1.4.2 云计算

云计算的想法可以追溯到20世纪60年代，McCarthy J曾经提到“计算迟早有一天会变成一种公用基础设施”，即计算能力可以像煤气、水电一样，取用方便、费用低。在并行计算、分布式计算、网格计算和效用计算的基础上，云计算经过持续演化和融合改进，逐步形成了目前流行的云计算模型。云计算的出现并非偶发性的创新成果，而是信息技术，尤其是计算技术一步步发展的必然结果，并且在未来仍然还有巨大的发展空间。

1.云计算的基本概念与体系架构

从根本上说，云计算以虚拟化机制为核心，以规模经济为驱动，以互联网为载体，以由大规模的计算、存储和数据资源组成的信息资源池为支撑，按照用户需求动态地提供虚拟化的、可伸缩的信息服务，包括公开云和私有云两种类型。云计算系统一般具备7个典型特征：超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高扩展性、按需服务与极其廉价。

云计算的体系架构可分为核心服务层、服务管理层和用户访问接口层，如图1.2所示。

云计算核心服务可以分为3个子层：基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）层、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）层、软件即服务（Software as a Service，SaaS）层。这3个子层也是云计算的3种典型的服务方式：IaaS层利用硬件基础设施部署服务，为用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络等资源；PaaS层基于计算、存储和网络基础资源，为面向企业或终端用户的应用及业务创新提供快速、低成本的开发平台和运行环境；SaaS层提供了完整可用的应用软件，不需要用户安装，软件升级与维护也无须终端用户参与。各层可独立提供云服务，下一层的架构也可以为上一层云计算提供支撑[24]。

服务管理层为核心服务层的可用性、可靠性和安全性提供保障。服务管理层包括服务质量（Quality of Service，QoS）保证、安全管理、计费管理、资源监控等管理内容，这些监管措施对云计算的稳定、高效运行起到重要的作用。

用户访问接口层实现了云计算服务的泛在访问，通常包括命令行和Web门户等形式。命令行和Web服务的访问模式既可为终端设备提供应用程序开发接口，又便于多种服务的组合。由于不同云计算服务商提供的接口标准不同，用户数据不能在不同服务商之间迁移。为此，在Intel、Sun和Cisco等公司的倡导下，云计算互操作论坛（Cloud Computing Interoperability Forum，CCIF）宣告成立，并致力于开发统一云接口（Unified Cloud Interface，UCI），以实现“全球环境下不同企业之间可利用云计算服务无缝协同工作”的目标。

2.云计算与智慧城市

云计算平台以其空前强大的数据分析计算能力，成为智慧城市的“大脑”，全面协调城市生活的各个方面，实现对城市中海量数据的计算及存储，并可提高城市中各种资源利用率，节约智慧城市建造成本。智慧城市包含城市生活的各个方面，是一个由多应用、多行业、多系统组成的复杂的综合体。在智慧城市的建设中，累积了大量数据信息，并且在城市的多个应用系统之间存在资源共享与信息交互的需求。智慧城市的各个应用系统均需要存储在云计算中的各种数据，用于实现各自功能。如此众多而繁复的系统需要多个强大的信息处理中心来进行各种信息、各种数据的处理，所以说，云计算能满足智慧城市建设的要求。

云计算作为一种新的计算模式和服务模式，以其海量的存储能力和可变化的计算能力著称，并且它以服务的方式提供给用户，使用户能够在不同地点、不同时间、不同平台上使用，极大地发挥网络资源的价值和优势，减少对终端平台的依赖性。云计算对智慧城市的各类应用做出有力支撑，以建设云计算为核心，打造各类云技术（如电子政务云、医疗云、市政云、交通云、教育云、安全云、社区云、旅游云等），已经成为智慧城市建设中较为广泛的应用模式。云计算将改革整个城市的发展模式，极大提高城市的智慧程度，促进城市各个方面健康快速发展。

城市各个领域之间是一种“相互依赖”的网状关系。智慧城市的建设需要充分了解城市中的信息，分析城市各个领域之间的网状关系。智慧城市将城市中的人才流、物资流、信息流、资源流、资金流等信息存储在云端，全面整合城市的信息资源。

融合是智慧城市的本质所在，它将信息技术与传统产业相融合，在融合过程中将产生一系列的新型行业，如快递、网络运维管理、高端网站建设等，这些行业将间接推动城市传统支柱产业的发展。在构建基于云计算平台的智慧城市的过程中，需要先一步建立智慧政府，再以智慧政府为核心，解决交通、医疗、教育、居民生活等一系列社会管理服务问题。云计算为智慧城市的发展提供了更加广阔的发展空间。

智慧城市需要各方协力推进，更需要注重整合相关信息资源。智慧城市建设要高度重视信息的挖掘、整合与再应用。而云计算作为一种新兴的计算模式，其重要功能就是整合资源，为应用提供强大的支撑，使信息能够全方面地共享，为预测和决策提供有力的智慧参考，从而提升政府的行政能力。例如，城市在多年的建设中已经开发了多个电子政务、电子商务等应用平台，这些系统积累了大量有价值的资源。但这些平台是相互独立的，彼此之间没有信息交互与资源共享。同时，大量且重复的系统平台使各行业出现了设备利用率低、管理成本高等问题。云计算中心的建设能够有效整合设备硬件资源和信息数据，支撑更大规模的应用，处理更大规模的数据，并且能够对数据进行更深度的挖掘，从而为政府决策、企业发展、公众服务提供更好的平台。

云计算的突出特点在于实现资源共享。采用云计算方案构建的智慧城市将提高城市基础资源的利用率，有效降低城市基础设施的投资规模。此外，云计算还可以有效地节约能源，在夜间设备资源负载低时，可以将业务转移到部分物理资源上，而将其他空闲的物理资源关机或转入节能模式。云计算数据中心通过集中的资源管理，可以降低日常维护工作量，大量的工作都转移到后台由专业人员完成，从而降低管理维护成本，提高管理效率。云计算数据中心通过资源整合、统一管理可以有效降低信息资源共享的成本和信息化的门槛，使更多的单位和企业走进信息化时代，从而提高工作效率。

信息是现代城市发展的基础，人们对信息服务的要求不断提高。相对于各行业混杂的公众云，行业云不仅能够提供更丰富、更有层次、更专业的信息服务，还能够深度挖掘行业数据信息，推动智慧城市的建设。例如，针对医疗设备、医务人员、患者信息、电子病例等的医疗云，针对道路信息、车流量、天气、温度等的交通云，针对商业组织市场情报与服务的商业云等。多个不同层次、不同大小的行业云形成一套有机的城市生态系统，支撑起智慧城市的建设，推进智慧城市的发展。

庞大的基础软、硬件资源将造成巨大的能源消耗，绿色且节能地使用这些资源是每个行业的必然追求，也是云计算发展的初衷之一。

云计算数据中心的模式是将公共资源池租给多个用户使用，将多个硬件资源集中起来，使用专业合理的方式维护设备，降低能耗。同时，按需分配资源可以有效提高资源利用率，在夜间数据中心整体负载降低的情况下，可将空闲资源转入休眠模式或直接关闭机器，从而在最大限度上实现数据中心绿色、低碳的节能运行。

3.基于云计算的智慧城市的应用范例

智慧政府是智慧城市发展的核心动力，政府信息资源可通过政务管理平台实现资源的优化配置和高效利用，而其功能的实现也依赖于云计算的支撑。传统的基于设备的资源共享系统具有很多局限性，如文件传送、公共数据中心运维管理等无法实现高效率的使用与共享。基于云计算的政务管理平台不仅向公众提供可参与的网络平台，还可以保证公众的诉求有良好的回应。通过政务管理平台，公众可以自助满足对政府服务的各种需要，这些服务以开放公用的方式集中在云端，公众可通过网站、App等各种手段享受智慧政府的各种服务。因此，智慧政府可通过云计算平台来提高自身运作能力和运作效率，为智慧城市的建设提供核心动力。

智慧是教育永恒不变的追求，教育的目的就在于启迪人们的智慧，新一代信息技术的发展使教育有了新特征，教育本身被赋予了智慧的内涵。以智慧的教育启迪智慧是教育信息化的必然之路，也是现代教育发展的新阶段。智慧教育并不是信息技术与传统教育的简单累加，它需要以智慧学习环境为技术支撑、以智慧教学方法为催化促导、以智慧学习为根基。我国教育信息化发展到现在仍然不能实现智慧教育主要是因为教学方法单一，不能很好地利用各种教育资源丰富教育手段、改善教育方法；教学环境孤立，优质教育资源共享困难；学生学习仅仅局限于教师教授，不能很好地利用互联网上的各种资源进行自主学习。云计算的出现为智慧教育带来了希望与可能，是智慧教育实现智慧的所在。云计算的核心在于计算与存储功能的虚拟化、集中化，可实现教学资源的快速统整与共享，改善教育现状。基于云计算的教育支撑平台将全面整合教育系统中的各种优质教学资源、平台、应用等，构建一个统一的智能开放架构的云计算平台，为用户提供租用或免费服务，满足用户通过终端应用完成教学、学习、管理、科研、社会交往等方面的需求，实现发布教育信息、获取教学资源、开展教学互动、统计教育信息与数据、形成科学决策、实施教育评价、开展协同科研等系列教育活动。

智慧社区可实现社区内的充分连通，达到人与物、人与人的全方位交流，有助于解决民生问题，以及日渐复杂的城市管理问题。

云计算技术将全面整合社区内的物业、家居、监控、医疗、教育等资源，集成物业服务、家居服务、医疗服务、教育服务、安保服务等业务，集中智能化处理社区中的各种资源信息，向社区居民提供各种信息和应用服务，实现社区服务的高效运行，为住户提供一种安全、舒适、方便、快捷和开放的信息化生活空间，全面提高居民生活水平，打造优秀的城市单元，解决城市管理难题。