云计算综述与移动云计算的应用研究

信息通信技术14 云计算综述与移动云计算的应用研究 刘 越 工业和信息化部电信研究院通信信息研究所 北京 100191 摘 要 介绍云计算的发展概况，基本概念和“端”—“管”—“云”模型；分析云计算的三个驱动因 素：技术、成本和产业链，指出云计算能够有效降低生产成本、营销成本和搜索成本，提升长尾价值； 最后通过四个代表性的应用实例分析了移动云计算的服务模式和主要特点，指出移动云计算将加速发 展，促进移动运营商的转型。 关键词 云计算；移动云计算；IaaS；PaaS；SaaS；长尾 前言 2 0 0 8年2月，美国商业周刊发表了一篇题为 《Google及其云智慧》[1]的文章，开篇就宣称：“这项 全新的远大战略旨在把强大得超乎想像的计算能力分布 到众人手中。”在此之后，云计算(Cloud Computing) 一跃成为ICT领域的耀眼明星，受到了产业界的广泛关 注。云计算并不仅仅意味着一项技术或一系列技术的组 合，它所秉承的核心理念是“按需服务”，使用户能够 通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的基础设施、 平台、软件(或应用)等ICT资源或(信息)服务。在技 术、成本和产业链等多重因素的驱动下，渐入主流的云 计算日趋成熟，移动云计算蓬勃发展。云计算未来将在 ICT领域乃至于人类社会发展中发挥更加重要的作用。 1 云计算的发展概况 云计算与网络密不可分。“云”的形象常常用来 表示互联网，因此，云计算的原始含义为通过互联网提 供计算能力。云计算的直接起源与亚马逊和Google两 个公司有十分密切的关系，它们最早使用到了“Cloud Computing”的表述方式。 亚马逊在对自身已有平台进行改造和优化的基础 上开发了被称为弹性计算云(Elastic Compute Cloud， EC2)的云计算平台，利用企业的富余IT基础设施资 源向外部人员提供远程云服务。基于强大的虚拟化 技术和网络安全，亚马逊能够以简单的计费方 式向用户提供灵活的计算资源租用服务。作为云计 算领域的领先企业，亚马逊公司以EC2为核心构建的 AWS(Amazon Web Services)开创了目前已得到广泛 应用的IaaS(Infrastructure as a Service，基础设施即 服务)云计算模式。 Google是云计算的先驱者，其技术核心就是云计 算。廉价、高效的云计算平台是Google引以为傲的另一 项伟大发明，其光彩丝毫不逊色于网页排序。Google 成功地使众多的普通廉价PC连成一片“云”，提供可 靠、高效的运算服务，强大的搜索服务只是其中之一。 Google将自身的架构完全置于云计算平台之上，其所 用的服务器全部由自己生产。作为最大的服务器制造厂 商，Google能够以其他企业1/5、1/10，甚至是1/20的 成本制造服务器，正是基于这些高性价比的服务器， Google才得以维持如此之多的应用，并且不断推陈出 新。根据中国移动研究院院长黄晓庆的介绍[2]，Google 所有服务器的使用效率是80%～90%以上，而传统运营 商的设备使用效率仅有10%～15%；与使用传统设备的 企业相比，Google的运算成本只有1/100，存储成本是 1/60，运营成本是1/3。因此，在云计算的平台和应用 方面，Google无疑是当今最强的服务提供商。 Google发布的一系列关于分布式文件系统、并行 研究与开发 2010 02 15 计算、数据和分布式资源管理的文章为全球云计算的发 展奠定了技术基础，并成为当今最流行的Hadoop云计 算平台的来源。Google近期推出了基于Linux开源系统 的Chrome OS，集成了Google的各项服务，旨在创造 “以网络为核心”的全新计算机操作体验，为成为全球 最大的云计算服务提供商而努力。 不仅仅是亚马逊和Google，IT、互联网和通信等 行业的各大企业纷纷高调宣布踏入云计算领域，并将其 作为下一代的业务重点发展方向。从目前的格局看，至 少有五类竞争者在积极参与云计算领域的布局和未来竞 争策略，它们分别是： ● 以Google、Amazon为代表的互联网服务商； ● 以IBM、惠普为代表的系统集成提供商； ● 以微软、SaleForce.com为代表的软件提供商； ● 以思科、EMC为代表的设备制造商； ● 以Verizon、AT&T为代表的通信运营商。 近两年，云计算的知名度迅速提高。这从Google trends的搜索结果统计可见一斑，云计算自2007年进入 统计范围以来，搜索量几乎呈直线上升趋势。著名咨询 机构Gartner更是在其发布的2010年IT行业十大战略技 术报告中将云计算列为首位[3]。云计算在2009年的报告 中首次上榜，就在十大战略技术中排名第三，今年更是 跃升至第一位，这充分表明了云计算所受的重视程度及 其未来可能对业界产生的影响程度。Gartner还在2009 年的技术成熟度(Hype cycle)报告[4]中将云计算放在了 成熟度曲线的顶部，如图1所示。这意味着云计算在未 来的几年中将进入成熟期，成为主流计算技术的一个重 要组成部分。 2 “端”—“管”—“云” 云计算的服务模型包括“端”、“管”、“云” 三个层面，如图2所示。“端”指的是用户接入“云” 的终端设备，可以是台式电脑、笔记本电脑、手机或其 他任何能够完成信息交互的终端；“管”指的是信息传 输的网络通道，对于公共云目前主要是指电信运营商提 供的通信网络，对于私有云则指内部的通信网络或虚拟 图1 Gartner技术成熟度曲线 图源：Gartner(2009年7月) R esearch & D evelopm ent 信息通信技术16 专网；“云”指的是提供ICT资源或信息服务的基础设 施中心、平台和应用服务器等，提供的服务类型包括基 础设施、平台和应用等。图2中所示的“云”包含了这 三个层面：基础设施层面，如各种服务器、数据库、存 储设备、并行分布式计算系统等组成；平台层面，由运 营、支撑和开发三个平台组成；应用层面，提供软件、 数据和信息等各种应用。 云计算将主要的计算过程放在“云”中完成， “端”的功能可以简化或者说变“瘦”，但是这并不意 味着现有的各类智能化终端会被放弃。恰恰是因为终端 智能化程度的不断提高增加了数据处理的需求，终端计 算资源的相对不足促进了云计算的产生与发展，各类 “云”的涌现又反过来推动终端的智能化与融合，提升 用户对IT资源和信息服务的需求。云计算的演进有赖于 “端”—“管”—“云”的协调发展。 云计算通过网络提供服务，因此仅有“云”+“端” 是不行的，可靠的宽带网络是云计算赖以成功的必要基 础，亚马逊等许多云计算服务提供商在提供云服务的同 时还打包出租网络流量或时长。目前，最大的管道由电 信运营商提供，他们不但从云计算中获得流量收入，而 且还将不断向上下游延伸，在提高管道智能化水平的同 时掌控终端和“云”，从而为用户提供一站式的云计算 解决。 云计算将计算、存储等资源集中起来，通过虚拟化 的方式，为用户提供方便快捷的服务。所谓“云”就是 一个虚拟化的存储与计算资源池，互联网是最大的一朵 “云”。云计算则是这个资源池基于网络为用户提供的 数据存储、网络计算等各种服务。云计算的模式通常包 括IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软 件即服务)这三种类型。 从技术角度来看，云计算是一种动态的、可扩展 的、通常基于IP网络并利用虚拟化技术为多用户提供服 务的计算方式。但云计算不是一个简单的技术名词， 并不仅仅意味着一项技术或一系列技术的组合，它所秉 承的核心理念是“按需服务”，这也是它对于ICT领域 乃至于人类社会发展的最重要意义所在。从需求角度来 理解，云计算指的是一种ICT资源的交付和使用模式， 即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的基础设 施、平台、软件(或应用)等资源。因此，用户获得ICT 资源实际上是在享受ICT资源所提供的服务，由此推而 广之，则云计算是指信息服务的一种交付和使用模式， 即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务，这 种服务可以是直接基于上述ICT资源的服务，也可以是 包括交换、传输、存储、转换等任意其他形式的信息 服务。于是就有了DaaS(数据即服务)、CaaS(通信即服 务)、乃至XaaS(任意事即服务)的说法。 3 云计算的驱动因素 云计算的到来能够使IT资源乃至信息服务像水电一 样进行商品化流通，取用方便，价格低廉。云计算发展 图2 云计算的“端”—“管”—“云”模型及服务类型构成 研究与开发 2010 02 17 的主要驱动因素包括以下几个方面。 3.1 技术因素 云计算并不是一个颠覆性的技术新概念。云计算是 基于信息通信技术在计算、传输、存储等能力的增强而 产生的，是在宽带网络、互联网应用服务、并行计算与 分布式计算以及负载均衡、虚拟化技术日趋成熟的基础 上发展而来的。随着信息通信技术相互渗透力度不断加 大，技术融合演进程度不断加深，数据处理和信息服务 的应用效果逐步显现，云计算也从一个技术理念逐步落 地，成为今天人们关注的焦点。 3.2 成本因素 网络时代的经济具有明显的长尾特征，长尾中集 聚了大量的中小企业乃至个人，他们构成了无数个利基 市场[5]。ICT的需求与使用同样具有长尾特征，特别是 由于占据总拥有成本50%、60%甚至80%以上的维护成 本大大限制了ICT的应用广度与深度，不仅处于尾部的 中小企业和个人用户难以真正享受到ICT带来的好处， 就连占据头部的大型企业也由于实施难度、技术更新以 及受金融危机影响而压缩ICT开支，这将从总体上压缩 ICT的需求。 在信息通信技术日益普及的今天，用户需要的是简 单、方便、廉价和个性化的ICT解决方案。如果能够为 聚集在尾部的用户提供更好的定制化服务，则将有效地 促进ICT资源和信息服务向需求曲线的尾部移动，对提 供商产生足够的经济吸引力。云计算通过集中化的运营 管理与维护能够大幅降低ICT的总拥有成本，并为用户 提供“按需服务”，使得解决这一问题成为可能。 长尾经济中降低定制成本需要依靠三种力量[5]：第 一是实现普及的廉价生产工具，降低生产成本；第二是 实现普及的传播工具，降低营销成本；第三是将供求双 方进行连接和服务匹配的媒介工具，降低搜索成本。 云计算的发展则为这三种力量的实现提供了来源。以 Google为例，它基于云计算平台开发和完善的搜索工 具以及以关键词为基础的搜索方式可以提供无数的搜索 点，从而实现边际成本近乎为零的生产成本；它提供的 自助式拍卖程序几乎可以使任何人都能够通过轻松点击 成为Google的广告商，大幅降低了接触市场的成本；它 不仅提供了先进的搜索工具，而且提供了广告自定义和 检验工具，可以帮助用户实现最高的“点进”率，从而 将供求双方之间的“鸿沟”填平。 不仅仅是Google，以SaaS起家并推出云计算平台 Force.com的Salesforce.com公司，以“智慧的地球” 为号召在国内联手地方政府建立多个云计算中心的“蓝 云”创立者IBM，以及其他众多积极建立或使用公共 云、私有云或混合云的企业、个人乃至政府机构，都充 分认识到了云计算对于降低成本、提高效率的重要作 用，享受着云计算带来的种种便利。 由于采用了“以用户为中心”的按需服务方式， 云计算以标准化的ICT资源满足了用户差异化的信息服 务需求，提供了个性化的ICT解决方案，其结果是：第 一，信息通信技术更为普及，“生产者”队伍不断扩 大，使社会获得了更丰富的应用与服务——长尾更长； 第二，降低了ICT的应用门槛和信息服务的消费成本， 利基产品的获得更为方便，用户数量增加——长尾抬 高；第三，为ICT资源的供给和需求双方建立了易于 “沟通”的平台，扩大了对利基市场的需求，推动需求 曲线向尾部移动——长尾更为扁平，如图3所示。 因此，看到无论是为外部客户提供服务的公共云， 还是企业内部的私有云，都取得了长足的发展，市场分 析机构也都对云计算的发展持乐观态度。 3.3 产业链因素 前面提到的五类竞争者其实也构成了云计算产业链 的主要构成部分，各家企业为在云计算时代获得领先优 势不断进行着资源优化，在竞争中不乏合作；上游的芯 图3 云计算对ICT长尾市场的影响 图源：http://www.iaacblog.com/renugupta/；长尾理论2.0(2009) R esearch & D evelopm ent 信息通信技术18 片厂商如英特尔顺应云计算的发展，积极推出运算速度 更快、功率消耗更低的芯片；下游的用户则在反复权衡 风险与收益的过程不断地向云计算靠拢。而且，云计算 的标准化已经启动并取得了初步成果，一个分工明确、 结构完善、更加开放的云计算产业链正逐渐变得清晰起 来，用户则根据自身的需求和可支付能力选择最适宜的 云计算提供商和其提供的云计算服务。 4 移动云计算 云计算的发展并不局限于PC，随着移动互联网的 蓬勃发展，基于手机等移动终端的云计算服务已经出 现。基于云计算的定义，移动云计算是指通过移动网络 以按需、易扩展的方式获得所需的基础设施、平台、软 件(或应用)等的一种IT资源或(信息)服务的交付与使用 模式。 以下是移动云计算的几个成功实例： 1) 加拿大RIM公司面向众多商业用户提供的黑莓 企业应用服务器方案，可以说是一种具有云计算特征的 移动互联网应用。在这个方案中，黑莓的邮件服务器将 企业应用、无线网络和移动终端连接在一起，让用户通 过应用推送(Push)技术的黑莓终端远程接入服务器访问 自己的邮件账户，从而可以轻松地远程同步邮件和日 历，查看附件和地址本。除黑莓终端外，RIM同时也授 权其他移动设备平台接入黑莓服务器，享用黑莓服务。 目前，黑莓正通过它的无线平台扩展自己的应用，如 在线CRM等。以云计算模式提供给用户的应用成为了 RIM商业模式的核心，取得了极大的成功。 2) 苹果公司推出的“MobileMe”服务是一种基于 云存储和计算的解决方案。按照苹果公司的整体设想， 该方案可以处理电子邮件、记事本项目、通信簿、相 片以及其他档案，用户所做的一切都会自动地更新至 iMac、iPod、iPhone等由苹果公司生产的各式终端界 面。此外，苹果公司的iPhone以及专为其提供应用下载 的Apple Store所开创的网店形式已经得到了移动终端 厂商和移动通信运营商的一致追捧，聚集了大量的开发 者和使用者，提供的应用数量超过100 000种，下载次 数超过30亿次，成为潮流的引领者。 3) 微软公司推出的“LiveMesh”能够将安装有 Windows操作系统的电脑、安装有Windows Mobile系 统的智能手机、Xbox，甚至还能通过公开的接口将使 用Mac系统的苹果电脑以及其他系统的手机等终端整合 在一起，通过互联网进行相互连接，从而让用户跨越不 同设备完成个人终端和网络内容的同步化，并将数据存 储在“云”中。随着Azure云平台的推出，微软将进一 步增强云端服务的能力，并依靠在操作系统和软件领域 的成功为用户和开发人员提供更为完善的云计算解决方 案。 4) 作为云计算的先行者，Google公司积极开发面 向移动环境的Android系统平台和终端，不断推出基于 移动终端和云计算的新应用，包括： ● 整合移动搜索。实现了传统互联网和移动互联 网的信息有机整合，并且特别强化了搜索结果的第一页 以适应手机浏览的特点。 ● 语音搜索服务。搜集不同的口音和词汇，形成 超大规模的虚拟数据，并利用云计算平台快速地对数据 进行大量复杂的运算，提供更为准确的语音搜索结果。 ● 定点搜索以及Google手机地图。识别用户的位 置信息并根据地点的变化提供相应的搜索结果，实现精 确定位，可提供驾车路线等等服务。 ● Android上的Google街景。用户通过手机就能浏 览各地街景，随时随地查询街道信息。 R I M 公 司 的 黑 莓 邮 件 服 务 和 苹 果 公 司 的 “MobileMe”服务代表了手机厂商直接向用户提供服 务的模式，微软的“LiveMesh”和Google的移动搜索 则代表了云计算服务提供商通过手机(或其他移动终端) 向用户提供服务的模式[6]。前一种模式凭借的是明星手 机对大众的吸引力，后一种模式则有赖于服务提供商在 自己所擅长领域的市场垄断地位和技术领先优势，两种 模式都实现了跨领域、跨层级的资源与服务整合，所提 供的应用和服务都具有信息存储的同步性和应用的一致 性，进而保证了用户业务体验的无缝衔接，开放的云平 台将允许用户在其上建立并运行属于自己的各种应用。 研究与开发 2010 02 19 因此，移动云计算不仅具有SaaS的特点，而且提供了 PaaS的空间。 随着智能终端的日益普及和无线宽带的快速发展， “端”和“管”的能力与需求都在不断提高，这促使移 动云计算向形式更加丰富、应用更加广泛、功能更加强 大的方向演进，给移动互联网带来了巨大的发展空间。 尽管由于存在种种障碍，移动云计算目前尚未成为移动 互联网的主流服务，但是以上这些实例已经展现出云计 算与移动互联网相结合后产生的广阔应用前景。云计算 将能够更好地满足基于移动宽带的应用开发与业务定制 需求，提升移动信息服务长尾的内在价值，有助于移动 运营商完成向综合信息服务提供商的转型。 根据ABI的调查统计分析[7]，2008年，全球移动 云计算用户的数量为4280万，占全球手机用户数量的 1.1%；经过5年的高速发展，2014年预计将达到9.98 亿，占全球手机用户的19%，并且移动云计算的商业价 值将达到200亿美元的规模。随着越来越多的移动运营 商通过与IT企业的合作进入移动云计算领域，以及用户 对云计算的认知程度和信任感逐步增强，移动云计算将 实现加速发展，固定与移动融合的云计算解决方案也将 获得有力的推动。 5 结论与展望 作为技术理念与商业模式的一项创新，云计算对人 们思维方式和信息化发展方向的影响正在日益增强。正 如李德毅院士所讲的那样[8]：“云计算使得信息服务的 社会化成为可能，改变并精细化了大众需求，催生新的 市场和新的服务业。”当前，不只是企业和个人用户， 世界各国政府也纷纷加大了对云计算的投入，这有利 于云计算的可持续发展。如果将2009年定为“云计算元 年”的话，2010年起的5年里，云计算将如同各咨询机 构所预测的那样迎来一个快速发展的高峰。中国政府和 企业应当抓住这一机遇，在新的时代里伫立云头！ 6 志谢 本文作者有幸聆听华为公司刘南杰先生关于云计算 的精彩论述，对“端”—“管”—“云”的认识有所加 深；本文关于云计算的定义和发展论述受到了云计算研 究专家刘黎明先生多篇博文的启发；本文作者因为参加 InStat公司的报告会在云计算及移动云计算的认识与理 解上获益匪浅；中国移动研究院网站聚合了大量有价值 的研究资料，读后收获良多。在此，对以上组织与个人 一并表示感谢。 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Stephen Baker.Google及其“云”智慧[J].赵斌, 译.商业周刊,2008 黄晓庆.中国移动技术核心竞争力访谈实录[EB/ OL].[2010-02-23].http://labs.chinamobile. com/mblog/47_41350 51CTO快译.Gartner：2010年IT行业十大技术 云计算领跑[EB/OL].[2009-10-22].http:// cloud.51cto.com/art/200910/157925.htm Jackie Fenn.Inside the Hype Cycle:What’s Hot and What’s Not in 2009[EB/OL]. [2009-07-31].http://www.gartner.com/it/ content/1209700/1209713/dec2_hype_cycle_ jfenn.pdf 克里斯,安德森.长尾理论2.0[M].乔江涛,石晓燕， 译.北京:中信出版社,2版,2009:50-56,215-224 兰天.移动云计算：移动互联网的未来(报告目录) [EB/OL].[2009-08-18].http://www.instat. com.cn/index.php/archives/2077 Christine Gallen. 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Keywords Cloud Computing; Mobile Cloud Computing; IaaS; PaaS; SaaS; Long Tail 刘 越 工业和信息化部电信研究院通信信息研究所师。 Discussion on the Technologies and Applications of Internet of Things Huang Tao China United Network Communications Corporation Limited, Beijing 100031, China Abstract The Internet of things refl ects the trend of network evolution and convergence, and also the increasing needs of the information and communications technologies (ICT) in the human life. This paper introduces the concept, development status and some hot applications of the Internet of things. In addition, the standardization and key technologies of the Internet of things are discussed. Keywords Internet of Things; Applications; Standardization; Key Technologies (上接第13页) 研究与开发 云计算综述与移动云计算的应用研究 作者： 刘越， Liu Yue 作者单位： 工业和信息化部电信研究院通信信息研究所,北京,100191 刊名： 信息通信技术 英文刊名： INFORMATION AND COMMUNICATIONS TECHNOLOGIES 年，卷(期)： 2010，4(2) 被引用次数： 0次 参考文献(8条) 1.Stephen Baker.赵斌 Google及其"云"智慧 2008 2.黄晓庆 中国移动技术核心竞争力访谈实录 2010 3.51CTO Gartner:2010年IT行业十大技术云计算领跑 2009 4.Jackie Fenn Inside the Hype Cycle:What's Hot and What's Not in 2009 2009 5.克里斯.安德森.乔江涛.石晓燕 长尾理论2.0 2009 6.兰天 移动云计算:移动互联网的未来(报告目录) 2009 7.Christine Gallen Mobile Cloud Computing Subscribers to Total Nearly One Billion by 2014 2009 8.沈建缘.王然 科技也时髦 2010 相似文献(2条) 1.学位论文 蔡博 基于R-OSGi的弹性移动云计算应用模型的设计与实现 2010 随着移动电子设备的普及和“云计算”技术的推广，近几年基于云计算的手 机软件增长率逐年提高，移动云计算应用具有很大的市场空间。然而目前绝大多 数的实际应用和研究，均采用“瘦终端，胖云端”的模式，即将应用程序运行在 服务器端，移动设备只接收输入和显示输出。这种模式不仅造成较大的通信成本 和移动设备的资源浪费，同时无法适应某些需要部分程序运行在移动终端的应用 场景。本文提出一种弹性的移动云计算应用模型FMFramework，使移动云计算 应用可以根据需要，灵活、动态的调整应用程序组件在移动设备或服务器端的运 行状态。 FMFramework基于R-OSGi分布式Java动态模块化技术，将应用程序划分 成若干个独立运行的组件，这些组件可以运行于支持OSGi服务平台的移动设备 或服务器端的Java虚拟机上，并通过R-OSGi的分布式协议实现透明、高效的通 信。FMFramework为移动云计算应用程序提供弹性运行的管理机制，可以根据 应用程序的设置、用户的选择、安全因素、移动设备的负载情况等因素，设置个 性化的运行策略，在运行时动态调整各组件的运行状态，以达到提高应用程序的 运行效率、保障用户信息安全等目的。 本文具有以下几个创新点： (1)提出一种弹性的移动云计算应用模型； (2)基于R-OSGi框架实现弹性移动云计算应用模型的框架—— FMFramework； (3)用实际案例验证了FMFramework在移动云计算应用上的技术可行性。 关键词：移动应用，云计算，OSGi，R-OSGi 2.期刊论文 孙少陵 云计算变革下电信运营商的机遇及中国移动云计算探索 -移动通信2010,34(11) 文章从社会、经济、信息化发展的角度出发,归纳了云计算在我国信息化建设中的重要作用,指出电信运营商在云计算产业变革中将起到"推手"作用,并介绍了中国移动在"大云"研发和应用方面的 探索. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xxtxjs201002003.aspx 授权使用：曹先生(wfnjyd)，授权号：83f698bd-7028-4744-9d62-9e1801345a29 下载时间：2010年10月23日