探索云计算在校园物联网中的应用

编辑:宣统部 2019-03-09 10:56

以信息网络为中心的新技术革命不断改变着人们的生产和生活方式。物联网是继计算机、互联网之后信息产业的另一项新技术。 1995年,比尔盖茨提出了物联网的概念,之后麻省理工学院和Auto-ID也提出了物联网的概念。 2005年,国际电信联盟在《ITU互联网报告2005:物联网》提出无处不在的物联网时代即将到来,所有对象都可以通过互联网交换信息。云计算是随时随地使用互联网、按需、方便地访问共享资源池(资源包括计算设施、存储设备、应用程序等)的一种新的计算模式。此模式虚拟化所有资源并将它们聚合到虚拟共享资源池中,然后根据用户需求重新分配和组合资源,从而实现平坦的管理资源组。云计算是物联网发展的基石,物联网是云计算的最大用户。互联网的整合可以说是相互补充的,是物联网的未来发展方向。近年来,随着校园物联网的快速发展,网络系统中已经产生了大量的数据,如何有效地存储、管理、这些数据的获取已成为人们关注的焦点。因此,本文将云计算技术与校园物联网技术相结合,利用云计算平台处理校园物联网中产生的海量数据,以满足校园物联网的发展需求。该研究为校园物联网运营模式提供了一种有用的方法。参考。

1云计算及其特点

1.1云计算

随着电子商务、数字城市、在线视频和物联网等互联网应用的快速发展,需要处理大量生成的数据。为了解决这个问题,2006年,谷歌和亚马逊等公司提出了云计算的概念。 2007年,斯坦福大学等许多大学与谷歌和IBM等公司合作,开始研究云计算的关键技术。来自其他国家的研究人员也在云计算方面做了大量的研究工作。美国国家标准与技术研究院给出了云计算的定义:云计算是一种计算模式,它随时随地使用互联网、按需、轻松访问共享资源池(资源包括计算设施、存储设备、应用程序等)。此模式虚拟化所有资源并将它们聚合到虚拟共享资源池中,然后根据用户需求重新分配和组合资源,以实现平坦的管理资源组。云计算可以根据用户的需求动态分配资源,部署在云计算平台上的各种应用也需要根据资源的变化做出响应。用户采用云计算模式,可以屏蔽数据中心管理、大规模数据处理和应用部署问题,根据需要随时应用或发布共享资源,按需购买云计算资源,提高服务质量,减少运营。成本。1.2云计算的特点

云计算可以提供低成本,即用即付的服务,可在、快速灵活地提供服务。服务提供商的资源聚合在虚拟共享资源池中,并通过多租户模型为用户提供物理或虚拟化资源。云计算模式可以检测、控制和统计资源的使用,为用户和服务提供商提供透明的服务使用。与强调异构资源共享的网格计算相比,云计算强调共享大规模共享资源池资源,可以提高资源的重用率,降低运营成本。云计算具有非常大的规模、虚拟化、多用户、可扩展性和其他功能是构成校园物联网系统的关键技术。云计算具有以下特征:

1)资源池。云计算聚合资源,例如共享资源池中的计算设施、存储设备、应用程序。根据用户的需求,虚拟化技术用于重新分配和组合资源,实现资源的扁平化管理。

2)灵活的服务。云计算可以根据用户需求的变化动态分配资源。部署在云计算平台上的各种应用程序可以响应资源的变化,减少或避免由服务器性能冗余或过载引起的资源浪费。服务质量下降了。

3)按需服务。云计算以服务的形式为用户提供计算设施。、存储设备、应用程序和其他资源,根据用户需求的变化自动分配资源,并提供用户所需的服务。

4)结算服务。云计算模式可以基于用户使用的资源来监视用户的资源使用和收费。

5)普遍接入。用户可以使用各种终端设备随时随地访问云计算服务,从而实现互联网作为计算机的理念。

1.3云计算的核心服务层

在实际应用中,云计算的核心服务层可以分为三个子层:基础架构即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。

IaaS层是由计算机和网络组成的硬件。它是云计算的基础。它可以为用户提供物理或虚拟计算硬件资源,如、存储和网络,并通过虚拟化技术为用户提供灵活性。、按需、可靠的基础设施服务。数据中心是云计算的核心,也是IaaS层的主要研究对象。 Google和Facebook等许多公司都将数据中心的管理和优化视为研究和建设的重点。数据中心的资源规模和可靠性在上层云计算服务中发挥着重要作用。使用IaaS层服务时,用户需要提供基础结构配置信息、程序代码和相关用户数据。作为云计算核心服务层的中间层,PaaS层需要为SaaS层提供简单可靠的分布式编程框架,以及为IaaS层调试、数据管理服务的信息。 PaaS层使用软件开发平台作为服务,程序开发人员可以通过简单地上传程序代码和数据来使用该服务,而无需关注底层硬件管理。由于电子商务、数字城市、在线视频和物联网等互联网应用的数据量不断增加,PaaS层应具备海量数据的存储和处理能力,并可通过以下方式提高海量数据的处理效率。使用有效的资源管理和调度策略。 。

SaaS层是云计算核心服务层的最高层。它是一种通过Internet提供软件的模式,直接为云计算终端用户提供各种基于Internet的应用服务。随着Internet的快速发展,SaaS层的应用正在迅速发展,用户可以向供应商租用各种基于Web的应用程序,而无需考虑服务器的管理和维护。

探索云计算在校园物联网中的应用

2物联网及其架构

2.1物联网的概念

1995年,比尔盖茨提出了物联网的概念。之后,MIT、,美国自动识别码和国际电信联盟也提出了物联网的概念。同年,IBM提出了基于物联网技术的智慧地球概念。 2009年,中国将物联网技术列为全国七大战略性新兴产业之一。物联网技术是一种信息传感设备,如射频识别(RFID)红外感应、激光扫描、全球定位,根据约定的协议将物品连接到互联网,并交换信息和通信,实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理网络技术,其技术基础和核心仍然是互联网技术。

2.2物联网架构

由国际电信联盟定义的物联网架构包括感知层、网络层和应用层。传感层主要用于物品识别和信息智能采集,对应物联网传感系统,包括RFID标签和阅读器。、传感器、摄像头、UPS、二维码标签、 RFID网络、传感器网络。该层的核心技术包括项目识别技术、传感器技术、无线传输技术等;涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。项目识别技术是用于编码和识别项目的技术。根据识别距离和是否需要电力,可分为接触识别技术。、非接触式识别技术、主动识别技术和被动识别技术。根据识别距离和速度,可分为短距离低速标识、中距离高速标识和长距离高速标识。例如,条码、磁卡、 IC卡和低频RFID采用被动接触式识别技术;高频、超高频和微波RFID采用无源非接触式识别技术; UHF、微波RFID采用中距离高速识别技术;源RFID使用远程高速识别技术。

网络层主要用于传输和处理由传感层获取的信息,对应于物联网通信系统和数据海洋系统。通信系统包括移动通信网络、 Internet、卫星网络、宽网格、工业专用网络并形成融合网络;数据海系统主要有海量多媒体数据访问系统、跨媒体搜索、数据融合和知识发现、安全和保密技术、数据格式和标准化。

应用层主要用于实现对象互连的应用解决方案,对应于物联网的计算机系统和控制系统。计算机系统主要包括云计算服务、通用服务软件中间件、嵌入式集成开发平台、超级计算机硬件系统、硬件和软件I / O标准化。该控制系统主要包括人工智能技术、无人值守设备、新规和执行器、管道系统控制技术。

物联网技术的关键是连接现有的智能项目和子系统,实现应用集成和管理与控制阵营的集成,从而实现高效率的、节能、安全社会服务。作为物联网的核心,软件和中间件将与硬件协同工作,推动整个物联网的发展。

3.1物联网在校园中的应用

随着校园网无线网络的全面覆盖和物联网技术的快速发展,高校教学管理中的物联网、学生管理、图书馆管理、物流管理、人事管理、计费管理叫做工作的应用越广泛。在教学中,物联网可以实现现实世界与虚拟学习环境的无缝连接,并建立资源共享、数据传输安全性、实验设施管理智能教学环境。在学生管理中,通过在学生的校园卡中嵌入RFID标签,您可以确定学生所在的位置并实现实时出勤和管理。在图书馆管理中,通过在书中嵌入RFID标签,可以自主借书。在物流管理中,可以实现物料流量和数量的实时监控,及时补充紧密物料,提高物料配送效率。随着物联网在校园内的快速发展,网络越来越大,产生的数据也越来越多。因此,迫切需要具有一定容错能力的功能强大的、低成本、。、可以处理海量数据计算平台。云计算平台可以存储和管理校园物联网生成的海量数据,为整个校园物联网提供云计算服务,实现预测和决策,同时控制这些传感器网络以控制校园物联网。客观事物的运动和发展过程的目的。新一代云计算数据中心可以提供方便的数据存储,并可以实现按需服务和智能平衡负载功能,满足校园物联网在计算、操作、维护等方面的开发需求。

3.3园区物联网云平台设计

校园物联网中的云计算架构可分为传感层、传输层、支持层和应用层。感知层是整个校园物联网的神经末梢。它主要用于收集和简单处理各种信息(徽章、卡、书籍、桌椅、实验设备、车辆等);传输层的主要作用是感知层将简单处理的信息聚合并传输到上层,完成信息传输、的交互和聚合。校园物联网主要通过现场总线和无线局域网、校园网进行数据聚合;支持层主要包括各种基本软件系统、的基本管理和基本资源,以支持应用层的操作。如基本服务、信息服务、管理控制、数据交换、应用程序、中间件、操作系统、虚拟服务器、物理服务器等;应用层是云计算架构的最高层次,主要是完成服务发现和服务渲染工作,根据校园物联网中不同用户的不同需求,可以将相关服务组合成可满足用户需求的应用子系统。如学校人事管理系统、教育管理系统、图书管理系统、学生管理系统、物流管理系统、门禁管理系统、计费管理系统。

4。结论

本文以物联网技术和云计算技术为基础,设计了基于云计算技术的校园物联网云平台系统。该系统可以将校园中的各种数据集成到物联网中,并对收集的数据进行分类。、传输、存储和处理。它不仅满足了校园物联网中海量数据的处理要求,还降低了校园物联网的运营成本,使校园服务有效地达到了、节能、的安全性。由于系统的设计方法是通用的,它为校园物联网的运行模式设计提供了有益的参考。在下一步的改进中,我们可以在校园物联网中扩展云计算的应用模型,并对、可靠性、规模灵活性和成本能耗的可用性进行深入研究。



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