基于云计算的物联网关键技术学习报告VIP

基于云计算的物联网关键技术学习报告 学号 姓名 一 云计算与物联网的概念与原理 1 云计算 1 1 云计算的概念 云计算是一种新兴的基于互联网的商业计算模型 它将计 算任务分布在大量计算机构成的资源池上 使各种应用系统能 够根据需要获取计算力 存储空间和各种软件服务 云计算是 并行计算 分布式计算和网格计算的发展 或者说是这些计算 机科学概念的商业实现 1 2 云计算的原理 云计算的基本原理是 通过使计算分布在大量的分布式计 算机上 而非本地计算机或远程服务器中 企业数据中心的运 行将更与互联网相似 这使得企业能够将资源切换到需要的应 用上 根据需求访问计算机和存储系统 3 云计算的技术架构 一般来讲 云计算的主要思路是对基础资源虚拟化形成的 资源池 进行统一的调度和管理 为用户提供包括从下到上的 3 个层次的服务 基础设施即服务 IaaS 平台即服务 PaaS 和软件即服务 SaaS 云计算平台可以分为 3 个逻辑 层次和一个云管理平台 最底层是基础资源层包括物理资源和虚拟资源 它的主要 功能是抽象物理硬件资源 包括计算 存储和网络等硬件资源 在资源层内实现自动化的资源管理和优化 并为外部使用者提 供各种各样的 IaaS 使得硬件资源可以很容易的被访问和管理 第二层是平台层 从云计算架构而言 平台层位于资源层 和应用层之间 平台层是运行在资源层之上的一个以软件为核 心 为应用服务提供开发 测试和运行过程中所需的基础服务 包括 WEB 和应用服务器 数据库以及管理支撑服务等的层次 基础设施层所需要解决的是 IT 资源的虚拟化和自动化管理问题 而平台层需要解决的是如何基于资源层的资源管理能力提供一 个高可用的 可伸缩的且易于管理的云中间件平台 它包括两 部分 云平台框架和云平台服务组件 最上层是应用层 是运行在平台层上的应用的集合 提供 具体业务应用 每一个应用都对应一个业务需求 实现一组特 定的业务逻辑 并且通过服务接口与用户交互 总的来说 应 用层的应用可以分为三大类 第一类是面向大众的标准应用 比如 GOOGLE 的文档服务 Google Docs 等 第二类是为了某个领 域的客户而专门开发的客户应用 比如 Salesforce CRM 第三 类是由第三方的独立开发商在云计算平台层上开发的满足用户 多元化需求的应用 云管理平台为业务系统提供灵活的部署 运行与管理环境 屏蔽底层硬件 操作系统的差异 为应用提供安全 高性能 可扩展 可管理 可靠 可监控和可伸缩的全面保障 降低开 发 测试 部署 运行和维护应用系统的成本 云管理平台包 括三大部分内容 一是管理功能 二是用户服务功能 三是调 度监控功能 2 物联网 2 1 物联网的概念 物联网 是指各类传感器和现有的 互联网 相互衔接 的一种新技术 它是通过信息传感设备 并按约定的协议 把 任何物品通过互联网连接起来 进行信息交换和通讯 以实现 智能化管理的一种网络 由此概念可以看出 物联网的核心和 基础仍然是互联网 是对互联网的延伸和扩展 其用户端延伸 和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通讯 2 2 物联网的原理 物联网中利用的主要技术就是射频自动识别 RFID 技术 以该技术为支撑 实现物品的自动化识别 并通过计算机互联 网的传输作用 达到信息的互联与共享的目的 从层次上可将 物联网的结构划分为以下三个层次 1 信息感知层网络 信息感知层网络是一个包括 RFID 条形码 传感器等设备在内的传感网 主要用于物品信息的识 别和数据的采集 2 信息传输层网络 信息传输层网络主要用于远距离无缝 传输由传感网所采集的海量数据信息 将信息安全传输至信息 应用层 3 信息应用层网络 信息应用层网络主要通过数据处理平 台及解决方案等来提供人们所需要的信息服务以及具体的应用 二 云计算与物联网的关系 1 物联网与云计算 应用与平台 主机与 CPU 云计算与物联网这两个名词总是同时出现 大家在直觉上 会认为这两者在技术上是有关系的 其实不然 物联网和云计 算之间是应用与平台的关系 通过前面对物联网的介绍可以知道 物联网就是互联网通 过传感网络向物理世界的延伸 它的最终目标就是对物理世界 进行智能化管理 物联网的这一使命也决定了它必然要由一个 计算平台作为支撑 由于云计算从本质上来说就是一个用于海量数据处理的计 算平台 因此 云计算技术是物联网涵盖的技术范畴之一 随 着物联网的发展 未来物联网将势必产生海量数据 而传统的 硬件架构服务器将很难满足数据管理和处理要求 如果将云计 算运用到物联网的传输层和应用层 采用云计算的物联网 将 会在很大程度上提高运作效率 可以说 如果将物联网比作一 台主机的话 云计算就是它的 CPU 了 2 云计算是物联网的核心 建设物联网的三大基石 包括 1 传感器等电子元器件 2 传输的通道 比如电信网 3 高效地 动态的 可以 大规模扩展的技术资源处理能力 其中 第三个基石 高效 地 动态的 可以大规模扩展的计算处理能力 正是通过云计 算模式帮助实现 运用云计算模式 使物联网中数以兆计的各 类物品的实时动态管理 智能分析变得可能 物联网通过将射 频识别技术 RFID 传感器技术 纳米技术等新技术充分运用 在各行各业之中 将各种物体充分连接 并通过无线等网络将 采集到的各种实时动态信息送达计算处理中心 进行汇总 分 析和处理 从而将各种物体连接 3 云计算是互联网和物联网融合的纽带 物联网和互联网的融合 需要更高层次的整合 需要 更 透彻的感知 更全面的互联互通 更深入的智能化 这同样也 需要依靠高效的 动态的 可以大规模扩展的计算机资源处理 能力 而这正是云计算模式所擅长的 同时 云计算的创新型 服务交付模式 简化服务的交付 加强物联网和互联网之间及 其内部的互联互通 可以实现新商业模式的快速创新 促进物联 网和互联网的智能融合 三 云计算在物联网中的应用 在我们日常生活中 我们与 Internet 接触的同时 就已经 感受到云计算的魅力 其实 云计算就在我们身边 在线影视 即时通讯 在线查询系统 在线交易 邮件服务 搜索引擎等 等 这些都是我们身边的云计算 当然 云计算的应用范围远不止这些 云计算在多个领域 都具有广泛的应用 特别是在需要海量数据处理的应用领域 更是发挥着不可替代的重要作用 科研领域 地震监测 海洋信息监控 天文信息计算 处理 医学领域 DNA 信息分析 海量病历存储分析 医疗 影像处理 网络安全领域 病毒库存储 垃圾邮件屏蔽 动画素 材存储分析 图形和图像处理 高仿真动画制作 海量图片检索 互联网领域 Email 服务 在线实时翻译 网络检索 服务 四 基于云计算的物联网安全 1 基于云计算的物联网安全威胁 感知层安全威胁 在感知层 由于节点的硬件结构相对简 单 存储能力和计算能力较弱 传统的保密技术难以在节点上 实现 因此 容易受到各种攻击 这些攻击包括节点控制 节 点捕获 拒绝服务攻击及认证攻击 网络层安全威胁 在网络层 由于网络的异构 可能导致 跨网认证攻击 认证攻击 如中间人攻击等 同时随着网络规 模增大以及对于分布式信息的处理 容易受到拒绝服务攻击 路由攻击等威胁 应用层安全威胁 物联网应用层除了终端用户的认证外 重点是来自云计算平台的安全威胁 1 针对云计算平台的安全威胁 云计算平台提供的服务 应是无处不在 无时不在的 要保证云计算平台具备高可靠性 即保证云计算平台提供的服务不中断 在面临恶意攻击时避免 系统崩溃的风险 因此 云计算平台应具备抵抗外来攻击的能 力 2 云 中的物联网数据安全 终端用户的数据上传到 云 中之后 随机地存储在云计算平台的服务器上 而这些 服务器可能分布在世界各地 终端用户无法知道自己的数据具 体被存储在什么位置 因此 云计算平台要保证终端用户的数 据存储安全性 同时 目前云计算平台主要通过虚拟化技术实 现多租户共享资源 多个虚拟机可能被绑定到同一个物理资源 上 如果云计算平台无法实现用户之间数据的有效隔离 那么 用户的数据就可能被其他用户非法访问 云计算平台就无法使 用户相信自己的数据是安全的 2 基于云计算的物联网安全研究 针对上述物联网体系结构中每一层所面临的安全威胁 给 出相应的解决方案和关键技术难点研究 其中感知层和网络层 的关键技术目前已有大量研究并取得较快的进展 本文着重分 析物联网应用层 即云计算平台的安全方案 从以下几个方面 考虑 1 构建物联网可信环境 云计算平台要为物联网应用提 供安全的数据存储 超强的计算能力 必须保证云计算平台本 身的可靠 即构建物联网的可信环境 一方面云计算平台应与 传统计算平台一样采取严密的安全措施 从物理安全 系统安 全 网络安全 数据库安全等方面做好安全防范工作 保证云 计算平台本身具备抗攻击能力 另一方面 云计算平台要向物 联网用户证明自己具备数据隐私保护能力 2 基于云计算的数据安全防护 用户数据存储在世界各 地的服务器 要保证数据存储的安全性 除在构建物联网可信 环境的基础上 还要采取数据备份的方法保护数据 为了保护 数据隐私 物联网用户要采取加密手段 使得敏感数据以密文 的形式存储在服务器上 用户的数据从被感知开始 到进入云 计算平台 从传输到使用的过程 都存在泄漏用户隐私的风险 在虚拟化条件下 存储在同一物理服务器上的不同虚拟机之间 可能存在非法访问 云计算平台要使用户相信数据是安全的 必须对用户的数据提供有效隔离 防止同一物理设备上的其他 用户非法访问 更加有效地保护数据安全 技术难点及研究现状 在使用加密技术保护用户数据隐私的同时 云端存储的是 敏感信息的密文 因此 如何高效地对密文进行处理和使用则 成为关键 同态加密技术将是解决这一问题的首选方案 同态 加密技术在物联网认证与访问控制 云计算等方面的应用 将 是今后研究的重点 在物联网各个阶段都涉