云计算的应用解决方案
摘 要
狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可以是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。
云将实现安全的分析。从网购到医疗再到家庭自动化，分析在如此多的新领域得到应用，因而分析数据的安全性和私密性变得至关重要。在存储和分析引擎中深度集成加密功能并让用户能够拥有密钥，确保了只有这些服务的使用者有权访问数据。
关键词 ：云计算;发展状况; 实现机制;应用领域
1 云计算简介
云计算是继20世纪80年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变。云计算的出现并非偶然，早在上世纪60年代，美国科学家麦卡锡就提出了把计算能力作为一种像水和电一样的公用事业提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源。在20世纪80年代网格计算、90年代公用计算，21世纪初虚拟化技术、SOA、SaaS应用的支撑下，云计算作为一种新兴的资源使用和交付模式逐渐为学术界和产业界所认知。中国物联网校企联盟评价云计算为“信息时代商业模式上的创新”。
技术是云计算发展的基础。首先是云计算自身核心技术的发展，如：硬件技术，虚拟化技术，并行编程模型、海量数据分布存储技术、海量数据管理技术、云平台管理技术；其次是云计算赖以存在的移动互联网技术的发展，如：高速、大容量的网络，无处不在的接入，灵活多样的终端，集约化的数据中心，WEB技术。
可以将云计算理解为八个字"按需即用、随需应变"，使之实现的各项技术已基本成熟。
2、国内外发展现状
2.1国外发展现状
目前，Amazon、Google、IBM、微软和Yahoo等大公司是云计算的先行者其它成功成功公司还包括Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace等。
IBM在2013年推出基于OpenStack和其他现有云标准的私有云服务，并开发出一款能够让客户在多个云之间迁移数据的云存储软件——InterCloud，并正在为InterCloud申请专利，这项技术旨在向云计算中增加弹性，并提供更好的信息保护。IBM在2013年12月收购位于加州埃默里维尔市的Aspera公司。在提供安全性、宽控制和可预见性的同时， Aspera使基于云计算的大数据传输更快速，更可预测和更具性价比，比如企业存储备份、虚拟图像共享、或者快速进入云来增加处理事务的能力。FASP技术将与IBM最近收购的SoftLayer云计算基础架构进行整合。
英国政府在2013年为13个研发项目拨款500万英镑，以应对阻碍云计算应用的商业和技术挑战。这13个项目的研究重点在于开发相关的系统、服务和软件，帮助解决云服务缺乏互操作性、数据恢复能力和身份验证这三项挑战，提高云服务的安全性。
2.2国内发展现状
2012年5月，工业和信息化部发布《通信业“十二五”发展规划》，将云计算定位为构建国家级信息基础设施、实现融合创新的关键技术和重点发展方向。2012年9月，科技部发布首个部级云计算专项规划《中国云科技发展“十二五”专项规划》，对于加快云计算技术创新和产业发展具有重要意义。
国家发改委、工信部将北京、上海、深圳、杭州、无锡、哈尔滨市确定为国家云计算服务创新发展试点城市。北京云基地的建设。作为云计算、大数据时代基础设施的建设者和创新者，云基地各创业企业的产品和服务涵盖云计算各个环节，包括服务器、模块化数据中心、瘦终端等硬件产品的设计和生产，云中间件、云管理平台、桌面虚拟化等基础软件研发；大数据、智能知识库、分布式计算等应用软件，以及定制化云计算解决方案，构成完整的上下游和中间平台完备的云生态产业链。
3、云计算技术原理
由于云计算分为IaaS、PaaS和SaaS三种类型，不同的厂家又提供了不同的解决方案，目前还没有一个统一的技术体系结构，对读者了解云计算的原理构成了障碍。为此，本文综合不同厂家的方案，构造了一个供商榷的云计算体系结构。这个体系结构如图3所示，它概括了不同解决方案的主要特征，每一种方案或许只实现了其中部分功能，或许也还有部分相对次要功能尚未概括进来。
图1 云计算技术体系结构
云计算技术体系结构分为4层：物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA构建层，如图1所示。物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等；资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和管理工作，例如研究在一个标准集装箱的空间如何装下2000个服务器、解决散热和故障节点替换的问题并降低能耗；管理中间件负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务；SOA构建层将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。管理中间件和资源池层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。
云计算的管理中间件负责资源管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作。资源管理负责均衡地使用云资源节点，检测节点的故障并试图恢复或屏蔽之，并对资源的使用情况进行监视统计；任务管理负责执行用户或应用提交的任务，包括完成用户任务映象(Image)的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命期管理等等；用户管理是实现云计算商业模式的一个必不可少的环节，包括提供用户交互接口、管理和识别用户身份、创建用户程序的执行环境、对用户的使用进行计费等；安全管理保障云计算设施的整体安全，包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等。
基于上述体系结构，本文以IaaS云计算为例，简述云计算的实现机制，如图2所示。
图2 简化的IaaS实现机制
用户交互接口向应用以Web Services方式提供访问接口，获取用户需求。服务目录是用户可以访问的服务清单。系统管理模块负责管理和分配所有可用的资源，其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境。监视统计模块负责监视节点的运行状态，并完成用户使用节点情况的统计。执行过程并不复杂：用户交互接口允许用户从目录中选取并调用一个服务。该请求传递给系统管理模块后，它将为用户分配恰当的资源，然后调用配置工具来为用户准备运行环境。
4、云计算应用
4.1 数据分析
云将实现自助分析。过去，组织内部的分析系统处于旧式IT的最顶点：在专用硬件上运行一个集中式数据仓库。在现代企业中，这种情况是不能接受的。在帮助业务部门变得更加敏捷、更快速地响应业务需求并开发客户真正需要的产品方面，分析发挥着至关重要的作用。但这种集中式、不够灵活的旧式数据仓库模式往往使企业用户陷入困境。而基于云的分析完全改变了这种情况。
业务部门现在借助云服务的资源，在云中迅速创建自己的数据仓库，并可根据其需求和预算选择数据仓库的规模和速度。它可以是一个在白天运行、拥有2个节点的小型数据仓库，也可以是一个仅在星期四下午运行几个小时、拥有1000个节点的大型数据仓库，或是一个在夜间运行，以在第二天向工作人员提供所需数据的数据仓库。
4.2环境分析
飞利浦CityTouch是适用于整个城市的智能路灯管理系统。它提供联网的道路照明解决方案，允许整个郊区和城市智能的地控制路灯照明，做到实时管理天黑后的环境。城市管理人员能够在人流量较高的街道上保持良好的照明，在恶劣天气或环境光线过暗时增加亮度，或者在人烟稀少的工业区调暗灯光。
云分析将改善城市生活。云分析能够利用城市环境信息来改善世界各地城市居民的生活条件。芝加哥正在进行的工作就是一个很好的例子。芝加哥是首批在全市范围内安装传感器来永久测量空气质量、光强度、音量、热量、降水、风和交通的城市之一。
许多城市已经表示有兴趣效仿芝加哥使用云来改善城市生活，并且很多欧洲的城市已经开始行动，比如英国的彼得伯勒市议会。彼得伯勒市议会公开其收集的数据集，让当地社区参与创新。人们将议会公布的不同数据集进行整合。例如，人们可以把犯罪数据和天气情况关联起来，帮助议会了解在炎热天气中是否会发生更多的入室盗窃案，以便他们更好地分配当地警力，或把就医数据与天气情况关联起来，发现其中的趋势和模式。在云的帮助下，这些数据开始向大众开放，以推动创新。
4.3工业分析
云将实现工业物联网。当我们想到物联网(IoT)时，我们通常重点关注物联网对消费者而言意味着什么。但在2015年，我们将见证一个不同的物联网的崛起——工业物联网。工业机械将与互联网连接，把数据传输到云中，以获得有关使用情况的洞察、提高效率，避免停机。
无论是通用电气给燃气涡轮机安装仪表、壳牌公司在油井中放置传感器、凯驰配备工业清洗机车队，还是建筑工地使用Deconstruction的传感器，所有这些都将连续地向云发送数据流，以供实时分析。
4.4 视频分析
云将实现视频分析。长久以来，视频仅用于存档、回放和观看。借助云强大的处理能力，一个新的趋势应运而生：把视频当作数据流来进行分析。这被称为视频内容分析(VCA)，适用于零售、运输等多个领域。
一个常见的应用领域就是在装有摄像头的地方，如商场和大型零售商店。视频分析可以帮助商场了解人流模式。分析可以提供了人流量、停留时间以及其它统计信息。这使零售商能够改善其商店布局和店内营销效果。
另一种常见的应用领域是音乐会等大型活动的实时人群分析，以了解整个场地的人流情况、预防拥堵，从而改善参与者的体验。交通部门也利用类似的方式疏导交通、监测高速公路上的停滞车辆和高速铁路上的物体以及其它运输问题。
另一个把视频内容分析运用在消费领域的创新的例子是Dropcam。Dropcam对联网摄像头传送的视频进行分析，为客户提供警报。Dropcam是目前最大的互联网视频内容生产源，其向云中传输的数据流比YouTube还要多。
VCA也成为体育管理的一个重要工具。球队正在使用视频分析来从不同的角度分析球员。例如，在一场英超比赛中，球队利用许多记录下来的视频流的分析数据，来改善球员的表现，并推动具体的训练计划。
4.5医疗分析
云将改变医疗分析。数据分析正迅速成为分析健康危险因素和改善病人护理的核心。尽管医疗行业面临降低成本和优化病人护理水平，云正在发挥着至关重要的作用，并帮助实现数字化医疗。
云支持创新的解决方案，如飞利浦Healthsuite——一个管理医疗数据，并为医生和患者提供支持的平台。飞利浦Healthsuite数字化平台分析并存储着从3.9亿个影像检查、病历和患者输入中收集的15PB的患者数据，为医务人员提供可操作数据，这些数据可以直接影响病患照护。这正在彻底变革着世界各地几十亿人的医疗现状。在2015年及以后，我们预计可以看到云在推动患者诊断和治疗方面发挥更大的作用。
5、总结
本文讨论了当前云计算技术发展的背景、国内外发展趋势，通过具体的云计算原理技术详细分析使读者能够掌握云计算的内部含义。以IaaS云计算为例，简述云计算的实现机制。最后详细介绍了云在数据分析、城市环境、工业物联网、视频分析、医疗等方面的应用。相信随着云计算的概念的提出以及相应系统构建实践经验的获得，在不久的将来，工业界和学术界对云计算的研究无疑成为一个热点。
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