1、 第四章第四章 物联网关键技术物联网关键技术 应用服务技术学习任务学习任务Click to add title in here 感知技术感知技术 标识技术标识技术 通信技术通信技术 网络技术网络技术 网络定位技术网络定位技术 应用服务技术应用服务技术 安全与隐私技术安全与隐私技术 硬件技术硬件技术 电源和能量存储技术电源和能量存储技术4.6 应用服务技术应用服务技术物联网海量数据存储与查询物联网海量数据存储与查询 123环境感知型中间件环境感知型中间件 物联网数据融合45嵌入式软件 云计算技术 4.6.1 物联网海量数据存储与查询物联网海量数据存储与查询 计算机网络的飞速发展导致全球信息总量迅
2、猛增计算机网络的飞速发展导致全球信息总量迅猛增长，据统计长，据统计2010年全球产生的达到年全球产生的达到1.2ZB（12 亿亿TB），世界进入），世界进入ZB 时代。时代。IDC 预测全球数据量从预测全球数据量从2010 年到年到2015 年年5 年将年将增长增长10 倍。倍。而物联网中对象的数量将庞大到以百亿为单位。而物联网中对象的数量将庞大到以百亿为单位。4.6.1 物联网海量数据存储与查询物联网海量数据存储与查询 由于物联网中的对象积极参与业务流程的需求、由于物联网中的对象积极参与业务流程的需求、高强度计算需求和数据的持续在线可获取的特高强度计算需求和数据的持续在线可获取的特性，导致了
3、性，导致了网络化存储和大型数据中心网络化存储和大型数据中心的诞生。的诞生。物联网对物联网对海量信息存储海量信息存储的需求促进了物联网的需求促进了物联网网网络存储技术、海量数据查询技术络存储技术、海量数据查询技术以及以及面向物联面向物联网的关系型数据库技术网的关系型数据库技术的发展。的发展。4.6.1 海量数据存储及查询海量数据存储及查询 现在的网络世界是海量数据的时代，物联网数据现在的网络世界是海量数据的时代，物联网数据存储将使用数据中心的模式。存储将使用数据中心的模式。数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计计算机系统和其它与之配套的设备算机系统和其
4、它与之配套的设备（例如通信和存（例如通信和存储系统），还包含储系统），还包含冗余的数据通信连接、环境控冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置制设备、监控设备以及各种安全装置。以一个典型数据中心（以一个典型数据中心（Google 数据中心）加以数据中心）加以说明。说明。案例：案例：Google 数据中心数据中心（1）GFS（Google File System）：一个可扩展的）：一个可扩展的分布式文件系统分布式文件系统（2）MapReduce：一种编程模型，用于大规模数：一种编程模型，用于大规模数据集的并行运算据集的并行运算（3）BigTable：一个大型的分布式数据存储系统
5、：一个大型的分布式数据存储系统（1）GFS（Google File System）一个分布式文件系统，用于大型的、分布式的、一个分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。通硬件上，并提供容错功能。一个一个GFS系统包括一个主服务器（系统包括一个主服务器（master）和）和多个块服务器（多个块服务器（server），这样一个），这样一个GFS可以同可以同时为多个客户端应用程序提供文件服务。时为多个客户端应用程序提供文件服务。文件被分为固定的块，由主服务器存放到块服务文件被分为固定的块，由主
6、服务器存放到块服务器的本地硬盘上。器的本地硬盘上。案例：案例：Google 数据中心数据中心 一个一个GFSGFS集群由一个主服务器（集群由一个主服务器（mastermaster）和大量的块服务器）和大量的块服务器(chunkserver)(chunkserver)构成，并被许多客户（构成，并被许多客户（ClientClient）访问。）访问。主服务器存储文件系统所有的元数据，包括名字空间、访主服务器存储文件系统所有的元数据，包括名字空间、访问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置。问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置。GFSGFS中的文件被切分为中的文件被切分为64MB64MB的
7、块并以冗余存储，每份数据的块并以冗余存储，每份数据在系统中保存在系统中保存3 3个以上备份。个以上备份。它运行于廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能。它可它运行于廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。以给大量的用户提供总体性能较高的服务。案例：案例：Google 数据中心数据中心 Google 数据中心数据中心谷歌文件系统（谷歌文件系统（Google File System，GFS）GFS的设计架构的设计架构 Google 数据中心数据中心 （2）MapReduce（映射、归约）（映射、归约）大多数分布式运算可以抽象为大多数分布式运算可以抽象为MapR
8、educe操操作。作。Map是把输入是把输入Input分解成中间的分解成中间的Key/Value对，对，Reduce把把Key/Value合成最终输出合成最终输出Output。这两个函数由程序员提供给系统，下层设施把这两个函数由程序员提供给系统，下层设施把Map和和Reduce操作分布在集群上运行，并把结果操作分布在集群上运行，并把结果存储在存储在GFS上。上。MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成模式的思想是将要执行的问题分解成Map(映射映射)和和Reduce(化简化简)的方式的方式先通过先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）
9、给大量计算机处理，达到分布式运算的效果调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果再通过再通过Reduce程序将结果汇整输出。程序将结果汇整输出。Google 数据中心数据中心 Google 数据中心数据中心 MapReduce 编程模型系统编程模型系统MapReduce程序的执行过程 Google 数据中心数据中心（3）BigTable 一种非关系型数据库，是一个稀疏的、分布的、一种非关系型数据库，是一个稀疏的、分布的、持久化存储的多维度排序持久化存储的多维度排序Map。目的是快速可靠地处理目的是快速可靠地处理PB级别的数据，并且能够级别的数据，并且能够部署到上千台机器上。部署到上千台机器上
10、。适用性强、可扩展、高性能、高可用性。适用性强、可扩展、高性能、高可用性。Google 数据中心数据中心 BigTable 分布式存储系统分布式存储系统 BigTable 分布式存储系统分布式存储系统 4.6.2 物联网数据融合物联网数据融合 数据融合一词最早出现在数据融合一词最早出现在20 世纪世纪70 年代，它是人年代，它是人类类模仿自身信息处理能力模仿自身信息处理能力的结果，类似人类和其它的结果，类似人类和其它动物对复杂问题的综合处理。动物对复杂问题的综合处理。数据融合技术最早用于数据融合技术最早用于军事军事，目前，工业控制、机，目前，工业控制、机器人、空中交通管制、海洋监视和管理等领域
11、也向器人、空中交通管制、海洋监视和管理等领域也向着着多传感器数据融合多传感器数据融合方向发展。方向发展。4.6.2 数据融合的基本概念数据融合的基本概念1.数据融合的定义数据融合的定义 数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。信息处理技术。4.6.2 数据融合的基本概念数据融合的基本概念2.数据融合研究的主要内容数据融合研究的主要内容 1）数据对准）数据对准;2）数据相关）数据相关;
12、3）数据识别，即估计目标的类别和类型）数据识别，即估计目标的类别和类型;4）感知数据的不确定性）感知数据的不确定性;5）不完整、不一致和虚假数据）不完整、不一致和虚假数据;6）数据库）数据库;7）性能评估。）性能评估。3.数据融合技术的产生背景数据融合技术的产生背景 数据融合技术的产生背景来自于数据融合的几数据融合技术的产生背景来自于数据融合的几个重要作用个重要作用:（1）节省能量）节省能量（2）获取更准确的信息）获取更准确的信息 （3）提高数据收集效率）提高数据收集效率 4.6.2 数据融合的基本概念数据融合的基本概念4.6.2 数据融合的基本概念数据融合的基本概念 描述数据融合的体系结构的
13、描述数据融合的体系结构的数据融合一般模型数据融合一般模型如如下图。下图。4.6.2 物联网中数据融合的关键问题物联网中数据融合的关键问题4.物联网数据融合所要解决的关键问题物联网数据融合所要解决的关键问题 数据融合节点的选择。数据融合节点的选择。数据融合时机。数据融合时机。数据融合算法。数据融合算法。5.物联网数据融合技术要求物联网数据融合技术要求 稳定性稳定性;数据关联数据关联;能量约束能量约束;协议的可扩展性。协议的可扩展性。4.6.2 物联网数据融合的基本原理物联网数据融合的基本原理 通过对通过对多感知节点多感知节点信息的信息的协调优化协调优化，数据融合技，数据融合技术可以有效地术可以有
14、效地减少整个网络中不必要的通信开销减少整个网络中不必要的通信开销，提高数据的准确度和收集效率。提高数据的准确度和收集效率。因此，传送已融合的数据要比未经处理的数据节因此，传送已融合的数据要比未经处理的数据节省能量，延长网络的生存周期。省能量，延长网络的生存周期。物联网数据融合示意图物联网数据融合示意图 4.6.2 物联网数据融合的基本原理物联网数据融合的基本原理 数据融合主要关注一下五点数据融合主要关注一下五点:1）多个不同类型的源节点多个不同类型的源节点(如有源或无源的传感如有源或无源的传感器）器）采集观测目标的数据；采集观测目标的数据；2）对源节点的输出数据对源节点的输出数据（离散的或连续
15、的时间（离散的或连续的时间函数数据、输出矢量、成像数据或一个直接的属函数数据、输出矢量、成像数据或一个直接的属性说明）性说明）进行特征提取，提取代表观测数据的特进行特征提取，提取代表观测数据的特征矢量；征矢量；4.6.2 物联网数据融合的基本原理物联网数据融合的基本原理 3）对特征矢量进行模式识别处理对特征矢量进行模式识别处理（例如：汇聚（例如：汇聚算法、自适应神经网络或其它能将特征矢量变换算法、自适应神经网络或其它能将特征矢量变换成目标属性判决的统计模式识别法等）成目标属性判决的统计模式识别法等）完成各传完成各传感器关于目标的说明；感器关于目标的说明；4）将各源节点关于目标的说明数据按同一目
16、标将各源节点关于目标的说明数据按同一目标进行分组进行分组，即关联；，即关联；5）利用融合算法）利用融合算法将每一目标各源节点数据进行将每一目标各源节点数据进行合成，合成，得到该目标的一致性解释与描述得到该目标的一致性解释与描述。4.6.2 传感器网络数据融合技术传感器网络数据融合技术数据融合结合网络的各个协议层来进行数据融合结合网络的各个协议层来进行 在应用层，可通过分布式数据库技术，对采集的在应用层，可通过分布式数据库技术，对采集的数据进行初步筛选，达到融合效果；数据进行初步筛选，达到融合效果；在网络层，可以结合路由协议，减少数据的传输在网络层，可以结合路由协议，减少数据的传输量；量；在数据
17、链路层，可以结合在数据链路层，可以结合MAC，减少，减少MAC层的层的发送冲突和头部开销，达到节省能量目的的同时，发送冲突和头部开销，达到节省能量目的的同时，还不失去信息的完整性。还不失去信息的完整性。4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构1.传感网节点的部署传感网节点的部署 目前，传感网感知节点的部署方式一般有目前，传感网感知节点的部署方式一般有3种类种类型，最常用的拓扑结构是型，最常用的拓扑结构是并行拓扑并行拓扑。在这种部署。在这种部署方式中，方式中，各种类型的感知节点同时工作。各种类型的感知节点同时工作。另一种类型是另一种类型是串行拓扑串行拓扑，在这种结构中，感知节，在这种结构
18、中，感知节点检测数据信息具有暂时性。点检测数据信息具有暂时性。SAR(Synthetic Aperture Radar)图像就属于此结构。图像就属于此结构。还有一种类型是还有一种类型是混合拓扑混合拓扑，即树状拓扑。即树状拓扑。4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构2.数据融合的层次划分数据融合的层次划分 数据融合大部分是根据具体问题及其特定对象来数据融合大部分是根据具体问题及其特定对象来建立自己的融合层次。建立自己的融合层次。根据多传感器数据融合模型定义和传感网的自身根据多传感器数据融合模型定义和传感网的自身特点，通常按照特点，通常按照节点处理层次、融合前后的数据节点处理层次、融合前
19、后的数据量变化、信息抽象的层次量变化、信息抽象的层次，来划分传感网的数据，来划分传感网的数据融合的层次结构。融合的层次结构。4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构 数据融合可分为三类：数据融合可分为三类：像素级融合像素级融合 它是它是直接在采集到的原始数据层上直接在采集到的原始数据层上进行的融合，进行的融合，在各种传感器的原始测报未经预处理之前就进行在各种传感器的原始测报未经预处理之前就进行数据的综合与分析。数据层融合一般采用集中式数据的综合与分析。数据层融合一般采用集中式融合体系进行融合处理过程。融合体系进行融合处理过程。这是低层次的融合，如成像传感器中通过对包含这是低层次的融合，
20、如成像传感器中通过对包含若一像素的模糊图像进行图像处理来确认目标属若一像素的模糊图像进行图像处理来确认目标属性的过程就属于数据层融合。性的过程就属于数据层融合。4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构像素级融合像素级融合 4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构 特征层融合特征层融合 特征层融合属于中间层次的融合，它特征层融合属于中间层次的融合，它先对来自先对来自传感器的原始信息进行特征提取传感器的原始信息进行特征提取(特征可以是目标特征可以是目标的边缘、方向、速度等的边缘、方向、速度等)，然后，然后对特征信息进行综对特征信息进行综合分析和处理合分析和处理。特征层融合的优点在于
21、实现了可观的信息压缩，特征层融合的优点在于实现了可观的信息压缩，有利于实时处理，并且由于所提取的特征直接与有利于实时处理，并且由于所提取的特征直接与决策分析有关，因而融合结果能最大限度的给出决策分析有关，因而融合结果能最大限度的给出决策分析所需要的特征信息。决策分析所需要的特征信息。4.6.2 数据融合的层次结构数据融合的层次结构 特征层融合一般采用特征层融合一般采用分布式或集中式分布式或集中式的融合体的融合体系。特征层融合可分为两大类系。特征层融合可分为两大类:一类是目标状态融一类是目标状态融合合;另一类是目标特性融合。另一类是目标特性融合。特征层融合特征层融合 4.6.2 数据融合的层次结
22、构数据融合的层次结构 决策层融合决策层融合 决策层融合通过不同类型的传感器观测同一个决策层融合通过不同类型的传感器观测同一个目标，目标，每个传感器在本地完成基本的处理每个传感器在本地完成基本的处理，其中，其中包括预处理、特征抽取、识别或判决，以建立对包括预处理、特征抽取、识别或判决，以建立对所观察目标的初步结论。然后所观察目标的初步结论。然后通过关联处理进行通过关联处理进行决策层融合判决，最终获得联合推断结果决策层融合判决，最终获得联合推断结果。决策层融合决策层融合 4.6.3 云计算网络云计算网络云，是网络、互联网的一种比喻说法云，是网络、互联网的一种比喻说法2006年年8月月9日，谷歌执行
23、总裁在搜索引擎大会（日，谷歌执行总裁在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）上提出）上提出云计算（云计算（Cloud Computing）的概念）的概念亚马逊推出弹性计算云服务（亚马逊推出弹性计算云服务（Elastic Compute Cloud，EC2）云计算云计算是是分布式计算技术分布式计算技术的一种，它是的一种，它是基于互联网的基于互联网的相关服务相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互通过互联网来提供联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的动态易扩展且经常是虚拟化的资源资源。云计算（云计算（Cloud Computing）是）是分布式计算技
24、分布式计算技术术的一种，透过网络的一种，透过网络将庞大的计算处理程序将庞大的计算处理程序自动自动分拆成分拆成无数个较小的子程序无数个较小的子程序，再交由，再交由多部服务器多部服务器所组成的庞大系统经所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户结果回传给用户。（1）云计算简介云计算简介（1）云计算简介云计算简介通俗的理解是，云计算的通俗的理解是，云计算的“云云”就是存在于互联就是存在于互联网上的服务器集群上的资源网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（，它包括硬件资源（服务器、存储器、服务器、存储器、CPU等）和软件资源（如应用等）和软件资源（如应用软件、集
25、成开发环境等）软件、集成开发环境等）本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息本地计算机只需要通过互联网发送一个需求信息，远端就会有成千上万的计算机为你提供需要的，远端就会有成千上万的计算机为你提供需要的资源并将结果返回到本地计算机，这样，本地计资源并将结果返回到本地计算机，这样，本地计算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算算机几乎不需要做什么，所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群来完成。提供商所提供的计算机群来完成。（1）云计算简介云计算简介 狭义的云计算狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术拟化技术搭建数据中心或超级计算机搭建数据中心或超级计
26、算机，以免费，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提提供数据存储、分析以及科学计算供数据存储、分析以及科学计算等服务等服务。比如亚马逊数据仓库出租生意。比如亚马逊数据仓库出租生意。（1）云计算简介云计算简介 广义的云计算广义的云计算指厂商指厂商通过建立网络服务器集群通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户，向各种不同类型客户提供在线软件服务、硬提供在线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服等不同类型的服务。务。广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型，广义的云计算包括了更多的厂商和服务类型，例如国内用友、金蝶
27、等管理软件厂商推出的在例如国内用友、金蝶等管理软件厂商推出的在线财务软件，谷歌发布的线财务软件，谷歌发布的Google应用程序套应用程序套装等。装等。（1）云计算简介）云计算简介云计算的技术发展云计算的技术发展云计算（云计算（Cloud Computing）是结合：）是结合：网格计算网格计算（Grid Computing Grid Computing）分布式计算（分布式计算（Distributed ComputingDistributed Computing）并行计算（并行计算（Parallel ComputingParallel Computing）效用计算效用计算（Utility Comp
28、utingUtility Computing）自主自主计算计算（Self Computing Self Computing）网络存储（网络存储（Network StorageNetwork Storage）、虚拟化（虚拟化（VirtualizationVirtualization）负载均衡（）负载均衡（Load BalanceLoad Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。等传统计算机和网络技术发展融合的产物。（1）云计算简介云计算简介云计算云计算未来未来主要发展方向：主要发展方向：手机上的云计算。手机上的云计算。云计算时代资源的融合。云计算时代资源的融合。云计算的商业发展。云
29、计算的商业发展。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构1.1.云计算逻辑结构云计算逻辑结构 云计算平台是一个强大的云计算平台是一个强大的“云云”网络，连接了网络，连接了大大量并发的网络计算和服务量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构(1)云用户端云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过用
30、云的入口，用户通过Web浏览器可以注册、浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。登录及定制服务、配置和管理用户。(2)服务目录服务目录：云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服可以选择或定制的服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式展示相关的服务。的图标或列表的形式展示相关的服务。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构(3)管理系统和部署工具管理系统和部署工具：提供管理和服务，对用户授权、认证、登录进提供管理和服务，对
31、用户授权、认证、登录进行管理，并可以管理可用计算资源和服务，根行管理，并可以管理可用计算资源和服务，根据用户请求并转发到相应的相应程序，调度资据用户请求并转发到相应的相应程序，调度资源智能地部署资源和应用。源智能地部署资源和应用。(4)监控监控：监控和计量云系统资源的使用情况，完成节点监控和计量云系统资源的使用情况，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适的用户。源能顺利分配给合适的用户。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构（5）服务器集群）服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理，负虚拟的或物理的服务器，由管
32、理系统管理，负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户理、用户Web应用服务，云数据存储时采用相应用服务，云数据存储时采用相应数据切割算法采用并行方式上传和下载大容应数据切割算法采用并行方式上传和下载大容量数据。量数据。用户可通过云用户端从列表中选择所需的服务用户可通过云用户端从列表中选择所需的服务，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通过部署工具分发请求、配置过部署工具分发请求、配置Web应用。应用。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构2.2.云计算技术体系结构云计算技术体系结构 由于云计算分为
33、由于云计算分为IaaS（基础设施即服务）、（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和（平台即服务）和SaaS（软件即服务）（软件即服务）三种类型，不同的厂家又提供了不同的解决方三种类型，不同的厂家又提供了不同的解决方案，目前还没有一个统一的技术体系结构；案，目前还没有一个统一的技术体系结构；综合不同厂家的方案，以下给出一个供商榷的综合不同厂家的方案，以下给出一个供商榷的云计算技术体系结构。云计算技术体系结构。（2）云计算系统的体系结构）云计算系统的体系结构（2）云计算系统的体系结构）云计算系统的体系结构 云计算技术体系结构分为云计算技术体系结构分为4层：层：物理资源层、资源池层、管理中间件层
34、和物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOASOA构建层；构建层；物理资源层物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等；库和软件等；资源池层资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和管理工作。源池更多是物理资源的集成和管理工作。（2）云计算系统的体系结构云计算系统的体系结构 管理中间件管理中间件负责对云计算的资源进行管理，并负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效
35、、安对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务；全地为应用提供服务；SOA构建层构建层将云计算能力封装成标准的将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到服务，并纳入到SOA体系进行管理和使体系进行管理和使用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。流等。管理中间件和资源池层是云计算技术的最关键部管理中间件和资源池层是云计算技术的最关键部分，分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。构建层的功能更多依靠外部设施提供。（3）云计算服务层次云计算服务层次在云计算中，根据其在云计算中，根据其服务集合所提供的服务类服务
36、集合所提供的服务类型型，整个云计算服务集合被划分成，整个云计算服务集合被划分成4个层次：个层次：应用层、平台层、基础设施层和虚拟化层应用层、平台层、基础设施层和虚拟化层这这4个层次每一层都对应着一个子服务集合个层次每一层都对应着一个子服务集合。（3）云计算服务层次）云计算服务层次1.云计算的主要服务形式云计算的主要服务形式目前，云计算的主要服务形式有：目前，云计算的主要服务形式有：SaaS(Software as a Service)，应用软件即服务，应用软件即服务 PaaS(Platform as a Service)，平台即服务，平台即服务 IaaS(Infrastructure as a
37、 Service)，基础架构即，基础架构即服务服务（3）云计算服务层次）云计算服务层次云计算的主要服务形式云计算的主要服务形式（3）云计算服务层次云计算服务层次（1 1）软件即服务软件即服务(SaaS)(SaaS)SaaS服务提供商服务提供商将应用软件统一部署在自己的服将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。供软件的模式。客户不再像
38、传统模式那样花费大量资金在硬件、软客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软件、维护人员，只需要支出一定的租赁服务费用，件、维护人员，只需要支出一定的租赁服务费用，通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，这是网络应用最具效益的营运模式。对于小服务，这是网络应用最具效益的营运模式。对于小型企业来说，型企业来说，SaaS是采用先进技术的最好途径。是采用先进技术的最好途径。（3）云计算服务层次云计算服务层次（2 2）平台即服务）平台即服务(PaaS)(PaaS)把开发环境作为一种服务来提供把开发环境作为一种服务来提供。这是一种分布。这是一种分布
39、式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网制开发自己的应用程序并通过其服务器和互联网传递给其他客户。传递给其他客户。PaaS能够给企业或个人提供研发的中间件平台，能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验提供应用程序开发、数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务。、托管及应用服务。（3）云计算服务层次云计算服务层次（3 3）基础设施服务基础设施服务(IaaS)(IaaS)IaaS即即把厂商的
40、由多台服务器组成的把厂商的由多台服务器组成的“云端云端”基础设施，作为计量服务提供给客户基础设施，作为计量服务提供给客户。它将内。它将内存、存、I/O设备、存储和计算能力整合成一个虚设备、存储和计算能力整合成一个虚拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资源拟的资源池为整个业界提供所需要的存储资源和虚拟化服务器等服务。这是一种托管型硬件和虚拟化服务器等服务。这是一种托管型硬件方式，用户付费使用厂商的硬件设施。方式，用户付费使用厂商的硬件设施。IaaS的优点是用户只需低成本硬件，按需租用的优点是用户只需低成本硬件，按需租用相应计算能力和存储能力，大大降低了用户在相应计算能力和存储能力，大大降低了用户
41、在硬件上的开销。硬件上的开销。（3）云计算服务层次云计算服务层次2.云计算产业云计算产业 云计算的产业三级分层：云计算的产业三级分层：云软件、云平台、云设备云软件、云平台、云设备 上层分级上层分级：云软件：云软件 Software as a Service(SaaS)所有人都可以在上面使用各式各样的软件服务。所有人都可以在上面使用各式各样的软件服务。参与者：世界各地的软件开发者；参与者：世界各地的软件开发者；（3）云计算服务层次云计算服务层次 云计算的产业三级分层：云计算的产业三级分层：云软件、云平台、云设备云软件、云平台、云设备 中层分级中层分级：云平台：云平台Platform as a S
42、ervice(PaaS)打造程序开发平台与操作系统平台，让开发人员可以打造程序开发平台与操作系统平台，让开发人员可以通过网络撰写程序与服务，一般消费者也可以在上面通过网络撰写程序与服务，一般消费者也可以在上面运行程序。运行程序。参与者：参与者：Google、微软、苹果、微软、苹果、Yahoo!；（3）云计算服务层次云计算服务层次云计算的产业三级分层：云计算的产业三级分层：云软件、云平台、云设备云软件、云平台、云设备 下层分级下层分级：云设备：云设备Infrastructure as a Service(IaaS)将基础设备（如将基础设备（如IT系统、数据库等）集成起来，像系统、数据库等）集成起
43、来，像旅馆一样，分隔成不同的房间供企业租用。旅馆一样，分隔成不同的房间供企业租用。参与者：英业达、参与者：英业达、IBM、戴尔、惠普、亚马逊。、戴尔、惠普、亚马逊。（3）云计算服务层次云计算服务层次 下层分级下层分级：云设备：云设备Infrastructure as a Service(IaaS)将基础设备（如将基础设备（如IT系统、数据库等）集成起来，像系统、数据库等）集成起来，像旅馆一样，分隔成不同的房间供企业租用。旅馆一样，分隔成不同的房间供企业租用。参与者：英业达、参与者：英业达、IBM、戴尔、惠普、亚马逊。、戴尔、惠普、亚马逊。（3）云计算服务层次云计算服务层次 云计算服务体系结构中
44、各层次与相关云产品对应。云计算服务体系结构中各层次与相关云产品对应。应用层应用层对应对应SaaS（软件即服务）如：（软件即服务）如：Google APPS、SoftWare+Services；平台层平台层对应对应PaaS（平台即服务）如：（平台即服务）如：IBM IT Factory、Google APP Engine、F；基础设施层基础设施层对应对应IaaS（基础设施即服务）如：（基础设施即服务）如：Amazon Ec2、IBM Blue Cloud、Sun Grid；虚拟化层虚拟化层对应对应硬件即服务结合硬件即服务结合Paas提供硬件服务，包括服务提供硬件服务，包括服务器集群及硬件检测等服
45、务。器集群及硬件检测等服务。（3）云计算服务层次云计算服务层次云计算服务层次云计算服务层次（4）云计算技术层次云计算技术层次 云计算的技术层次云计算的技术层次主要从主要从系统属性和设计思想系统属性和设计思想角度角度来说明云，是对软硬件资源在云计算技术来说明云，是对软硬件资源在云计算技术中所充当角色的说明。中所充当角色的说明。从云计算技术角度来分，云计算大约有从云计算技术角度来分，云计算大约有4部分部分构成：构成：物理资源、虚拟化资源、中间件管理部物理资源、虚拟化资源、中间件管理部分和服务接口分和服务接口。（4）云计算技术层次云计算技术层次云计算技术层次云计算技术层次（5）云计算的核心技术云计算
46、的核心技术1.1.编程模型编程模型 MapReduce是是Google开发的开发的java、Python、C+编程模型，它是一种简化的编程模型，它是一种简化的分布式编程分布式编程模型模型和高效的和高效的任务调度模型任务调度模型，用于大规模数据，用于大规模数据集（大于集（大于1TB）的并行运算。）的并行运算。严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简严格的编程模型使云计算环境下的编程十分简单。单。（5）云计算的核心技术云计算的核心技术2.2.海量数据分布存储技术海量数据分布存储技术 云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户云计算系统由大量服务器组成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存
47、储的方式存服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。储数据，用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的的GFS和和Hadoop团队开发的团队开发的GFS的开源实现的开源实现HDFS。（5）云计算的核心技术）云计算的核心技术3.3.海量数据管理技术海量数据管理技术 云计算系统中的数据管理技术主要是云计算系统中的数据管理技术主要是Google的的BT(Big Table)数据管理技术和数据管理技术和Hadoop团队开发的团队开发的开源数据管理模块开源数据管理模块HBase。BT是
48、建立在是建立在GFS,Scheduler,Lock Service和和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据。模结构化数据。（5）云计算的核心技术云计算的核心技术4.4.虚拟化技术虚拟化技术 通过虚拟化技术可实现通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相软件应用与底层硬件相隔离隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包
49、括将多个资源整合成一个虚的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。（5）云计算的核心技术云计算的核心技术5.5.云计算平台管理技术云计算平台管理技术 云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器
50、，保证整个系统提供不有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战。间断的服务是巨大的挑战。云计算系统的平台管理技术能够云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务使大量的服务器协同工作器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。的手段实现大规模系统的可靠运营。（6）典型云计算平台典型云计算平台 亚马逊利用虚拟化技术提供云计算服务，推出：亚马逊利用虚拟化技术提供云计算服务，推出：S3（Simple Storage Service）提供可靠、快速）
