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第29章 网络时代(22)

根据云计算运营商所提供的服务,人们大致将当前的云计算分为三种类别:

(1)基础设施服务类(IaaS)

服务供应商仅为消费者提供虚拟化的计算资源,比如物理运算能力、存储空间,允许用户搭建自己的操作系统和平台。典型的例子就有亚马逊的Amazon Elastic Compute Cloud(EC2)和HPCloud。

(2)平台服务类(PaaS)

云计算运营商将平台搭建于基础设施之上,并提供预先设定好的操作系统(比如Windows或Linux)、程序运行环境(比如JavaVM,Python,and.Net),还有丰富的API(应用程序编程接口),这样客户可以开发和建立自己基于云端的应用程序和服务,给下游用户使用。典型的例子有Amazon Simple Storage Service(S3)、Amazon Simple Storage Service、Cloud Foundry、Force.com以及Google App Engine。

(3)软件服务类(SaaS)

与在本地用户计算机上运行程序所不同的是,应用程序软件可以作为一种服务在云端的计算平台上运行。该应用的输入或输出结果将会通过各种不同的接口由用户传递到云端设备或传递给最终用户,比如说通过网页浏览器或指令输入终端机。比较典型的例子有Sales Cloud2、Service Cloud、Google Apps和Microsoft Office365。其中,Service Cloud由saleforce.com公司推出,旨在为商业用户提供用户关系管理系统。Google Apps/Google Docs,旨在分别为商业级或个人提供云端办公软件,比如文字处理软件、电子表格和幻灯片。还有就是Adobe公司也出品了基于云计算的Adobe Creative Cloud,将非常流行的图片剪辑软件也搬到了网上。

在上面的章节中曾介绍了以无线传感器网络为代表的物联网技术给人们带来了很多令人欢欣鼓舞的应用,但是在不久的将来,随着物联网应用不断地被发掘和具有无线通信功能的感应节点数量的激增,其产生的数据量也会成指数形式爆炸性增长。即使是在由不多的无线传感器网络所组成的应用中,偶尔的“事件爆发”也能触发“数据爆发”的连锁反应。这个现象在使用无线传感器网络监测自然灾害的应用中尤为明显。2011年3月,地震和海啸袭击了日本东部地区,并造成了核电站的核泄漏和大量人员伤亡这样的灾难。若是当时能将物联网的技术应用到这样的自然灾害实时监测和报警中,那么人们就能提前采取预防措施,尽可能减少人员伤亡和财产损失。例如人们可以给物联网配置地震感应器来监测地壳运动,平时以一种不太频繁的频率采样数据,可以是每1小时一次,或几倍于1小时一次的频率。这样做的好处是可以节省能源消耗和数据存储空间,让物联网可以更长久地工作。不过如果网络监测到任何异常事件,比如底层表面反常的位移或是海平面异常升高,那么网络监测的频率就立刻做出相对应的提升,比如每1分钟一次或是更快。随着事态的恶化,采样频率和数据传输速率还可以得到进一步的提高,以此来增加数据量和分辨率,让人们能对当前形势做出更为准确的判断。瞬间产生的数据采样和收集的峰值就会导致我们前面所说的“事件爆发”和“数据爆发”。

“事件爆发”和“数据爆发”这种现象还会发生在病人情况恶化的物联网监测应用中,频繁的采样和海量的数据能够使医生免于丢失任何重要的参数,从而避免由于数据采样不足造成病情判断上的误导。在即将到来的智能医疗时代,预计爆炸式的数据增长会让数据量达到“艾”级(1018)字节。可以预见,未来的物联网一定会遇到以下一些问题:

(1)存储空间问题

通常情况下人们都是运行一台标准的PC服务器来接收数据,且服务器通常是安置在远端不太安全的空间里,比如公司的办公室里。而服务器若是用来储存长时间监测的数据(按年计算),那么很容易就会达到存储的上限。例如工业界使用AquaMW公司提供的无线传感器来监测工业厂房的项目,叫作SMART Solutions(智能解决方案),通过使用无线传感器网络提高生产效率、降低能量消耗和二氧化碳排放量。工业水泵的健康状况跟工业生产能耗与效益息息相关,因此工作人员有必要每几秒就采集一次数据,比如5秒。这个应用中每个节点集成了4种不同的传感器:电表、水流感应器、压力传感器和温度传感器。节点的每个模拟通道需要12bit的分辨率,所以每个节点产生的每个数据包将会有60字节的信息,若是按照每5秒一次的采样频率计算,单节点一年就会产生0.4GB的数据量,而工业界的一个无线传感器网络的部署通常包括成百上千个节点,所以一年的数据量就很容易达到几百兆比特的容量。传统的数据存储空间将很容易被填满,若是没有弹性存储机制作为支持,数据丢失将会是意料中的事。再加上缺乏为不同无线传感器网络自动高效地建立数据库的能力,开发人员或应用工程师需要重复地手动为每一个新的无线传感器网络建立数据库,哪怕有时网络与网络之间需要储存的参数并没有变化。

(2)设备可接触性问题

关键性的基础设施的监测数据是非常敏感的,比如说地铁隧道,所以我们必须对从外部环境接入数据服务器的用户有很严格的访问限制。举例来说,基础设施的所有者应该有最高的权限访问数据,而其他人的访问权限需要做相应的约束。但是实际情况是,这种分级别访问的机制并不能很好地在独立服务器上部署,同时对于非计算机领域的工程师或是一般使用者,权限的设置又是相当烦琐的事情,一般用户不会去做这样的限制。

(3)可靠性问题

在目前常见的无线传感器网络应用中,通常每一个时刻只有一个服务器在运行,那么这对“单点故障”问题提出了严峻的考验,若是整个网络中唯一的服务器因为诸如硬件或软件故障而停止服务,那么无线传感器网络就像是抽去灵魂的骨架,没有任何意义了。

(4)实时处理问题

在物联网实际应用当中,很多时候被收集来的数据是在线下完成数据库入库和后期处理的,人们缺乏实时信号处理的能力和连续不断运行的算法来实时分析数据。那么,这所导致的问题就是如果遇到了反常的事件发生,用户将不能得到及时的报警。

通过以上在实际当中部署无线传感器网络所面对的问题,再结合前文所述的云计算的特性,我们有理由相信以云计算为基础的计算服务将会为物联网的实际问题带来一种解决方案。可扩展的计算能力、灵活的应用程序开发工具、几乎无限的数据存储空间都让云计算在技术上令人振奋。我们可以想象,若是将无线传感器节点分布到微观物理世界,最终无线传感器网络将成为一个巨大的探测器来感应宏观世界,再加上以云为后端主干基础设施进行信息存储和运算,整个物联网会变得愈加智能化。与此同时,云计算也为我们提供了一个可以随时随地都在延展的“中央图书馆”,在这里,云计算应用的开发者和使用者都可以按需取用,将主要精力放在自己的工作上,而不必再为上千万个开发者已经解决的关于安全、延展性、数据分享的问题所担心。所谓“单点故障”的问题也将迎刃而解,因为云计算本身固有的特性可以定期将用户的关键性资料备份到世界各地不同的数据中心里,一来为了让世界各地不同的用户以最快的速度访问离他们最近的数据中心,同时也让风险分散,毕竟地球上不同地区同时发生毁灭性的灾难的可能性非常之低。

3.2.3展望未来

回顾信息技术的发展史,我们不难发现新技术的产生原因要么是为了解决当时人们生活所面临的亟待解决的问题,要么是走在社会发展的前面,提前考虑可以用什么方法让未来的生活更便捷,工业生产更高效。前者是社会发展对信息技术的驱动力,后者是信息技术反过来推动社会的发展,两者相辅相成。

就移动通信技术来讲,5G将会是继4G之后未来的发展方向,但目前为止还没有任何官方机构对5G的标准给出确切的定义。根据移动通信技术的发展历史,大致可以总结出每10年就会有一次重大的技术革命,比如1981年左右1G开始了商业运营,然后在1991年左右、2001年左右和2010年左右,陆续产生了2G、3G和4G,也许5G也会遵循这个规律在2020年左右登陆消费者市场。日前,韩国三星公司已经宣布成功测试了他们的5G移动通信网络,其宣称的下载速度是1Gbit/s,最高能达到10Gbit/s,但是三星公司同时也表示只有到了2020年或许才会提供如此之快的5G网络服务。

从现在研发情况来看,可以作为未来5G的科技产品有普适网络、合作中继、认知无线电、动态随意无线网络、可穿戴式无线网络、毫微微蜂窝式基站网络等。不久前,思科公司发布了一组对于未来移动网络发展的数据的预测:在接下来的5年里,移动数据流量将达到里程碑式的数量,比如到2017年每月全球移动数据流量将超过10×1018字节,每月移动平板电脑数据流量将超过1×1018字节,移动连接的终端设备数量将超过地球上人类的数量,4G网络将占到总连接数的10%,但其产生的数据流量占到总流量的45%,41%的全球移动终端和连接将有能力接入到IPv6的移动网络上,2/3的世界数据流量将会是视频信息,智能手机将会产生平均每月2.7GB的数据流量,将是2012年平均每月342MB的8倍。

就物联网和云计算而言,未来的发展趋势将是“人工智能”化。物联网将会变得具有不可预知性,网络的组成也将会是网络节点在部署后根据当时环境自主组网,从而拥有最为优化的网络覆盖面、功耗最低的网络构架、最快最有保障的数据传输路径,小到每个网络节点,大到云端的服务器都将运行着具有学习能力的智能算法,其功能会随着情况的变化而进行自我“进化”。由于“人工智能”技术的引入,物联网与云计算最初的人与环境、人与环境中的物体交互的模式很快会被延伸到环境中的物体与物体之间的直接“对话”,而不需要人类的任何监督和干涉,因为这种没有中间人的信息交互会更有效、更快捷、更及时、更准确,当然这也会为人类解放出大量宝贵的劳动力,让人们有更多的精力和时间去开发和完善商业产品。从商业角度来讲,由于任何人都可以以低廉的成本租用由云计算强大的计算能力、存储能力和快速反应能力所支持的服务,进入商业合作的门槛被大幅度降低,个人可以很容易地以类似于在淘宝网上开店的形式进入到电子商务领域。传统的商业对商业(B2B)的合作模式将会朝着商业对消费者(B2C),再到消费者对消费者(C2C)的模式转变,个人将不可避免地参与到人类有史以来合作最为广泛的国际贸易中去。

互联网的诞生将我们离散的个体统一到了相互连接的平面网中,随着卫星电话电视和卫星导航遥感的建立和成熟,我们终究会将当前的2D的平面网拓展为3D的立体网络,任何接入网络的物体都可以被准确定位和鉴别,由此而产生的应用将会呈爆炸式增长,而且也必将超出我们现在的想象。

信息化时代信息科技的发展与应用,使我们看到计算机和计算机互联网的发展直接或间接地推动了移动互联网的发展。具有移动互联功能的智能手机终端可以看成是微型式的嵌入式计算机,只不过附加的无线模块赋予了它移动的功能。移动通信速度的不断提升是移动多媒体发展和移动应用不可缺少的基础,也是实现物联网与云计算将强大的信息分析处理能力、储存能力传递到终端用户过程中“最后一千米”的强有力的保障。回顾信息科技的发展史,展望将来的科技走向,从而让我们对未来有所期待有所规划,只有这样我们才会在瞬息万变的信息时代少走弯路,紧跟时代步伐,甚至是引领时代潮流,提升生活质量,成为生活的主人,而不是信息的被动接收者。

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