● 文| 錢學森空間技術實驗室 廖楚江 黃宇民 侯宇葵 汪夏

關于網(wǎng)絡、網(wǎng)格、物聯(lián)網(wǎng)、云、智慧城市、大數(shù)據(jù)等概念的探討

● 文| 錢學森空間技術實驗室 廖楚江 黃宇民 侯宇葵 汪夏

一、引言

隨著上世紀末的信息技術革命的深入發(fā)展，全球空間信息傳輸與分發(fā)、空間導航服務、空間遙感等與互聯(lián)網(wǎng)等領域?qū)崿F(xiàn)了全面的融合發(fā)展，帶動了以網(wǎng)絡、網(wǎng)格（柵格）、云（技術/計算/服務）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市等創(chuàng)新概念為代表的創(chuàng)新技術不斷涌現(xiàn)，推動了一系列的新興信息技術產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，成為未來國家網(wǎng)絡化、信息化發(fā)展的新的增長點，促進了社會網(wǎng)絡化、信息化的發(fā)展進程，推動了“互聯(lián)網(wǎng)”的深入發(fā)展。

這些創(chuàng)新技術概念有各自特定的技術內(nèi)涵和應用方向，代表了“互聯(lián)網(wǎng)”技術的不同技術階段和不同應用模式，相互之間有一定的繼承和替代關系，也有不同的應用背景。因此，有必要對這些創(chuàng)新技術概念進行梳理，避免這些概念的濫用、錯用。

二、概念基本定義

1． 網(wǎng)絡

網(wǎng)絡是由節(jié)點和連線構(gòu)成的圖，表示研究諸對象及其相互聯(lián)系。有時用的帶箭頭的連線表示從一個節(jié)點到另一個節(jié)點存在某種順序關系，是從同類問題中抽象出來的用數(shù)學中的圖論來表達并研究的一種模型[1]。

信息網(wǎng)絡是由信息網(wǎng)元組成的集合體，用以支持組織之間和組織內(nèi)部的包括話音、文本、數(shù)據(jù)或它們組合體的各種形式的通信要求[2]。其中，信息網(wǎng)元是網(wǎng)絡基本組成部件，在不同的網(wǎng)絡中，其組成部件具有不同形式。

現(xiàn)代網(wǎng)絡一般指“三網(wǎng)”：電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡。狹義的含義即因特網(wǎng)。

2． 網(wǎng)格（柵格）

網(wǎng)格與柵格只是中文翻譯的不同，在英語中均為grid。在民用領域常譯作“網(wǎng)格”，而以前在軍事領域常譯作“柵格”。

在信息學中，網(wǎng)格是集信息收集、存儲、處理、分發(fā)與管理等功能于一體，廣域分布、可擴展的公共信息網(wǎng)絡。由各種通信網(wǎng)絡、計算機、存儲器、軟件、數(shù)據(jù)等組成。用于對所有通信和計算機軟硬件資源進行有機融合，實現(xiàn)信息資源的共享和操作[3]。

網(wǎng)格是一種新興的技術，正處在不斷發(fā)展和變化當中。學術界和商業(yè)界圍繞網(wǎng)格開展的研究有很多，其研究的內(nèi)容和名稱也不盡相同。中國科學院計算所所長李國杰院士認為，網(wǎng)格實際上是繼傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、Web之后的第三次浪潮，可以稱之為第三代互聯(lián)網(wǎng)應用。

3． 云（技術/計算/服務）

云技術（Cloud technology），《著云臺》的分析師團隊結(jié)合云發(fā)展的理論總結(jié)認為，基于云計算商業(yè)模式應用的網(wǎng)絡技術、信息技術、整合技術、管理平臺技術、應用技術等的總稱，可以組成資源池，按需所用，靈活便利。

云（計算/服務）是一種商業(yè)服務模式，它將計算（/服務）任務分布在大量計算機、存儲器等構(gòu)成的“資源池”上，是用戶能夠按需獲取其所需的計算能力、存儲空間好信息服務。這種“資源池”稱為“云”，是一些可以自我維護好管理的“虛擬”計算、服務資源（通常是一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器和寬帶資源等）。云計算（/服務）是并行計算（/服務）、分布式計算（/服務）和網(wǎng)格計算（/服務）等科學概念的商業(yè)實現(xiàn)[4]。

4． 物聯(lián)網(wǎng)

國際電信聯(lián)盟( ITU) 對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過二維碼識讀設備、射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡[5]。

物聯(lián)網(wǎng)技術的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術叫做物聯(lián)網(wǎng)技術。

5． 大數(shù)據(jù)(Bigdata)

現(xiàn)在沒有統(tǒng)一的概念定義。

維基百科的解讀是：“大數(shù)據(jù)”，或稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)、大資料，指的是所涉及的數(shù)據(jù)量規(guī)模巨大到無法通過人工，在合理時間內(nèi)達到截取、管理、處理、并整理成為人類所能解讀的信息。

百度百科的定義為：“大數(shù)據(jù)”，或稱巨量資料，指的是所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法透過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的資訊。

6． 智慧城市

智慧城市目前沒有統(tǒng)一的、多數(shù)人所公認的定義，下面三個概念應用得定義較為普遍。

智慧城市是在新一代信息技術加速發(fā)展的背景下，充分運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、光網(wǎng)絡、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術手段，對公眾服務、社會管理、產(chǎn)業(yè)運作等活動的各 種需求做出智能的響應，將人、商業(yè)、運輸、通信、醫(yī)療、能源等城市運行的各個核心系統(tǒng)整合起來，以一種更智慧的方式運行的新型城市發(fā)展模式。

智慧城市的本質(zhì)在于信息化與城市化的高度融合，是城市信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)，實現(xiàn)信息化、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化深度融合，有助于緩解“大城市病”，提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量，實現(xiàn)精細化和動態(tài)管理。

智慧城市是新一代信息技術支撐、知識社會下一代創(chuàng)新(創(chuàng)新2.0)環(huán)境下的城市形態(tài)。智慧城市基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術以及維基、社交網(wǎng)絡、FabLab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應用，營造有利于創(chuàng)新涌現(xiàn)的生態(tài)。實現(xiàn)智慧技術高度集成、智慧產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、智慧服務高效便民、以人為本持續(xù)創(chuàng)新，完成從數(shù)字城市向智慧城市的躍升[6]。

三、相互之間的關系

1． 網(wǎng)絡與網(wǎng)格

（1）網(wǎng)絡的基本要素

網(wǎng)絡解決主要的是物理層、鏈路層和網(wǎng)絡層的問題，解決“互聯(lián)互通”的問題。

歸納網(wǎng)絡的四要素：①通信線路和通信設備；②有獨立功能的計算機；③網(wǎng)絡軟件支持；④實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與資源共享。

（2）網(wǎng)格的發(fā)展目的

網(wǎng)格發(fā)展的目的是希望它能夠把分布在因特網(wǎng)上數(shù)以億計的計算機、存儲器、貴重設備、數(shù)據(jù)庫等結(jié)合起來，形成一個虛擬的、空前強大的超級計算機，滿足不斷增長的計算、存儲需求，并使信息世界成為一個有機的整體。

網(wǎng)格是在網(wǎng)絡基礎之上，基于面向服務架構(gòu)，使用互操作、按需集成等技術手段，將分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個有機整體，實現(xiàn)計算、存儲、數(shù)據(jù)、信息、軟件、通信、設備、知識和專家等資源的全面共享，從而大大提高資源的利用率，使用戶獲得前所未有的能力。

網(wǎng)格必須同時滿足三個條件：在非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源；使用標準的、開放的和通用的協(xié)議和接口；提供非平凡的服務。

（3）相互關系

兩者的關系簡單的說，即網(wǎng)絡是網(wǎng)格的基礎設施及前提，是網(wǎng)格的支撐平臺；網(wǎng)格是網(wǎng)絡的應用升級，是依托網(wǎng)絡而存在的。

網(wǎng)格與網(wǎng)絡不同之處在于：

1） 網(wǎng)絡里各節(jié)點是各自為陣、獨立運行的。網(wǎng)格里是若干節(jié)點相互配合、協(xié)作運行的，因而網(wǎng)格可以發(fā)揮出整體效能。

2）網(wǎng)絡的信息未加以規(guī)范，需要大量的人工勞動來消化和綜合信息。網(wǎng)格環(huán)境里信息含義有統(tǒng)一的規(guī)范，可以全面實現(xiàn)互連、互通、互操作，自動化程度很高。

3）基于網(wǎng)絡的信息系統(tǒng)集成，是在各“煙囪”式系統(tǒng)之間做接口打通道，隨著集成系統(tǒng)的數(shù)量增加，接口數(shù)量呈指數(shù)增長，而且一旦做好很難改變，無法適應形勢不斷變化的需要。網(wǎng)格里只需要為各系統(tǒng)做一個接口集成到公共平臺，即可實現(xiàn)任意系統(tǒng)之間的集成，集成復雜度隨著系統(tǒng)規(guī)模增長僅呈線性增長，擴展性和適應變化的能力很強。

4）運用傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術集成信息系統(tǒng)，往往需要廢止原有系統(tǒng)、改變現(xiàn)有業(yè)務流程，往往要求各個部門將各自數(shù)據(jù)上繳到數(shù)據(jù)中心。網(wǎng)格技術是在原有各個系統(tǒng)基礎上作動態(tài)擴展，不需要各部門上繳數(shù)據(jù)，而是直接從正在運行的各個系統(tǒng)中實時獲取，做到新舊兼容，既解決了數(shù)據(jù)的保鮮更新問題，又解決了各部門因各自利益考慮不愿提供全部數(shù)據(jù)的問題[7]。

2． 網(wǎng)格與云技術（/計算/服務）

云計算的最終目標是將計算、服務和應用作為一種公共設施提供給公眾，使人們能夠像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源。

網(wǎng)格與云技術（/計算/服務）的關系如表 1所示。

表 1 網(wǎng)格與云計算的比較

由上表可以看出，網(wǎng)格與云計算其實是互補的關系。網(wǎng)格主要解決分布在不同機構(gòu)的各種信息資源的共享與互操作的問題；而云計算主要解決計算力和存儲空間的共享使用問題。 云計算本身并不解決分布式海量數(shù)據(jù)資源的有機集成問題。

云計算是網(wǎng)格技術的一種簡化形態(tài)，云計算的成功也是網(wǎng)格的成功。網(wǎng)格不僅要集成異構(gòu)資源，還要解決許多非技術的協(xié)調(diào)問題，也不像云計算有成功的商業(yè)模式推動，所以實現(xiàn)起來要比云計算難度大很多。但對于許多高端科學或軍事應用而言，云計算是無法滿足需求的，必須依靠網(wǎng)格來解決。

3．物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，是物物相連的“互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信[8]。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務和應用。

“物聯(lián)網(wǎng)技術”的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術，是在互聯(lián)網(wǎng)技術基礎上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡技術；其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通信。

4．物聯(lián)網(wǎng)與云技術（/計算/服務）

（1） 物聯(lián)網(wǎng)將成為云計算最大“用戶”

物聯(lián)網(wǎng)將成萬上億計的網(wǎng)絡傳感器嵌入到現(xiàn)實世界的各種設備中，如移動電話、智能電表、汽車和工業(yè)機器等，用來感知、創(chuàng)造并交換數(shù)據(jù)，無處不在的傳感網(wǎng)絡帶來了大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)正日益成為與實物資本和人力資源同等重要的生產(chǎn)要素。

與此同時，云計算為物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)提供了很好的存儲空間，并使得實時在線處理成為可能。物聯(lián)網(wǎng)將是云計算最大的用戶，二者的融合展開了信息時代的無限遐想。

（2）云計算融合物聯(lián)網(wǎng)推動數(shù)據(jù)價值挖掘

云計算是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石，而物聯(lián)網(wǎng)又促進著云計算的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)時代，二者的融合發(fā)展必然能推動數(shù)據(jù)價值進一步顯現(xiàn)。

云計算是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的核心，運用云計算模式使得物聯(lián)網(wǎng)中各類物品的實時動態(tài)管理和智能分析變得可能。云計算為物聯(lián)網(wǎng)提供了可用、便捷、按需的網(wǎng)絡訪問，如果沒有這個工具，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量信息無法傳輸、處理和應用。

5．大數(shù)據(jù)與云技術（/計算/服務）

從技術上看，大數(shù)據(jù)與云計算的關系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式架構(gòu)。它的特色在于對海量數(shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)挖掘（SaaS），但它必須依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫（PaaS）和云存儲、虛擬化技術（IaaS）。

隨著云時代的來臨，大數(shù)據(jù)也吸引了越來越多的關注。大數(shù)據(jù)需要特殊的技術，以有效地處理大量的容忍經(jīng)過時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。適用于大數(shù)據(jù)的技術，包括大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘電網(wǎng)、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺、互聯(lián)網(wǎng)和可擴展的存儲系統(tǒng)。

四、智慧城市及其他

1．智慧城市的基礎

智慧城市的要求，具體表現(xiàn)在更透徹的感知、更廣泛的交互、更深入的智能化三個方面。

從技術發(fā)展的視角，智慧城市建設要求通過以移動技術為代表的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術應用實現(xiàn)全面感知、泛在互聯(lián)、普適計算與融合應用。從社會發(fā)展的視角，智慧城市還要求通過維基、社交網(wǎng)絡、FabLab、LivingLab、綜合集成法等工具和方法的應用，實現(xiàn)以用戶創(chuàng)新、開放創(chuàng)新、大眾創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新為特征的知識社會環(huán)境下的可持續(xù)創(chuàng)新，強調(diào)通過價值創(chuàng)造，以人為本實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、環(huán)境的全面可持續(xù)發(fā)展。智慧城市是繼數(shù)字城市之后信息化城市發(fā)展的高級形態(tài)[9]。

第一，智慧城市建設必然以信息技術應用為主線。智慧城市可以被認為是城市信息化的高級階段，必然涉及到信息技術的創(chuàng)新應用，而信息技術是以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)和大數(shù)據(jù)等新興熱點技術為核心和代表。

第二，智慧城市是一個復雜的，相互作用的系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，信息技術與其他資源要素優(yōu)化配置并共同發(fā)生作用，促使城市更加智慧的運行。

第三，智慧城市是城市發(fā)展的新興模式。智慧城市的服務對象面向城市主體——政府、企業(yè)和個人，它的結(jié)果是城市生產(chǎn)、生活方式的變革、提升和完善，終極表現(xiàn)為人類擁有更美好的城市生活。智慧城市的本質(zhì)在于信息化與城市化的高度融合，是城市信息化向更高階段發(fā)展的表現(xiàn)。

2．與其他概念的關系

智慧城市的建設從技術發(fā)展視角來看，要求通過以移動技術為代表的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術應用實現(xiàn)全面感知、互聯(lián)以及融合應用。比如，醫(yī)療、交通、安保等產(chǎn)業(yè)均需要后臺巨大的數(shù)據(jù)中心，需要云計算中心的支持，而云計算中心是一個智慧城市很重要的基礎設施，數(shù)據(jù)的分析與處理等工作都將放到后臺進行操作，都為打造智慧城市提供了良好的基礎。

對智慧城市基本特征的界定是：全面物聯(lián)、充分整合、激勵創(chuàng)新、協(xié)同運作等四方面。即智能傳感設備將城市公共設施物聯(lián)成網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)完全對接融合，政府、企業(yè)在智慧基礎設施之上進行科技和業(yè)務的創(chuàng)新應用，城市的各個關鍵系統(tǒng)和參與者進行和諧高效地協(xié)作。

五、結(jié)論

綜上所述，這幾個概念的基本邏輯關系如圖1所示：

圖1 概念關系示意圖

主要結(jié)論：

● 網(wǎng)格是網(wǎng)絡的最新發(fā)展，我們現(xiàn)在所說的網(wǎng)絡一般是指網(wǎng)格；

● 網(wǎng)格是云技術（/計算/服務）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及智慧城市的信息基礎設施；

● 物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展；

● 云計算促進物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的智能融合，有利于構(gòu)建智慧城市；

● 大數(shù)據(jù)是智能化的技術基礎和前提；

● 上述技術、系統(tǒng)的融合應用與支撐，是智慧城市發(fā)展的基礎和前提。

參考文獻

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[9]新一代信息技術勾勒未來“智慧城市”藍圖. 賽迪網(wǎng)[N] 2013-10-3．