姚 鈧，趙 偉，黃松嶺

（清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

0 引 言

現(xiàn)今，云計(jì)算技術(shù)正迅猛發(fā)展。云計(jì)算意味著一種服務(wù)、交互和使用模式，它基于龐大的硬件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將大量計(jì)算資源經(jīng)聯(lián)網(wǎng)被統(tǒng)一管理和調(diào)度，以構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源池。依托云計(jì)算，任意用戶通過網(wǎng)絡(luò)、合適的接入設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器，可實(shí)現(xiàn)文檔處理、資料存儲(chǔ)、問題分析、科學(xué)計(jì)算、數(shù)值仿真等任務(wù)。云計(jì)算昭示著人類工作和生活方式的一種變革。

云計(jì)算技術(shù)將會(huì)大力推動(dòng)具有鮮明計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、軟硬件結(jié)合日益緊密特征的測量儀器的發(fā)展。本文論及的測量儀器云概念，就是將云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用于新型測量儀器模型建立的一個(gè)探索性嘗試。

1 測量儀器的沿革及其新概念

1.1 測量儀器的沿革以及需求帶動(dòng)下的進(jìn)步趨勢

縱觀利用測量儀器進(jìn)行試驗(yàn)、從事科學(xué)研究的歷史，測量儀器的發(fā)展變化大致經(jīng)歷了模擬指針式儀器、數(shù)字式儀器、初步智能儀器以及虛擬儀器4個(gè)階段[1]。

早期的測量儀器都是獨(dú)立式的，每臺(tái)儀器都包含有被測對象信息傳感拾取、信號調(diào)理、分析處理、存儲(chǔ)輸出等所有功能單元。到了虛擬儀器亦即計(jì)算機(jī)化的儀器階段，測量儀器的構(gòu)成發(fā)生了根本性變化，傳感器獨(dú)立出測量儀器之外，不同被測對象被轉(zhuǎn)換成符合共性標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號后，被采集送入計(jì)算機(jī)，測算、分析及處理、輸出及顯示等任務(wù)均交由計(jì)算機(jī)來完成。裝設(shè)在計(jì)算機(jī)中的測量儀器軟件，能實(shí)現(xiàn)對傳感器輸出的測得數(shù)據(jù)的采集、測算、分析、處理、結(jié)果顯示等傳統(tǒng)測量儀器的絕大部分功能。對不同種類被測對象的測量，差別主要在傳感器和所調(diào)用的裝設(shè)在計(jì)算機(jī)中測量軟件功能的不同。測量儀器以“傳感器+計(jì)算機(jī)+測算軟件”為載體，并得益于這三者的不斷優(yōu)化，在測量自動(dòng)化、儀器尺寸減小、測量效率提高、測量結(jié)果更準(zhǔn)確、測量功能拓展等很多方面比傳統(tǒng)測量儀器有明顯改進(jìn)和提高，已在越來越多的領(lǐng)域和方面，以越來越高的比例取代了模擬式、數(shù)字式及初步智能式儀器[2]。

但到了今天，虛擬儀器這種與計(jì)算機(jī)高度融合的構(gòu)建模式，在更大規(guī)模、更快實(shí)現(xiàn)以及更多樣化的測量任務(wù)需求面前，又表現(xiàn)出了不適應(yīng)性，因?yàn)樗男阅苁芟抻跇?gòu)建它的單臺(tái)計(jì)算機(jī)。如果能利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源，例如利用多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行處理測量數(shù)據(jù)、采用新的測量算法等，則將可能在現(xiàn)有測量儀器資源水平不變的情況下，進(jìn)一步提高測量儀器的能力和水平。因此，突破測量軟件資源僅與單件儀器硬件即單臺(tái)計(jì)算機(jī)緊密融合這種資源有限的約束，是日益增長的新測量任務(wù)對測量儀器提出的新需求，這也成為了測量儀器技術(shù)發(fā)展的動(dòng)因。

1.2 測量儀器新概念——測量儀器云

云計(jì)算是將規(guī)模宏大的計(jì)算任務(wù)提交到由大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的計(jì)算資源池，獲取到所需計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和軟件服務(wù)的一種技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算能以一種服務(wù)的方式提供給用戶所需的計(jì)算能力，允許用戶無需了解計(jì)算服務(wù)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)，就能獲取到滿意的計(jì)算能力服務(wù)[3]。

測量儀器云是虛擬儀器、網(wǎng)格儀器、云計(jì)算及測量等多種技術(shù)整合、融通、演進(jìn)并躍升的結(jié)果，即測量儀器云將云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用到虛擬儀器和網(wǎng)格儀器上，將它們升級為更廣闊、更通用、更靈活的系統(tǒng)平臺(tái)上的儀器資源。測量儀器云采用了云計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)，繼承、吸納云計(jì)算的構(gòu)建模式和技術(shù)特征，具體將各種現(xiàn)有的、大量的測量儀器資源集中在一個(gè)先進(jìn)的平臺(tái)之上，通過整合、融通及共享，使它們在統(tǒng)一的管理和調(diào)配下具備更大的使用靈活性和更高的利用效率，從而將宏大的、滿足各類不同需求的測量儀器資源，以一種服務(wù)的形式提供給用戶，使用戶能獲得所需的更強(qiáng)測算能力的測量儀器資源。

2 測量儀器云產(chǎn)生的技術(shù)基礎(chǔ)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)近20年的迅猛發(fā)展，作為測量儀器云構(gòu)建基礎(chǔ)的傳感器、分布式處理、并行計(jì)算、網(wǎng)格儀器等關(guān)鍵技術(shù)均已有成功實(shí)踐，甚至已得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 現(xiàn)代傳感器已具備與測量儀器云互聯(lián)的性能

現(xiàn)代傳感器將傳統(tǒng)測量儀器感知、拾取被測對象信息的測量功能承擔(dān)起來，在新材料、微電子技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等的支撐下，體積越來越小，規(guī)格系列越來越齊全，對被測對象影響越來越小，即感知、拾取被測對象信息的準(zhǔn)確度越來越高，去噪能力越來越強(qiáng)，測量范圍越來越大，自動(dòng)化、智能化水平越來越高；且由于其輸出即為計(jì)算機(jī)的輸入，故已具備標(biāo)準(zhǔn)、通用I/O接口；相比于傳統(tǒng)單臺(tái)式測量儀器，構(gòu)建成本明顯降低，感知、拾取被測對象的種類及量值范圍也明顯增大。目前，科學(xué)家也在努力使傳感器變得更智能，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行有意義的分析和處理?，F(xiàn)代傳感器的上述技術(shù)特征，十分適合于測量儀器云平臺(tái)對現(xiàn)代傳感器應(yīng)具有與其連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，從而可無障礙地向其提供測量數(shù)據(jù)的需求。

2.2 分布式處理技術(shù)是測量儀器云構(gòu)建的技術(shù)基礎(chǔ)之一

分布式處理技術(shù)是由多個(gè)自主、相互連接的信息處理系統(tǒng)在一個(gè)高級操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)下共同完成同一任務(wù)時(shí)處理相應(yīng)數(shù)據(jù)信息的一種方式。為滿足越來越多領(lǐng)域要求應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決其不斷膨脹的任務(wù)需求，具備相應(yīng)功能信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。運(yùn)用分布式處理技術(shù)，能在短時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)地完成面向不同服務(wù)對象的計(jì)算、分析及處理系統(tǒng)的構(gòu)建。這對滿足大量并發(fā)、復(fù)雜的多個(gè)測量任務(wù)對測量儀器資源的需求是必要的。分布式處理技術(shù)所具有的這種能力和特性，無疑可為測量儀器云的海量數(shù)據(jù)處理提供技術(shù)支撐[4]。

2.3 并行計(jì)算使測量儀器云實(shí)現(xiàn)快捷測算成為可能

并行計(jì)算是同時(shí)執(zhí)行多個(gè)處理機(jī)的一種計(jì)算方法。實(shí)施并行計(jì)算，旨在節(jié)省求解大型或復(fù)雜問題所需的時(shí)間。不少現(xiàn)代測量任務(wù)完成過程中產(chǎn)生的中間結(jié)果、需調(diào)用的其他結(jié)果等數(shù)據(jù)，可能是大量的、復(fù)雜的，且還具有多類型等特點(diǎn)，因此在完成相應(yīng)測量任務(wù)時(shí)，十分必要實(shí)施并行計(jì)算。并行計(jì)算的實(shí)施，是追求時(shí)間并行與空間并行的結(jié)合。時(shí)間并行是指對一個(gè)任務(wù)的多個(gè)相互獨(dú)立部分同時(shí)進(jìn)行處理；空間并行指用重復(fù)的計(jì)算能力資源同時(shí)服務(wù)于任務(wù)的完成。通過時(shí)間重疊和資源重復(fù)的綜合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)加快計(jì)算、分析及處理任務(wù)數(shù)據(jù)之目的。顯見，并行計(jì)算應(yīng)成為測量儀器云的運(yùn)作模式，即由測量儀器云實(shí)施、完成的測量也應(yīng)是時(shí)間并行與空間并行相結(jié)合的。將來，借助測量儀器云，一個(gè)測量任務(wù)中多個(gè)相互獨(dú)立的子任務(wù)可同時(shí)享用相應(yīng)的測量儀器資源被完成，同時(shí)，分處在不同位置的更多測量儀器資源均被調(diào)動(dòng)，從而加快完成整個(gè)測量任務(wù)的進(jìn)程[4]。

2.4 測量儀器網(wǎng)格是測量儀器云的雛形

前幾年出現(xiàn)的網(wǎng)格儀器構(gòu)建的初衷，就是想盡可能地利用各種現(xiàn)有的儀器資源。測量儀器網(wǎng)格是在可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸基礎(chǔ)上建立起來的測量信息處理的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，它將分散的、能夠連網(wǎng)的測量儀器設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)上的測量信息，以一種合理、有效的方式粘合起來，形成有機(jī)的整體，向用戶提供遠(yuǎn)比單臺(tái)測量儀器強(qiáng)大的測算、存儲(chǔ)能力，以及測量儀器設(shè)備訪問即信息融合與共享能力，并為測量儀器資源的深層次共享與協(xié)同工作提供可能。不少專業(yè)性網(wǎng)格儀器構(gòu)建的成功實(shí)踐，為構(gòu)建更廣泛、更通用、更大規(guī)模的測量儀器云提供了先期經(jīng)驗(yàn)，相應(yīng)于測量儀器云的初級階段或雛形[5-6]。

有了傳感器、分布式處理，并行計(jì)算和網(wǎng)格儀器等關(guān)鍵技術(shù)作支撐，實(shí)現(xiàn)測量儀器云的條件正日益成熟。因此完全有理由相信，在不久的將來，會(huì)實(shí)現(xiàn)測量儀器軟硬件資源可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)提供，因?yàn)橹灰邢鄳?yīng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化傳感器及合適的接入設(shè)備，就可方便地從測量儀器云的平臺(tái)上獲取到所需的測量儀器資源，即借助測量儀器云快捷完成測量任務(wù)將成為一種新的測量方式。

3 測量儀器云的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢

3.1 測量儀器云的技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的測量儀器相比，測量儀器云有2個(gè)突出特點(diǎn)：

（1）構(gòu)建目標(biāo)不同。鑒于對眾多不同領(lǐng)域被測對象實(shí)施數(shù)字化測量時(shí)，在經(jīng)傳感器將它們變換為計(jì)算機(jī)可接受的電壓量之后，測算、分析、處理、存儲(chǔ)和顯示等所有功能幾乎都是依靠AD、DA、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件化的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)，而不論被測對象屬于哪個(gè)領(lǐng)域，故構(gòu)建測量儀器云的目標(biāo)，就是要盡可能地利用各種網(wǎng)絡(luò)化的測量儀器軟硬件資源，將它們加以集中并全面整合，構(gòu)建起測量用的“云”平臺(tái)；同時(shí)，要能夠?qū)⒋罅康臏y量數(shù)據(jù)分割成互相獨(dú)立的眾多小測算處理任務(wù)，然后交由“云”平臺(tái)上不同的測量儀器資源去測算、分析；隨后將這些結(jié)果回收，再經(jīng)分析、處理、整合，最后形成被測對象的完整測量結(jié)果并返回給用戶。構(gòu)建測量儀器云實(shí)際上是在構(gòu)建一種測量系統(tǒng)平臺(tái)，在其上，不同領(lǐng)域、不同種類的測量任務(wù)，均能夠被可靠、有效、快速地完成。而傳統(tǒng)測量儀器，包括非網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器，其目的則是為測量某種或某些種對象專門設(shè)計(jì)的，通常只能完成單一或?yàn)閿?shù)不多的功能（非網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器雖可完成較多功能，但需要相應(yīng)測量硬件做支撐，且其數(shù)據(jù)處理能力較有限），即傳統(tǒng)測量儀器在更廣范圍意義上的通用性較差。

（2）資源分配方式不同。在外界看來，測量儀器云就是一個(gè)巨大的且可不斷擴(kuò)充測量儀器軟硬件資源池[4]。測量儀器云借助儀器虛擬化技術(shù)將相關(guān)儀器資源加以整合、配置，用戶只需按特定格式，將測量任務(wù)提交給測量儀器云平臺(tái)即可。測量儀器云平臺(tái)會(huì)自動(dòng)找尋為解決該測量任務(wù)所需的儀器資源，然后優(yōu)化地將任務(wù)加以分解和分配，直至整個(gè)任務(wù)被完成。

而對于傳統(tǒng)測量儀器，由于其軟硬件資源均是確定的、有限的，測量人員只需按規(guī)程對有限的被測對象實(shí)施測量即可，如此的測量方式，不存在分配測量儀器資源的問題。

3.2 測量儀器云的技術(shù)優(yōu)勢

相比于傳統(tǒng)的測量儀器和測量方式，測量儀器云至少有如下7點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢：

（1）超大規(guī)模。測量儀器云具有宏大的儀器資源規(guī)模，能賦予用戶前所未有的測算、分析、處理及存儲(chǔ)能力。例如已有的某些云計(jì)算平臺(tái)，擁有幾十萬臺(tái)到上百萬臺(tái)服務(wù)器，它們并行地工作，共同完成一個(gè)計(jì)算目標(biāo)。試想，構(gòu)建成如此規(guī)模的測量儀器云，其測算、分析、處理、存儲(chǔ)等能力無疑將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通測量儀器或單臺(tái)PC儀器的能力[3]。

（2）功能強(qiáng)大。測量儀器云可提供各種類型的測量儀器資源服務(wù)，宏觀上包括數(shù)據(jù)采集、顯示、量值超標(biāo)報(bào)警提示，根據(jù)測得數(shù)據(jù)計(jì)算需量（例如電、水、氣、熱、有線電視、網(wǎng)絡(luò)、電話等生活需量）耗用的花費(fèi)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，執(zhí)行工作安全性監(jiān)視，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality）技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供海量以往信息支撐等；微觀上，可實(shí)現(xiàn)家庭醫(yī)療管理，江、河全流域水文氣象信息監(jiān)測，電力系統(tǒng)全網(wǎng)域功率潮流及電能質(zhì)量監(jiān)控，國家或省市級全地域地震信息實(shí)時(shí)監(jiān)測及統(tǒng)計(jì)分析，中心城市汽車尾氣排放狀況監(jiān)測及結(jié)果實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析等。測量儀器云能給用戶巨大的測量儀器軟硬件資源利用空間，讓其按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，能更容易地共享大量測量儀器和測得信息。

（3）通用性強(qiáng)。測量儀器云不限于應(yīng)對特定的測量任務(wù)，具有很強(qiáng)的通用性，且可同時(shí)支撐多個(gè)不同測量任務(wù)的解決。在測量儀器云中，測量儀器軟件的能力可得到充分發(fā)揮；測量數(shù)據(jù)不再被約束于一臺(tái)特定計(jì)算機(jī)的特殊數(shù)據(jù)采集、分析過程；傳感器獲取到的測量數(shù)據(jù)可同時(shí)由測量儀器云中的多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器接收并處理。

（4）高可靠性。測量儀器云擁有大量的儀器資源，可使用測量數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)等技術(shù)措施來保障其所提供儀器資源服務(wù)的高可靠性，而這比使用本地計(jì)算機(jī)更加可靠[3，6]。

（5）便捷性。測量儀器云支持用戶在擁有可測量特定對象的傳感器條件下，在任意位置使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。

（6）可擴(kuò)展性。測量儀器云采用標(biāo)準(zhǔn)、通用的數(shù)據(jù)接口，可不斷接納新的測量儀器資源，即其規(guī)?？蓜?dòng)態(tài)擴(kuò)展，故可更好地滿足測量用戶規(guī)模增長的服務(wù)需求[7]。

（7）成本低。測量儀器云使用戶無需為不同的測量任務(wù)購買測量儀器資源，而只需交納少量服務(wù)費(fèi)及購買相應(yīng)的傳感器，這無疑將大大節(jié)省用戶完成相應(yīng)測量任務(wù)的成本[3]。同時(shí)測量儀器資源由儀器云平臺(tái)調(diào)配，也能夠使用戶始終獲取優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

4 測量儀器云服務(wù)

測量儀器云技術(shù)是跟隨云計(jì)算發(fā)展出現(xiàn)的一種測量服務(wù)新模式，它基于分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)建設(shè)系統(tǒng)平臺(tái)，以租賃或免費(fèi)方式向用戶提供測量儀器資源服務(wù)（如測算、分析、處理及存儲(chǔ)等）。廣義的測量儀器云技術(shù)是指通過建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，向多種不同類型用戶提供硬件使用、測算分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息共享等完整的現(xiàn)代測量服務(wù)[3]。

測量儀器云中的云，就是指存在于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的與數(shù)字化測量相關(guān)的各種儀器資源，包括硬件資源（如服務(wù)器、存儲(chǔ)器和處理器等）和軟件資源（如測量儀器構(gòu)建工具、數(shù)據(jù)分析處理軟件、系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境等）。本地終端只需按標(biāo)準(zhǔn)格式提供測量數(shù)據(jù)和所需結(jié)果的格式，測量儀器云就會(huì)為其提供相應(yīng)的儀器資源，并將測算、分析、處理、存儲(chǔ)結(jié)果反饋給發(fā)送請求的終端。測量儀器云提供測量儀器資源的具體服務(wù)類型包括基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)及軟件等3類[3]。

4.1 測量儀器云的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)

測量儀器云基礎(chǔ)設(shè)施位于測量儀器云的底層，包括各種測量儀器設(shè)備硬件資源，它們是測量儀器云平臺(tái)建立的基礎(chǔ)[4]。測量儀器云基礎(chǔ)設(shè)施提供給用戶的服務(wù)是對所有平臺(tái)儀器設(shè)施的使用，包括計(jì)算、存儲(chǔ)和帶寬等資源，通過將服務(wù)器、存儲(chǔ)器等虛擬化成一個(gè)數(shù)據(jù)中心，來為測量儀器云用戶提供服務(wù)。用戶可在之上部署或運(yùn)行各種軟件，也可通過數(shù)據(jù)中心獲取到可度量的測算、分析、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和單機(jī)操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)資源。

4.2 測量儀器云的平臺(tái)服務(wù)

測量儀器云的平臺(tái)能夠提供軟件開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境，這被作為一種服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶。測量儀器云的平臺(tái)，構(gòu)建在測量儀器云的基礎(chǔ)設(shè)施之上[4]。用戶可在測量儀器云的平臺(tái)開發(fā)環(huán)境下創(chuàng)建自己的測量任務(wù)應(yīng)用，也可直接在測量儀器云的平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境中完成自己的測量任務(wù)。測量儀器云的平臺(tái)還能給用戶提供訂閱、計(jì)費(fèi)、部署、監(jiān)控等服務(wù)。

4.3 測量儀器云的軟件服務(wù)

測量儀器云的軟件服務(wù)旨在提供基于測量儀器云平臺(tái)開發(fā)出的各種測量應(yīng)用軟件給眾多用戶。從用戶角度，這意味著無需自己購買測量儀器，也無需自己設(shè)計(jì)測量方法，而只需按照軟件要求提供傳感器輸出的測量結(jié)果，即可得到由測量儀器云完成的最終測得結(jié)果。而從測量儀器云的軟件服務(wù)角度，能夠?yàn)楦嘤脩籼峁┓?wù)，并可從中獲取回報(bào)。這將有利于其不斷改進(jìn)、優(yōu)化測量用軟件，使用戶得到更全面、更可靠、更先進(jìn)的測量儀器軟件資源。

5 測量儀器云的構(gòu)建要求及部署模式

5.1 對硬件基礎(chǔ)設(shè)施的要求

構(gòu)建測量儀器云，需要著力提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力，并致力于高效利用基礎(chǔ)設(shè)施資源。具體地，應(yīng)從大量高性能服務(wù)器、海量存儲(chǔ)設(shè)備等硬件基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)出發(fā)，提高測量儀器云數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)處理能力。測量儀器云可能面向眾多并發(fā)的測量需求，面臨眾多測量信息存儲(chǔ)任務(wù)，涉及大量測得數(shù)據(jù)檢索、分析、處理的請求，加之相應(yīng)數(shù)據(jù)及其處理的多樣性等，這些均要求有很強(qiáng)的基礎(chǔ)設(shè)施作支撐。

（1）大量高性能服務(wù)器。對于測量儀器云承接的多類測量任務(wù)，需要有大量高性能服務(wù)器來提供測量儀器資源服務(wù)。傳統(tǒng)測量儀器最多用到與獨(dú)立式測量儀器相連的PC機(jī)。而面對大量并發(fā)、多種多樣的測量任務(wù)，如何大范圍地調(diào)配不同的服務(wù)器，整合測量儀器云中盡可能多的儀器資源參與測量任務(wù)的完成，數(shù)據(jù)處理將是其中的主要瓶頸之一。鑒于PC機(jī)提供服務(wù)存在不確定性，增加大量高性能服務(wù)器將是對測量儀器云基礎(chǔ)設(shè)施支撐的必然需求。

（2）海量存儲(chǔ)設(shè)備。測量儀器云廣泛涉及大量不同測量數(shù)據(jù)的處理業(yè)務(wù)。因測量需求多，數(shù)據(jù)量可能十分巨大，普通存儲(chǔ)設(shè)備不能滿足測量數(shù)據(jù)處理對存儲(chǔ)空間、穩(wěn)定性和可用性等方面的更高要求。因而，需要有高效、穩(wěn)定的海量存儲(chǔ)設(shè)備作支撐，海量存儲(chǔ)設(shè)備是測量儀器云硬件基礎(chǔ)設(shè)施的必要組成部分。

5.2 有必要建立服務(wù)商業(yè)平臺(tái)

測量儀器云服務(wù)商業(yè)平臺(tái)提供的是一種與用戶緊密結(jié)合的服務(wù)模式。它類似于搜索引擎，能將用戶的需求提供給測量儀器云，然后，測量儀器云通過該服務(wù)商業(yè)平臺(tái)反饋給用戶符合需求的軟件或服務(wù)列表，其中的費(fèi)用管理子系統(tǒng)允許用戶在相應(yīng)規(guī)格范圍內(nèi)，從測量儀器云訂購所需且與價(jià)格相符的測量能力服務(wù)。通過構(gòu)建服務(wù)商業(yè)平臺(tái)，能形成規(guī)范的測量儀器云服務(wù)模式，使用戶和開發(fā)者均能從測量儀器云的構(gòu)建中獲益，進(jìn)而促進(jìn)測量儀器云技術(shù)的發(fā)展，形成良性循環(huán)[8]。

5.3 測量儀器云的部署模式

儀器云的數(shù)據(jù)安全也是儀器云實(shí)現(xiàn)的重要技術(shù)支撐之一。根據(jù)實(shí)際需求，測量儀器云的部署有私有測量儀器云、公有測量儀器云及混合測量儀器云之分。所謂私有測量儀器云，是指僅供一個(gè)組織單獨(dú)使用的測量儀器云。私有測量儀器云適用于對測量數(shù)據(jù)有嚴(yán)格保密要求的用戶[9]，通過數(shù)據(jù)加密權(quán)限、數(shù)據(jù)備份等建立完成的數(shù)據(jù)安全機(jī)制。借助私有測量儀器云，測量結(jié)果被存儲(chǔ)在特定的服務(wù)器中，同時(shí)能兼顧測量方便和安全等方面的考慮。而公有測量儀器云是指能為所有用戶提供測量儀器資源的測量儀器云。大量基本的跨領(lǐng)域的測量任務(wù)，均可交給公有測量儀器云去完成，從而可大大降低測量成本。至于混合測量儀器云，則是私有測量儀器云與公有測量儀器云的組合體，其在構(gòu)成上保留了私有和公有測量儀器云各自獨(dú)立的實(shí)體，而這些測量儀器云實(shí)體則通過標(biāo)準(zhǔn)或私有的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)遷移技術(shù)被綁定在一起[10]。

5.4 測量儀器云的架構(gòu)初想

測量儀器云的基本架構(gòu)應(yīng)當(dāng)包括基本設(shè)備層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層、用戶訪問層?；驹O(shè)備層：測量儀器云中的各種設(shè)備資源，測量儀器云中的大量設(shè)備分布在不同地方，它們之間通過測量儀器云平臺(tái)聯(lián)系在一起?；A(chǔ)管理層：通過對大量設(shè)備資源的集群和分布式管理，使得測量儀器云中所有設(shè)備資源協(xié)同工作，整體對外提供服務(wù)。應(yīng)用接口層：服務(wù)提供者可以根據(jù)需要、權(quán)限提供不同的接口和服務(wù)。用戶訪問層：用戶可以根據(jù)個(gè)人的權(quán)限通過測量儀器云公共接口來登錄，獲取所需的服務(wù)[11]。

6 結(jié)束語

將云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)應(yīng)用于新型測量儀器的構(gòu)建，使云計(jì)算與虛擬儀器、網(wǎng)格儀器相融合，構(gòu)建起測量儀器云，從而可為眾多、不同領(lǐng)域用戶提供宏大、標(biāo)準(zhǔn)、通用的測量儀器資源。在這種模式下，測量儀器硬件將向?qū)Ｓ脗鞲衅鞣较虬l(fā)展，它帶標(biāo)準(zhǔn)接口，可與測量儀器云相連，將對被測信號的測算、分析、處理、存儲(chǔ)等均交由測量儀器云去完成。測量儀器云中的所有測量功能軟件，由測量儀器云的平臺(tái)開發(fā)者提供；而對海量測量數(shù)據(jù)的處理，將能通過分布式、并行計(jì)算等得到解決。

測量儀器云的出現(xiàn)，將催生新的具有服務(wù)特征的測量方式：通過硬件基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)和軟件3種服務(wù)模式，測量儀器云能夠?yàn)橛脩籼峁┑统杀尽⒏咝?、靈活、多樣的測量儀器資源服務(wù)；測量儀器云要求有大量高性能服務(wù)器和海量存儲(chǔ)設(shè)備作為硬件基礎(chǔ)設(shè)施，并需要建立新的服務(wù)商業(yè)平臺(tái)；而出于對測量需求及測量數(shù)據(jù)安全性等考慮，可使用不同的測量儀器云部署模式。

完全有理由相信，隨著虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算以及測量等技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步和日益緊密地相互結(jié)合與融通，先進(jìn)、新型的測量儀器即測量儀器云的出現(xiàn)指日可待。

[1]應(yīng)懷樵.“云”智慧儀器與“云”智慧測試時(shí)代——數(shù)采DAQ、虛擬儀器VI和“試驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)云時(shí)代”[J].電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2010（6）：507-514.

[2]華镕.儀表云初見端倪[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2011（1）：34-37.

[3]馮建平，吳麗華.“云計(jì)算”技術(shù)和“云計(jì)算”服務(wù)模式——全球信息化發(fā)展的未來[J].信息系統(tǒng)工程，2009（11）：78-80.

[4]趙吉志.云計(jì)算時(shí)代的服務(wù)器設(shè)計(jì)1——云計(jì)算產(chǎn)品形式及特點(diǎn)[J].科技浪潮，2009（6）：22-23.

[5]曲正偉，趙偉，黃松嶺.面向資源共享與協(xié)作的儀器設(shè)備網(wǎng)格[J].電測與儀表，2007（2）：1-5.

[6]趙志剛，趙偉，黃松嶺.試論現(xiàn)代測量技術(shù)的主要進(jìn)步特征與發(fā)展趨勢[J].電測與儀表，2008（S2）：1-7.

[7]李芳芳.云計(jì)算現(xiàn)狀綜述[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（4）：790-792，799.

[8]劉越.云計(jì)算綜述與移動(dòng)云計(jì)算的應(yīng)用研究[J].信息通信技術(shù)，2010（2）：14-20.

[9]劉琦琳.云計(jì)算系列專題之三——區(qū)域云計(jì)算平臺(tái)：云計(jì)算的落腳點(diǎn)[J].互聯(lián)網(wǎng)周刊，2010（12）：62-63.

[10]呂茜，張樹軍.云計(jì)算技術(shù)探討[J].計(jì)算機(jī)安全，2011（2）：50-52.

[11]潘睿，劉俊勇，郭曉鳴.面向智能電網(wǎng)的電力系統(tǒng)云計(jì)算[J].四川電力技術(shù)，2009（S1）：6-10，37.