项目八 云计算与物联网技术

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学习工具云计算与物联网技术项目八随着数字经济的快速发展，云计算和物联网已成为推动产业智能化转型的核心驱动力。其中，云计算用于提供可扩展的算力与存储资源，以解决海量数据的快速存储与智能分析等难题；物联网用于实现设备之间的互联互通，以实时采集海量数据。两者相辅相成，共同构建新一代信息技术架构。本项目以云计算与物联网技术为主线，通过任务学习与实践活动，引导读者了解云计算与物联网的基础知识，并熟悉它们的应用场景。能力目标能够根据需求合理选择云计算服务，并使用常见的云应用。能够识别常见的物联网设备及其应用场景。知识目标了解云计算的概念与特征。熟悉云计算的服务类型。熟悉云计算的应用场景。了解物联网的概念与特征。熟悉物联网的体系结构。熟悉物联网的应用场景。素养目标主动探索云计算各类应用场景，挖掘云计算在学习与生活中的实用价值。培养跨学科思维，理解云计算与物联网的协同运作逻辑，提升解决综合问题的能力。任务8.1了解云计算技术及其应用任务8.2了解物联网技术及其应用云计算是信息技术发展过程中的一次重要变革。它以服务形式提供计算资源，打破了传统计算资源的地域限制和高成本壁垒。这种转变极大地降低了技术的使用门槛，推动了个人创新、企业数字化转型和社会智能化发展。本任务将围绕云计算的概念与特征、云计算的服务类型、云计算的应用场景等内容展开学习；在此基础上，通过借助WPS云盘体验云服务、在阿里云上创建与配置云服务器ECS两个实践活动，熟悉云计算技术的应用。8.1.1云计算的概念与特征云计算是一种通过网络按需提供计算资源（服务器、网络、软件、数据库和存储设备等）的服务模式。它通过资源虚拟化将计算、存储和网络等底层资源封装为标准化服务，用户可使用计算机、智能手机等终端设备，随时随地按需访问和使用这些服务。云计算扫码学习1．云计算的概念8.1.1云计算的概念与特征云计算具有以下5个基本特征（1）按需自助提供服务对于服务商提供的云计算服务，用户可自主申请和按需配置资源，云平台自动完成交付，无须人工干预。（2）广泛的网络访问云计算服务支持多种设备（计算机、智能手机等）通过互联网随时随地进行访问。（3）资源虚拟化云计算服务商集中管理计算资源，并将其虚拟化形成共享资源池，然后根据用户要求动态分配与回收计算资源。用户通常仅需指定部署偏好，而无须关心资源的物理位置。（4）资源快速伸缩云计算可根据用户需求快速扩展或收缩各种资源，以适应负载变化，实现性能保障与成本节约之间的平衡。（5）可度量的服务云计算系统通过自动监控和记录资源使用情况（存储容量、使用时间和带宽等），实现资源可视化管理和按需计费。2．云计算的特征8.1.2云计算的服务类型云计算的服务类型包括基础设施即服务（infrastructureasaservice,IaaS）平台即服务（platformasaservice,PaaS）软件即服务（softwareasaservice,SaaS）8.1.2云计算的服务类型1．基础设施即服务某企业使用IaaS的大致过程基础设施即服务（IaaS）是指通过虚拟化技术将服务器、存储设备、网络设备等基础设施整合为可远程管理的云基础设施，并通过互联网按需交付给用户。用户可通过管理平台自主配置虚拟机、存储策略和网络资源，并按实际使用量付费，无须购买和维护物理硬件。IaaS具有高灵活性和强控制力等特点。适用于需要基础计算资源，同时灵活、自主掌控底层环境的场景。8.1.2云计算的服务类型2．平台即服务平台即服务（PaaS）是指将应用程序的开发、测试、部署和运行环境集成至云端，向用户提供一体化的开发平台服务。用户可通过开发平台在线使用运行环境、数据库、中间件和开发工具，按需扩展资源，无须管理底层服务器与操作系统。PaaS显著降低了开发环境搭建成本，可有效提升团队协作效率，加快应用上线速度。适用于快速开发定制化软件、搭建大数据分析平台等场景。某企业使用PaaS的大致过程8.1.2云计算的服务类型3．软件即服务软件即服务（SaaS）是指将应用程序部署至云端，通过浏览器向用户提供按需访问的服务模式。用户可按订阅方式在不同的终端跨地域访问和使用应用程序，无须安装或维护这些应用程序。SaaS具有访问便捷、持续更新和集中管理等优势。广泛应用于办公协作、客户管理、人力资源管理等通用业务场景。某企业使用SaaS的大致过程SaaS既可部署在PaaS上，也可直接部署在IaaS上；PaaS通常依托IaaS提供的底层资源进行构建。8.1.3云计算的应用场景云计算凭借其灵活、高效、可扩展的优势，已广泛应用于多个行业，并在多种业务场景中发挥关键作用。云计算的应用场景互联网行业金融行业医疗行业教育行业交通行业8.1.3云计算的应用场景1．互联网行业互联网行业业务流量波动大、迭代速度快，依赖云计算提供的弹性资源，能够更好地保障系统稳定运行。抖音基于火山引擎构建全球内容分发系统，在春节红包活动中自动扩容数万台云服务器，以应对每秒百万级的访问请求，保障视频加载流畅，用户互动响应实时、稳定。例如：8.1.3云计算的应用场景2．金融行业金融行业对安全性和稳定性的要求非常高，利用云计算实现客户管理、交易处理、风险监控和精准营销的集中化与自动化，可有效提升服务效率与安全性。招商银行基于华为云构建金融大数据平台，支持大数据实时分析、交互式分析、离线处理、实时查询等，便于从海量数据中精准挖掘有价值的信息、识别风险等。例如：8.1.3云计算的应用场景3．医疗行业云计算是医疗数字化转型的重要支撑，利用它可以实现电子病历、检查结果和影像资料等医疗信息的整合与共享，方便医生随时调阅患者信息，提升诊疗效率。同时，云计算还能为远程医疗、慢性病管理和公共卫生数据分析等提供技术支持，有助于推动优质医疗资源向基层下沉。浙江省卫生健康委员会联合支付宝推出的“安诊儿”数字健康人，基于阿里云平台研发，提供了覆盖“诊前—诊中—诊后”全周期的智能医疗服务，主要包括智能导诊、预约挂号、报告解读和名医AI分身咨询等。例如：8.1.3云计算的应用场景4．教育行业在教育行业，云计算为教育资源的集中管理与共享提供了有力支撑，是推动教育数字化转型的重要基础设施。学校可通过云平台开展在线教学、实现作业管理与学习分析等，学生可通过云平台随时随地访问教学资源，完成自主学习与探究等。国家职业教育智慧教育平台将大量的课程教学资源和虚拟仿真实验素材（设备三维模型、实验操作场景等）统一存储在云端。师生无须在本地计算机中安装复杂的软件或高性能硬件，只需接入网络，即可通过浏览器随时随地访问所需资源与服务，有效打破了地域限制，降低了设备使用门槛，实现了“资源集中、服务弹性”的智慧教学新模式。例如：8.1.3云计算的应用场景5．交通行业借助云计算，公共交通系统能够整合车辆位置、客流量与路况等数据，为公众提供实时出行服务；管理部门可基于交通系统运行状态数据，优化交通信号灯控制与运力调配方案。广州市交通指挥中心基于百度智能云部署“城市交通大脑3.0”，该系统融合了多源交通数据，支持全域交通流预测与动态调控，有效缓解了高峰时段拥堵状况，提升了道路通行效率。例如：WPS云盘是一款功能强大的综合性文件管理平台，不仅空间超大，还提供了多端同步、便捷共享、数据守护及安全管理等功能，可以满足文件管理的多元需求。本任务实施借助WPS云盘进行从电脑端上传文档至云端、多人协作编辑文档、在智能手机端同步访问文档等操作，体验云服务为人们生活带来的便利。启动WPS并登录账号，新建空白文档开启协作模式，将文档命名后上传至云盘复制文档分享链接，发送给协同编辑人员接收方点击链接登录，加入文档协同编辑编辑结束，关闭协作模式，取消他人访问权限查看文档历史版本手机端登录同一WPS账号，打开云盘，查看、编辑云文档借助WPS云盘体验云服务扫码学习被邀请者在打开的文档中进行编辑操作时，云端会实时保存文档内容，邀请者可同步看到被邀请者输入的内容。提示（1）访问阿里云主页。打开阿里云主页（）并登录个人账号。（2）个人认证。将鼠标指针移到个人账号上，在展开的列表中选择“账号”选项，进入“账号中心”页面；在页面左侧列表中选择“账号认证”选项，在右侧的“个人认证”区域单击“个人支付宝认证”按钮，在展开的“个人支付宝认证”面板中根据提示完成个人认证。阿里云是全球领先的云计算及人工智能科技公司，致力于以在线公共服务的方式，提供安全、可靠的计算和数据处理服务。请以创建与配置云服务器ECS（elasticcomputeservice，弹性计算服务）为例，体验云计算资源的部署与使用过程，理解云服务器按需分配与远程访问的基本特性。（3）试用云服务器ECS。返回阿里云主页，在“产品”列表中选择“计算”/“云服务器ECS”选项，进入云服务器ECS介绍页面；单击“免费试用”按钮，进入阿里云免费试用页面；在“云服务器ECS免费试用（个人版）”区域单击“立即试用”按钮，在显示的“云服务器ECS免费试用（个人版）”面板的“操作系统”区域选择“WindowsServer”选项，根据需要设置其他参数，最后单击“立即试用”按钮。选择“计算”/“云服务器ECS”选项“云服务器ECS免费试用（个人版）”面板中的试用地域指的是计算资源所在的区域，通常按照计算资源所在的城市划分。用户与计算资源所在地域的距离越近，网络时延越低，访问速度越快。提示（4）自动创建云服务器ECS实例。在打开的“创建成功”对话框中单击“管理试用”按钮，进入云服务器管理控制台页面。稍等片刻，刷新当前页面，云服务器ECS实例的运行状态从“运行中操作系统启动中”变为“运行中”，云服务器ECS实例自动创建成功。图自动创建云服务器ECS实例（5）远程访问。在云服务器ECS实例区域单击“重置密码”按钮，在打开的“重置实例密码”对话框中根据提示重置实例密码；单击“远程连接”按钮，在打开的“远程连接”对话框中单击“立即登录”按钮，进入云服务器ECS实例页面，在“新建连接”对话框中输入密码并登录，远程访问云服务器ECS实例。图自动创建云服务器ECS实例云服务器ECS实例的默认登录名为administrator，且没有初始密码，在首次登录前需设置密码。提示任务8.1了解云计算技术及其应用任务8.2了解物联网技术及其应用物联网是继计算机、互联网、移动通信后的新一代信息技术革命，它打破了设备间的信息壁垒，实现了多终端互联互通与协同作业，成为构建智慧城市、推动国家现代化建设不可或缺的数字基石。本任务将围绕物联网的概念与特征、物联网的体系结构、物联网的应用场景等内容展开学习；在此基础上，通过使用手机NFC交通卡乘坐公交车或地铁、体验典型物联网应用两个实践活动，熟悉物联网技术的应用。8.2.1物联网的概念与特征物联网（internetofthings,IoT）是利用RFID、传感器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等技术和设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1．物联网的概念物联网扫码学习RFID是射频识别（radiofrequencyidentification）的英文缩写，是一种自动识别技术。RFID系统主要由3部分组成：电子标签（tag）、阅读器（reader）和天线（antenna）。其中，电子标签用于存储物体的标识信息；阅读器用于以射频信号方式读取电子标签中的信息（有的阅读器也具有写入信息功能）；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签和阅读器中。例如，我国第二代身份证内嵌了存储个人基本信息的电子标签，需要时利用阅读器扫描，即可获取个人身份信息，通过网络层将这些信息实时传输到公安部相关系统，即可识别出此人是否有犯罪前科，是否为通缉犯等。传感器也称感应器，是一种探测装置，利用它可以感知物体或环境的温度、湿度、电磁辐射、气体成分等属性，并将感知的信息转换为电信号或其他形式输出。8.2.1物联网的概念与特征1．物联网的概念物联网的概念包含两层意思：一是物联网的基础仍然是互联网，它是在传统互联网基础上延伸和扩展的网络；二是用户终端延伸和扩展到了任何物体，使任何物体之间都可以进行信息交换和通信。简而言之，物联网就是“物物相联的互联网”。物联网示意图物联网具有以下3个基本特征（1）整体感知物联网利用传感器、摄像头、RFID读写器等信息传感设备，实时、连续地采集物体的各类信息，如温度、位置和编码等。（2）可靠传输物联网支持有线、无线等多种传输方式，能够将采集的信息进行实时、高效传输，从而实现设备间的高效信息交互与共享。（3）智能处理物联网通过融合人工智能、大数据和云计算等技术，对采集的信息进行深度分析和智能处理，从而使设备实现自主决策、精准控制与智能化服务。2．物联网的特征8.2.1物联网的概念与特征8.2.2物联网的体系结构典型的物联网体系结构包括感知层、网络层和应用层3个层次。8.2.2物联网的体系结构感知层是物联网体系结构的最底层，它利用RFID、传感器、摄像头、GPS等技术和设备，随时随地获取物体的属性信息并传输给网络层。（1）感知层物体属性包括静态属性和动态属性两种，其中，静态属性可以存储在电子标签中，使用阅读器读取；动态属性（温度、湿度、速度、位置等）需要使用传感器、摄像头或GPS等实时探测。8.2.2物联网的体系结构网络层是物联网体系结构的中间层，起着承上启下的作用，负责将获取的物体信息实时、准确地传输给应用层。（2）网络层8.2.2物联网的体系结构应用层是物联网体系结构的最上层，负责处理从网络层获取的信息，以实现物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。（3）应用层8.2.3物联网的应用场景如今，物联网的应用场景非常广泛，它通过连接人、机、物，实现全过程的数据采集与协同管理，进而推动各领域实现精细化运营和实时响应。物联网的应用场景智能家居智能医疗智能物流智能交通智能农业工业物联网智慧城市8.2.3物联网的应用场景1．智能家居智能家居是指通过物联网，将家中的灯具、空调、窗帘、电视、门锁等连接到一起，并实现照明控制、温度控制、窗帘控制、影音控制、门锁与安防控制等多种功能。用户可以远程查看家中情况，语音控制空调开关，设置日落开灯等自动化场景，实现安全、便捷、舒适、节能的居住体验。8.1.3云计算的应用场景2．智能医疗物联网在智能医疗中的应用包括病人监控、远程医疗、医疗管理、医院物资管理等。通过在病人身上安装医疗传感设备，医生可以在手机、平板电脑等设备上实时监控病人的各项生理指标数据，从而更科学、合理地制订诊疗方案，或者进行远程诊疗。例如：此外，我们在医院看病时利用就诊卡挂号、分诊、付费、取化验单、取药等，也是利用物联网技术（就诊卡中内嵌有电子标签芯片）实现的。8.2.3物联网的应用场景3．智能物流物联网在智能物流中的应用包括库存监控、配送管理、运输管理、包装管理、装卸管理、安全追踪等。利用RFID、传感器、GPS等技术和设备，实现在物流过程中实时对车辆定位、运输物品监控、配送跟踪、在线调度等的可视化管理。例如：8.1.3云计算的应用场景4．智能交通物联网在智能交通中的应用包括车辆定位与调度、交通状况感知、交通智能化管控、停车管理等。通过在道路上部署监测设备（摄像头、地磁传感器等），实时采集车流量、车速、道路占用状态等交通数据；物联网通信网络将这些交通数据上传至交通平台；平台依托这些交通数据，联动信号灯控制系统动态调控交通信号灯时长，同时把拥堵点位、路况信息通过物联网链路推送至车载终端，为车主规划最优行驶路线。例如：8.2.3物联网的应用场景5．智能农业在农业领域，物联网能够帮助农民进行环境监测、智能灌溉和病虫害预警等。大棚内的温度、湿度和光照传感器持续采集环境数据，当某项指标超出预设范围时，能够触发相应的预警和调控指令，如调节遮光板开合角度或启动通风、补光等设备，动态维持作物生长的适宜环境。例如：8.1.3云计算的应用场景6．工业物联网工业物联网是物联网在制造业、能源等工业领域的应用，它通过部署传感器、控制器和通信网络，实现工业设备、工业资源等之间的网络互连、数据互通。工业物联网支持生产原料的灵活配置、生产过程的按需执行、生产工艺的合理优化和生产环境的快速适应，能够促进资源高效利用，从而驱动工业走向智能化、服务化和绿色化，是支撑“工业4.0”战略的核心基石。8.2.3物联网的应用场景7．智慧城市智慧城市是利用现代信息技术，整合城市运行系统的各项关键数据，以提升资源运用效率、优化城市管理和服务、改善市民生活质量的城市发展模式。物联网是构建智慧城市的物理基础，它通过遍布城市的传感器和智能设备，不断采集和传输各类数据，为后续的智能决策提供可靠依据。随着移动互联网时代的到来，人们的出行方式有了越来越多的选择。当下，除二维码之外，NFC是另一种移动支付的常见方式。通过智能手机内置的NFC功能，可以把手机“变成”交通卡，使用其乘坐公交车、乘坐地铁，甚至进行消费。本任务实施通过在手机上添加NFC交通卡，并使用它乘坐公交车或地铁，切身感受物联网为生活带来的便捷服务。打开手机钱包App，进入交通出行，开通对应城市NFC交通卡。选择充值金额，完成交通卡充值。乘车时将手机贴近刷卡区域，完成刷卡。近场通信（nearfieldcommunication,NFC）是一种短距离的高频无线通信技术，它允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输和数据交换。手机中如果内置NFC功能，就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息等功能。选择日常生活中的典型物联网应用（智能手表、共享单车、智能门锁等），通过实际使用或模拟体验，分析其数据采集、信息传输与功能实现过程，了解物联网技术在不同场景中的应用方式，并进行总结归纳。智能手表可将用户日常工作、运动、睡眠时的身体健康信息采集并发送到智能手机上，智能手机可依据这些信息为用户规划健康的生活方式，并帮助用户规避潜在的健康风险。例如：云计算与物联网技术了解云计算技术及其应用云计算的概念与特征云计算的服务类型云计算的应用场景了解物联网技术及其应用物联网的概念与特征物联网的体系结构物联网的应用场景选择一个校园生活中的典型场景（智慧教室、智慧宿舍或智慧食堂等），在已有认知基础上，设计一个简单的物联网应用方案，描述其基本结构与功能实现方式。（1）选题。根据校园生活中的典型场景任选一个选题，如智慧教室管理系统、智慧宿舍管理系统、智慧食堂管理系统、校园门禁管理系统等。（2）需求分析。本系统主要解决的问题是什么？主要服务对象是谁？希望实现的效果是什么？（3）系统结构设计。①感知层（采集信息）。本系统使用的感知设备是什么？常见的感知设备有摄像头、传感器、RFID卡、智能设备等。②网络层（传输信息）。本系统使用的传输方式是什么？常见的传输方式有Wi-Fi、5G网络、蓝牙等。③应用层（实现功能）。本系统的应用方式是什么？常见的应用方式有管理平台、手机App、自动控制系统等。（4）功能设计（至少3项）。本系统的功能包括哪些？常见的功能有自动控制功能、数据监测功能、身份识别功能、远程管理功能、报警提示功能等。（5）简单结构图。根据物联网的结构“感知层（设备）→网络层（传输）→应用层（平台）”，使用文字和箭头表示本系统的结构，示例如下。本系统的结构：________→________→________。（6）方案总结（约100字）。方案总结叙述模式：本系统通过________实现________功能，具有________优点，可以提高校园________水平。下面是按照上述步骤实现的一个具体示例，读者可参考理解和完善上述步骤。示例：校园门禁管理系统（1）选题。校园门禁管理系统。（2）需求分析。①本系统主要解决的问题是什么？传统校园门禁管理主要依靠人工值守或普通刷卡方式，存在身份识别效率较低、外来人员管理不便、安全性不足等问题，本系统主要用于解决这些问题。②主要服务对象是谁？学校师生、宿舍管理人员、校园安保人员等。③希望实现的效果是什么？实现校园出入口的智能化管理，提高人员通行效率，增强校园安全管理能力，并方便管理人员实时查看和管理门禁信息。（6）方案总结（约100字）。方案总结叙述模式：本系统通过________实现________功能，具有________优点，可以提高校园________水平。下面是按照上述步骤实现的一个具体示例，读者可参考理解和完善上述步骤。示例：校园门禁管理系统（续）（3）系统结构设计。①感知层。本系统使用的感知设备包括人脸识别摄像头、校园一卡通（RFID卡）、RFID读写器、门磁传感器、红外感应设备。它们的主要作用是采集人员身份信息、门禁状态信息及进出记录。②网络层。本系统使用的传输方式包括Wi-Fi、5G网络（部分移动终端）。它们的主要作用是将采集到的数据实时传输到校园门禁管理系统。③应用层。本系统的应用方式包括校园门禁管理平台、手机App、安保监控终端。管理人员可通过平台查看人员进出记录、设置门禁权限，并进行异常情况处理。（6）方案总结（约100字）。方案总结叙述模式：本系统通过________实现________功能，具有______