謝日敏，林信川

(福建商業(yè)高等?？茖W(xué)校，福建 福州 350012)

面向服務(wù)的云計算物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室研究

謝日敏，林信川

(福建商業(yè)高等專科學(xué)校，福建 福州 350012)

面向服務(wù)的云計算物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室主要結(jié)合移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算三大領(lǐng)域，其架構(gòu)分為云計算層、感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，實現(xiàn)資源統(tǒng)一調(diào)配和管理。另外，結(jié)合新實訓(xùn)室的特點，本文提出“C.T.A”三位一體的理念，促進(jìn)高校學(xué)科的建設(shè)和專業(yè)發(fā)展，并為實驗實訓(xùn)教學(xué)、科研等提供有力支持。

云計算；物聯(lián)網(wǎng)

The Research of IOT Training Rooms Based on Service-Oriented Cloud Computing

1.引言

2013年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破6000億元，預(yù)計2016年總體規(guī)模將突破萬億元。伴隨物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展，智慧城市加快孕育，建設(shè)內(nèi)涵全面深化。截至2013年底，中國已有400多個城市啟動智慧城市建設(shè)。與此同時，根據(jù)《2006至2020年國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》的需要，國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位都積極致力于物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)，使得物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)成為基礎(chǔ)應(yīng)用的重要組成部分，高校學(xué)科建設(shè)即要滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展需要的同時，又要適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，從而為企業(yè)提供人才保障和技術(shù)支持。因此，物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室應(yīng)面向企業(yè)業(yè)務(wù)終端服務(wù)，協(xié)同創(chuàng)新校企合作，深化產(chǎn)學(xué)研成果轉(zhuǎn)化，暢通人才流動。

2.面向服務(wù)的云計算

2.1 云計算概述

云計算平臺通常建立在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，由基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 云計算架構(gòu)

數(shù)據(jù)中心：是云計算平臺的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)中心通常由大量相互關(guān)聯(lián)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。數(shù)據(jù)中心一般建立在人口密度較少，充足穩(wěn)定電力供應(yīng)的低風(fēng)險區(qū)域。

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)：建立在數(shù)據(jù)中心層之上，提供虛擬化的計算能力以及數(shù)據(jù)中心的存儲和網(wǎng)絡(luò)連接，為消費者提供配置服務(wù)。用戶可以按需求自上而下進(jìn)行計算資源動態(tài)分配。通常情況下，多用戶能夠共享統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施資源。亞馬遜彈性計算云，微軟Azure平臺、華為云服務(wù)(HWS)等均屬此類產(chǎn)品。

平臺即服務(wù)：是指托管在云上，并提供協(xié)助應(yīng)用程序設(shè)計、開發(fā)、測試、部署監(jiān)控服務(wù)的開發(fā)平臺，是一種先進(jìn)的集成環(huán)境構(gòu)建，支持分布式項目團(tuán)隊的協(xié)作研發(fā)。

軟件即服務(wù)：軟件以服務(wù)的形式，通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問的形式提供給終端用戶，節(jié)省了用戶軟件部署和維護(hù)的成本。當(dāng)用戶遠(yuǎn)程共享軟件時，可以按需獲得功能，并快捷的從云平臺上實現(xiàn)軟件的自動更新，而且可以很容易和其他應(yīng)用程序集成。

2.2 面向服務(wù)的云計算

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)是一種可創(chuàng)建、組織和重用的組件模型，而云計算能夠以一種更廣泛、更靈活的授權(quán)技術(shù)建立更適應(yīng)的面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)。因此，SOA和云計算相互依存，相互補(bǔ)充。面向服務(wù)的云計算利用私有的虛擬化技術(shù)或開源的虛擬化技術(shù)，進(jìn)行監(jiān)控和管理服務(wù)，在每個單獨云分配可用的請求資源，應(yīng)用開放標(biāo)準(zhǔn)接口，提供組件化的獨立服務(wù)，例如存儲服務(wù)、計算服務(wù)和通信服務(wù)，從而能夠從其它云平臺組合各類服務(wù)，構(gòu)建跨平臺的虛擬計算。

3.物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室

目前高職院校實訓(xùn)室存在重復(fù)建設(shè)，系院層面和實訓(xùn)室管理制度不完善，個別使用效益極低，缺少科學(xué)統(tǒng)一的日常管理，缺乏管理的全程監(jiān)控。實訓(xùn)室建設(shè)機(jī)制和運作模式有待進(jìn)一步創(chuàng)新。因此，本文提出面向服務(wù)的云計算物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室，簡稱為物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室，以適應(yīng)高校信息化發(fā)展的需要。

3.1 物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室建設(shè)目標(biāo)

物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室主要是結(jié)合移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算三大領(lǐng)域，實現(xiàn)資源統(tǒng)一調(diào)配和管理的實訓(xùn)環(huán)境，使用戶在各類技術(shù)理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，培養(yǎng)師生的科研創(chuàng)新能力，從而滿足網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等專業(yè)實訓(xùn)需求，避免實訓(xùn)室重復(fù)建設(shè)，提高資源利用率，促進(jìn)高校的學(xué)科建設(shè)和專業(yè)發(fā)展。

3.2 物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室建設(shè)思路

在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，迫切需要多領(lǐng)域融合的實訓(xùn)環(huán)境支撐。物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室以面向服務(wù)的云計算為核心，使得虛擬化、并行計算、效用計算等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)融合，同時結(jié)合移動互聯(lián)強(qiáng)調(diào)精準(zhǔn)的用戶體驗，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的通信感知技術(shù)整合到網(wǎng)絡(luò)的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用中。

首先，建立服務(wù)器虛擬化平臺，服務(wù)器虛擬化一般有“一虛多、多虛一和多虛多”形式，其關(guān)鍵是將現(xiàn)有服務(wù)器物理資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源等計算資源抽象為云中心，從而實現(xiàn)計算資源的動態(tài)調(diào)配。商業(yè)化的產(chǎn)品有VMware ESX Server、Citrix XenServer、微軟 Windows Server 2008 Hyper-V以及開源的openstack等。其次，建立云桌面系統(tǒng)，以便學(xué)生各類實訓(xùn)業(yè)務(wù)應(yīng)用。云桌面利用計算機(jī)虛擬化技術(shù)達(dá)到軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施資源共享、集中部署和管理的目的，提高了運維效率，節(jié)約了運營成本，在日常維護(hù)過程中，出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)管理難、維護(hù)工作量大等諸多難題得以有效解決。以Vmware View云桌面、華為云桌面、中興云桌面為代表的國內(nèi)外商業(yè)化云桌面以及開源的Openstack等，均可實現(xiàn)云桌面系統(tǒng)。接著，利用SOA的工作原理，基于云計算的基礎(chǔ)上采用 Web Services技術(shù)實現(xiàn)教育資源系統(tǒng)的集成和軟件復(fù)用。最后，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對接到面向服務(wù)的云計算中心，使得各類物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用更加高效，更加便捷。

3.3 物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室架構(gòu)

在研究面向服務(wù)的云計算和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文提出物聯(lián)云網(wǎng)實訓(xùn)室架構(gòu)，主要由面向服務(wù)的云計算層和物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。

面向服務(wù)的云計算層主要組成部分：

(1)云映射：每個私有云可能來自不同的云產(chǎn)品提供商，這些提供商并不一定符合業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，有可能增加了許多額外的功能。云映射主要是區(qū)分不同云產(chǎn)品的差異，對不符合業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的云功能進(jìn)行過濾，使得不同云之間應(yīng)用程序的遷移變得更加便捷。針對云數(shù)據(jù)使用存儲映射，例如對數(shù)據(jù)插入、更新、刪除和查詢操作。計算映射主要負(fù)責(zé)分發(fā)云計算功能，例如應(yīng)用MapReduce框架實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運算。I/O映射規(guī)定了數(shù)據(jù)編碼模式，和消息路由等形式。

(2)云代理：云代理是私有云和SOA之間的橋梁，每個云服務(wù)都有一個與之相關(guān)聯(lián)的服務(wù)代理。

(3)SOA：充分利用SOA的優(yōu)勢，實現(xiàn)各類服務(wù)組件化發(fā)布和共享，例如工作流模板服務(wù)、Web服務(wù)、協(xié)同服務(wù)、測試用例。將SOA與云計算結(jié)合，能夠提供多用戶支持以及更靈活的服務(wù)改進(jìn)策略。

感知層的各類傳感設(shè)備與云計算相結(jié)合，具有更好的靈活性和可伸縮性。傳感器提供商可以將各類傳感器采集的數(shù)據(jù)，使用云存儲加入到數(shù)據(jù)中心。用戶不僅能夠依據(jù)這些數(shù)據(jù)開發(fā)出更符合業(yè)務(wù)需求的各類軟件工具，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為知識，最后制作出各種各樣的可視化產(chǎn)品。

網(wǎng)絡(luò)層將ZigBee、紅外、藍(lán)牙、WiFi等無線通信技術(shù)和有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合，建立更快傳輸速度、更寬傳輸帶寬、更高頻譜利用率的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐平臺。

應(yīng)用層的應(yīng)用系統(tǒng)主要對感知層設(shè)備的感知、控制和管理，強(qiáng)調(diào)面向服務(wù)的體系架構(gòu)和云計算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、軟件算法技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)融合，建立面向服務(wù)的智能信息處理。

圖2 “C.T.A”三位一體

3.4實訓(xùn)室業(yè)務(wù)應(yīng)用拓展 “C.T.A”三位一體的理念是在面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合云計算、教學(xué)、應(yīng)用三個子系統(tǒng)，構(gòu)建立體化實踐體系，進(jìn)行跨學(xué)科的實訓(xùn)。云計算系統(tǒng)，主要以服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化為核心，進(jìn)行基礎(chǔ)技能培養(yǎng)；教學(xué)系統(tǒng)主要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程平臺、教務(wù)系統(tǒng)、精品課程系統(tǒng)等，將基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的教學(xué)庫進(jìn)行融合，為師生提供豐富的實訓(xùn)資源，并利用反饋系統(tǒng)、調(diào)查系統(tǒng)、師生專向培訓(xùn)等，對師生進(jìn)行全方位的服務(wù)支持；應(yīng)用系統(tǒng)以數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，通過各類智能設(shè)備、傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、智能控制，結(jié)合無線技術(shù)和通信技術(shù)的優(yōu)勢，為持續(xù)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供可擴(kuò)展式的Web Service應(yīng)用接口， 強(qiáng)調(diào)自由編寫智能控制程序模塊，提供多樣化的業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺，從而滿足軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)和樓宇智能等專業(yè)的實訓(xùn)要求。“C.T.A”三位一體的理念為實驗實訓(xùn)教學(xué)、科研、競賽提供了有力支持，學(xué)生的綜合能力得以提升，提高了師生實踐能力和創(chuàng)新能力。

4.結(jié)束語

通過面向服務(wù)的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新技術(shù)的應(yīng)用，推動了信息網(wǎng)絡(luò)向全面感知與智能應(yīng)用兩個方向拓展，實現(xiàn)了新技術(shù)與教育過程的緊密結(jié)合；服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化的應(yīng)用，使得優(yōu)質(zhì)資源的共享更為便捷，高校能以更低成本，實現(xiàn)更靈活、穩(wěn)定和高效的業(yè)務(wù)應(yīng)用，尤為重要的是促進(jìn)了教與學(xué)的互動，教育由單向灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、探究式、參與式教學(xué)，從而實現(xiàn)教育模式創(chuàng)新。

[1]寧煥生，徐群玉.全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及中國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)若干思考[J].電子學(xué)報.2010，(11):2590-2599.

[2]王顏林.從企業(yè)實際需求看高校服務(wù)企業(yè)的問題及對策[J].職業(yè)時空.2010，(06):15-16.

[3]羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算:體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學(xué)報.2011，(07):3-21.

[4]鄭亮.高職院校實訓(xùn)室建設(shè)與管理的問題分析及對策研究[J].科教導(dǎo)刊:上旬刊.2014，(01):242-243.

[5]孫其博，劉杰，黎羴，et al.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2010，03

[6]喬親旺.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電信科學(xué).2011，(S1):59-62.

XIE Ri-min, LIN Xin-chuan

(Fujian Commercial College, Fuzhou 350012, China)

IOT (Internet of Things) training rooms based on service-oriented cloud computing is mainly the combination of three fields including the mobile internet, Internet of Things) and cloud computing. The architecture of this system is divided into the cloud computing layer, perception layer, network layer and the application layer. The unified management system and the allocation of information resources are mainly realized by it. In addition, the concept of "C.T.A" trinity is put forward according to the characteristics of the new training rooms, which has promoted the discipline's construction and professional development for colleges and provided the support for the experimental and practical training lessons and scientific research.

cloud computing; Internet of Things

2015-11-24

謝日敏(1979- )，男，碩士，福建商業(yè)高等?？茖W(xué)校信管系講師，研究方向：智能計算與數(shù)據(jù)挖掘。

TP391

A

1671-3974(2016)01-0066-03