《农业物联网应用技术》课件-4.2 云计算

农业物联网应用技术任务二云计算PART01知识目标1.了解云计算及云平台的基本概念。2.掌握云计算的分类。3.掌握云计算在农业物联网中的应用。技能目标1.能够区分身边的云计算服务类型。2.能够运用云计算搭建平台。素质目标提升学生现代信息技术水平。案例导入

案例一生活与云计算1.水龙头观点论当需要的时候，你别管水是怎么来的，电是怎么发的，打开水龙头用水，插上插头用电，只需要操心交水电费就行。当你需要用一个软件时，你不用跑去电脑城，打开应用商店，就可以下载，你只需要交钱就行。云计算，像是在每个不同地区开设不同的自来水公司，没有地域限制，优秀的云软件服务商向世界每个角落提供软件服务——就像天空上的云一样，不论你身处何方，只要你抬头，就能看见。2.共享单车-滴滴出行论出行需要用车，云计算或者云服务好比乘坐出租车或专车、快车，或使用共享单车，随时需要随时用，按用量(路程)付费即可。自己买车开车是混合云，车是自己的，出去付费停车或加油相当于部分使用公有云。3.一日三餐吃货论饿了要吃饭，在家里自己做饭属于自建私有云，需要建造厨房，购买锅碗瓢盆、柴米油盐等，吃完饭还需要进行刷锅洗碗等“运维”工作，费时费力。外面餐馆提供的就相当于公有云服务，按需吃完结账抹嘴走人，餐馆后厨如何安排做菜顺序并加快出菜速度就是“负载均衡”和“虚拟化”概念。请厨师到家里上门做饭则属于典型的混合云，在资产安全的情况下有限使用公有云。4.酒店论在云服务中，公有云像是一家公共酒店，所有花钱入住的都是租客，它可以同时容纳很多住户，一个租客离开之后，可以立马释放空间给下一个新来的租客。而私有云更像是私人豪宅，不对外开放，只供自己或家属使用。公有云和私有云各有优缺点。案例导入案例二个人使用计算机的烦恼(1)你刚刚购买完电脑，就出现了新的型号，运行速度更快，画质更流畅。(2)刚高价购买的最新版应用程序，没过多久就需要进行更新。(3)电脑因为安装太多的不灵活软件，负载过重而宕机，导致保存的数据全部丢失。(4)下载软件不小心感染了病毒，结果泄露了自己的账号密码，导致经济损失。(5)一时冲动买了一套软件，结果不到一个月就失去兴趣。任务描述云计算是继个人计算机变革、互联网变革之后的第三次IT大潮。如果说蒸汽机和电力开启了人类历史上的两次工业革命，那么发展到今天、脱胎于互联网，但又被称作“革命性计算模型”的云计算，正在使我们的生活步入另一个阶段。通过本任务的学习，让学生认识到云计算是当前互联网的基础，是新一代互联网计算资源的基石。物联网云计算技术云计算（cloudcomputing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算早期，简单地说，就是简单的分布式计算，解决任务分发，并进行计算结果的合并。因而，云计算又称为网格计算。是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。美国国家标准与技术研究院（NIST）云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务），这些能够被快速提供，只投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。一、云计算的定义常见的云计算运营商“CLOUD”一、云计算的定义常见的云计算案例一、云计算的定义云计算工作原理1.通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，2.交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后3.将处理结果回传给用户。通过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到与“超级计算机”同样强大效能的网络服务。一、云计算的定义云计算工作原理典型的云计算模式：用户：通过终端接入网络，向“云”提出需求↓“云”接受请求后，组织资源↓通过网络为终端提供服务用户所需的应用程序运行在因特网的大规模服务器群集，用户数据也存在云端。在任何时间和任何地点，用户只要能够连接至因特网，就可以访问，实现随需随用。一、云计算的定义二、云计算的产生1960年互联网刚刚兴起，被用于军队和大型企业之间，只能传递文本信息，直到1990年被用于普通家庭，成为人们生活的一部分。随着物联网应用的发展、终端数量的增加，数据流变得非常庞大，这时就需要一个非常强大的信息处理中心。传统的信息处理中心是难以满足这种计算需求的，在应用层就需要引入云计算中心处理海量信息，进行辅助决策。2004年，用户更为便捷地使用网络服务的需求成为各大企业奋力解决的问题，大型企业开始致力于为用户提供强大的计算处理服务。2008年，微软发布其公共云计算平台(WindowsAzurePlatform),由此拉开了微软的云计算大幕。同样，云计算在国内也掀起一阵热潮，许多大型网络公司纷纷加入云计算的阵列.2009年1月，阿里巴巴在江苏南京建立首个“电子商务云计算中心”。同年11月，中国移动云计算平台“大云”计划启动。到现阶段，云计算已经发展到较为成熟的阶段。2020年，我国云计算市场规模达到1781.8亿元，增速为33.6%。二、云计算的产生云计算特点（1）超大规模：（企业负责数据中心和服务器正常运转的管理和维护，并保证为用户提供足够强的计算能力和足够大的存储空间。）→企业私有云一般拥有数千上百万台服务器。（2）虚拟化：应用在“云”中某处运行，只需要终端设备计入“云”，就可以通过网络服务来获取各种超强能力的服务。（3）高可靠性：使用数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性。三、云计算的特点云计算特点（4）通用性：云计算不针对特定的应用，可以在“云”中构造千变万化的应用，并且同一个“云”可以支撑不同的应用运行。（5）高可扩展性：“云”规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。（6）按需服务：用户按需购买。（7）极其廉价：“云”的公用性和通用性使资源的利用率大幅提升，几天就能完成高额、长时间才能完成的任务。（8）潜在危险性：云计算被私企垄断，提供商业信用，对设计机密的信息存在安全隐患。三、云计算的特点云计算的本质是将各种计算资源和应用程序汇总后放到网上，然后为用户提供服务。资源多了就存在一个问题，这些资源放在哪里?应该怎么放?这就涉及云计算资源的部署类型。1.公有云一般由第三方公司承建和运营，并以一种即付即用、弹性伸缩的方式为政府或公众用户提供服务，包括硬件和软件资源。用户可以通过互联网按需自助服务，即通过Web网页注册账号，填写Web表单信息，按需付费，且根据需要随时取消服务，并对使用服务的费用进行实时结算。业界有名的公有云厂商有AmazonWebServices(AWS)、MicrosoftAzure、谷歌云、阿里云、腾讯云、百度云等。公有云关注盈利模式，具有强大的可扩展性和较好的规模共享经济性。但是，所有定制者共享相同的基础设施，配置有限，安全性和可用性差。公有云的优势在于它们可能比企业云更大，因此可以根据需要无缝扩展。（一）按部署分四、云计算的分类2.私有云是某个企业根据自身需求在自家的数据中心上部署的专有服务，提供对数据安全性和服务质量的最有效控制。因此，私有云的使用仅限于某个企业的成员和值得信赖的合作伙伴。私有云也有内部部署和外部托管两种部署模式。(1)内部部署。内部部署私有云(也称为内部云)部署在企业数据中心的防火墙内。该模式提供了更加标准化的流程和保护，但在大小和可扩展性方面受到限制。IT部门还需要为物理资源承担资金和运营成本。这最适合需要对基础设施和安全性进行全面控制和可配置性的应用。(2)外部托管。这种类型的私有云由外部托管的云服务商提供，云服务商搭建专有云环境并充分保证隐私。适用于那些由于共享物理资源而不喜欢公有云的企业。私有云关注信息安全，客户拥有基础设施，并可以控制在此基础设施上部署应用程序。内部用户通过内部网络或专有网络使用服务，私有云的使用体验较好，安全性较高，但投资门槛高，当出现突发性需求时，私有云因规模有限，将难以快速有效地扩展。业界有名的私有云厂商有Vmware、深信服、华为云和青云等。（一）按部署分四、云计算的分类3.混合云融合了公有云和私有云的优点，是近年来云计算的主要模式和发展方向。出于安全考虑，企业更愿意将数据存放在私有云中，但是同时又希望可以获得公有云的计算资源，在这种情况下混合云被越来越多地采用，它将公有云和私有云进行混合和匹配，以获得最佳的效果，这种个性化的解决方案，达到了既省钱又安全的目的。混合云兼顾性价比与安全性，在①公有云中创建网络隔离的专有云，用户可以完全控制该专有云的网络配置，同时还可以②通过VPN/专线连接到内部私有云，实现公有云与私有云的连接，兼顾公有云和私有云的优点。（一）按部署分四、云计算的分类4.社区云是指几个具有相似需求的组织共享共同的基础设施共同创立的云。成本分摊的用户数量比公共云少，但不止一个租户。在典型的公有云场景中，第三方供应商向各种客户提供诸如计算、存储、网络、虚拟化和应用程序等服务。在私有云环境中，内部IT资源用于为其内部用户和客户提供服务。企业正在采用社区云服务，通过利用社区云的弹性可伸缩性和面向市场的成本核算功能来节省资金投入和运营成本。尽管如此，社区云计算也引发了对数据安全、管理、数据传输、性能和控制水平的担忧。社区云计算应用涉及多个领域，包括商业、医疗保健、智能电网、智能交通网络、生命科学、灾难管理、数据分析以及消费者和社交网络。社区云是企业在建设私有云过程中的一种过渡的阶段性产物。面向一个行业(行业云)或一个地理区域(园区云)提供服务。（一）按部署分四、云计算的分类四、云计算的分类SaaS软件即服务PaaS平台即服务IaaS基础设施即服务（二）按服务类型分四、云计算的分类基础设施即服务IaaS提供给用户的服务是对所有计算基础设施的利用，包括CPU、内存、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。用户不管理或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、存储空间、部署的应用，也可以有限制地控制网络组件（例如路由器、防火墙、负载均衡器等）。在IaaS环境中，用户相当于在使用裸机和磁盘，既可以让它运行Windows，也可以让它运行Linux，因而几乎可以做任何想做的事情，但用户必须考虑如何才能让多台机器协同工作起来。四、云计算的分类IaaS

的优势如下(1)成本低：省去了采购和维护费用。(2)免维护：企业不需要进行维护，维护工作由云计算服务商提供。(3)伸缩性强：只需要几分钟就能提供一个新的资源，用户可以根据需求调整资源的大小。(4)支持应用广泛：laaS

主要以虚拟机的形式为用户提供IT

资源，可以支持各种类型的操作系统。(5)灵活迁移：可以在laaS

服务平台间进行迁移。（二）按服务类型分平台即服务PaaS把用户需要的开发语言和工具（例如Java，python，.Net等）、开发或收购的应用程序等，部署到供应商的云计算基础设施上，用户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置。PaaS的优势是提供了友好的开发环境、周到的服务、精细的管理和控制，弹性强，采用多租户机制，整合率高。四、云计算的分类（二）按服务类型分软件即服务SaaS提供给用户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过客户端界面（如浏览器）访问。SaaS既不像PaaS一样提供计算或存储资源类型的服务，也不像IaaS一样提供运行用户自定义应用程序的环境，它只提供某些专门用途的服务供应用调用。SaaS的优势如下(1)使用简单：只要有网络，就能通过浏览器访问和使用SaaS提供的软件。(2)成本低：用户不需要购买许可证，只需要按使用情况付费即可。(3)安全保障：SaaS服务提供商会提供高级别的安全机制。四、云计算的分类（二）按服务类型分云计算基本服务类型四、云计算的分类（二）按服务类型分物联网与云计算云计算是实现物联网的核心。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、智能分析变为可能。物联网应用带来了海量大数据，这些数据具有实时感应、高度并发、自主协同和涌现效应等特征，迫切需要云计算提供数据处理并提供应用服务。云计算能为连接到云上设备终端提供强大的运算处理能力，以降低终端本身的复杂性。二者都是为满足人们日益增长的需求而诞生的。对于中小型农业经营主体来说，云计算带来了极大优势。四、云计算的分类（二）按服务类型分IaaS（基础设施即服务）模式在物联网中的应用物联网发展到一定规模后，在物理资源层与云计算结合可以说是水到渠成的。一部分物联网行业应用，如智能电网、地震台网监测等，终端数量的规模化导致物联网应用对物理资源产生了大规模需求，一方面是介入终端的数量可能是海量的，另一方面是采集的数据可能是海量的。无论是横向通用的支撑平台，还是纵向特定的物联网应用平台，都可以在IaaS技术虚拟化的基础上实现物理资源的共享，以及业务处理能力的动态扩展。四、云计算的分类（二）按服务类型分IaaS（基础设施即服务）模式在物联网中的应用IaaS技术在对主机、存储和网络资源的集成与抽象的基础上，具有可扩展性和统计复用能力，允许用户按需使用。除网络资源外，其他资源均可通过虚拟化提供成熟的技术实现，为解决物联网应用的海量终端接入和数据处理提供了有效途径。同时，IaaS对各类内部异构的物理资源环境提供了统一的服务界面，为资源定制、出让和高效利用提供统一界面，也有利于实现物联网应用的软系统与硬系统之间某种程度的松耦合关系。四、云计算的分类（二）按服务类型分PaaS（平台即服务）模式在物联网中的应用Gartner（高德纳信息咨询公司）把PaaS分成两类，APaaS和IPaaS。APaaS主要为应用提供运行环境和数据存储；IPaaS主要用于集成和构建复合应用。人们常说的PaaS平台大多是指APaaS，如F和GoogleAppEngine。在物联网范畴内，由于构建者本身价值取向和实现目标的不同，PaaS模式的具体应用存在不同的应用模式和应用方向。四、云计算的分类（二）按服务类型分SaaS（软件即服务）模式在物联网中的应用SaaS模式的存在由来已久，通过SaaS模式，可以实现物联网应用提供的服务被多个客户共享使用。这为各类行业应用和信息共享提供了有效途径，也为高效利用基础设施资源、实现高性价比的海量数据处理提供了可能。在物联网范畴内出现的一些变化是，SaaS应用在感知延伸层进行了拓展。它们依赖感知延伸层的各种信息采集设备采集大量的数据，并以这些数据为基础进行关联分析和处理，向最终用户提供业务功能和服务。四、云计算的分类（二）按服务类型分云计算与物联网的结合有单中心-少量终端、多中心-大量终端和信息、应用分层处理-海量终端三种模式。1.单中心-少量终端模式该模式下，少量农业物联网终端进行数据采集，然后交由私有云进行处理和存储，提供统一界面供使用者操作或查看。适合较小规模的农业企业。2.多中心-大量终端模式该模式下，云计算中心内公有云和私有云并存，适合区域跨度大的企业。需要实时共享信息的时候使用公有云，传输保密性信息时使用私有云。3.信息、应用分层处理-海量终端模式该模式针对用户分布范围广、信息及数据种类多、安全性要求高等特征的农业企业。可以根据客户的需求、信息的种类、应用的场景等特征分配云并选择终端。（一）云计算和农业物联网的结合方式五、农业物联网云平台农业物联网云平台是互联网、物联网、云计算、传感器、智能控制等信息技术与传统农业生产相结合而搭建的农业智能化、标准化生产服务平台，目的是为用户提供“从生产到销售，从农田到餐桌”的农业智能化信息服务，为用户带来一站式智慧农业新体验。农业物联网云平台一般提供以下几种服务。1.远程智能监控农业物联网云平台通过在监测环境部署的传感器、位置定位系统、智能控制器、摄像头等传感设备，实时采集空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤水分含量、土壤温度、棚外温度与风速等数据，将数据通过移动通信网络传输到服务管理平台，服务管理平台对数据进行分析处理。管理区域内放置360°全方位红外球形摄像机，以清晰直观地实时查看种植区域农作物生长情况、设备远程控制执行情况、工人生产情况等。管理人员可以做到远程轻松监控、管理作业生产。2.自动控制在种(养)殖基地内安装电动卷帘机、排风机、电动灌溉系统等机电设备，可实现远程控制功能。农户可通过手机或电脑登录云平台，控制温室内的水阀、排风机、卷帘机的开关，也可设定好控制逻辑，系统会根据内外情况自动开启或关闭卷帘机、水阀、排风机等大棚机电设备。五、农业物联网云平台(二)农业物联网云平台的服务3.自动预警预先在农业物联网云平台上设定适合条件的上限值和下限值，设定值可根据农作物种类、生长周期和季节的变化或者畜禽生长特征等进行修改。当某个数据超出限值时，系统立即将预警信息发送给相应的农户，提示农户及时采取措施。4.农业生产管理农业信息化必然伴随着各类型数据的大量增长，云计算可以满足对这些数据的处理及存储需求，弥补人工及常规软件信息处理的不足，降低数据丢失的风险。将云计算和物联网相结合，可以实时掌握农业生产信息，及时发现存在的问题并采取相应的处理措施。根据数据分析结果，可以对农业生产变化趋势做出判断，将更多生产因素纳入掌控范围，5.产品安全溯源农业物联网云平台可以帮助生产者进行农产品品牌管理，为每一份农产品建立溯源档案。生产者可以通过云平台将产品加工、配送、检测和认证等各项信息记录和添加到产品档案中。同时云平台的农业物联网采集系统会自动记录采集数据，产生防伪溯源信息二维码，实现有针对性的责任追究，规范市场。6.专家在线系统针对农作物常见病虫害进行远程诊断和咨询解答，提出相应的管理措施。可为农业龙头企业、农民专业合作社、种养大户等各生产主体提供全程专业的技术指导与服务，亦可与智慧农业移动客户端对接，及时通过智能手机或智能终端向农户推送农技知识，特别是病虫害防范知识。五、农业物联网云平台(二)农业物联网云平台的服务任务实践下载一款网盘，注册后上传一张图片或文件，并将使用感受写下来。能力拓展(1)找一找，我们生活中有哪些云计算?它们分别提供了哪种云计算服务?①在线办公。②个人网盘。③云游戏。(2)从农户的角度说说使用IaaS、PaaS、SaaS的好处。物联网中间件技术物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，使孤立的物品（如冰箱、汽车、设备、家具、货品等）接入网络世界，让它们之间能相互交流、让我们可以通过软件系统操纵它们、让它们鲜活起来。因此，物联网产业是软件与硬件相结合的产业，包括了数据的产生、收集、托管、发现、分析和交易整个生命周期的数据处理和分析，由此实现的信息智能是我们的最终目标。1.1中间件定义中间件（Middleware）是一类连接软件组件和应用的计算机软件，它包括一组服务，以便于运行在一台或多台机器上的多个软件通过网络进行交互。中间件是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户应用软件的中间。应用应用……中间件（分布系统服务）硬件操作系统硬件操作系统网络、数据库……中间件1.1中间件定义中间件（Middleware）是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。P104中间件是一类软件；实现互联，实现应用之间操作互联；网络通信功能。应用应用……中间件（分布系统服务）硬件操作系统硬件操作系统网络、数据库……中间件1.2中间件特点（1）满足大量应用的需要。（2）运行于多种硬件和OS平台。（3）支持分布计算，提供跨网络、硬件和OS平台的透明性的应用或服务的交互。（4）支持标准的协议。（5）支持标准的接口。中间件1.3中间件分类（1）数据访问（服务）中间件（数据库中间件）：一切连接应用程序和数据库的软件。可以为建库单位提供通用、便捷的数据访问、数据收割与检索、资源量统计以及数据传输等服务。简化应用与数据库之间的交互。中间件1.3中间件分类（2）远程过程调用中间件：启动远程过程的运行，然后将结果返回给本地程序。允许应用调用远程计算机上的过程和方法。中间件1.3中间件分类（3）面向消息中间件：不同的对象之间通过传递消息来激活对方的事件，完成相应的操作。中间件1.3中间件分类（4）对象请求代理中间件：是对象之间建立客户端/服务端关系的中间件。使用该中间件，客户可以透明地调用一个服务对象上的方法，这个服务对象可以在本地，也可以在通过网络连接的其他机器上。中间件1.3中间件分类（5）事务处理中间件：在数据水平拆分后、服务垂直拆分后，一个业务的操作通常要跨越多个数据库、服务才能完成。中间件1.3中间件分类（6）工作流中间件：是一类勇于支持和管理业务流程的软件。提供了定义、执行、监视和优化业务流程的功能。中间件中间件1.4中间件发展趋势中间件技术的发展方向，将聚焦于消除信息孤岛，推动无边界信息流，支撑开放、动态、多变的互联网环境中的复杂应用系统，实现对分布于互联网上的各种信息资源（计算资源、数据资源、服务资源、软件资源）的标准、快速、灵活、可信、高效能及低成本的集成、协同和综合利用，提高组织的IT基础设施的业务敏捷性，降低总体运维成本，促进IT与业务之间的匹配。中间件技术正在呈现出业务化、服务化、一体化、虚拟化等诸多新的重要发展趋势。“翻译家”→“翻译软件”1.5中间件应用需求可成长性：互联网是无边界的，中间件必须支持建立在互联网上的网络系统的生长与代谢。适应性：适应多样性的设备特性以及不断变化的网络特性、适应不断变化的访问流量和贷款约束、适应未来未确定的应用要求。可管理性：中间件必须具有自主管理能力。高可用性：提供安全、可信任的信息服务，支持大规模的并发客户访问等。中间件2.1物联网中间件在物联网中采用中间件技术，目的是实现多个系统技术之间的资源共享，最终组成多个资源丰富、功能强大的服务系统。物联网的中间件是中间件技术在物联网中的应用，可以涉及到物联网的各个层面，一般处于物联网集成服务器、感知层和传输层的嵌入式设备中。物联网应用物联网中间件（数据采集、事件采集、设备管理、信息上传）感知设备、传感网络中间件2.2物联网中间件必要性（1）屏蔽异构性物联网的各种传感器、RFID标签、二维码、摄像头等不同的信息采集设备及网关拥有不同的硬件结构、驱动程序和操作系统等。另外，这些设备采集的数据格式也不相同，需要对这些不同的数据格式进行转化统一，以方便应用系统的处理。中间件2.2物联网中间件必要性（2）实现互操作在物联网应用中，一个采集设备采集的信息往往供多个应用系统使用。另外，不同的系统之间也需要数据互通与共享。物联网本身涉及技术种类繁多，为解决各种异构性，使不同应用系统的处理结果不依赖于各自的计算环境，使不同系统能够根据应用需要有效地相互集成，需要使用中间件作为一种通用的交互平台。中间件2.2物联网中间件必要性（3）数据预处理物联网感知层往往要采集海量的信息，这些原始信息本身也有一定错误率，如果直接将这些信息传输给应用系统，不仅仅会导致应用系统处理困难而濒临崩溃边缘，还有可能得