计算机网络技术与应用教程教学课件 ppt 作者 张基温 杜勇 刘诗瑾 廖伟国 董兆军 第8章 计算机网络新领域

1、第8章 计算机网络新领域,8.1 网 络 存 储,目前有3种网络存储共享技术： SAS（server attached storage，基于服务器连接存储）； NAS（network attached storage，网络附加存储）； SAN（storage area network，存储局域网）。,8.1.1 基于服务器连接存储,8.1.2 NAS存储结构,8.1.3 SAN存储结构,SAN与NAS的比较,8.2 云 计 算,8.2.1 云计算的概念与特点,云计算（cloud computing）的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。云计算最基本的概念，是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，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。,2云计算的特点 云计算所以被推崇，是由于它有许多优势，其中最为重要的有如下几点。 超大规模。 虚拟化。 高可靠性。 通用性。 高

2、扩展性。 按需服务。 费用廉价。,8.2.2 云计算的服务形式,目前，云计算可以认为包括以下几个层次的服务： 基础设施级服务（IaaS） 平台级服务（PaaS） 软件级服务（SaaS）。,8.2.3 云计算的关键技术,1虚拟机技术 虚拟机是一类特殊的软件，能够完全模拟硬件的执行，运行不经修改的完整的操作系统，保留了一整套运行环境语义。通过虚拟机方式，在云计算平台上获得如下一些好处。 通过虚拟机方式，云计算的管理平台能够动态地将计算平台定位到所需要的物理结点上。虚拟机在不同物理结点上动态迁移了整体的虚拟运行环境，能够获得与应用无关的负载平衡性能。 在部署上也更加灵活，可以将虚拟机直接部署到物理计算平台上，而虚拟机本身就包括了相应的操作系统以及相应的应用软件，直接将大量的虚拟机映像复制到对应的物理结点即可。 将多个负载不是很重的虚拟机计算结点合并到同一个物理结点上，关闭空闲的物理结点，达到节约电能的目的。,2数据存储技术 云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云计算的数据存储技术必须具有分布式、高吞吐率、大冗余和高传输率的特点。因此，云计算系统采用分布式存储

3、的方式存储数据，并用冗余存储的方式保证数据的可靠性。云计算系统中广泛使用的数据存储系统是Google的GFS（Google File System，非开源）和Hadoop团队开发的GFS的HDFS（Hadoop Distributed File System，开源）。,3海量数据管理技术 云计算要对分布的、海量的数据进行处理、分析，要求其必须能够高效地管理大量的数据。云计算系统数据管理技术中最著名的是Google的BT（big table）数据管理技术。,4分布式编程与计算技术 为了使用户能更轻松地享受云计算带来的服务，让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，云计算上的编程模型必须十分简单。必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。当前各IT厂商提出的云计划的编程工具均基于MapReduce的编程模型。,5虚拟资源的管理与调度技术 云计算区别于单机虚拟化技术的重要特征是通过整合物理资源形成资源池，并通过资源管理层（管理中间件）实现对资源池中虚拟资源的调度。云计算的资源管理需要负责资源管理、任务管理、用户管理、安全管理等工作，实现结点故障的屏蔽、资源状况监视

4、、用户任务调度、用户身份管理等多重功能。,6云计算的业务接口技术 为了方便用户业务由传统IT系统向云计算环境的迁移，云计算应对用户提供统一的业务接口。业务接口的统一不仅方便用户业务向云端的迁移，也会使用户业务在云与云之间的迁移更加容易。在云计算时代，SOA架构和以Web Service为特征的业务模式仍是业务发展的主要路线。,7云计算的安全技术 云计算带来一系列的安全问题，主要是用户隐私问题（如何保证存放在云服务提供商的数据隐私，不被非法利用）和数据安全问题。这些问题需要更强的技术手段，甚至法律手段去解决。,8.3 物 联 网,8.3.1 物联网的概念,1关于物联网的定义 物联网（Internet of Things）是一种实现物与物、人与物信息交流的庞大网络。,8.3.2 物联网技术架构,1感知层 感知层数据感知与采集主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频和视频数据。为此，需要以下3种部件或设备。 各种感知器传感器。用于感知物信息，获得物的数据的设备，如二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、声音感应器、压力感应器、振动感应器、激光扫描仪、红外感应

5、器、摄像头、全球定位系统（GPS）、二维码扫描器、RFID读写器等。, 标识元件。有些传感器用于感知物的显式属性，有些用来感知物的隐式属性。隐式属性，尤其是一些人为属性，如商品的编号、价格等，往往不能直接被感知，需要人为地为其添加标识元件，如条形码（barcode）、二维条形码、磁条、IC卡（integrated circuit card）等才能被感知到。, 传感器网络。传感器网络是组织传感器的网络。需要的技术包括传感器网络组网和协同信息处理技术、实现所获取数据的短距离传输技术、自组织组网技术以及多个传感器对数据的协同信息处理技术。目前的研究和开发重点是异构网络的自组网技术，无线网络的调制解调、防碰撞和防冲撞技术；开发“网络中的网络”的基础设施，支持动态区域组网、匿名组网；移动断续连接场景下的组网技术；具有自感知、自学习、自配置、自修复、自管理功能的网络自治管理技术；适用于固定、移动、有线、无线的多层次组网技术。,2网络层 传感网与通信网的融合。 大信息量传输通信网技术。 三网融合技术。,3应用层 应用层主要分为应用支撑平台子层和应用服务子层。 中间件技术。物联网中间件处于数据与应用程

6、序之间，相当于物联网整个网络的神经系统。为实现语义准确、互通，以满足物联网在混合组网、异构环境下的高效运行，中间件需要解决3个最关键的问题：数据过滤、数据聚合和信息传递。 由感知层采集的数据存在大量的冗余信息，并且也存在一些错误的信息，因此数据过滤技术就相当重要。 感知层采集的数据都是些简单零散的单一信息，为了给应用程序提供有意义的信息，数据聚合技术就尤为关键。 经过过滤和聚合处理后的数据需要传递给那些对它感兴趣的实体，如企业应用程序、信息服务系统或者其他中间件，这就需要研发信息传递技术。, 基于云计算的应用处理中心。云计算是一种基于互联网的、通过虚拟化方式共享资源的计算模式，存储和计算资源可以按需动态部署、动态优化、动态收回。云计算是物联网海量数据处理的完美手段。需要攻克的关键技术主要有：云计算架构技术、快速部署技术、资源调度技术、多租户技术、海量数据处理技术、大规模消息通信技术、大规模分布式存储技术、安全技术等。 系统集成技术。系统集成技术主要包括应用优化技术和支持多物联网应用的中间平台技术。需要加强功能集成、网络集成、软硬件操作界面及智能控制、系统级软件或中间件等技术,4公共技术

7、 公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系，它主要包括如下3个方面的技术。 物联网架构技术。 安全和隐私技术。 共性支撑技术。,8.3.3 RFID,1RFID系统及其基本工作原理 射频识别（Radio Frequency Identification，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，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，识别工作无须人工干预，属于非接触式IC卡。图8.11所示为各种不同的RFID芯片及其各种不同的RFID卡。, RFID标签俗称电子标签，也称应答器（tag，transponder，responder）。 读写器也称阅读器、询问器（reader，interrogator），是RFID系统中最重要的基础设施，用于对RFID标签进行读/写操作，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。 天线（antenna）是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统的天线分为两部分：一部分是RFID标签上的天线，它与RFID

8、标签集成为一体，,2RFID的耦合方式 发生在阅读器和电于标签之间的射频信号的耦合类型主要有两种。 电感耦合。采用变压器模型，即通过空间高频交变磁场感应实现耦合。 电磁反向散射耦合。采用雷达原理模型，即发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时带回目标信息。,3RFID的工作频率 RFID按工作频率不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波（MW）4种。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有125kHz、225kHz和13.56MHz，识别作用距离小于1m，典型作用距离为1020cm。电磁反向散射耦合方式一般适合于高额、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有433MHz、915MHz、2.45GH和5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为350m。,8.3.4 无线传感器网络,1无线传感器网络及其特点 无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。, 大规模网络 自组织（ad hoc）网络。 可靠的网络。 应用相关的网络。 以数据为中心的网络。,2传感器网络结构,8.3.5 M2M协议,1M2M及其思想 通信网络技术的出现和发展，给社会生活面貌带来了极大的变化。人与人之间可以更加快捷地沟通，信息的交流更顺畅。但是，目前仅仅是计算机和其他一些IT类设备具备这种通信和网络能力，众多的普通机器设备几乎不具备联网和通信能力，如家电、车辆、自动售货机、工厂设备等。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备联网和通信能力，把世界上所有的机器都纳入一张通信网中，使所有的机器都实现智能化，让机器不再冰冷。其核心理念就是网络一切（network everything）。,2M2M系统框架, 机器。 M2M硬件。 通信网络。 中间件。 应用。,

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