智慧城市试点，由此我国大物联网时代拉开序幕[1]。作为当今信息技术产业的重要组成部分，物联网具有广阔的发展前景。随着物理世界中的物体逐步成为通信对象，物联网的发展将满足世间万物的互联互通的需求，给生产、生活、管理等各个方面带来深刻变化。

作为世界信息产业的第三次浪潮，物联网覆盖的区域越来越广，必将诞生大量的各种类型的终端设备，其中，也必然产生需要实时处理的纷乱无章的海量数据与信息。具备高效信息处理性能的云计算技术是物联网中应用基础设施的重要部分，物联网的规模应用也将大大推动云计算服务发展。

2 云计算与物联网的关系

2.1 物联网的定义和网络架构

从1999年物联网概念的提出，到2005年国际电信联盟（ITU）的年度互联网报告引发全球范围内对物联网的讨论，再到2009年IBM提出“智慧地球”的概念，物联网的定义和范围已经发生了天翻地覆的变化。目前，物联网在国内普遍引用的定义是：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连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[2]。

物联网架构包括感知层、网络层和应用层（见图1）。感知层主要实现智能感知功能，包括信息采集、捕获和物体识别；网络层依托公众电信网、互联网及专用网络将终端采集的信息准确地传递出去；应用层将感知层收集的物体信息通过处理技术实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用[3]。

图1 物联网基本架构

物联网时代的核心技术就是在全面感知、可靠传递的基础上，利用高效的智能处理技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。

2.2 云计算的定义和技术特点

云计算是把需要巨大计算能力解决的问题分布在互联网中大量的分布式计算机上。与此同时，云计算也是一种按使用量付费的模式，这种模式可提供便捷，按需访问可配置的计算资源（资源包括网络、服务器、应用软件、存储等）共享池。这些资源能够快速提供，却只需投入很少的管理工作。云计算主要有以下六个特点：

（1）分布式处理：使计算分布在互联网中数以百万计的服务器计算节点上调度，实现对海量数据的快速处理。

（2）成本低：由于使用廉价的云计算节点来构成云，它的自动化集中式管理可降低数据中心的管理成本。

（3）高可靠性：使用数据多副本容错和计算节点同构可互换等措施来确保云计算服务的高可靠性。

（4）虚拟化：作为云计算的关键技术，提供给用户的可以是一个实际的物理资源，也可以是跨越物理资源的虚拟资源，云计算保证用户在任何位置各种终端获取服务。

（5）多功能性：在云计算的支撑下可以构造出多种多样的应用，而且同一个云可以同时支撑不同的应用运行。

（6）高可扩展性：云计算提供了一个资源池中设定了不同的集群类型，并由其特定的扩展方式，并会根据变化自动为应用集群增减资源[4]。

2.3 物联网与云计算的融合

物联网是对互联网的极大拓展，将真实世界中的物体利用射频识别等技术通过传感器设备连接到互联网，促进与互联网的智能融合。随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求日益增大。大规模物联网必然要依托云计算平台的分布式计算能力，后者带来的高效率的运算模式也正好为物联网提供良好的应用基础，它接收物联网里各种设备传来的信息，通过存储处理后，运用云计算模式对物联网中的各类物体进行实时动态管理和智能分析。

云计算从根本上改变了传统的互联网结构，将计算能力由个人终端向服务端聚合，运用分布式计算技术，提高了计算资源的整体利用率[5]。在量化计算资源的基础上，云计算实现了由提供设备向提供服务演进的过程，其服务领域已经不仅限于熟知的IaaS、PaaS、SaaS等，扩展到DaaS、TaaS等。随着全球物联网的迅猛发展，恰恰为云计算平台的完善及大规模的应用提供了最大的用户，同时云计算被赋予了更广阔的定义，从连接计算资源到连接物理世界中所有的人和物体[5]，计算能力也将进一步的智能化。

3 云计算与物联网结合的应用场景

物联网在全面感知、可靠传递的基础上，利用云计算平台的智能处理技术，向社会提供高效的智能服务。同时，物联网为云计算提供应用方向和产业环境。目前，越来越多的物联网应用场景运用了云计算的技术和理念，智能交通和智能电网是二者相结合的应用典范。

3.1 智能交通

随着物联网“概念”向“产业”转变，大量的物联网应用正惠及交通领域，给我们的生活和出行带来便利。智能交通是将先进的电子、信息、传感与检测、自动控制、系统工程等技术综合运用于地面交通，建立起安全、实时、准确、高效的地面运输系统，利用高新技术改造传统运输系统而形成的一种信息化、自动化、智能化、社会化的新型运输系统。应用云计算技术，探索交通领域信息化是一种新思路。一方面，主要表现在目前交通信息化运营管理系统基本已进入到一个平稳运行的阶段，对传统的硬件设备的需求趋于稳定，从而加大了对信息化软件升级改造和应用服务的投入，云计算提供的资源按需服务恰好解决了软件大幅投入带来的成本问题。另一方面，交通领域的基础建设快速发展，铁路新干线、客运专线、新车站、新机场等建设大量出现，也投入了很多IT基础设施的相关建设[6]，因此，在交通领域基础设施项目的建设中利用云计算技术创新交通信息化应用，助力智能交通快速发展。

例如，进入高铁时代的铁路信息系统，车速的跨越式提高给铁路信息化管理带来了巨大的挑战和压力。传统的基于大型服务器的数据中心，离散的信息管理模式已无法适应互联网时代的信息化需求[6]，把传统的铁路信息应用系统及管理系统迁移到拥有百万级服务器集群的云计算大平台上，在云端建立铁路管理系统和数据中心，利用云计算技术助力实现更加安全、便捷、绿色环保的交通环境。智能时代迎合城市化的发展需求，日益严峻的交通拥堵给智能交通领域带来了许多发展契机。一方面，通过摄像头实时采集各路段交通信息，在云计算平台上监控和分析各路段交通流量，从而预测拥堵地点。另一方面，利用GPS来搜集开车人的习惯，利用云计算的分布式计算和调度能力给行车人设计一条最佳的出行线路，如果开车人能够很好配合，将减少30%的道路拥堵。随着消费者的需求日益增多、道路建设的日新月异、道路安全事故的增加，智能化的汽车互联将是未来汽车电子行业发展的必然趋势。

3.2 智能电网

为支撑能源转型和资源节约，物联网时代开启电网“智能模式”。智能电网是指集成新能源、新材料、新设备和先进的信息技术、电网控制技术，实现电力在发、输、配、用过程中的数字化管理、智能化决策、互动化交易[7]，优化资源配置，充分满足用户对电力的需求，确保电力供应的可靠、安全和经济，满足环保要求，适应电力市场化发展。电力行业的应用特点非常符合云计算的技术模式和服务模式。云计算模式就是将原本分散的资源聚集起来，再向群体提供服务。采用云计算，不仅可以实现电力行业内的数据采集和数据共享，最终实现数据挖掘，提供智能的决策分析，促进生产过程协调发展，也可以帮助电网公司将数据转换为服务，提升服务价值。

智能电网的发展给家庭能源的消费带来革新，用电的智能化使得数以千计的家庭安装和使用能源管理终端。“云+端”的家庭能源管理模式将使智能家庭能源管理终端主动注册到能源管理门户上，简化了传统的由于大量的家庭能源管理终端接入带来的系统管理困难[8]。同时，通过运用云计算技术实现对智能电网中各环节设备运行状态的实时感知和监视预警，对产生的海量历史数据在云平台上进行集中存储和共享，对外提供标准统一的访问服务，提升电网智能化水平。云计算与电力行业的结合既避免了云技术带来的不安全性，又适合电网这样的大型企业建设，创新电力系统信息化应用。

云计算以其分布式处理、虚拟化及高可靠性等特点助力物联网领域相关应用，不仅涉及智能交通、智能电网以上两个领域，还涉及智能家居、智能医疗、智能农业等其他相关领域。云计算与物联网紧密结合，为创新信息化应用提供有利的工具和环境。

4 云计算与物联网结合的发展前景

从国家到各行各业都在密切关注物联网和云计算这两个新兴技术，两者都具有美好的技术愿景和规模庞大的潜在市场，能够对社会产生深远的影响，两者相辅相成，合则两利。

4.1 信息消费

互联网时代，信息消费作为拉动内需的重要组成部分，无疑受到产业各方密切关注，物联网及云计算等作为新的消费形式出现推动了信息技术产业的快速发展。2013年，国务院下发《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》中提到开展物联网重大应用示范，提升物联网的公共服务能力，发展物联网已经成为国家促进信息消费战略的重要组成部分。物联网发展的核心正是建立在云计算的基础之上，云计算模式提供对物联网中感知终端的服务延伸，丰富信息消费环境，促进物联网产业的进一步渗透。同时，包括物联网在内的信息消费产业的发展，势将大大带动网络基础设施、智能终端、内容应用等各领域的快速增长。

4.2 智慧城市

云计算是实现物联网的核心，而物联网为云计算提供了广阔的应用平台，云计算与物联网及互联网的智能融合，将大大提速智慧城市的建设。随着2013年国家“智慧城市”技术和标准试点城市的确定，智慧城市目前已成为国内城市建设的重点，将全面带动国家信息化产业发展，成为新的经济增长点。智慧城市的建设从技术发展视角来看，要求通过以移动技术为代表的物联网和云计算等新一代信息技术实现全面感知、互联以及融合应用[9]。将云计算和物联网技术定位于智慧城市中重要的基础设施。随着智慧城市对物联网、云计算产业的进一步渗透、拉动，两种技术的相关应用快速普及，将促进智慧城市建设提速，带动各方产业稳步发展。

4.3 宽带网络

随着2013年4G牌照的正式发牌及国家宽带战略的实施，意味着更多的信息化应用将在宽带网络上快速发展，4G网络的运行让云计算、物联网与互联网的结合有巨大的想象空间。随着物联网及云计算产业的发展，移动智能设备的大范围普及，人们的生活日益智能化、数字化。在移动智能设备、广播视频工具及PC设备之间可以随时随地交互信息。宽带网络已经成为推动云计算、物联网产业融合发展的重要载体，云计算与物联网的融合应用为宽带网络提供巨大的发展潜力。可以说，4G技术的规模应用与宽带网络的能力普及，为新兴技术提供了有利环境和发展机遇，强有力地推动了智慧城市的发展和建设，同时丰富了云计算和物联网的应用模式。

4.4 其他

围绕应用和产业急需，着力突破物联网和云计算核心基础共性技术，关注物联网与云计算平台融合的改造升级问题，加快传感器网络、智能终端、大数据处理等关键技术研发创新，推进物联网、云计算与新一代移动通信、下一代互联网、卫星通信等技术的融合发展。

5 结束语

云计算和物联网是互联网时代的热点技术。物联网是互联网应用的极大拓展，将真实世界的物体通过信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化的控制与管理。云计算利用其分布式处理模式基于服务和资源提供按需、便捷的网络访问。云计算和物联网的结合促进两者在真正意义上从概念走向应用，这种进步是互联网发展的必然趋势。同时，随着两种技术的快速发展，从技术到模式的融合，势必带来一系列的挑战和机遇。

[1] 王艳，徐渊．物联网或迎来高速增长[J]．中国电信业，2014(2):30-31

[2] 梁睿．浅析物联网及物联网技术架构[J]．城市建设理论研究（电子版），2013(15)

[3] 郭彦涛．物联网在城轨交通安全应急领域的应用研究[D]．北京：北京交通大学，2011

[4] 桑磊．云计算在物联网中的应用[J]．科技与企业，2011(1):11-22

[5] 马一丁．透过应用看物联网发展前景[J]．中国电子商情，2010(2):49-52

[6] 张然．云计算技术在铁路信息化建设中的应用前景[J]．铁路通信信号工程技术，2013(4):27-28

[7] 赵锦明，吴春艳．电网智能化，设计要先行[J]．云南电业，2010(6):42-47

[8] 张新昌，周逢权．智能电网引领智能家居及能源消费革新[J]．电力系统保护与控制，2014(5):59-67

[9] 李海涛，张忠岩．浅析智慧城市的发展[J]．城市建设理论研究（电子版），2013(14)

Resarch on Application of Cloud Computing in the Internet of Things

Sun Ying

(China Academy of Information and Communications Technology, Beijing, 100037)

Internet of things and Cloud Computing are two hot technologies in the current IT age. With the rapid development of both technologies, the technologies and ideas of Cloud Computing are applied in the Internet of Things in more and more scenarios. Complementing each other, the Internet of Things, as the third wave for the information industry, have been given a broader space for development.

Internet of Things; Cloud Computing; Intelligent Transportation System; Smart Grid

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.012

TN92，TP3

A

1672-7274（2015）05-0042-04