通信原理云计算关键技术研究综述.docx

通信原理云计算关键技术研究综述.docx

《通信原理云计算关键技术研究综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理云计算关键技术研究综述.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

通信原理云计算关键技术研究综述

编号

通信原理大作业

题目：

云计算关键技术研究综述

物联网工程学院学院计算机专业

学号0304090628

学生姓名王仁龙

指导教师王晓锋老师

二〇一一年十二月

摘要

云计算的概念越来越流行，Amazon、Google和IBM是第一批将云计算引入公众视线的公司。

云计算就是新的web2.0，因而云计算也改变了人们的思想，在云计算的概念引导下，爆发了越来越多的新的计算机应用概念，托管服务，ASP，网格计算，软件作为服务，平台作为服务，所以对于云计算的应用也越来越广，云计算的技术开发也应用也显得尤为重要。

云计算也是一种超级的计算方式，它以数据为中心，是一种数据密集型的超级计算。

而近两年来，随着物联网这个新名词的出现，计算机产业又开始了新一轮革命风暴，把云计算应用在物联网上也逐渐被人们列为探究方向。

而云计算一定是基于互联网的。

互联网为大众提供一个个虚拟的、丰富的、按需即取的数据存储池、软件下载和维护池、计算能力池、多媒体信息资源池、客户服务池；提供人与人、社区与社区沟通的便捷平台。

可以预知，在未来的五年内，基于云计算的服务将急速增长。

我主要为了探究云计算关键技术的研究方向，包括云计算的提出，技术的革新，以及云计算技术在未来的应用等几方面，在基于云计算的技术基础，以及物联网产业发展的趋势，从这几方面来探究云计算技术的发展和应用。

而如今，云计算在天文学、医药的学科方面开始显露出广阔的前景，所以云计算的发展势在必行。

关键词：

云计算；关键技术；发展趋势；应用前景

ABSTRACT

Thecloudcomputingconceptismoreandmorepopular,Amazon,GoogleandIBMisthefirstbatchofcloudcomputingwillbeintroducedintopublicviewofthecompany.Cloudcomputingisthatnewweb2.0,thuscloudcomputingwillchangepeople'sminds,inthecloudcomputingconceptguidance,theoutbreakofthemoreandmorenewcomputerapplicationconcept,hostingservices,ASP,gridcomputing,softwareasaservice,platformasaservice,sofortheapplicationofcloudcomputingismoreandmorewidely,cloudcomputingtechnologydevelopmentandapplicationalsoisparticularlyimportant.

Cloudcomputingisalsoakindofsupercalculationway,itUSESthedataforthecenter,isakindofdataintensivesupercalculation.

Andinthepasttwoyears,withtheemergenceofthisthingnetworkingprocess,thecomputerindustryandbeginanewrevolutionstorm,thecloudcomputingapplicationsinthecontentontheInternetalsograduallybepeoplelistedasexploresthedirection.

AndcloudcomputingmustbebasedontheInternet.TheInternetprovidingavirtual,rich,accordingtotheneedsofthedatastoragepoolthattake,softwaredownloadandmaintenancepool,computingpowerpool,multimediainformationresourcepool,customerservicepool;Toprovidepeoplewiththecommunity,communitycommunicationconvenientplatform.Topredicthow,inthenextfiveyears,basedoncloudcomputingserviceswillcontinuetogrow.

Imainlyinordertoexplorethecloudcomputingresearchdirectionofkeytechnologies,includingcloudcalculativeputsforward,theinnovationoftechnology,andcloudcomputingtechnologyinfutureapplicationsinsuchaspectsasbasedoncloudcomputingtechnologyinthefoundation,andthetrendofthedevelopmentoftheindustrythingsnetworking,fromtheaspectsofcloudcomputingtechnologytoexplorethedevelopmentandapplication.Today,thecloudcomputinginastronomy,medicinesciencebegintoshowthebroadprospect,sothedevelopmentofcloudcomputingisimperative.

Keywords:

Cloudcomputing;Thekeytechnology;Developmenttendency;Applicationprospect

第1章绪论

随着去年“十二五”文件成型并将包括云计算在内的新一代信息技术确定为七大重点发展的战略性新型产业的第二位以及11月工业和信息化部以及发改委《关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知》（以下简称《通知》）的发布，全国各地在云计算方面投资热潮正式开启。

在《通知》中，两部委确定了北京、上海、深圳、杭州和无锡五个城市为云计算发展的试点城市，而为了回应部委的支持，五个城市分别制定了祥云、云海、华南云计算中心、电子商务云、无锡云计算中心等规划。

可以说，在这一轮的云计算狂潮中，地方政府的配套资金和动作非常迅猛。

而这一切都发生在银行紧缩银根、中央摸底地方债务的时间点上，地方政府在云计算发展上的决心不言而喻。

因而云计算的应用前景也必将是很广阔的。

1.1什么是云计算

目前，云计算没有统一的定义，当前云计算的定义主要包括以下几种。

1）维基百科给云计算下的定义。

与计算将IT相关的能力以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关的只是以及操作能力的情况下，通过Internet获取所需要的服务。

2）中国与计算机网将云计算定义为：

云计算是分布式计算（DistributedComputing）、并行计算（ParallelComputing）和网格计算（GridComputing）的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。

3）而比较容易理解的，在综合多个计算机的定义之后可以总结出，云是一个包含大量可用虚拟资源（例如硬件、开发虚拟平台以及I/O服务）的资源池。

这些虚拟资源可以根据不同的负载动态的重新配置，以达到更优化的资源利用率。

这种资源池通常由基础设施提供商按照服务等级协议才on个用时付费的模式开发管理。

综合上述定义可以发现，云计算的一些本质特征，即分布式的计算和存储特性，高扩展性，用户友好性，良好的管理性，用时付费等，云计算技术具有一下特点。

1）云计算系统提供的是服务。

服务的实现机制对用户透明，用户无需了解云计算的具体机制，就可以获得需要的服务。

2）用冗余方式提供可靠性。

云计算系统由大量商用计算机组成集群向用户提供数据处理服务。

随着计算机数量的增加，系统出现错误的概率大大增加。

在没有专用的硬件可靠性部件的支持下，采用软件的方式，即数据冗余和分布式存储来保证数据的可靠性。

3）高可用性。

通过集成海量存储和高性能的计算能力，云能提供较高的服务质量。

云计算系统可以自动检测失效节点并将失效节点排除，不影响系统的正常运行。

4）高层次的编程模型。

云计算系统提供高层次的编程模型。

用户通过简单学习，就可以编写自己的云计算程序，在“云”系统上执行，满足自己的需求。

现在云计算系统主要采用Map-Reduce模型。

5）经济性。

组建一个采用大量的商业机组成的集群行对于同样性能的超级计算机花费的资金要少很多。

6）服务多样性。

用户可以支付不同的费用，以获取不同级别的服务等。

为了更好的定义云计算，必须从云计算的服务使用者，服务提供者，组织方式，内

实现机制等方面同时定义。

根据现有定义的不足，本文定义云计算为：

“云计算是有网络计算发展而来的，前台采用勇士付费的方式通过Internet向用户提供服务。

运系统后台由大量的集群使用虚拟的方式，通过高速互联网互联，组成大型的虚拟资源池。

这些虚拟资源可以自主管理和配置。

用数据冗余的方式保证虚拟资源的高可用性。

并具有分布式存储和计算、高扩展性、高可用性、用户友好型等特征”。

第2章云计算的原理

2.1云计算

云计算（CloudComputing），分布式处理（DistributedComputing）、并行处理（ParallelComputing），网格计算（GridComputing）的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。

2.1.1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。

　　这可是一种革命性的举措，打个比方，这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。

它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。

最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。

云计算的蓝图已经呼之欲出：

在未来，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，甚至包括超级计算这样的任务。

从这个角度而言，最终用户才是云计算的真正拥有者。

云计算的应用包含这样的一种思想，把力量联合起来，给其中的每一个成员使用。

从最根本的意义来说，云计算就是利用互联网上的软件和数据的能力。

2.2云计算原理的形象比喻

对于云计算，李开复（现任Google全球副总裁、中国区总裁）打了一个形象的比喻：

钱庄。

最早人们只是把钱放在枕头底下，后来有了钱庄，很安全，不过兑现起来比较麻烦。

现在发展到银行可以到任何一个网点取钱，甚至通过ATM，或者国外的渠道。

就像用电不需要家家装备发电机，直接从电力公司购买一样。

我们知道最早提出并且建成的云计算中心的谷歌，“云计算”带来的就是这样一种变革——由谷歌、IBM这样的专业网络公司来搭建计算机存储、运算中心，用户通过一根网线借助浏览器就可以很方便的访问，把“云”做为资料存储以及应用服务的中心。

第3章云计算的关键技术

3.1云计算的关键技术

按需部署是云计算的核心。

要解决好按需部署，必须解决好资源的动态可重构、监控和自动化部署等、而这些又需要以虚拟化技术、高性能存储技术、处理器技术、高速互联网技术为基础。

所以云计算除了需要仔细研究其体系结构外，还要特别注意研究资源的动态可重构、自动化部署、资源监控、虚拟化技术、高性能存储技术、处理器技术等、本节将探讨云计算的体系结构和部分关键技术。

3.1.1云计算的特点

从现有的云计算半台来看，它与传统的单机和网络应用模式相比，具有如下特点：

1）虚拟化技术：

这是云计算最强调的特点，包括资源虚拟化和应用虚拟化。

每一个应用部署的环境和物理平台是没有关系的。

通过虚拟半台进行管理达到对应用进行扩展、迁移、备份，操作均通过虚拟化层次完成。

2）动态可扩展：

通过动态扩展虚拟化的层次达到对应用进行扩展的目的。

：

可以实时将服务器加入到现有的服务器机群中，增加“云”的计算能力。

3）按需部署：

用户运行不同的应用需要不同的资源和计算能力。

云计算平台可以按照用户的需求部署资源和计算能力。

4）高灵活性：

现在大部分的软件和硬件都对虚拟化有一定支持，各种IT资源，例如，软件、硬件、操作系统、存储网络等所有要素通过虚拟化，放在云计算虚拟资源池中进行统一管理。

同时，能够兼容不同硬件厂商的产品，兼容低配置机器和外设而获得高性能计算。

5）高可靠性：

虚拟化技术使得用户的应用和计算分布在不同的物理服务器上面，即使单点服务器崩溃，仍然可以通过动态扩展功能部署新的服务器作为资源和计算能力添加进来，保证应用和计算的正常运转。

6）高性价比：

云计算采用虚拟资源池的方法管理所有资源，对物理资源的要求较低。

可以使用廉价的PC组成云，而计算性能却可超过大型主机。

3.1.2体系结构

　　为了有效支持云计算，半台的体系结构必须支持几个关键特征。

首先，这些系统必须是自治的，也就是说，它们需要内嵌有自动化技术，减轻或消除人工部署和管理任务，而允许平台自己智能地响应应用的要求其次，云计算架构必须是敏捷的，能够对需求信号或变化的一作负载做出迅疾的反应。

换句话说，内嵌的虚拟化技术和集群化技术，能应付增长或服务级要求的快速变化。

　　·用户界面：

“云”用户请求服务的交互界面。

　　·服务目录：

用户可选择的服务列表。

　　·管理系统：

用来管理可用计算资源和服务

　　·部署工具：

自治的，根据用户请求智能地部署资源和应用，动态地部署、配置和回收资源。

　　·监控：

监控云系统资源的使用情况，以便做出迅疾的反应。

　　·服务器集群：

虚拟的或者物理的服务器，由管理系统管理。

3.1.3自动化部署

　　自动化部署，是指通过自动安装和部署，将计算资源从原始状态变为可用状态。

在云计算中体现为将虚拟资源池中的资源进行划分、安装和部署成可以为用户提供各种服务和应用的过程。

这里的资源包括硬件资源（服务器）、软件资源（用户需要的软件和配置），还有网络资源和存储资源。

　　系统资源的部署需要多个步骤，自动化部署通过凋用脚本，实现不同厂商设备管理工具的自动配置、应用软件的部署和配置，确保这些调用过程可以以静默的方式实现，免除了大量的人机交互，使得部署过程不再依赖于现场人工操作。

整个部署过程基于工作流来实现，如图2所示：

　　其中，工作流引擎和数据模型是我们在自动化部署管理工具中涉及的功能模块，通过将具体的软硬件甚至逻辑概念定义在数据模型中，管理工具可以标识并在工作流中调度这些资源，实现分类管理。

工作流引擎是调用和触发工作流，实现部署自动化的核心机制，自动将不同种类的脚本流程整合在一个集中、可重复使用的工作流数据库中。

这些工作流可以自动完成原来需要手工完成的服务器、操作系统、中问件、应用程序、存储器和网络设备的供廊和配置任务。

3.1.4资源监控

　　“云”通常具有大量服务器，并且资源是动态变化的，需要文时、准确、动态的资源信息。

资源监控可以为“云”对资源的动态部署提供依据，并有效地监控资源的使用情况和负载情况。

　　资源监控是实现“云”资源管理的一个重要环节。

它可提供对系统资源的实时监控，并为其它子系统提供系统性能信息，以便更好地完成系统资源的分配。

　　云计算通过一个监视服务器监控和管理计算资源池中的所有资源通过在云中的各个服务器上部署Agent代理程序，配置并监视各资源服务器，并定期将资源使用信息数据传送至数掂仓库。

监视服务器列数据仓库中的“云”资源使用数据进行分析，跟踪资源的可用性和性能，并为问题故障的排除和资源的均衡提供信息。

第4章云计算的发展趋势

4.1云计算现状

　　目前，已经涌现的云计算服务形态包括从技术、半台供应商到软件服务提供商，从成熟的应用

　　程序到存储服务再到垃圾邮件过滤等，不一而足。

　　根据不同服务的特性可以将云计算分为以下几种类型：

4.1.1云计算基础架构

　　这类云计算提供底层的技术平台以及核心的云服务，是最为全面的云计算服务。

Amazon、Google等推出的云计算服务可以归于这类。

这种云计算服务形态将支撑起整个互联网的虚拟中心，使其能够将内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池为整个网络提供服务。

4.1.2云计算半台服务

　　这种形式的云计算也被称为半台即服务PaaS（PlatfbrmasaService），它将开发环境作为服务来提供。

：

这种形式的云计算可以使用供应商的基础架构来开发自己的程序，然后通过网络从供应商的服务器上传递给用户。

典型的实例比如Salesforcecom的Forcetom开发半台。

4.1.3云计算软件服务

　　这种类型的云计算称之为软件即服务SaaS，它通过浏览器把程序传给用户。

.从用户的角度，这样会省去在服务器和软件授干义上的开支;从供应商的角度看，这样只需要维持一个程序就够了，减少了维护成本。

Salesforcecom是迄今为止这类服务最为有名的公司。

SaaS在CRM、ERP中比较常用，GoogleApps和ZohoOffice也提供类似的服务。

4.1.4云计算API

　　这类服务供应商提供API（ApplicationProgrammingInterface）让开发者能够开发更多基于互联网的应用，帮助开发商拓展功能和服务，而不是只提供成熟的应用软件他们的服务范围从提供分散的商业服务到GoogleMaps等的全套API服务。

这与软件即服务有着密切的关系。

4.1.5云计算互动半台

　　该类云计算为用户和提供商之问的互动提供了一个半台。

例如，RightScale利用AmazonEC2网络计算服务和s3网络存储服务的API提供一个操作面板和AWS（Amazon’sWebServices）前端托管服务。

4.2云计算应用实例

随着我国经济的快速增长，城市换建设也呈现高速整张的态势，而智能城市体是现代城市建设的新思想系模式，本文基于物联网和云计算，设计出完整的至呢个城市体服务系统框架，为人们的生活提过前所未有的方便和快捷，只能城市体，是指覆盖范围半径在0.5-10公里，基于统一规划和管理，具有居住教育购物休闲等一系列完整的体系和功能，利用4C（计算机、通信与网络、自控和IC卡）以及其他的高科技智能手段来提供服务。

物联网是在互联网的基础上，利用RFID技术和物品电子编码技术，给每一个实体对象一个唯一的代码，其目标是建立统一标准的智能跟踪与管理体系，最终构造“泛在网络社会”。

作为物联网感知层的主要支撑技术之一，RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据。

有缘RFIN又称主动RFID，优势在于远距离信息读取，主要应用于大型的高速运动物体的标识识别上面，如汽车或人，通过防冲撞技术，RFID系统可以同时处理多个标签，且成本又降低的趋势。

作为智能化信息处理的典型代表技术，云计算成为了物联网的发展基石，广义的云计算是指服务的交互和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获取服务，其主要包括IaaSPaaSSaaS三种模式。

云平台能够支撑物联网海量信息的处理、存储、管理等工作。

在此基础上利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，以实现智能化的识别。

定位跟踪监控和管理。

云计算是一种基于物联网的，通过虚拟话方式共享资源的计算模式，存数和计算资源可以按需动态部署、动态优化和动态回收，被视为继大型计算机，个人计算机互联网之后的第四次IT产业革命。

自云计算这个概念提出之后，国内外的众多IT企业，政府机构分分开始创建云计算机中心，对云服务展开探索。

云就像是一个发电厂，只是它提供的不是电，而是计算机的计算、应用和管理能力，只要通过网络连接，并且获得授权，就可以使用这些能力和资源。

基于云计算模式的市局中心能够充分提高资源的利用率，确保数据中心基础设施能够以实现最大的资源共享可空间利用效率，从而实现最低的运行维护成本。

对于一个企业来说，利润是企业的最终目标，如何最大化利用效率，最小化风险成本。

对于企业来说是一个保护现有投资，能够保证业务和连续性和平滑过度的一种方式。

企业向云计算转变是一个系统的工程，涉及到企业生产经营管理的方方面面。

第5章云计算的应用前景分析

5.1云计算的总体结论

云计算在纵观目前的云计算产业发展，政府在其中占了很主要的位置，而市场方面也给予了云计算成分的肯定。

在大规模的投资和市场概念的热炒下，肯定会有一大批企业成长起来。

但热潮过后也肯定会有一批企业选择退出。

但经过这一轮的洗礼，相信最终剩下的那些企业都是经得住考验的，也是能够像联想、华为那样代表中国走向世界的。

总体来说，中国的云计算产业布局是一盘很大的棋，在这盘棋中有主力，也有炮灰，只是现在一切都还很难说。

但对于仍然处在发展中的我们来说，在“广泛撒网、重点培养”的战略中也要注意效率，减少不必要的浪费，将宝贵的资金用在更多产业的发展和壮大上。

5.2云计算的不足之处及应用方向

5.2.1云计算市场规模

　　计世资讯认为，2009年中国云计算市场规模达到403.5亿元，较2008年同比增长28.0%。

2009年国内云计算市场受各细分应用的快速增长，保持着稳定的较高增速。

　　2009年，SaaS占云计算市场规模的达87.8%，为354.2亿;PaaS、IaaS分别占到云计算整体市场的11.8%和0.4%，分别为47.6亿、1.7亿。

5.2.2云计算发展阶段

　　目前，最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜索引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。

在某些条件下，甚至可以抛弃U盘等移动设备，只需要进入GoogleDocs、OfficeLiveWorkspace等在线办公软件页面，新建文档，编辑内容，然后，直接将文档的URL分享给你的朋友或者上司，他就可以直接打开浏览器访问URL，再也不用担心因PC硬盘的损坏而发生资料丢失事件。

　　但是，从一种新的业务模式的发展周期来看，尤其是从国内的情况来看，目前的云计算还只能算是初级发展，或者说，还处于教育阶段。

　　如果要对国内云计算市场阶段进行划分的话，那么2007~2010年为云计算的市场引入阶段，这一阶段的特点是云计算的概念还不够明确，用户对云计算的认知度还很低，云计算的技术和商务模式还不成熟等。

此外重点厂商各自为政，缺乏一个较为统一的标准。

结合当前市场状况来看，当前恰好处于这一阶段的后期，尤其是随着2009年云计算概念的广泛普及，至2010年下半年，市场开始逐步具备了摆脱引入阶段的条件，逐步向