《物联网关键技术》

1.3 物联网的两种计算模式

物联网涉及计算机技术、网络技术、软件技术、传感技术、通信技术等信息领域的所有技术，也包括自动化技术、电子技术、微电子技术、材料技术等相关技术，显得纷繁复杂、包罗万象。而计算机技术是物联网的重要支撑技术，也是其灵魂所在。具体来说，物联网计算模式包括了云计算模式和海计算模式。云计算模式通过海量信息的汇聚和智能处理，完成物联网感知环境的信息充分共享与全局优化，是网络化的智能服务；而海计算通过具有一定感知、计算、智能控制能力的融入物理世界的海量设备，实现海量的前端智能，海计算模式是一种崭新的计算模式。

1.3.1 物联网云计算模式

物联网是海量感知信息资源的大汇集，而海量感知信息的计算与处理是物联网的核心内容。“云计算”是一种有效的资源利用模式，它能以简便的途径和以按需分配的方式通过网络访问可配置的计算资源（计算、信息、网络、服务器、存储、应用、服务等），这些资源可以快速部署，并能以最小的管理代价实现资源发布，这正好符合了物联网的发展要求。

云计算模式是物联网的重要模式。如图1-1所示，通过云计算平台实现感知信息资源、存储资源和计算资源，甚至硬件资源、软件资源、平台资源及服务资源等的全方位共享与服务。云计算环境涵盖了海量信息采集、传输、存储和共享、智能处理、信息服务等方方面面。云计算环境仍然是对环境信息的“集中式”处理，而物联网的很多应用都更高效地将物理世界信息进行加工，并提供给用户进行服务，这就要求逐步下放计算与服务功能，让各种设备终端具备计算服务的功能，这从某种程度上突破了图1-1所示的体系架构，这就引入了海计算模式。

1.3.2 物联网海计算模式

如前所述，基于云计算模式强调了物联网应用层信息的综合计算与服务，是物联网的重要计算模式；物联网与泛在网络强调对物理世界的感知，并把感知的信息传输出去，方便人类对物理世界的感知与控制，云计算是其后端处理与应用平台；下一代网络强调对现在的互联网的变革，甚至可能颠覆现有的IP协议基础，但云计算模式摆脱不了信息的综合与全局性的优化处理。

云计算模式的物联网虽然强调了对物质世界的感知，但物联网更要将感知的物理世界信息传输出去，并提供综合信息服务，感知端的计算与控制能力均比较薄弱，不能完全满足物联网的应用需求。物联网关注的层次比较多，目前没有统一的定位，因此，物联网的研究还需要在各个层次进行细化和创新，如感知、传输、处理、应用及服务模式等。由于物理世界的海量性、多变性及复杂性，单一的对物理世界的感知模式已经不能满足物联网的发展需求。因此，面对海量的物理世界，有必要对感知端进行重新思考和设计，这就是海计算概念提出的背景。

云计算模式通过对海量信息的汇聚和智能处理，完成物联网感知环境的信息充分共享与全局优化。然而，在实际系统的部署中，更多的感知信息还是通过目标区域内自组织自反馈系统，实现局部范围的智能控制与决策，通过海量的、分布式的局部小系统，在最大程度上分担了云计算平台中的信息存储、传输与计算的压力，大大提高了决策速度和效率，提高了信息及控制的实时性。另外，系统还可以通过与全局的云计算系统的交互，达到局部和全局的协同优化。这就是海计算模式，也是物联网的特征模式。

海计算模式是基于物联网的各种实际应用场景的真实需求提出的，相对于云计算模式来说，更多地强调海量感知端的自计算能力，通过具有一定智能感知、智能计算、智能控制能力的融入式处理，利用融入物理世界的海量设备，获取物理世界信息并进行计算、控制、传输和服务，如图1-3所示。海计算框架主要包括信息层、汇聚层和智能层，通过信息的快速采集和实时汇聚，并配合前置的智能决策，完成区域的快速优化。海计算模式主要包含以下三层含义。

（1）融入式特征。感知端是以融入式（Embodiment）的方式存在于物质世界中，与物理世界结为一体，而不仅是以标签的形式进行标识并以一系列相对独立的个体特征而存在的，且其规模是海量的，可以安全、方便、迅速地获取海量的物理世界信息。

（2）自反馈特征。物理世界的个体具有自组织、自计算、自反馈功能，可以在局部小系统内完成信息的聚合，这一切无须借助后台独立的信息系统，从而实现自我决策或服务。

（3）前端智能化。局部系统可以通过广域的网络与云计算平台实现信息交互，完成更大范围的信息服务。但小系统本身也具备智能化服务的能力，能够在小范围内实现智能控制和信息传输，实现物物互连、能够独立提供区分化服务。

▶ 图1-3 物联网海计算模式

这种融入式系统是海量的、分布在物理世界中的，并且可以相对简单地进行信息发布，也可以具有相对复杂的功能；同时，这些设备也是物联网的组成部分，前端智能化的融入式系统与物理世界的结合是海计算和云计算的显著差异。同样，海计算是对物联网的进一步细化和深入的结果，在层次上与云计算相呼应，一个在感知层进行海计算，一个在应用层提供新模式的信息服务；二者又能够相互配合，共同构成物联网色彩纷呈的应用及服务，共同构成未来物联网的新型计算及服务模式。