「计算机新技术」国际上计算机科学与技术的最新发展趋势及我国“十五”以来计算机领域的科技成果及技术创新性

计算机新技术

1、云计算

云计算是一种基于网络的提供动态资源池、虚拟化和高可用性服务的下一代计算模式，通过网络上异构、自制的服务为个人和企业提供按需即取的计算。云计算的模式有按服务分类和按归属分类.

1.1云计算分类

1.1.1按服务分类

云平台可分为IaaS、PaaS和SaaS。IaaS(Infrastructure as a Servive,基础架构即服务)是云计算服务的基础层次，在这一层面，将计算、网络、存储等资源集中，通过虚拟化、动态化形成资源池，通过网络向用户提供计算资源、运行用户业务系统。在IaaS之上是PaaS(Platform as a Servive,平台即服务)，这一层面除了提供基础计算能力外，还提供用户业务的开发运行环境。最上层是SaaS(Software as a Servive,软件即服务)，在这一层，软件是拿来即用的，不需要用户安装，一般ISP（互联网服务提供商）处于这一层。

IaaS云计算平台主要由7个部分组成：（1）计算虚拟化资源系统。（2）共享存储资源系统。（3）融合网络资源系统；在IaaS中心，使用网络系统将其它组件联通，结合为一个整体。根据位置和连接资源的不同，需要使用网络系统进行连接的主要有：服务器到接入设备之间的连接；服务器到存储设备之间的连接；接入设备到核心设备之间的连接，数据中心之间的互联，数据中心与外部网络的互联。此部分主要通过网络交换机和网络虚拟整合软件来实现。（4）安全防护系统；IaaS私有云数据中心的安全防护有4个方面：接入防护、网络防护、虚拟化防护和应用防护。（5）应用优化系统；典型的有应用负载均衡、链路负载均衡、全局负载均衡和应用加速等。（6）统一管理系统；指可以由一位管理员通过一套管理平台系统、完成整个业务的部署。（7）使用交付系统；作用是以逻辑资源形式将整合后的资源提供给终端用户使用，终端用户通过该系统得到自己所需的逻辑的计算、存储与网络资源。使用交付系统通常包括用户认证授权、资源申请、资源使用和日志统计等功能模块。

1.1.2按云的归属分类

可分为公有云、私有云、混合云。当企业既有私有云、又采用公有云服务时，两种云交互的部分即形成混合云。

1.2云计算技术

云计算应用的技术主要包括:

（1）虚拟化技术

虚拟机，后台服务器虚拟化是云计算重要的底层架构。在服务器虚拟中，虚拟软件需要实现对硬件的支持，资源的平衡、分配和管理，虚拟机与宿主机操作系统及许多虚拟机之间的隔离等功能。目前典型的实现（基本成为事实标准）有Citrix Xen、VMware ESX Server和Microsoft Hype-V等。

（2）分布式海量数据存储

目前数据存储技术包括Google的GFS（google file system,非开源）以及HDFS（Hadoop Distributed File System，开源）

（3）海量数据管理技术

云计算的数据管理技术最出名的是谷歌的BigTable数据管理技术，同时Hadoop开发团队正在开发类似BigTable的开源数据管理模块

（4）编程方式

目前提出的“云”计划的编程方式均基于Map-Reduce的编程模型。

（5）云计算平台管理技术

1.3云计算的劣势

（1）云计算面临着网络安全的问题

（2）云计算面临低速连接时效果差的问题

对于连接速度，也有比较高的要求，在带宽比较低的国家和地区，会成为一个限制云的应用的瓶颈。基于Web的应用程序往往需要大量的带宽来下载，在处理大量的文档时更是如此。

2、物联网

通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。核心是将互联网扩展应用于我们所生活的各个领域。

2.1物联网体系架构

物联网体系架构由感知层、网络层、应用层组成。感知层实现智能感知，包括信息采集、捕获和物体识别。网络层实现信息的传送和通信。应用层则包括各类应用，如监控服务、智能电网、工业监控、绿色农业、智能家居、环境监控、公共安全等。目前物联网主要应用在城市运行管理、医疗卫生领域、农业领域的应用、生态环境方面

2.2物联网核心技术

物联网核心技术包括

（1）射频识别RFID技术

它是一种以非接触方式工作的无线感应的自动识别技术，射频识别又称为电子标签，数据存储和数据检索都是利用无线传输技术来实现，不需要与目标实体有直接接触，在系统中，射频识别的主要部件就是电子标签和读写器，读写器是通过无线信号来读取远处目标的电子标签内的信息，然后根据读取到的信息来识别目标实体的信息。

（2）电子标签

电子标签分为两种，工作时需要外接电源供电的叫主动标签，工作时不需要外接电源供电，而是通过被动的电磁感应返回信息的叫被动标签。

（3）读写器

用来对电子标签进行识别并进行读写的功能部件，它主要通过天线与电子标签进行无线方式的信息交换，在读写器内部有中央处理器、发送器、接收器、控制器等组成。

（4）计算机系统

它和读写器相连接，用来处理由读写器获得的电子标签的数据，通过计算机系统对这些的处理，就可以实现后台控制的功能。

（5）无线传感器网络技术

它是由多个无线传感器节点组成的自组织网络系统，这些传感器节点具有数据处理、无线通信和感知的性能。

（6）物联网网络技术

在物联网中，设备和对象依赖于信息交换的通信协议并被唯一地识别，对象命名、身份管理、信息隐私、数据保密性和加密、网络安全、互通性、光谱、物联网的绿化都是物联网将要面临的问题。其中物联网绿化是指数据传输速率和连接互联网的边缘设备在不断增加，网络的能量消耗也在高速地增加，因此，需要采取绿色技术使网络设备尽可能地节能。

2.3物联网的安全问题

在安全和隐私方面，物联网感知层中RFID、GPS、M2M终端等设备通过无线网络收集信息，容易被非法监听、干扰和窃取，传感网络中可能存在的攻击有

（1）直接攻击；在直接攻击中，攻击者直接从用户那里获取信息，比如位置信息等。

（2）感知攻击；攻击者可以设定对象来收集有关环境的各种信息。

网络层隐私安全分析中攻击类型有

（1）中继攻击；即用户个人信息在不被告知的情况下被公开。

（2）推理攻击；通过使用其他攻击类型中收集到的数据来建立一个反应社会活动、移动行为和其他实体移动规律的图。

（3）自动入侵攻击；在物联网中，收集大量的信息后，自动化系统就可以结合数据并且进行数据挖掘或分析。

随着技术的飞速发展，物联网正在扩大互联网的范围。这种互相通信形成了物物间和人机之间信息的自主交换，它改变着人们的日常生活方式。

3、大数据

大数据是无法在一定时间内用通常的软件工具进行收集、分析、管理的大量数据的集合。一般用“4V”概括，即：Volume:数据量大；Variety：数据类型多；Value：数据的价值密度很低；Velocity：数据产生和处理的速度非常快。

3.1大数据的产生主要来源

(1)科学研究,包括天文学、生物学和高能物理等各种研究项目不间断地获取研究数据；

（2）智慧城市建设，包括市政交通管理、精细农业、智能家居和环保监察等；

（3）移动、电信和联通等通信和互联网运营商，实时采集网络底层数据进行网络优化，也会对所有用户的消费行为进行深度挖掘；

（4）互联网企业，包括百度、新浪、腾讯、阿里巴巴等，每天产生巨量的数据；

3.2大数据采集方法及共享方式

主要包括：系统日志采集、网络数据采集、数据库采集、其他数据采集等四种。

大数据共享主要通过数据集市和开放数据平台等方法实现，预处理是对数据进行清洗、填补、平滑、合并、规格化以及检查一致性等处理，并对数据的多种属性进行初步组织。从而为数据存储、分析和挖掘做好准备，通常预处理包括三个部分：数据清理、数据集成和变换和数据规约。

大数据的存储和管理技术主要分三类：分布式文件系统、数据仓库和非关系型数据库。大数据分析和挖掘主要基于人工智能、机器学习、模式识别、数据挖掘、统计学、数据库等技术。大数据检索主要利用数据库实时检索和实时搜索。大数据可以用来进行视频搜索、内容分析、理赔分析、社交网络分析、社会分析、社交媒体监控。

目前，mapreduce分布式处理方式已经成为大数据处理各环节的通用处理方法，最先由谷歌设计并实现，包括分布式文件系统GFS、MapReduce分布式编程环境以及分布式大规模数据库管理系统Bigrable。

4、最新成果及技术创新

“天河二号”成为全球最快的超级计算机。超级计算机是国家科研的重要基础工具，在地质、气象、石油勘探等领域的研究中发挥关键作用，也是汽车、航空、化工、制药等行业的重要科研工具。

近年从数字城市到智慧城市建设也取得重大成果，并提出智慧城市建设与大数据战略，城市大数据中最重要的信息是城市建设、环境、教育、医疗等的聚集，它将智慧城市的建设分为城市建设、信息、产业、管理等四个领域智能化，目前已经有二百多个城市在规划中提出建设智慧城市。

国家高性能计算应用服务环境关键技术与应用的设计思想先进，具有新型服务形态的国家高性能计算服务环境，支持环境运行和应用服务的网格服务软件、万核级大规模并行计算技术和高性能计算与网格应用等方面有重大创新，促进了我国高性能计算基础设施与高性能计算应用的跨越式发展，整体技术水平处于世界先列。阿里巴巴，百度云等，网格GIS都是近年的最新成果，都融合了国际最新发展趋势，为用户带来极大方便，也节省了企业的开支。

Time:2014.10.15

国际上计算机科学与技术的最新发展趋势及我国“十五”以来计算机领域的科技成果及技术创新性