王 藝

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 物聯(lián)網和云計算結合的必然趨勢

物聯(lián)網（Internet of Things，IoT）具備 3個特征：全面感知，即利用傳感設備和物體識別設備在更廣的范圍內獲取環(huán)境信息和物體信息；可靠傳遞，即利用WSN和電信廣域網絡將上述信息迅速可靠地傳送出去；智能處理，即利用各種智能計算技術，對海量信息進行分析處理，挖掘各種信息之間的關聯(lián)關系，形成對所觀測對象的完整認識，并進一步開放共享。云計算就是上述“智能技術”中的一種。

IBM大力推動的“智慧地球”，有人簡單地總結為：云計算+物聯(lián)網。物聯(lián)網連接大量的傳感器，采集大量的數據，云計算技術用來處理這些數據，并為用戶提供基于數據分析的系統(tǒng)服務。

物聯(lián)網的規(guī)模大到一定程度后，和云計算結合起來是一種必然趨勢，如智能電網等。對于規(guī)模小的局域的物聯(lián)網應用，不一定需要結合云計算技術。

2 物聯(lián)網和云計算結合的多種模式

物聯(lián)網和云計算的結合存在多種模式，IaaS模式、PaaS模式、SaaS模式可以與物聯(lián)網很好地結合起來。此外，從智能分布的角度出發(fā)，“邊緣計算”也是物聯(lián)網應用智能處理模式的一種典型特征。

2.1 IaaS模式在物聯(lián)網中的應用

物聯(lián)網發(fā)展到一定規(guī)模，在物理資源層和云計算的結合是水到渠成。一部分行業(yè)物聯(lián)網應用，如智能電網、地震臺網監(jiān)測等，終端數量的規(guī)?；瘜ξ锢碣Y源提出了比較高的需求：一方面接入終端的數量可能是海量的，另一方面采集的數據是海量的。

無論是橫向的通用的支撐平臺，還是縱向的特定的物聯(lián)網應用平臺，都可以在IaaS技術虛擬化的基礎上實現物理資源的共享，實現業(yè)務處理能力的動態(tài)彈性擴展。IaaS技術為解決物聯(lián)網應用的海量終端接入和數據處理問題提供了有效途徑；同時，對各類內部異構的物理資源環(huán)境提供了統(tǒng)一的服務界面，為資源定制、出讓和高效利用提供了統(tǒng)一界面；也有利于實現物聯(lián)網應用的軟系統(tǒng)和硬系統(tǒng)之間的松耦合。

目前國內建設的一些和物聯(lián)網相關的云計算中心、云計算平臺，首先切入的點主要集中在IaaS模式的應用。

2.2 SaaS模式在物聯(lián)網中的應用

SaaS模式被云計算概念重新包裝后，除了可以利用云計算的其他技術（如IaaS技術）外，并沒有本質上的變化。SaaS模式實現的仍然是物聯(lián)網應用提供的服務被多個客戶共享使用，這為各類行業(yè)應用資源和信息共享提供了有效途徑，也為高效利用基礎設施資源、實現高性價比的海量數據處理提供了可能。

筆者認為，在物聯(lián)網范疇內，出現的一些變化是SaaS應用在感知延伸層進行了拓展，依賴感知延伸層的各種信息采集設備，采集了大量的數據，并以這些數據為基礎，進行關聯(lián)分析和處理，向最終用戶提供最終的業(yè)務功能和服務。在ITU-T Y.2221中提及的USN Weather Information Service就是一個類似的案例。

在這個案例中，多個USN SP（傳感網服務提供商）在不同地域布放傳感節(jié)點，提供各個地域的氣象環(huán)境基礎信息。其他提供綜合服務的USN SP可以將多個這樣的USN SP提供的信息聚合起來，開放給公眾，為公眾提供出行指南。同時，這些信息也被送到政府的監(jiān)控中心，一旦有突發(fā)的氣象事件，政府的公共服務機構就可以迅速展開行動。

2.3 PaaS模式在物聯(lián)網中的應用

Gartner把 PaaS分成兩類：APaaS(application platform as a service)和 IPaaS(integration platform as a service)。APaaS主要為應用提供運行環(huán)境和數據存儲；IPaaS主要用于集成和構建復合應用。人們經常說的PaaS平臺大都是指APaaS，如 Force.com 和 Google App Engine。

在物聯(lián)網范疇內，由于構建者本身價值取向和實現目標的不同，PaaS模式的具體應用存在不同的應用模式和應用方向。

電信運營商一直致力于電信網絡和IT應用的有機結合，其核心思想是“能力開放”，即將網絡能力進行標準化，以統(tǒng)一的接口開放給IT應用，這種能力開放模式就是PaaS的一種應用模式。從早期的Parlay網關開始，電信運營商一直在構建類似的能力開放系統(tǒng)。在物聯(lián)網范疇內，除了開放傳統(tǒng)的短信通知、彩信通知、終端定位等能力外，電信運營商正在嘗試向物聯(lián)網應用開放終端遠程管理、業(yè)務數據路由等能力。典型的電信運營商能力開放體系案例如圖1所示。

在Parlay架構中，應用安裝在基于任何IT技術的應用服務器上，通過Parlay/OSA的接口標準調用業(yè)務能力服務器（service capability server）提供各種業(yè)務能力。

ISMP/ISAG是中國電信提出的業(yè)務能力開放業(yè)務平臺。SP/CP的應用統(tǒng)一通過ISAG接入網絡，使用電信網絡中各個業(yè)務引擎提供的能力，通過ISMP完成鑒權計費和業(yè)務管理功能。通過ISMP/ISAG，實現SP/CP應用的統(tǒng)一業(yè)務接入、統(tǒng)一業(yè)務門戶、統(tǒng)一鑒權計費、統(tǒng)一業(yè)務管理、統(tǒng)一內容管理，同時屏蔽底層網絡實現細節(jié)和差異。

運營商除了開發(fā)規(guī)?；腗2M應用，也一直在探討建立通用的服務于M2M業(yè)務的平臺。以Orange為例，M2M Connect是Orange的一個標準化平臺，為連接、應用和解決方案服務，是Orange供客戶使用其M2M服務的平臺，用戶通過網頁界面與其M2M智能設備建立安全連接，直接控制智能設備運作并實時反饋設備的運行情況等信息。只要在Orange的網絡覆蓋范圍內，用戶就可以隨時隨地通過M2M Connect與遠程智能設備建立連接。

傳統(tǒng)IT廠商在嘗試另外一種思路：構建針對物聯(lián)網應用的應用開發(fā)、部署和運行平臺，以實現快速的業(yè)務流程定義，加速新業(yè)務部署，為各類物聯(lián)網應用的快速實現、部署和運行提供基礎平臺。通過云計算PaaS模式，架構上可以較好地滿足上述需求?？蛻粼谝粋€具備通用應用邏輯組件和界面套件的平臺上進行開發(fā)，只需要關心與自己業(yè)務相關的特定應用邏輯實現和交互界面的搭建，不需要關心通用組件的底層實現方式和運行環(huán)境的搭建，極大地簡化了應用的開發(fā)、部署和運行。業(yè)務發(fā)展到一定階段時，還可以針對一些使用面較廣的應用類型，根據其所在行業(yè)的特點，將行業(yè)應用中的通用邏輯功能單元從其業(yè)務流程中剝離出來，設計針對不同行業(yè)的業(yè)務模型單元，然后包裝成服務或通用組件供應用調用，進一步簡化應用的開發(fā)過程。

以Telelogic Object平臺為例，其開發(fā)的Shepherd是一個應用支撐和管理平臺，如圖2所示，為應用服務提供商開放API開發(fā)M2M應用，使得M2M應用和設備之間可以交換數據。這些API采用restfull HTTP架構，以XML傳輸數據。Telenor Object本身還擁有一系列M2M的設備庫（包括傳感器、GPS等），應用提供商可以基于服務平臺和 設備庫開發(fā)各種應用，最終這些應用組成一些端到端的解決方案。

從圖2看，Shepherd平臺實現了兩個主體功能：

·終端/傳感器和應用之間的數據中心實現實時數據的傳送和歷史數據的存儲；

·提供Shepherd Dashboard作為上述 “數據中心”和“終端/傳感器”設備的管理門戶。綜上所述，筆者對此有以下觀點。

·電信運營商提供的M2M平臺與IT廠商提供的面向應用邏輯的通用平臺的有機結合，將為物聯(lián)網應用提供高效的中間件基礎設施。

·從長期演進看，移動互聯(lián)網是互聯(lián)網的子集，而互聯(lián)網是物聯(lián)網/泛在網的子集。上述PaaS模式的平臺最終應發(fā)展成為綜合物與物、物與人、人與人信息交互處理的通用應用開發(fā)、部署和運行平臺。

2.4 邊緣計算/海計算在物聯(lián)網中的應用

云計算和物聯(lián)網的結合，能夠強化后端平臺實現“中樞智能”的能力。但在單一集中智能模式下，如果終端和某個集中的后端平臺通過廣域網絡連接，網絡傳輸導致的傳輸時延和海量終端導致的分析處理時延都是不容忽視的。一旦終端數量越來越多，數據量越來越大，數據傳送頻率越來越高，后端平臺的處理時間將變得更長，響應速度會更低，影響部分時延敏感的物聯(lián)網應用的實施效果。此外，頻繁交互的海量數據也會占用、進而競爭廣域網絡，尤其是無線接入網絡的帶寬，從而影響整個物聯(lián)網應用的運行效率。

在實施基于云計算技術的集中智能的同時，也要在感知層充分依賴基于邊緣計算的邊緣智能。所謂邊緣計算，指區(qū)別于后端集中智能的、分布于物聯(lián)網邊緣節(jié)點的智能計算能力，往往分布于感知延伸層的終端單元內。通過邊緣計算，將部分智能處理功能分布到這些終端單元，感知到的數據首先在這些單元進行預處理，然后根據預設邏輯將結果上傳到后端平臺進行后續(xù)的分析處理。下面以幾個案例進行說明。

(1)溫濕度信息的采集處理

圖3是OGC文獻中的一個案例。圖3（a）中，直接將采集到的原始溫度數據通過模數轉換后，傳送到后端平臺進行處理；圖3（b）中，感知延伸層的終端節(jié)點采集了溫度、風速和降水等多個指標后，經過本地的運算處理，在滿足預先設定的某種條件后，發(fā)出“風暴”預警信號。

（2）全球眼客流識別系統(tǒng)

中國電信基于全球眼平臺推出的客流密度分析系統(tǒng)，結合人體識別和越界分析技術，對出入口區(qū)域的人和車輛出入情況自動計數，實現對區(qū)域的出入總量和實時人和車輛數量的準確分析，這種智能分析能力是在對采集到的視頻圖像進行算法處理后獲得的。在實現方式上，上述算法的處理功能在采集點附近的特殊終端完成，終端只需要定期把分析得到的結果傳送到后端平臺即可。

此外，很多應用場景下，信息的采集、處理和反饋往往在本地完成。智能家居場景下，居室內的各種設備之間的互動在本地就能夠完成；車聯(lián)網場景下，汽車與汽車（V2V）之間、汽車與設施之間（V2H）的信息互動，對于車輛來說，也是本地就可以完成。對于這些場景，邊緣計算是一個必然的選擇。

中國科學院相關專家提出了“海計算”這個概念，認為感知信息的預處理、判斷和決策等往往在當前場景下的前端單元完成，需要大運算量的計算才通過“云端”的數據中心處理。只有這樣，才能節(jié)省通信帶寬、存儲空間，滿足實時性的交互處理和物聯(lián)網的大規(guī)模擴展性要求。

筆者認為，物聯(lián)網應用的復雜性，會導致智能分布的不同模式選擇。智能處理邏輯在后端平臺以及邊緣的網關和終端都可能分布，如圖4所示，這取決于物聯(lián)網應用的不同類型。

·對于以采集原始數據為目標的應用，邊緣節(jié)點智能處理可能很少，絕大部分的數據都要匯總傳遞到集中的后端平臺，智能處理主要集中于后端平臺。

·對于監(jiān)控類的應用，原始信息本身往往不是關注的

重點。系統(tǒng)關注的是原始信息的變化是否達到門限，或者多項原始信息的組合判斷的結果。這種情況下，邊緣節(jié)點往往會增加相應的智能處理邏輯，和后端集中平臺一起協(xié)作完成全程智能處理。

·對于本地互動控制功能較多的應用，邊緣節(jié)點上用于本地互動控制的智能處理邏輯可以和后端平臺無關。這種情況下，邊緣節(jié)點也有大量的本地智能處理邏輯。

總的來看，物聯(lián)網應用中的智能處理邏輯可以分布于從終端到后端集中平臺之間的多個單元上，如何分布取決于物聯(lián)網應用類型。一個極端的例子，邊緣節(jié)點可以演變?yōu)?“智能節(jié)點”，智能處理邏輯主要分布在這些智能節(jié)點上，透過薄薄的一層中間平臺，這些智能節(jié)點提供的信息或服務供不同應用或用戶進行訪問。進一步說，這是另一種形式的云計算，即讓很多處理能力一般的、分布于不同位置的智能節(jié)點完成主要的計算處理工作，透過一個中間平臺為用戶提供服務，如圖5所示，如同Google的搜索服務，讓很多低成本、不同位置的PC共同完成一個搜索任務。

3 物聯(lián)網和云計算結合的相關問題

（1）無所不在的寬帶是推進物聯(lián)網和云計算結合的一個重要因素

上一節(jié)談到，物聯(lián)網應用中的智能處理邏輯可以分布于從終端到后端集中平臺之間的多個單元上。之所以這么處理，其中一個原因是通信帶寬的不足。面對大量的物聯(lián)網終端，無線接入的通信帶寬仍然是不足的，總體來看，蜂窩網無線接入帶寬仍然十分有限。物聯(lián)網相關的機器通信和其他通信共同競爭有限的帶寬。蜂窩網基站規(guī)劃，主要考慮的是與人相關的語音通信和上網需求，而大量物聯(lián)網終端分布在荒郊野外。如果希望進一步充分利用基于低成本的分布式計算平臺的中樞智能處理能力，就需要解決隨時隨地接入的帶寬問題。

（2）結合云計算后的物聯(lián)網安全問題

目前的物聯(lián)網應用主要用于數據采集。如果對數據安全有一定要求，則采用加密機制。通過云計算的中樞智能處理和中樞數據存儲，數據集中存放在各種安全等級較高的數據中心，改變大量敏感數據分散在邊緣節(jié)點的格局，這對物聯(lián)網安全是有益的。但前提是要解決如下2個問題。

·數據的源頭——感知延伸層的終端/節(jié)點安全：在受控環(huán)境下，安全問題容易解決，主要難點在于非受控環(huán)境下的終端/節(jié)點安全問題。

·網絡層的傳輸通道安全：有多種措施，如采用端到端加密機制、使用公共網絡上邏輯隔離的專網、使用物理隔離的專網。

4結束語

物聯(lián)網的核心價值在于建立了智能中樞到各種神經末梢的信息傳輸通路，而云計算的核心價值在于構建了面向大量信息的智能處理基礎設施，構建了強大的智能中樞的基礎。大規(guī)模的物聯(lián)網應用使用云計算技術，是一種必然趨勢。無論是從IaaS、PaaS層面，還是SaaS層面，都有相應的結合點。此外，在不同類型的物聯(lián)網應用中，還應通過邊緣計算和云計算的結合，實現智能處理的恰當分布。

1 ITU-T Y.2221.Requirements for Support of Ubiquitous Sensor Network(USN)Applications and Services in NGN Environment,2010

2 OGC 06-021r4.Sensor Web Enablement Architecture,2007

3 孫利民,沈杰,朱紅松.從云計算到海計算：論物聯(lián)網的體系結構.中興通訊技術,2011(1)

4 www.telenorobjects.com