基于云的物聯網體系結構

魏平平

湖南工藝美術職業學院，湖南益陽 650217

1 物聯網

物聯網（the Internet of Thing, IOT）是近幾年提出的一個由多項信息技術融合而成的新型技術體系。在實際應用中，通常把感應器、處理器和無線通信模塊嵌入或者裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑物等各種物體中，使他們能夠相互連接，組成一個無所不在的網絡。物聯網可以理解為具有兩層含義：第一，物聯網是以互聯網為基礎，進行延伸和擴展的一種網絡；第二，是以客戶端為基礎，從客戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網絡。

我們正處于一個新的通信時代的邊緣，信息與通信（ICT）的目標已經從滿足人與人之間的溝通，發展到人與物、物與物之間的交流，一個無所不在的物聯網通信時代即將來臨。在產業界，IBM在2008年底提出了“智慧地球”概念。國際上多個國家和地區都已經啟動了相應的研究計劃，如日本的U-Japan計劃、韓國的U-Korea計劃等。在我國，從上世紀90年代末就開始了傳感網的研究。2009年8月，溫家寶在無錫視察的時候提出了“感知中國”理念。

2 云計算

隨著互聯網時代信息與數據的急劇增長，科學、工程和商業計算領域需要處理大規模、海量的數據，對于計算能力的需求遠遠超出了自身IT架構的計算能力，這時就需要不斷加大系統硬件投入來實現系統的可擴展性，云計算應運而生。云計算（Cloud Computing）是新近提出的一種計算模式，是分布式計算、并行計算和網格計算的發展。 是一種基于互聯網的超級計算方式。

云計算具有支持虛擬化、提供服務質量保證（QoS）、高可靠性、自治性等特征。云計算現已經成為下一代IT發展的趨勢，產業界已經投入了大量的人力物力著手進行云計算的各種研究和應用開發。

3 物聯網體系結構

對物聯網的研究必然要對物聯網的體系結構進行深入理解，要研究物聯網的體系結構，就必須從物聯網已有的應用系統和應用實例著手。物聯網目前已經在倉儲物流、智能樓宇、路燈管理、智能電表、城市自來水網燈基礎設施以及醫療護理等領域得到了應用。在安防監控、物品防偽鑒定、智能交通、工業控制等方面也將大有作為。目前很多的物聯網應用實例基本上都圍繞著這些領域展開。物聯網已有的體系結構有：物聯網的自主體系結構、物聯網的EPC體系結構、物聯網的UID技術體系。當前，較具代表性的物聯網架構有歐美支持的EPC Global物聯網體系架構和日本的Ubiquitous ID（UID）物聯網系統等。我國也積極參與了物聯網體系結構的研究，正在積極制訂符合社會發展實際情況的物聯網標準和架構。

4 一種基于云的物聯網體系結構

聯網已有的體系結構無法構成一個通用的物聯網系統。以下是從物聯網數據傳送、物聯網安全、數據處理等方面討論物聯網的體系結構。

物聯網中數據是有各種信息感知設備，如溫度傳感器、濕度傳感器、光感應器、壓力感應器、震動感應器、攝像頭等，來完成各種數據的感知。感知的數據通過第三方提供的云存儲服務，實時存儲于云中。各種應用從云中提取數據，并進行相應的業務邏輯處理，同時可以向相應的傳感器請求應用所需的具體數據。管理層負責數據的驗證，傳感設備的控制，物聯網應用的認證。主要結構如圖1所示。

圖1 基于云計算的物聯網體系結構

1）感知層：主要功能是信息的感知，數據的收集，主要包括各種感應設備，RFID標簽，二維碼，讀卡器等。物聯網通過這些設備來完成信息的采集。由于云平臺具有無限的存儲能力，感應數據通過相應的網絡協議轉換網關經互聯網存儲到云中，物聯網應用通過云服務可以在任何地方任何時間都能讀取所需的第一手數據資料；

2）管理層：管理是對感知數據進行數據挖掘，如溫度傳感器，在某一個區域內所部署的多個溫度傳感器，因傳感器工藝以及敏感度的差異，在某一時刻上傳的溫度數據就可能存在誤差，這時就必須要有一個合理的值傳給物聯網應用，此時就需要對多個溫度數據進行處理，或去均值，或者按權去值；同時管理層還害負責物聯網應用對數據讀取的合法性進行認證，沒有通過的物聯網應用將不能得到所需要的所有信息，對物聯網的安全起著至關重要的作用。管理層還可以向感應設備發送控制指令，比如固件升級指令，設備的電量查詢，以及設備是否工作正常等。

因云平臺具有超強的計算能力，管理層通過相關組件大部分的業務邏輯交由云代為處理，解放了物聯網的計算壓力；

3）應用層：應用層主要是由各種物聯網的應用組成。物聯網應用首先向管理層申請相關的服務，得到管理層認可后應用層就可以從接入的網絡上獲取所需要的信息，同時可以向感知層發送符合相關協議的信息獲取感應設備的信息以及可以控制相關的感應設備。

4）云服務：云主要提供數據的存儲，高性能計算服務。物聯網感知的數據具有很大的異構性，如溫度傳感器感應的數據是溫度值，濕度傳感器感應的是濕度值，攝像頭獲取的是視頻信息，同時感應設備在管理層的控制下不斷的向外傳送數據，從而將有海量的數據需要存儲和進行實時處理。因此數據的存儲和實時處理成為物聯網發展的一大難題。而云計算提供了大量的服務器集群，具有無限的存儲能力和超級計算能力，將物聯網從數據存儲和計算能力有限中解脫出來。

圖2 基于云服務的物聯網體系結構整體架構

整個運行的流程可以這樣描述。感應設備感應的數據通過接入網關，根據網絡轉換協議，將數據存儲到云服務上，管理層通過相關邏輯組件（中間件）對數據進行加工處理，物聯網應用通過管理層認證后，通過應用層組件（中間件）獲取信息。應用層也可以同過相應的組件向管理層請求所需數據信息和對感應設備的控制，管理層通過向感應層發送指令，判斷感應設備的運行狀況。整個體系的整體架構如圖2所示。

5 結論

將云服務的物聯網體系結構，將云服務的無限存儲能力和超強的實時計算能力融入到物聯網應用中，和物聯網的任意地方，任意時間，任意服務，任意網絡，任意對象以及融合、內容、計算、通信、連接等特征相結合，依靠強大的云計算能力，讓物聯網從海量數據存儲和處理中解脫出來，給物聯網減壓，使得整個物聯網的研究主要放在相關協議的制定和物聯網應用的開發，為物聯網的發展提供一點建議。

[1]劉化君. 物聯網技術[M].電子工業出版社，2010-09-01：10-14.

[2]孫其博.物聯網_概念_架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，6：1-9.

[3]楊庚.物聯網安全特征與關鍵技術[J].南京郵電大學學報：自然科學版，2010，8：20-29.

[4]劉強.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學，2010，6，1-4，10.

[5]陳全.云計算及其關鍵技術[J].計算機應用，2009，9：2562-2567；

[6]張建勛.云計算研究進展綜述[J].計算機應用研究，2010，2：429-433.