关于网络、网格、物联网、云、智慧城市、大数据等概念的探讨

● 文| 钱学森空间技术实验室 廖楚江 黄宇民 侯宇葵 汪夏

关于网络、网格、物联网、云、智慧城市、大数据等概念的探讨

● 文| 钱学森空间技术实验室 廖楚江 黄宇民 侯宇葵 汪夏

一、引言

随着上世纪末的信息技术革命的深入发展，全球空间信息传输与分发、空间导航服务、空间遥感等与互联网等领域实现了全面的融合发展，带动了以网络、网格（栅格）、云（技术/计算/服务）、物联网、大数据、智慧城市等创新概念为代表的创新技术不断涌现，推动了一系列的新兴信息技术产业的迅猛发展，成为未来国家网络化、信息化发展的新的增长点，促进了社会网络化、信息化的发展进程，推动了“互联网”的深入发展。

这些创新技术概念有各自特定的技术内涵和应用方向，代表了“互联网”技术的不同技术阶段和不同应用模式，相互之间有一定的继承和替代关系，也有不同的应用背景。因此，有必要对这些创新技术概念进行梳理，避免这些概念的滥用、错用。

二、概念基本定义

1． 网络

网络是由节点和连线构成的图，表示研究诸对象及其相互联系。有时用的带箭头的连线表示从一个节点到另一个节点存在某种顺序关系，是从同类问题中抽象出来的用数学中的图论来表达并研究的一种模型[1]。

信息网络是由信息网元组成的集合体，用以支持组织之间和组织内部的包括话音、文本、数据或它们组合体的各种形式的通信要求[2]。其中，信息网元是网络基本组成部件，在不同的网络中，其组成部件具有不同形式。

现代网络一般指“三网”：电信网络、有线电视网络、计算机网络。狭义的含义即因特网。

2． 网格（栅格）

网格与栅格只是中文翻译的不同，在英语中均为grid。在民用领域常译作“网格”，而以前在军事领域常译作“栅格”。

在信息学中，网格是集信息收集、存储、处理、分发与管理等功能于一体，广域分布、可扩展的公共信息网络。由各种通信网络、计算机、存储器、软件、数据等组成。用于对所有通信和计算机软硬件资源进行有机融合，实现信息资源的共享和操作[3]。

网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。学术界和商业界围绕网格开展的研究有很多，其研究的内容和名称也不尽相同。中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格实际上是继传统互联网、Web之后的第三次浪潮，可以称之为第三代互联网应用。

3． 云（技术/计算/服务）

云技术（Cloud technology），《著云台》的分析师团队结合云发展的理论总结认为，基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。

云（计算/服务）是一种商业服务模式，它将计算（/服务）任务分布在大量计算机、存储器等构成的“资源池”上，是用户能够按需获取其所需的计算能力、存储空间好信息服务。这种“资源池”称为“云”，是一些可以自我维护好管理的“虚拟”计算、服务资源（通常是一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等）。云计算（/服务）是并行计算（/服务）、分布式计算（/服务）和网格计算（/服务）等科学概念的商业实现[4]。

4． 物联网

国际电信联盟( ITU) 对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别(RFID) 装置、红外感应器、全球定位系统和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相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[5]。

物联网技术的定义是：通过射频识别（RFID）、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，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。

5． 大数据(Bigdata)

现在没有统一的概念定义。

维基百科的解读是：“大数据”，或称巨量数据、海量数据、大资料，指的是所涉及的数据量规模巨大到无法通过人工，在合理时间内达到截取、管理、处理、并整理成为人类所能解读的信息。

百度百科的定义为：“大数据”，或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法透过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。

6． 智慧城市

智慧城市目前没有统一的、多数人所公认的定义，下面三个概念应用得定义较为普遍。

智慧城市是在新一代信息技术加速发展的背景下，充分运用物联网、云计算、光网络、移动互联网等技术手段，对公众服务、社会管理、产业运作等活动的各 种需求做出智能的响应，将人、商业、运输、通信、医疗、能源等城市运行的各个核心系统整合起来，以一种更智慧的方式运行的新型城市发展模式。

智慧城市的本质在于信息化与城市化的高度融合，是城市信息化向更高阶段发展的表现，实现信息化、工业化与城镇化深度融合，有助于缓解“大城市病”，提高城镇化质量，实现精细化和动态管理。

智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会下一代创新(创新2.0)环境下的城市形态。智慧城市基于物联网、云计算等新一代信息技术以及维基、社交网络、FabLab、LivingLab、综合集成法等工具和方法的应用，营造有利于创新涌现的生态。实现智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民、以人为本持续创新，完成从数字城市向智慧城市的跃升[6]。

三、相互之间的关系

1． 网络与网格

（1）网络的基本要素

网络解决主要的是物理层、链路层和网络层的问题，解决“互联互通”的问题。

归纳网络的四要素：①通信线路和通信设备；②有独立功能的计算机；③网络软件支持；④实现数据通信与资源共享。

（2）网格的发展目的

网格发展的目的是希望它能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体。

网格是在网络基础之上，基于面向服务架构，使用互操作、按需集成等技术手段，将分散在不同地理位置的资源虚拟成为一个有机整体，实现计算、存储、数据、信息、软件、通信、设备、知识和专家等资源的全面共享，从而大大提高资源的利用率，使用户获得前所未有的能力。

网格必须同时满足三个条件：在非集中控制的环境中协同使用资源；使用标准的、开放的和通用的协议和接口；提供非平凡的服务。

（3）相互关系

两者的关系简单的说，即网络是网格的基础设施及前提，是网格的支撑平台；网格是网络的应用升级，是依托网络而存在的。

网格与网络不同之处在于：

1） 网络里各节点是各自为阵、独立运行的。网格里是若干节点相互配合、协作运行的，因而网格可以发挥出整体效能。

2）网络的信息未加以规范，需要大量的人工劳动来消化和综合信息。网格环境里信息含义有统一的规范，可以全面实现互连、互通、互操作，自动化程度很高。

3）基于网络的信息系统集成，是在各“烟囱”式系统之间做接口打通道，随着集成系统的数量增加，接口数量呈指数增长，而且一旦做好很难改变，无法适应形势不断变化的需要。网格里只需要为各系统做一个接口集成到公共平台，即可实现任意系统之间的集成，集成复杂度随着系统规模增长仅呈线性增长，扩展性和适应变化的能力很强。

4）运用传统网络技术集成信息系统，往往需要废止原有系统、改变现有业务流程，往往要求各个部门将各自数据上缴到数据中心。网格技术是在原有各个系统基础上作动态扩展，不需要各部门上缴数据，而是直接从正在运行的各个系统中实时获取，做到新旧兼容，既解决了数据的保鲜更新问题，又解决了各部门因各自利益考虑不愿提供全部数据的问题[7]。

2． 网格与云技术（/计算/服务）

云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。

网格与云技术（/计算/服务）的关系如表 1所示。

表 1 网格与云计算的比较

由上表可以看出，网格与云计算其实是互补的关系。网格主要解决分布在不同机构的各种信息资源的共享与互操作的问题；而云计算主要解决计算力和存储空间的共享使用问题。 云计算本身并不解决分布式海量数据资源的有机集成问题。

云计算是网格技术的一种简化形态，云计算的成功也是网格的成功。网格不仅要集成异构资源，还要解决许多非技术的协调问题，也不像云计算有成功的商业模式推动，所以实现起来要比云计算难度大很多。但对于许多高端科学或军事应用而言，云计算是无法满足需求的，必须依靠网格来解决。

3．物联网与网络

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是物物相连的“互联网”。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信[8]。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。

“物联网技术”的核心和基础仍然是互联网技术，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通信。

4．物联网与云技术（/计算/服务）

（1） 物联网将成为云计算最大“用户”

物联网将成万上亿计的网络传感器嵌入到现实世界的各种设备中，如移动电话、智能电表、汽车和工业机器等，用来感知、创造并交换数据，无处不在的传感网络带来了大量的数据，这些数据正日益成为与实物资本和人力资源同等重要的生产要素。

与此同时，云计算为物联网所产生的海量数据提供了很好的存储空间，并使得实时在线处理成为可能。物联网将是云计算最大的用户，二者的融合展开了信息时代的无限遐想。

（2）云计算融合物联网推动数据价值挖掘

云计算是物联网发展的基石，而物联网又促进着云计算的发展，在大数据时代，二者的融合发展必然能推动数据价值进一步显现。

云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使得物联网中各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。云计算为物联网提供了可用、便捷、按需的网络访问，如果没有这个工具，物联网产生的海量信息无法传输、处理和应用。

5．大数据与云技术（/计算/服务）

从技术上看，大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台的计算机进行处理，必须采用分布式架构。它的特色在于对海量数据进行分布式数据挖掘（SaaS），但它必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库（PaaS）和云存储、虚拟化技术（IaaS）。

随着云时代的来临，大数据也吸引了越来越多的关注。大数据需要特殊的技术，以有效地处理大量的容忍经过时间内的数据。适用于大数据的技术，包括大规模并行处理（MPP）数据库、数据挖掘电网、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、互联网和可扩展的存储系统。

四、智慧城市及其他

1．智慧城市的基础

智慧城市的要求，具体表现在更透彻的感知、更广泛的交互、更深入的智能化三个方面。

从技术发展的视角，智慧城市建设要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。从社会发展的视角，智慧城市还要求通过维基、社交网络、FabLab、LivingLab、综合集成法等工具和方法的应用，实现以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的知识社会环境下的可持续创新，强调通过价值创造，以人为本实现经济、社会、环境的全面可持续发展。智慧城市是继数字城市之后信息化城市发展的高级形态[9]。

第一，智慧城市建设必然以信息技术应用为主线。智慧城市可以被认为是城市信息化的高级阶段，必然涉及到信息技术的创新应用，而信息技术是以物联网、云计算、移动互联和大数据等新兴热点技术为核心和代表。

第二，智慧城市是一个复杂的，相互作用的系统。在这个系统中，信息技术与其他资源要素优化配置并共同发生作用，促使城市更加智慧的运行。

第三，智慧城市是城市发展的新兴模式。智慧城市的服务对象面向城市主体——政府、企业和个人，它的结果是城市生产、生活方式的变革、提升和完善，终极表现为人类拥有更美好的城市生活。智慧城市的本质在于信息化与城市化的高度融合，是城市信息化向更高阶段发展的表现。

2．与其他概念的关系

智慧城市的建设从技术发展视角来看，要求通过以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、互联以及融合应用。比如，医疗、交通、安保等产业均需要后台巨大的数据中心，需要云计算中心的支持，而云计算中心是一个智慧城市很重要的基础设施，数据的分析与处理等工作都将放到后台进行操作，都为打造智慧城市提供了良好的基础。

对智慧城市基本特征的界定是：全面物联、充分整合、激励创新、协同运作等四方面。即智能传感设备将城市公共设施物联成网，物联网与互联网系统完全对接融合，政府、企业在智慧基础设施之上进行科技和业务的创新应用，城市的各个关键系统和参与者进行和谐高效地协作。

五、结论

综上所述，这几个概念的基本逻辑关系如图1所示：

图1 概念关系示意图

主要结论：

● 网格是网络的最新发展，我们现在所说的网络一般是指网格；

● 网格是云技术（/计算/服务）、物联网、大数据及智慧城市的信息基础设施；

● 物联网是互联网的应用拓展；

● 云计算促进物联网和互联网的智能融合，有利于构建智慧城市；

● 大数据是智能化的技术基础和前提；

● 上述技术、系统的融合应用与支撑，是智慧城市发展的基础和前提。

参考文献

[1]现代汉语词典[M]. 北京：人民邮电出版社，1993：1013-1014．

[2]刘少亭, 卢建军, 李国民,等.现代信息网[M].北京：人民邮电出版社，2000： 1-2．

[3]全军军事术语管理委员会, 军事科学院. 中国人民解放军军语（全版）[M]. 北京：军事科学出版社，2011：590-591．

[4]刘鹏, 慈祥, 文艾，等. 云计算[M]. 北京：电子工业出版社，2010：1-2．

[5]物联网概念的起源及演变．中移物联网[N] 2014-01-12．

[6]陈海明，崔莉，谢开斌，等.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J]．计算机学报．2013年1月1日[引用日期2014-01-11]．

[7]刘鹏, 王立华. 走向军事网格时代[M]. 北京：解放军出版社，2004：13-15．

[8]智慧城市与数字城市之比较. 赛迪网[N] 2012-07-17．

[9]新一代信息技术勾勒未来“智慧城市”蓝图. 赛迪网[N] 2013-10-3．