1.2.3 关键技术
1.云计算
根据美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的定义[30]，云计算是指能够针对共享的可配置计算资源，按需提供方便的、泛在的网络接入的模型。上述计算资源包括网络、服务器、存储、应用和服务等，这些资源能够快速地提供和回收，而所涉及的管理开销要尽可能小。
具体来说，云模型包含五个基本特征、三个服务模型和四个部署模型。五个基本特征为按需自助服务（on-demand self-service）、广阔的互联网访问（broad network access）、资源池（resource pooling）、快速伸缩（rapid elasticity）和可度量的服务（measured service）；三个服务模型为软件即服务（Software as a Service，SaaS）、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）和基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）；四个部署模型为私有云（private cloud）、社区云（community cloud）、公有云（public cloud）和混合云（hybrid cloud）。
一般来说，云计算可以被看作通过计算机通信网络（例如互联网）来提供计算服务的分布式系统，其主要目标是利用分布式资源来解决大规模的计算问题。云中的资源对用户是透明的，用户无须知晓资源所在的具体位置。这些资源能够同时被大量用户共享，用户能够在任何时间、任何地点访问应用程序和相关的数据。文献[31]给出了云计算的体系结构如图1-3所示，还对三个服务模型进行了阐述。
基础设施即服务：这项服务是云计算提供的最简单的内容，其涉及大规模的计算资源的交付，这些计算资源包括存储空间、运算能力和网络带宽等。基础设施即服务的主要优势是按次付费、安全性以及可靠性，因此也被称为硬件即服务（Hardware as a Service，HaaS）。这项服务的典型案例有亚马逊云（Amazon Elastic Compute Cloud，EC2）[1]、谷歌计算引擎（Google Compute Engine，GCE）[2]和阿里云（Aliyun）[3]等。
图1-3 云计算的体系结构
平台即服务：这项服务为云计算提供了应用程序的接口。对于云计算来说，基础设施即服务在很多应用场景下能力不足。随着网络应用程序数的井喷式增长，平台即服务的相关研究与应用逐步涌现。很多全球性的跨国公司都不约而同地寻求在云计算平台方面称霸，就像微软在个人电脑领域所处的地位一样。平台即服务的典型案例有谷歌应用引擎（Google App Engine，GAE）[4]、微软云（Microsoft Azure）[5]等。
软件即服务：这项服务旨在提供终端用户可以直接使用的服务，这里的服务可以理解为部署在互联网上的软件。这样的服务模式在很大程度上替代了在个人电脑上运行的传统应用程序。软件即服务的典型案例有思科（Cisco）的思科网迅（WebEx）[6]、软营（Salesforce）的客户关系管理（Customer Relationship Management，CRM）系统[7]以及亚马逊网络服务（Amazon Web Service，AWS）[8]。
2.物联网
文献[32]指出物联网技术栈由三个核心层构成，即物/设备层、连接层和物联网云层，详情如图1-4所示。
图1-4 物联网的技术栈
在物/设备层，诸如传感器、执行器等物联网特定的硬件可以被添加至已有的核心硬件中，嵌入式的软件可以被修改或集成进已有的系统，以便管理和操作具体的设备。在连接层，由通信协议来实现单个物/设备与云之间的通信，例如消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）协议。在物联网云层，设备通信协议和管理软件用来协调、提供和管理互相连接的物/设备，由应用平台来实现物联网应用程序的开发和执行。此外，物联网云层还引入了分析与数据管理软件来存储、处理和分析由物/设备产生的数据。针对跨物/设备、人员和系统的过程监测，引入了过程管理软件来进行定义和执行。对于给定的目的，由物联网应用程序软件来协调物/设备、人员和系统之间的交互。在上述三层的全域范围内，还存在特定的软件构件来对物联网体系整体的身份和安全进行管理，以及提供与商业系统和外部信息源的集成，常见的商业系统和外部信息源类型有企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）系统和客户关系管理（CRM）系统，外部信息源通常是指来自第三方的信息。
在谈论物联网技术时，“物联网平台”（IoT platform）是一个提及频次很高的概念。在计算领域，术语“平台”是一个相对广泛的概念，有些文献[9]将平台定义为一组有机结合起来的技术，基于这些技术，能够开发其他的应用程序。物联网平台本质上是软件产品，其提供大量与应用程序无关的功能，利用这些功能可以构建物联网应用程序。对于各种不同的物联网平台，其提供者所侧重的物联网技术不同，因此所提供的功能集合也是不同的。换言之，物联网平台的配置没有统一的标准，但是存在众多针对不同领域特定需求的物联网平台，例如ThingSpeak[33]、DeviceHive[34]、Xively[35]、WSO2[36]以及海尔COSMOPlat[37]等，文献[38]针对物联网平台的选择给出了较为详尽的阐述。
文献[39]将云计算与物联网进行对比分析，给出了两个技术领域的互补方面，详情如表1-1所示。
表1-1 云计算与物联网的互补方面
一般来说，物联网能够在云计算的虚拟形式的无限计算能力和资源上补偿自身的技术性限制（例如存储、计算能力和通信能力）。文献[40]指出，云计算能够为物联网中服务的管理和组合提供高效的解决方案，同时能够实现利用物联网中产生的数据的应用程序和服务。对于物联网来说，云计算能够以更加分布式的、动态的方式来扩展其能处理的真实世界中物/设备的范围，进而交付大量实际生活中的场景所需要的服务。在多数情况下，云计算能够提供物与应用程序之间的中间层，同时将实现应用程序所必需的复杂性和功能都隐藏起来，这将影响未来的应用程序开发。在未来的多云环境下，应用程序的开发面临着来自信息的收集、处理和传输等方面的新挑战[41]。
文献[42]指出物联网在工业领域的应用涵盖了众多方面，例如自动化、优化、可预测制造、运输等。制造（manufacturing）是物联网在工业领域最大的市场，涉及软件、硬件、连通性和服务等。随着物联网的引入，由原料、工件、机器、工具、库存和物流等组成的工业系统构成了实施制造过程的生产单元，上述这些构件之间可以互相通信。物联网提供的连通性驱动了各项操作技术（Operational Technology，OT）的实际性能的收敛性，这里的操作技术包括机械手、传送带、仪表、发电机等。在整个制造过程中，传感器、分布式控制以及安全软件发挥着“胶水”的作用。当前，工业领域有远见的企业都将生产线和生产过程构建在了物联网之上[43]。运输（transportation）是物联网在工业领域的第二大市场。当前，在众多城市中涌现的智能运输网络能够优化传统运输网络中的路径，生成高效、安全的路线，降低基础设施的开销并缓解交通拥塞。航空、铁路、城际等货运公司能够集成海量的数据来对需求进行实时分析，实现统筹规划和优化操作。
[1] https://aws.amazon.com/ec2
[2] https://cloud.google.com/compute
[3] https://www.aliyun.com
[4] https://appengine.google.com
[5] https://azure.microsoft.com
[6] https://www.webex.com
[7] https://www.salesforce.com/crm
[8] https://aws.amazon.com
[9] https://www.techopedia.com/definition/3411/platform