在前面的教程中，讨论了应用层协议。通过该讨论，涵盖了理解物联网通信网络的必要基础。本教程将讨论与设备节点相对的物联网系统的另一端。那就是‘云’。

物联网在很大程度上是关于集成嵌入式电子产品和 IT 服务。没有云，这是不可能的。云是任何物联网系统的灵魂。云构成了物联网生态系统中的虚拟世界，而嵌入式设备共同构成了物联网系统的物理世界。这两个位于通过互联网互连的物联网的两端。在任何物联网应用中，云作为服务提供者都肩负着重大责任。基本上，云是一个远程服务器，它托管应用程序、服务和平台，以在物联网环境中提供服务和解决方案。

与典型的服务器不同，云需要更健壮和响应更快。在物联网生态系统中，可能有数十亿台设备随时生成千兆字节或千兆字节的数据。来自这数十亿台设备的数据可能具有很大的多样性和波动性。云必须足够高效以处理数据的这种可扩展性和多样性，并能够实时从该数据中产生有用的见解。产生此数据的物联网设备可能位于地理位置分散的位置。事实上，它们可以在全球任何地方。因此，云必须能够在“任何时间、任何地点和任何事物”的基础上连接、通信和引导数据和信息。

物联网云挑战

本质上，任何云（服务器）都必须具备以下能力——

1）必须具备大数据的访问、存储、分析、处理和监控能力。例如，甚至 Gmail 也是一种由计算机、笔记本电脑和移动设备使用的云服务。Gmail 用户可以在任何地方和任何设备上注册一个帐户、访问她的帐户、发送或接收电子邮件。有数十亿个 Gmail 帐户，每个帐户可能有成百上千封已发送和已接收的邮件。同样，物联网服务可能会被数十亿台设备访问，这些设备可能有大量数据要通过网络和云端共享和交换。可以有许多其他基于云的服务和应用程序的真实示例。

2) 数据必须在云端保持安全和受保护。存储在云中的数据可以是私有的，甚至是机密的。它必须安全地存储在云端，以便只有真实的用户或设备才能访问它。此外，在通过网络进行通信时，它必须保持安全，以免被攻击者入侵。

3) 云必须能够提供服务间和设备间通信。负责管理设备和管理设备之间的数据共享和交换的是云。它还负责同步设备之间的数据通信，以便成功执行 IOT 应用程序。它还可能需要与其他云、云服务和应用程序连接和通信以执行应用程序。

4) 尽管存在所有复杂性，但云必须具有成本效益。大数据和大数据分析需要丰富的IT资源和高效的软件。云必须能够优化 IT 基础架构的要求，以便以最具成本效益的方式实现物联网系统的目的。

在云上存储、处理和分析数据以获得有用的见解的过程统称为“云计算”。云计算在物联网中扮演着重要角色。它涉及通过 Internet 将数据、应用程序、照片、视频和更多内容交付到云端。云计算和物联网彼此紧密耦合。云计算充当大数据存储和分析的范例。虽然物联网本身令人兴奋，但真正的发展来自于它与云计算的结合。例如，传感数据可以通过云计算上传和存储，以后可以智能地用于与其他智能设备进行智能监控和驱动。

物联网中的云计算具有快速弹性，这意味着用户可以根据自己的需要轻松扩展服务。他们可以轻松快速地编辑软件设置、添加或删除用户、增加存储空间等。这些特性通过提供弹性计算能力、存储和网络进一步增强了物联网的能力。

物联网云架构——

因此，当物联网云面临的挑战现已为人所知时，就该讨论云的底层架构了。该架构强调了通常保持隐藏和抽象的所有后台进程。典型的云架构可以用下面的方框图表示——

物联网云架构和流程

任何云都旨在执行以下基本过程——

1）数据摄取

2）流水线

3）数据存储

4) 数据分析

5) 申请与展示

数据摄取——云需要做的第一件事是从网络收集数据。将数据从物联网设备导入云端的过程称为数据摄取过程。它聚合来自物联网设备的数据并分发数据以供进一步处理。它还通过将数据分发到物联网设备来反向工作。云在从网络接收数据以及将数据传输到设备时使用某些协议。此过程最终将所有收集到的数据传输到中央服务器，以进一步处理并为某些操作提供有用的见解。

流水线——收集数据后，物联网云负责以适当的方式管理数据。流水线化过程包括以下几个任务 -

设备注册——为了管理云上的数据，有一个部分用于使用其唯一 ID 注册设备，以便用户和云都可以唯一地识别设备并访问这些设备。

转换数据——数据到达云端后，可能需要将其转换为其他格式。例如，从温度和湿度传感器获取的信号电压可能需要转换为温度和湿度的校准单位。

聚合数据和计算——在转换和组合数据之后，可以对其应用某种分析，比如将数据分布到多个设备上，以避免在单个设备上进行操作。

丰富数据——设备生成的数据可以与设备的元数据或其他数据集相结合。例如，温度数据可用于进一步分析以获得有用的见解。

移动数据——处理后的数据可以传递到一个或多个存储位置或缓存中。

数据存储——来自物理世界的数据有多种形式。云平台提供足够的存储空间来以结构化方式存储数据。云平台提供可靠、高性能和安全的存储空间。大量的数据可以存储在云端，并且可以在世界任何地方随时随地远程访问。

实时数据分析——数据存储后，云平台可以对该数据进行某种分析，并将其转化为可供人类使用的可行行动。云平台使用某种数学或逻辑分析信息并处理信息，即将数据转换为信息以执行自动化任务。

应用和展示——云在处理数据后，可以将数据发送到其他物联网设备，以执行一些基于此的任务，或者可以将数据提供给其他计算引擎。

这些是物联网云执行的基本流程。物联网云在后台执行所有这些过程，以便最终用户和设备隐藏实际的实施细节。最终，物联网云的目的是将数据转换成小块并理解数据的每个部分，深入处理数据并从整个过程中推动高效、经济高效的行动。云充当基于互联网的服务的大脑。

物联网云作为服务提供商

云是物联网环境中的服务提供者。云计算有许多即服务角色。所有这些即服务角色都是由云平台提供的云服务。

物联网云服务

基础架构即服务 (IaaS) – IaaS 位于云计算服务堆栈的底部，其中 IaaS 提供商通过 Internet 向客户提供计算资源的基本构建块。基本构建块涉及网络资源、硬件、软件、存储和许多其他 IT 基础架构组件。IaaS 提供商向客户授予对所有这些资源的访问权限，并负责容纳、操作和维护所有这些设备。IaaS 用户按使用次数付费，通常按小时、周或月付费。一些ISP提供商还根据用户使用的存储空间向用户收费。IaaS 服务（专门针对用户）的主要优点是 IaaS 供应商/提供商负责配置和维护基础设施。所以，用户或企业无需担心基础设施升级，他们可以专注于任务或应用程序。一些著名的 IaaS 提供商是亚马逊网络服务、Windows Azure 和谷歌计算引擎。

平台即服务 (PaaS) – PaaS 介于 IaaS 和 SaaS 云计算服务之间，其中 PaaS 提供商为用户提供一个平台来开发、运行和管理应用程序，而无需构建和处理平台基础设施的复杂性。简而言之，PaaS 通常与在受限环境中开发和启动应用程序相关联。PaaS 用户管理应用程序和数据，而提供商处理运行时、中间件、操作系统、虚拟化、服务器、存储和网络。

IaaS 提供商提供的开发工具是根据用户的需要定制的。使用 PaaS 服务的主要优势在于它允许在用户端进行更高级别的编程，同时极大地降低了复杂性，因为它具有内置的基础架构堆栈，这使得软件端更易于管理和易于访问。PaaS 解决方案的一些示例是“Google App Engine”系统、在 Amazon Web Services 之上运行的“Heroku”和作为 SalesForce.com 软件即服务产品的一部分构建的“Force.com”。

软件即服务 (SaaS) – 云计算的顶层是 SaaS，其中最终用户仅操作软件应用程序，如电子邮件、文字处理等。用户无需安装和维护软件，只需通过 Internet 访问这些软件即可。他们无需担心复杂的软件开发和硬件管理。这些应用程序在 SaaS 提供商的服务器上运行。用户仅请求访问它们。提供商管理应用程序的访问及其安全性、可靠性和性能。一些最著名的 SaaS 提供商是“Google Apps”、微软的商业生产力在线套件等。

流行的物联网云服务 –

一些流行的公共云服务如下 -

1）谷歌云物联网（PaaS）

2）亚马逊AWS（平台即服务）

3）物语（软件即服务）

谷歌云物联网——谷歌物联网云是一套完全托管和集成的服务，可以轻松安全地连接、管理和摄取来自全球分散设备的物联网数据，实时处理和分析数据，实施运营变更并采取根据需要采取行动。谷歌云物联网具有以下特点——

a) 端到端安全——它通过基于证书的身份验证和 TLS 1.2 传输安全实现端到端安全。

b) 集成服务——跨谷歌云服务无缝移动物联网数据。

c) 高级数据分析——它使用 Google BigQuery 执行临时分析，使用 Cloud Data Studio 可视化数据，并使用 Cloud Machine Learning 获取情报。

亚马逊 AWS 物联网——亚马逊 AWS 是一个托管云平台，提供对物联网设备的访问，以安全地连接云应用程序和其他设备并与之交互。AWS IOT 可以以低延迟和低开销安全地处理多达数十亿台设备和数万亿条消息。AWS IoT 支持 HTTP、MQTT 和 websockets 等通信协议和标准。使用 TLS/SSL 安全性保护通信。

请注意——其他一些 PaaS 云平台，如 Microsoft azure IoT 套件、IBM Watson IoT、Salesforce IoT 云、Carriots 也值得一提。

Thingspeak – Thingspeak 是一个软件即服务物联网解决方案的开源平台。它提供 API 以通过 HTTP 协议从 IoT 设备存储和检索数据。ThingSpeak 集成了对 MathWorks 的数值计算软件 MATLAB 的支持。它允许用户上传和可视化来自物联网设备的实时数据。例如，开发人员可以在 thingspeak 上发布周围的温度和湿度数据以及时间记录。

物联网操作系统

有许多专门为物联网设计的操作系统。其中一些如下 -

Tiny OS – Tiny OS 是最流行和最古老的嵌入式操作系统，专门为无线传感器网络、家庭自动化和智能电表等低功耗设备设计。TinyOS 是用一种称为“nesC”（发音为 nes）的编程语言编写的-看）”。设计这个操作系统的动机包括：

a) 有限的资源——Tiny OS 操作系统旨在与具有较少 RAM、低成本和较小尺寸的设备一起使用。

b) 低功耗——它的设计考虑了本质上需要在低功耗下运行的无线传感器网络。

c) 灵活性——操作系统在硬件和软件之间提供灵活的模块化。

Contiki OS – Contiki 也是一个专门为物联网应用程序设计的操作系统。Contiki OS 完全支持 IPv6 和 IPv4 以及 6LowPAN、RPL 和 CoAP 等低功耗无线协议。Contiki OS 是用 C 语言编写的。Contiki被设计为运行在低功耗、低内存和低通信带宽的硬件设备上。它支持每个进程可选的抢占式多线程。

Tiny OS 和 contiki 操作系统之间的区别在于，TinyOS 更适合在资源非常有限且节省的每一点内存或计算能力都可以提供帮助的情况下。当灵活性最重要时，Contiki 可能是更好的选择。例如，当需要为大量节点经常更新节点软件时。

RIOT – RIOT 也是物联网设备的操作系统。它基于微内核，专为节能、硬件自主开发和高度模块化而设计。它支持 6LoWPAN、IPv6、RPL、TCP 和 UDP。它专为实现最高能效和低资源要求而构建，例如运行在最小 RAM 约 1.5 Kb 和最大 ROM 约 5Kb 的情况下。它能够在多个平台（嵌入式设备和普通 PC）上运行。它允许使用 C 或 C++ 进行标准编程，并且可以运行 16 位和 32 位平台。由于超低中断延迟（约 50 个时钟周期）和基于优先级的调度，它具有实时能力。

为了在物联网中集成云，数据的安全性、隐私性和可靠性是一个重要的考虑因素。必须保护数据免受互联网上任何类型的攻击。在下一个教程中，将讨论 IOT 安全性。