面向服务的云计算物联网实训室研究

谢日敏，林信川

(福建商业高等专科学校，福建 福州 350012)

面向服务的云计算物联网实训室研究

谢日敏，林信川

(福建商业高等专科学校，福建 福州 350012)

面向服务的云计算物联网实训室主要结合移动互联、物联网、云计算三大领域，其架构分为云计算层、感知层、网络层、应用层，实现资源统一调配和管理。另外，结合新实训室的特点，本文提出“C.T.A”三位一体的理念，促进高校学科的建设和专业发展，并为实验实训教学、科研等提供有力支持。

云计算；物联网

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

1.引言

2013年中国物联网产业规模突破6000亿元，预计2016年总体规模将突破万亿元。伴随物联网、云计算、大数据、移动互联网的融合发展，智慧城市加快孕育，建设内涵全面深化。截至2013年底，中国已有400多个城市启动智慧城市建设。与此同时，根据《2006至2020年国家中长期科学与技术发展规划》的需要，国内很多科研机构、企事业单位都积极致力于物联网的研发，使得物联网网络技术、物联网数据处理技术、物联网安全技术成为基础应用的重要组成部分，高校学科建设即要满足国家战略发展需要的同时，又要适应地方经济建设需求，从而为企业提供人才保障和技术支持。因此，物联网实训室应面向企业业务终端服务，协同创新校企合作，深化产学研成果转化，畅通人才流动。

2.面向服务的云计算

2.1 云计算概述

云计算平台通常建立在数据中心的基础上，由基础设施即服务(IaaS)，平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)构成，如图1所示。

图1 云计算架构

数据中心：是云计算平台的基础，数据中心通常由大量相互关联的服务器和网络设备组成。数据中心一般建立在人口密度较少，充足稳定电力供应的低风险区域。

基础设施即服务：建立在数据中心层之上，提供虚拟化的计算能力以及数据中心的存储和网络连接，为消费者提供配置服务。用户可以按需求自上而下进行计算资源动态分配。通常情况下，多用户能够共享统一的基础设施资源。亚马逊弹性计算云，微软Azure平台、华为云服务(HWS)等均属此类产品。

平台即服务：是指托管在云上，并提供协助应用程序设计、开发、测试、部署监控服务的开发平台，是一种先进的集成环境构建，支持分布式项目团队的协作研发。

软件即服务：软件以服务的形式，通过互联网远程访问的形式提供给终端用户，节省了用户软件部署和维护的成本。当用户远程共享软件时，可以按需获得功能，并快捷的从云平台上实现软件的自动更新，而且可以很容易和其他应用程序集成。

2.2 面向服务的云计算

面向服务的体系结构(SOA)是一种可创建、组织和重用的组件模型，而云计算能够以一种更广泛、更灵活的授权技术建立更适应的面向服务的体系结构。因此，SOA和云计算相互依存，相互补充。面向服务的云计算利用私有的虚拟化技术或开源的虚拟化技术，进行监控和管理服务，在每个单独云分配可用的请求资源，应用开放标准接口，提供组件化的独立服务，例如存储服务、计算服务和通信服务，从而能够从其它云平台组合各类服务，构建跨平台的虚拟计算。

3.物联云网实训室

目前高职院校实训室存在重复建设，系院层面和实训室管理制度不完善，个别使用效益极低，缺少科学统一的日常管理，缺乏管理的全程监控。实训室建设机制和运作模式有待进一步创新。因此，本文提出面向服务的云计算物联网实训室，简称为物联云网实训室，以适应高校信息化发展的需要。

3.1 物联云网实训室建设目标

物联云网实训室主要是结合移动互联、物联网、云计算三大领域，实现资源统一调配和管理的实训环境，使用户在各类技术理解的基础上进行创新应用，培养师生的科研创新能力，从而满足网络通信、物联网、智能家居等专业实训需求，避免实训室重复建设，提高资源利用率，促进高校的学科建设和专业发展。

3.2 物联云网实训室建设思路

在物联网、云计算、移动互联、大数据等新一代信息技术快速发展的形势下，迫切需要多领域融合的实训环境支撑。物联云网实训室以面向服务的云计算为核心，使得虚拟化、并行计算、效用计算等传统网络技术和计算机技术融合，同时结合移动互联强调精准的用户体验，将互联网技术与物联网的通信感知技术整合到网络的各类业务应用中。

首先，建立服务器虚拟化平台，服务器虚拟化一般有“一虚多、多虚一和多虚多”形式，其关键是将现有服务器物理资源、网络资源、存储资源等计算资源抽象为云中心，从而实现计算资源的动态调配。商业化的产品有VMware ESX Server、Citrix XenServer、微软 Windows Server 2008 Hyper-V以及开源的openstack等。其次，建立云桌面系统，以便学生各类实训业务应用。云桌面利用计算机虚拟化技术达到软硬件基础设施资源共享、集中部署和管理的目的，提高了运维效率，节约了运营成本，在日常维护过程中，出现的网络管理难、维护工作量大等诸多难题得以有效解决。以Vmware View云桌面、华为云桌面、中兴云桌面为代表的国内外商业化云桌面以及开源的Openstack等，均可实现云桌面系统。接着，利用SOA的工作原理，基于云计算的基础上采用 Web Services技术实现教育资源系统的集成和软件复用。最后，结合物联网技术，将物联网设备对接到面向服务的云计算中心，使得各类物联网业务应用更加高效，更加便捷。

3.3 物联云网实训室架构

在研究面向服务的云计算和物联网结构的基础上，本文提出物联云网实训室架构，主要由面向服务的云计算层和物联网的感知层、网络层、应用层组成。

面向服务的云计算层主要组成部分：

(1)云映射：每个私有云可能来自不同的云产品提供商，这些提供商并不一定符合业务标准，有可能增加了许多额外的功能。云映射主要是区分不同云产品的差异，对不符合业务标准的云功能进行过滤，使得不同云之间应用程序的迁移变得更加便捷。针对云数据使用存储映射，例如对数据插入、更新、删除和查询操作。计算映射主要负责分发云计算功能，例如应用MapReduce框架实现大规模数据集的并行运算。I/O映射规定了数据编码模式，和消息路由等形式。

(2)云代理：云代理是私有云和SOA之间的桥梁，每个云服务都有一个与之相关联的服务代理。

(3)SOA：充分利用SOA的优势，实现各类服务组件化发布和共享，例如工作流模板服务、Web服务、协同服务、测试用例。将SOA与云计算结合，能够提供多用户支持以及更灵活的服务改进策略。

感知层的各类传感设备与云计算相结合，具有更好的灵活性和可伸缩性。传感器提供商可以将各类传感器采集的数据，使用云存储加入到数据中心。用户不仅能够依据这些数据开发出更符合业务需求的各类软件工具，还可以进行数据挖掘和机器学习，将数据信息转化为知识，最后制作出各种各样的可视化产品。

网络层将ZigBee、红外、蓝牙、WiFi等无线通信技术和有线网络技术融合，建立更快传输速度、更宽传输带宽、更高频谱利用率的基础网络支撑平台。

应用层的应用系统主要对感知层设备的感知、控制和管理，强调面向服务的体系架构和云计算技术标准、软件算法技术标准、安全标准融合，建立面向服务的智能信息处理。

图2 “C.T.A”三位一体

3.4实训室业务应用拓展 “C.T.A”三位一体的理念是在面向服务的物联网实训室架构的基础上，结合云计算、教学、应用三个子系统，构建立体化实践体系，进行跨学科的实训。云计算系统，主要以服务器虚拟化和桌面虚拟化为核心，进行基础技能培养；教学系统主要结合网络课程平台、教务系统、精品课程系统等，将基础课程、专业课程的教学库进行融合，为师生提供丰富的实训资源，并利用反馈系统、调查系统、师生专向培训等，对师生进行全方位的服务支持；应用系统以数据中心和数据分析为基础，通过各类智能设备、传感器，进行数据采集、智能控制，结合无线技术和通信技术的优势，为持续发展的物联网应用提供可扩展式的Web Service应用接口， 强调自由编写智能控制程序模块，提供多样化的业务应用平台，从而满足软件开发、网络通信、物联网和楼宇智能等专业的实训要求。“C.T.A”三位一体的理念为实验实训教学、科研、竞赛提供了有力支持，学生的综合能力得以提升，提高了师生实践能力和创新能力。

4.结束语

通过面向服务的云计算、物联网、移动互联等新技术的应用，推动了信息网络向全面感知与智能应用两个方向拓展，实现了新技术与教育过程的紧密结合；服务器虚拟化和桌面虚拟化的应用，使得优质资源的共享更为便捷，高校能以更低成本，实现更灵活、稳定和高效的业务应用，尤为重要的是促进了教与学的互动，教育由单向灌输转变为启发式、探究式、参与式教学，从而实现教育模式创新。

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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

谢日敏(1979- )，男，硕士，福建商业高等专科学校信管系讲师，研究方向：智能计算与数据挖掘。

TP391

A

1671-3974(2016)01-0066-03