云计算与物联网的集成：挑战与开放问题外文翻译资料

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云计算与物联网的集成：挑战与开放问题

摘要 物联网（IoT）正在成为下一次与互联网相关的革命。它允许数以十亿计的设备相互连接和通信，以共享信息，从而提高我们日常生活的质量。另一方面，云计算提供了按需、方便和可扩展的网络访问，这使得共享计算资源成为可能；实际上，这反过来又使来自各种数据源的动态数据集成成为可能。云和物联网的成功实现都面临着许多问题。云计算与物联网的结合是解决这些问题的最有效途径。云上的大量可用资源对物联网非常有利，而云可以获得更多的宣传，以更动态和分布式的方式改进其对现实世界对象的限制。本文通过突出集成的好处和实现方面的挑战，概述了云与物联网的集成。讨论还将集中于由此产生的基于云的物联网范例的体系结构及其新的应用场景。最后，提出了有待解决的问题和今后的研究方向。

关键词：云计算，物联网，基于云的物联网，集成。

一、简介

探索计算领域涉及的技术的共同特征非常重要。事实上，云计算和物联网（IoT）就是这种情况——两种模式具有许多共同特点。这些众多概念的整合可以促进和改进这些技术。整合这些众多的概念可以促进和改进这些技术。云计算改变了访问、管理和交付技术的方式。云计算将来可用于公用事业服务，这一点已得到了广泛认同。虽然许多人认为云计算是一项新技术，但事实上，它已经参与并囊括了各种技术，如网格、效用计算虚拟化、网络和软件服务。云计算提供的服务使得在互联网上共享计算资源成为可能。因此，云技术起源于网格、效用计算虚拟化、网络和软件服务以及分布式计算和并行计算也就不足为奇了。另一方面，物联网可以被认为是一种动态的、全球联网的基础设施，它以一种高度智能的方式管理自配置对象。物联网正在走向一个阶段，我们周围的所有项目都将连接到互联网，并且能够以最少的人力来进行互动。物联网通常包括一些存储和计算能力有限的对象。可以这么说，云计算和物联网将成为互联网和下一代技术的未来。但是，云服务依赖于互操作性极强的服务提供商，而物联网技术则基于多样性而不是互操作性。

本文概述了将云计算集成到物联网中的情况；这包括研究集成过程带来的好处和遇到的实现挑战。还讨论了有待解决的问题和研究方向。本文的其余部分组织如下：第二节提供了云计算、物联网和基于云的物联网的基本概念；第三节讨论了将物联网集成到云中的好处；第四节介绍了基于可能的物联网架构；第五节说明了不同的基于云的物联网应用场景。随后，在第八节结束之前，分别在第六节和第七节讨论了基于云的物联网集成和开放研究方向所面临的挑战。

二、基本概念

本节回顾了云计算、物联网和基于云的物联网的基本概念。

1.云计算

虽然最广泛的认同似乎是美国国家标准与技术研究院（NIST）提出的，但云计算存在一些不同的定义。事实上，NIST已经将云计算定义为“云计算是一种能够通过网络以便利的、按需付费的方式获取计算资源(包括网络、服务器、存储、应用和服务等)并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最省力和无人干预的方式获取和释放。”

正如定义中所述，云计算包括四种部署模型、三种不同的服务模式以及五种基本特性。

云计算部署模型通常被归类为属于公共云，其中的资源可通过互联网提供给用户。公共云通常由盈利的组织(例如Amazon EC2)拥有。相反，私有云的基础设施通常由单个组织提供，以服务于其用户的特定目的。私有云提供了一个安全的环境和更高级别的控制(Microsoft Private Cloud)。混合云是私有云和公共云的混合体。这种选择是为消费者提供的，因为它可以克服每种模型的某些限制。相反，社区云是云基础设施，由许多共享相同需求的组织交付给一组用户。

为了让用户选择适合他们的服务，云计算中的服务在三个不同的级别上提供，即：软件即服务(SaaS)模式，软件通过互联网交付给用户(例如GoogleApps)；平台即服务(PaaS)模式，它提供了一个更高级别的集成环境，可以构建、测试和部署特定的软件(例如Microsoft Azure)；最后，使用基础设施即服务(IaaS)模型，存储、硬件和服务器等基础设施作为服务交付(例如Amazon Web服务)。

2.物联网

物联网代表了一种现代化的方法，通过不断地改变每个物理设备来提供智能服务，从而逐步消除了真实域和数字域之间的界限。物联网中的所有东西(智能设备、传感器等)都有自己的标识。它们结合在一起形成通信网络，并将成为积极参与的对象。这些物品不仅包括日常使用的电子设备，还包括食品、衣服、材料、部件和组件；商品和奢侈品；纪念碑和地标；以及各种形式的商业和文化。此外，这些对象能够创建请求并更改其状态。因此，所有物联网设备都可以被监视、跟踪和统计，这大大减少了浪费、损失和成本。

物联网的概念是凯文·阿什顿在1999年首次提出的，当时他说：“物联网具有改变世界的潜力，就像互联网一样。也许更甚”。后来，物联网于2005年由国际电信联盟（ITU）正式提出。许多组织和研究人员对物联网提出了许多定义。根据国际电联(2012)的报告，物联网是“信息社会的全球基础设施，通过基于现有和发展中的、可互操作的信息和通信技术的互联(物理和虚拟)提供先进的服务”。物联网引入了各种机会和应用。然而，它面临着许多挑战，这些挑战可能会阻碍它的成功实现，例如数据存储、异构资源受限、可扩展性性、事物、可变的地理空间部署和能源效率。

3.基于云的物联网

物联网和云计算都是飞速发展的服务，都有自己独特的特点。一方面，物联网方法基于智能设备，这些设备在全球网络和动态基础设施中相互通信。它支持无处不在的计算场景。物联网的典型特点是广泛分布的设备，处理能力和存储能力有限。这些设备会遇到性能、可靠性、隐私和安全性方面的问题。另一方面，云计算包含一个巨大的网络，具有无限的存储能力和计算能力。此外，它还提供了一个灵活、稳健的环境，允许来自不同数据源的动态数据集成。云计算已经部分解决了大部分物联网问题。事实上，物联网和云是两种相对具有挑战性的技术，它们正在被结合起来，以改变当前和未来的互联网服务环境。

基于云的物联网是一个平台，它允许以经济有效的方式智能地使用应用程序、信息和基础设施。虽然物联网和云计算各不相同，但它们的特性几乎是互补的，如表1所示。这种互补性是许多研究者提出两者集成的主要原因。

表1.物联网与云计算的比较

三、云与物联网集成的好处

由于物联网在处理能力和存储能力方面受到限制，它还必须解决诸如性能、安全、隐私和可靠性等问题。将物联网集成到云中无疑是克服这些问题的最好方法。云甚至可以通过以更加动态和分布式的方式扩展其与现实世界对象的限制，并在不同的现实生活场景中为数十亿台设备提供新的服务，从而从物联网中获益。此外，云提供了简单的使用方式，并降低了终端用户使用应用程序和服务的成本。云还简化了物联网数据收集和处理的流程，并为复杂的数据处理和部署提供了快速、低成本的安装和集成。本节将讨论将物联网集成到云中的好处如下。

1.通讯

应用程序和数据共享是基于云的物联网范例的两个重要特征。无所不在的应用程序可以通过物联网传输，而自动化可以用来促进低成本的数据分发和收集。云是一种有效且经济的解决方案，可以通过使用内置应用程序和定制门户来连接、管理和跟踪任何东西。快速系统的可用性促进了动态监控和远程对象控制，以及数据的实时访问。值得一提的是，尽管云可以极大地发展和促进物联网，但它在某些领域仍然存在弱点。因此，当需要将大量数据从互联网传输到云中时，可能会出现实际的限制。

2.存储

由于物联网可以在数十亿的设备上使用，它包含了大量的信息源，这些信息源产生了大量的半结构化或非结构化数据。这就是所谓的大数据，它有三个特征：多样性(例如数据类型)、速度(例如数据生成频率)和容量(例如数据大小)。在处理由物联网创建的大量数据时，云被认为是最具成本效益和最合适的解决方案之一。此外，它还为数据集成、聚合和与第三方共享提供了新的机会。

3.处理能力

物联网设备的特点是处理能力有限，无法进行现场和复杂的数据处理。相反，收集的数据被传输到具有较高能力的节点；实际上，正是在这里完成了聚合和处理。然而，如果没有合适的底层基础设施，实现可扩展性仍然是一个挑战。云提供了一种解决方案，提供了无限的虚拟处理能力和随需应变的使用模型。预测算法和数据驱动的决策可以集成到物联网中，以便以更低的成本增加收入和减少风险。

4.范围

随着数以十亿计的用户相互交流和收集各种信息，世界正在迅速走向万物互联（IoE）领域——这是一个拥有数十亿种事物的网络，产生了新的机会和风险。基于云的物联网方法通过物联网对象提供基于云扩展的新应用程序和服务，这反过来又允许云处理许多新的现实世界场景，并导致新服务的出现。

5.新能力

物联网的特点是其设备、协议和技术的异构性。因此，很难实现可靠性、可扩展性、互操作性、安全性、可用性和效率。将物联网集成到云中可以解决大部分问题。它还提供了其他一些特性，例如易于使用和易于访问，并且部署成本较低。

6.新模式

基于云的物联网集成为智能对象、应用程序和服务提供了新的场景。其中一些新模式如下：

bull;SaaS(软件即服务)，允许访问传感器数据；

bull;EaaS(以太即服务)，其主要作用是提供无处不在的连接，以控制远程设备；

bull;SAaaS（传感和驱动即服务），可自动提供控制逻辑；

bull;IPMaaS（标识和策略管理即服务），提供对策略和标识管理的访问；

bull;DBaaS（数据库即服务），提供无处不在的数据库管理；

bull;SEaaS（传感器事件即服务），它发送由传感器事件生成的消息服务；

bull;SenaaS（传感器即服务），提供远程传感器的管理；

bull;DaaS（数据即服务），提供对任何类型数据的普遍访问。

四、基于云的物联网体系结构

著名的物联网体系结构通常分为三个不同的层次：应用层、感知层和网络层。大多数假设网络层是云层，它实现了基于云的物联网架构，如图1所示。

感知层用于识别对象和收集数据，这些数据是从周围环境中收集的。相反，网络层的主要目标是将收集到的数据传输到互联网/云。最后，应用层为不同的服务提供接口。

五、基于云的物联网应用

基于云的物联网方法引入了许多应用程序和智能服务，影响了终端用户的日常生活。表2简要讨论了基于云的物联网范例所改进的某些应用。

表2.基于云的物联网应用程序

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