探究云計算在校園物聯網中的應用論文
以信息網絡為核心的新技術革命，不斷改變著人們的生產和生活方式。物聯網是繼計算機、互聯網之后信息產業的又一項新技術。1995年，比爾.蓋茨提出了物聯網的概念，之后麻省理工大學和Auto-ID也提出物聯網的概念。2005年，國際電信聯盟在《ITU互聯網報告2005:物聯網》中提出，無所不在的物聯網時代即將來臨，所有物體都可以通過Internet進行信息交換。云計算是利用互聯網隨時隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計算設施、存儲設備、應用程序等)的一種新的計算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個虛擬的共享資源池中，再根據用戶的需求重新進行資源分配和組合，從而實現資源的扁平化管理團。云計算是物聯網發展的基石，而物聯網又是云計算最大的用戶，二者的融合可謂，相輔相成，是物聯網未來發展的方向。近年來，隨著校園物聯網的快速發展，網絡系統中產生了海量的數據，如何有效的存儲、管理、訪問這些數據成為各界關注的焦點。因此，本文把云計算技術和校園物聯網技術相結合，利用云計算平臺處理校園物聯網中產生的海量數據，滿足了校園物聯網的發展需求，該研究為校園物聯網的運營模式提供了有益參考。
1云計算及其特征
1. 1云計算
隨著電子商務、數字城市、在線視頻及物聯網等互聯網應用的快速發展，產生的海量數據需要處理。為解決此問題，2006年，Google和Amazon等公司提出了云計算的構想，2007年斯坦福大學等多所高校與Google和IBM等公司合作，開始研究云計算的關鍵技術，其他國家的研究人員也對云計算開展了大量的研究工作。美國國家標準與技術研究院給出了云計算的定義:云計算是利用互聯網隨時隨地、按需、便捷訪問共享資源池(資源包括計算設施、存儲設備、應用程序等)的一種計算模式。這種模式將所有的資源虛擬化，并將這些資源聚集在一個虛擬的共享資源池中，再根據用戶的需求重新進行資源分配和組合，實現資源的扁平化管理團。云計算可根據用戶的需求變化，動態地分配資源，部署于云計算平臺上的各種應用也需要根據資源的變化做出響應。用戶采用云計算模式，可以屏蔽數據中心管理、大規模數據處理及應用程序部署等問題，并根據需要隨時申請或釋放共享資源，按需購買云計算資源，既提高了服務質量，也降低了運營成本。
1. 2云計算的特性
云計算可以提供低成本的按需付費的服務方式，可以快速、彈性地獲得服務。服務提供商的資源被聚集在一個虛擬的共享資源池中，并通過多租戶模式為用戶提供物理或虛擬化的資源。云計算模式可以檢測、控制和統計資源的使用情況，為用戶和服務商提供透明的服務使用量。與強調異構資源共享的網格計算相比，云計算更強調大規模共享資源池資源的分享，可以提高資源的復用率，降低運行成本。云計算所具有的超大規模、虛擬化、多用戶、可擴展性等特點是組建校園物聯網系統的關鍵技術。云計算具有如下特性:
1)資源池化。云計算把計算設施、存儲設備、應用程序等資源以共享資源池的方式聚集在一起統一管理。根據用戶的需求，利用虛擬化技術重新進行資源分配和組合，實現資源的扁平化管理。
2)彈性服務。云計算能根據用戶的需求變化動態地分配資源，部署于云計算平臺上的各種應用也能夠根據資源的變化做出響應，減少或避免了因服務器性能冗余或過載而導致的資源浪費或服務質量下降。
3)按需服務。云計算以服務的形式為用戶提供計算設施、存儲設備、應用程序等資源，根據用戶需求的.變化自動分配資源，提供用戶所需的服務。
4)計費服務。云計算模式可以監控用戶的資源使用量，并根據用戶使用的資源進行計費。
5)泛在接入。用戶可使用各種終端設備隨時隨地訪問云計算服務，實現互聯網即計算機的構想。
1. 3云計算的核心服務層
在實際應用中，云計算的核心服務層可劃分為3個子層:基礎設施即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS)。
IaaS層是由計算機和網絡組成的硬件，是云計算的基礎，能夠為用戶提供實體或虛擬的計算、存儲和網絡等海量的硬件資源，并通過虛擬化技術為用戶提供彈性、按需、可靠的基礎設施服務。數據中心是云計算的核心，也是IaaS層的主要研究對象，Google，Facebook等許多公司都把數據中心的管理和優化等問題作為研究和建設的重點。數據中心的資源規模及可靠性對上層云計算服務有非常重要的作用，用戶在使用IaaS層服務時，需要提供基礎設施的配置信息、程序代碼及相關的用戶數據。
PaaS層作為云計算核心服務層的中間層，既需要為SaaS層提供簡單可靠的分布式編程框架，也需要為IaaS層提供信息調試、數據管理等服務。PaaS層將軟件研發的平臺作為一種服務，程序開發者只需上傳程序代碼和數據即可使用服務，而無需關注底層硬件管理等問題。由于電子商務、數字城市、在線視頻及物聯網等互聯網應用平臺的數據量日趨龐大，PaaS層應當具有海量數據的存儲與處理能力，并能利用有效的資源管理與調度策略提高海量數據的處理效率。
SaaS層是云計算核心服務層的最高層，是一種通過互聯網提供軟件的模式，直接而向云計算終端用戶提供基于互聯網的各種應用服務。隨著互聯網的迅速發展，SaaS層的應用發展非常迅速，用戶可以向供應商租用基于Web的各種應用，而無需考慮服務器的管理和維護等問題。
2物聯網及其體系結構
2. 1物聯網的概念
1995年，比爾·蓋茨提出物聯網的概念，之后麻省理工大學、美國的auto-ID和國際電信聯盟也先后提出物聯網的概念。同年，IBM公司提出基于物聯網技術為核心的智慧地球的概念。2009年，中國將物聯網技術列入國家七大戰略性新興產業之一。物聯網技術是通過射頻識別(RFID)紅外感應、激光掃描、全球定位等信息傳感設備，按約定的協議將物品與互聯網相連接，進行信息的交換和通信，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術困，其技術基礎和核心仍然是互聯網技術。
2. 2物聯網的體系結構
國際電信聯盟定義的物聯網體系結構包括感知層、網絡層和應用層。感知層主要用于物品標識和信息智能采集，對應物聯網感知系統，包括RFID標簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、UPS、二維碼標簽、RFID網絡、傳感器網絡等。該層的核心技術包括物品標識技術、傳感器技術、無線傳輸技術等;涉及的核心產品包括傳感器、電子標簽、傳感器節點、無線路由器、無線網關等。
物品標識技術是對物品編碼并進行識別的一項技術，按識別距離及是否需要電源，可分為接觸式標識技術、非接觸式標識技術、有源標識技術和無源標識技術。按識別距離及速度可分為近距離低速標識、中距離高速標識和遠距離高速標識。如條形碼、磁卡、IC卡和低頻RFID采用的是無源接觸式標識技術;高頻、超高頻和微波RFID采用無源非接觸標識技術;超高頻、微波RFID采用中距離高速標識技術;有源RFID采用遠距離高速標識技術。
網絡層主要用于傳遞和處理感知層獲取的信息，對應物聯網通信系統和數據海系統。通信系統包括移動通信網、互聯網、衛星網、廣電網、行業專網及形成的融合網絡等;數據海系統主要有海量多媒體數據存取系統、跨媒體搜索、數據融合與知識發掘、安全和保密技術、數據格式和標準化等。
應用層主要用于實現物物互聯的應用解決方案，對應物聯網的計算機系統和控制系統。計算機系統主要包括云計算服務、共性服務軟件的中間件、嵌入式一體化開發平臺、超級計算機硬件系統、軟硬件的I/O標準化等。控制系統主要包括人工智能技術、無人裝備、新型調節與執行機構、管道系統控制技術等。
物聯網技術的關鍵是把現有的智能物品和子系統相連，實現應用大集成和管控營一體化，從而實現高效、節能、安全的社會服務。作為物聯網的核心，軟件和中間件，將同硬件設施一起推動整個物聯網的發展。
3云計算在校園物聯網中的應用
3. 1物聯網在校園中的應用
隨著校園網中無線網絡的全覆蓋和物聯網技術的快速發展，物聯網在高校的教學管理、學生管理、圖書館管理、物流管理、人事管理、計費管理叫等工作中的應用越來越廣泛。在教學中，物聯網可以實現現實世界與虛擬學習環境無縫連接，建立一個資源共享、數據傳遞安全、實驗設施管理智能化的教學環境。在學生管理中，通過將RFID標簽嵌入學生的校園一卡通中，可以確定學生所處的位置，實現學生的實時考勤和管理。在圖書館管理中，通過將RFID標簽嵌入圖書中，可以完成圖書的自主借閱。在物流管理中，可以對物資的流向和數量進行實時監控，及時補充緊俏物資，提高物資分配效率。
3. 2云計算在校園物聯網中的應用
隨著校園物聯網的快速發展，網絡規模越來越大，產生的數據也越來越多，因此，迫切需要一個功能強大、低成本、有一定容錯功能、能夠處理海量數據的計算平臺。云計算平臺能夠對校園物聯網產生的海量數據進行存儲、整合和管理，并為整個校園物聯網提供云計算服務，實現預測和決策，同時可反向控制這些傳感網絡，達到控制校園物聯網中客觀事物運動和發展進程的目的。新一代的云計算數據中心可以提供便捷的數據存儲，并能實現按需服務和智能均衡負載等功能，在計算、運營、維護等多方而滿足了校園物聯網的發展需求。
3. 3校園物聯網云平臺設計
校園物聯網中的云計算架構可劃分為感知層、傳輸層、支撐層和應用層。感知層是整個校園物聯網的神經末稍，主要用來完成各種信息(胸卡、一卡通、圖書、桌椅、實驗設備、車輛等)的收集和簡單處理;傳輸層的主要作用是把感知層簡單處理過的信息進行匯聚并向上層傳輸，完成信息的傳輸、交互和匯聚。校園物聯網主要通過現場總線和無線局域網、校園網進行數據的匯聚;支撐層主要包括各種基礎軟件系統、基礎管理和基礎資源，支撐應用層的運行。如基本業務、信息服務、管理控制、數據交換、應用程序、中間件、操作系統、虛擬服務器、物理服務器等;應用層是云計算架構的最高層，主要完成服務發現和服務呈現的工作，根據校園物聯網中不同用戶的不同需求，可以把相關服務組合成能夠滿足用戶需求的應用子系統。如學校人事管理系統、教務管理系統、圖書管理系統、學生管理系統、物流管理系統、門禁管理系統、計費管理系統等。
4結束語
本文基于物聯網技術和云計算技術，設計了一個基于云計算技術的校園物聯網云平臺系統，該系統可以把校園中的各種數據納入物聯網絡，并對采集到的各種數據進行分類、傳輸、存儲和處理。既滿足了校園物聯網中海量數據的處理要求，又降低了校園物聯網的運營成本，使校園服務高效、節能、安全。由于系統的設計方法具有普遍性，因此為校園物聯網的運營模式設計提供了有益參考。在下一步的改進中，可以拓展云計算在校園物聯網中的應用模式，在可用性、可靠性、規模彈性和成本能耗等方而進行深入研究。
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