第5章 物联网支撑技术课件.ppt

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1、2022-5-8物联网技术与应用物联网技术与应用 配套电子课件配套电子课件主编主编: :刘丽军刘丽军【本章知识要点本章知识要点】学习完本章后，应当掌握如下知识：学习完本章后，应当掌握如下知识： （1）了解什么是云计算，云计算的服务模式和关键）了解什么是云计算，云计算的服务模式和关键技术。技术。 （2）理解云计算与物联网的关系。）理解云计算与物联网的关系。 （3）了解什么是中间件、物联网中间件。）了解什么是中间件、物联网中间件。 （4）了解物联网数据库融合。）了解物联网数据库融合。 5.1 云计算云计算 之所以称为之所以称为“云云”，是因为它在某些方面具有现实中，是因为它在某些方面具有现实中云的

2、特征：云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它云的特征：云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确定它的具体位置，但它确实存在于某处。定它的具体位置，但它确实存在于某处。 5.1.1 5.1.1 云计算概述云计算概述5.1 云计算云计算 1. 1. 云计算的概念云计算的概念 狭义云计算是指狭义云计算是指ITIT基础设施的交付和使用模式，指通基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源( (硬件、平硬件、平台、软件台、软件) )。提供资源的网

3、络被称为。提供资源的网络被称为“云云”。“云云”中的中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。取，按需使用，随时扩展，按使用付费。 广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是是ITIT、软件、互联网相关的，也可以使用任意其他的服、软件、互联网相关的，也可以使用任意其他的服务。务。 5.1 云计算云计算 2. 2. 云计算的特点云计算的特点 (1) (1)

4、超大规模。超大规模。 (2) (2) 虚拟化。虚拟化。 (3) (3) 高可靠性。高可靠性。 (4) (4) 通用性。通用性。 (5) (5) 高可扩展性。高可扩展性。 (6) (6) 按需服务。按需服务。 (7) (7) 极其廉价。极其廉价。 5.1 云计算云计算 3. 3. 云计算的基本原理云计算的基本原理 云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源

5、切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。这是一种革命性的举措，它意味着计算能力也可以统。这是一种革命性的举措，它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水、电一样，取用作为一种商品进行流通，就像煤气、水、电一样，取用方便，费用低廉。方便，费用低廉。 5.1 云计算云计算 1 1、云计算服务模式、云计算服务模式 根据根据NIST(National Institute of Standards and NIST(National Institute of Standards and TechnologyTechnology，美国

6、国家标准技术研究院，美国国家标准技术研究院) )定义，从用户定义，从用户体验的角度出发云计算主要分为三种服务模式：体验的角度出发云计算主要分为三种服务模式：SaaSSaaS、PaaSPaaS和和IaaSIaaS。对普通用户而言，他们主要面对的是。对普通用户而言，他们主要面对的是SaaSSaaS这种服务模式，而且几乎所有的云计算服务最终的这种服务模式，而且几乎所有的云计算服务最终的呈现形式都是呈现形式都是SaaSSaaS。 5.1.2 5.1.2 云计算服务模式及关键技术云计算服务模式及关键技术5.1 云计算云计算 (1) SaaS (1) SaaS SaaS SaaS是是Software as

7、 a Service(Software as a Service(软件即服务软件即服务) )的简称，的简称，它是一种通过它是一种通过InternetInternet提供软件的模式，用户无需购买提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于软件，而是向提供商租用基于WebWeb的软件，来管理企业的软件，来管理企业经营活动。相对于传统的软件，经营活动。相对于传统的软件，SaaSSaaS解决方案有明显的解决方案有明显的优势，包括较低的前期成本，便于维护，快速展开使用。优势，包括较低的前期成本，便于维护，快速展开使用。随着企业随着企业ITIT预算持续受到严格的审查和企业减少雇用技预算持续受到严

8、格的审查和企业减少雇用技术人员，我们可以看到中国市场未来对术人员，我们可以看到中国市场未来对SaaSSaaS解决方案有解决方案有明显的需求。明显的需求。 5.1 云计算云计算 (2) PaaS (2) PaaS 通过网络进行程序提供的服务称之为通过网络进行程序提供的服务称之为SaaSSaaS，而云计，而云计算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提供就成为了供就成为了 PaaS(PlatformasaServicePaaS(PlatformasaService，平台即服，平台即服务务) )。所谓。所谓PaaSPaaS实际上是指将软件研发的平

9、台作为一种实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以服务，以SaaSSaaS的模式提交给用户。因此，的模式提交给用户。因此，PaaSPaaS也是也是SaaSSaaS模式的一种应用。但是，模式的一种应用。但是，PaaSPaaS的出现可以加快的出现可以加快SaaSSaaS的发展，尤其是加快的发展，尤其是加快SaaSSaaS应用的开发速度。从某应用的开发速度。从某种意义上说，种意义上说，PaaSPaaS是是SaaSSaaS的源泉。的源泉。 5.1 云计算云计算 (3) IaaS (3) IaaS IaaS(Infrastructure as a Service IaaS(Infrastructure

10、 as a Service，基础设施即服，基础设施即服务务) )。消费者通过。消费者通过 InternetInternet可以从完善的计算机基础设可以从完善的计算机基础设施获得服务。基于施获得服务。基于InternetInternet的服务的服务( (如存储和数据库如存储和数据库) )是是 IaaSIaaS的一部分。的一部分。 IaaS IaaS最大优势在于它允许用户动态申请或释放节点，最大优势在于它允许用户动态申请或释放节点，按使用量计费。运行按使用量计费。运行IaaSIaaS的服务器规模达到几十万台之的服务器规模达到几十万台之多，用户因而可以认为能够申请的资源几乎是无限的。多，用户因而可以

11、认为能够申请的资源几乎是无限的。而而IaaSIaaS是由公众共享的，因而具有更高的资源使用效率。是由公众共享的，因而具有更高的资源使用效率。5.1 云计算云计算2 2、云计算关键技术、云计算关键技术(1) (1) 数据存储技术数据存储技术(2) (2) 数据管理技术数据管理技术(3) (3) 编程模型编程模型5.1 云计算云计算 1 1、IBMIBM IBMIBM在在20072007年年1111月推出了月推出了“改变游戏规则改变游戏规则”的的“蓝云蓝云”计算平计算平台，为客户带来即买即用的云计算平台。它包括一系列的自动化、台，为客户带来即买即用的云计算平台。它包括一系列的自动化、自我管理和自我

12、修复的虚拟化云计算软件，使来自全球的应用可以自我管理和自我修复的虚拟化云计算软件，使来自全球的应用可以访问分布式的大型服务器池，使数据中心在类似于互联网的环境下访问分布式的大型服务器池，使数据中心在类似于互联网的环境下运行计算。运行计算。 IBMIBM正在封装的云计算软件名为正在封装的云计算软件名为HsdoopHsdoop，运行在，运行在LinuxLinux操作系操作系统上。统上。HsdoopHsdoop基于名为基于名为NutchNutch的开源搜索项目以及的开源搜索项目以及GoogleGoogle的的MapReduce(MapReduce(映射化简映射化简) )软件，软件，MapReduce

13、MapReduce用于连接大量电脑扩展用于连接大量电脑扩展复杂的计算任务，用于大规模数据集复杂的计算任务，用于大规模数据集( (大于大于1TB)1TB)的并行运算。的并行运算。5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统简介5.1 云计算云计算 2 2、SUNSUN 2008 2008年年5 5月，美国太阳计算机系统公司月，美国太阳计算机系统公司(SUN)(SUN)在在2008JavaOne2008JavaOne开发者大会上宣布推出开发者大会上宣布推出“Hydrazine”Hydrazine”计划。至此，计划。至此，集结在集结在“云计算云计算”旗帜之下的软件供应商又增加了一位重量级

14、成员。旗帜之下的软件供应商又增加了一位重量级成员。基于基于“Hydrazine”Hydrazine”计划，计划，SUNSUN希望利用其核心技术打造一个包含希望利用其核心技术打造一个包含网络环境、数据中心和其他基础设施组件在内的完整解决方案，如网络环境、数据中心和其他基础设施组件在内的完整解决方案，如SUNSUN的的Java FXJava FX丰富互联网应用程序技术、丰富互联网应用程序技术、SUNSUN的的GlassfishGlassfish应用应用服务器、服务器、SUNSUN企业服务总线、企业服务总线、SUNSUN目录服务器、目录服务器、MySQLMySQL、“廉价廉价存储存储”和和SUNSU

15、N的硬件，从而使开发人员利用的硬件，从而使开发人员利用SUNSUN平台创建托管应用平台创建托管应用与服务，并且不用到任何其他地方就可以利用这些应用程序和服务与服务，并且不用到任何其他地方就可以利用这些应用程序和服务赚钱。赚钱。 5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统简介5.1 云计算云计算 3 3、GoogleGoogle 谷歌公司谷歌公司(Google(Google，谷歌，谷歌) )围绕因特网搜索创建了一种围绕因特网搜索创建了一种超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业搜索超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的以及其他更多形式

16、向企业开放了他们的“云云”。它早已。它早已以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFSGFS、MapReduceMapReduce和和BigTableBigTable，并在美国、中国等高校开设，并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程。目前，如何进行云计算编程的课程。目前，GoogleGoogle已经允许第已经允许第三方在三方在GoogleGoogle云计算中通过云计算中通过Google App EngineGoogle App Engine运行大运行大型并行应用程序。型并行应用程序。5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统

17、简介5.1 云计算云计算 4 4、MicrosoftMicrosoft 微软的微软的“云计算云计算”(Windows Azure)(Windows Azure)被认为是被认为是Windows NTWindows NT之后，之后，1616年来最重要的产品。它提供了年来最重要的产品。它提供了“软件服务软件服务”模式，即在提供软件的同时提供服务，模式，即在提供软件的同时提供服务，靠服务来挣钱。现在这一模式进一步落实到了靠服务来挣钱。现在这一模式进一步落实到了“云计云计算算”，即微软不再利用软件赚钱，而是利用软件的安装、，即微软不再利用软件赚钱，而是利用软件的安装、存储、升级和维护等赚钱。存储、升级和

18、维护等赚钱。5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统简介5.1 云计算云计算 5 5、AmazonAmazon 亚马逊亚马逊(Amazon)(Amazon)是最大的在线零售商，使用弹性计算云是最大的在线零售商，使用弹性计算云(EC2)(EC2)和简单存储服务和简单存储服务(S3)(S3)为企业提供计算和存储服务，也为独立软件开为企业提供计算和存储服务，也为独立软件开发人员及开发商提供云计算服务平台。发人员及开发商提供云计算服务平台。AmazonAmazon提供的云计算服务提供的云计算服务 主要有：主要有： 弹性云计算弹性云计算EC2EC2； 简单存储服务简单存储服务S3S3；

19、简单数据库服务简单数据库服务Simple DBSimple DB； 简单队列服务简单队列服务SQSSQS； 弹性弹性MapReduceMapReduce服务；服务； 内容推送服务内容推送服务CloudFrontCloudFront； 电子商务服务电子商务服务DevPayDevPay； 灵活支付服务灵活支付服务FPSFPS。5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统简介5.1 云计算云计算 6 6、我国的云计算、我国的云计算 在我国，云计算发展也非常迅猛。在我国，云计算发展也非常迅猛。20082008年年5 5月月1010日，日，IBMIBM在在中国无锡太湖新城科教产业园建立的中国

20、第一个云计算中心投入运中国无锡太湖新城科教产业园建立的中国第一个云计算中心投入运营；营；20082008年年6 6月月2424日，日，IBMIBM在北京在北京IBMIBM中国创新中心成立了第二家中国创新中心成立了第二家中国的云计算中心中国的云计算中心IBMIBM大中华区云计算中心；大中华区云计算中心；20082008年年1111月月2828日，广东电子工业研究院与东莞松山湖科技产业园管委会签约，广日，广东电子工业研究院与东莞松山湖科技产业园管委会签约，广东电子工业研究院将在东莞松山湖投资东电子工业研究院将在东莞松山湖投资2 2亿元建立云计算平台；亿元建立云计算平台；20082008年年1212

21、月月3030日，阿里巴巴集团旗下子公司阿里软件与江苏省南日，阿里巴巴集团旗下子公司阿里软件与江苏省南京市政府正式签订了京市政府正式签订了20092009年战略合作框架协议，计划于年战略合作框架协议，计划于20092009年初年初在南京建立国内首个在南京建立国内首个“电子商务云计算中心电子商务云计算中心”，首期投资额将达上，首期投资额将达上亿元人民币；世纪互联推出了亿元人民币；世纪互联推出了CloudExCloudEx产品线，包括完整的互联网产品线，包括完整的互联网主机服务主机服务“CloudEx Computing Service”CloudEx Computing Service”，基于在线

22、存储虚拟，基于在线存储虚拟化的化的“CloudEx Storage Service”CloudEx Storage Service”，供个人及企业进行互联。，供个人及企业进行互联。5.1.3 5.1.3 典型云计算系统简介典型云计算系统简介5.1 云计算云计算 云计算的广泛应用，将从根本上云计算的广泛应用，将从根本上改变信息获取和知识传播的方式，促改变信息获取和知识传播的方式，促进基础设施运营、软件等信息产业向进基础设施运营、软件等信息产业向服务化转型，催生跨行业融合的新型服务化转型，催生跨行业融合的新型服务业态。服务业态。5.1 云计算云计算 1 1、云计算与物联网的关系、云计算与物联网的关

23、系 云计算是物联网发展的基石，并且从以下两个方面促云计算是物联网发展的基石，并且从以下两个方面促进物联网的实现。进物联网的实现。 首先，首先，云计算是实现物联网的核心云计算是实现物联网的核心，运用云计算，运用云计算模式使物联网中以兆计算的各类物品的实时动态管理和模式使物联网中以兆计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。智能分析变得可能。 其次，其次，云计算促进物联网和互联网的智能融合云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建智慧地球。从而构建智慧地球。 5.1.4 5.1.4 云计算与物联网云计算与物联网5.1 云计算云计算 2 2、云计算与物联网的结合方式、云计算与物联网的结合方式

24、 云计算与物联网的结合方式可以分为以下几种。云计算与物联网的结合方式可以分为以下几种。 一是单中心，多终端。一是单中心，多终端。 二是多中心，大量终端。二是多中心，大量终端。 三是信息、应用分层处理，海量终端。三是信息、应用分层处理，海量终端。 5.1.4 5.1.4 云计算与物联网云计算与物联网5.2 中间件中间件 中间件中间件(Middleware)(Middleware) 是与操作系统、数据是与操作系统、数据库并列的三大基础软件之一。顾名思义，中间件库并列的三大基础软件之一。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统

25、、网络和数据库之上，应用软件间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。开发和集成复杂的应用软件。 5.2.1 5.2.1 中间件概述中间件概述5.2 中间件中间件 最早具有中间件技术思想及功能的软件是最早具有中间件技术思想及功能的软件是IBMIBM的的CICSCICS，但由于，但由于CICSCICS不是分布式环境的产不是分布式环境的产物，因此人们一般把物，因此人们一般把TuxedoTuxedo作为第一个

26、严格意作为第一个严格意义上的中间件产品。义上的中间件产品。TuxedoTuxedo是是19841984年在当时属年在当时属于于AT&TAT&T的贝尔实验室开发完成的，但由于分布的贝尔实验室开发完成的，但由于分布式处理当时并没有在商业应用上获得像今天一样式处理当时并没有在商业应用上获得像今天一样的成功，的成功，TuxedoTuxedo在很长一段时期里只是实验室在很长一段时期里只是实验室产品，后来被产品，后来被NovellNovell收购，在经过收购，在经过NovellNovell并不成并不成功的商业推广之后，功的商业推广之后，19951995年被现在的年被现在的BEABEA公司公司收购。收购。

27、5.2 中间件中间件 1 1、中间件的作用、中间件的作用 中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负担。重复工作，从而大大减少了技术上的负担。5.2 中间件中间件 2 2、中间件的分类、中间件的分类 (1) (1) 远程过程调用远程过程调用(RPC)(RPC) (2) (2) 面

28、向消息的中间件面向消息的中间件(MOM)(MOM) (3) (3) 对象请求代理对象请求代理(ORB)(ORB)5.2 中间件中间件 从本质上看，物联网中间件是物联网应用的从本质上看，物联网中间件是物联网应用的共性需求共性需求( (感知、互联互通和智能感知、互联互通和智能) )。已存在的各。已存在的各种中间件及信息处理技术，包括信息感知技术、种中间件及信息处理技术，包括信息感知技术、下一代网络技术、人工智能与自动化技术的聚合下一代网络技术、人工智能与自动化技术的聚合与技术提升。与技术提升。 5.2.2 5.2.2 物联网中间件物联网中间件5.2 中间件中间件5.2.2 5.2.2 物联网中间件

29、物联网中间件物联网中间件5.2 中间件中间件 EPC (Electronic Product Code)EPC (Electronic Product Code)中间件扮演电子产中间件扮演电子产品标签和应用程序之间的中介角色。应用程序使用品标签和应用程序之间的中介角色。应用程序使用EPCEPC中间件所提供的一组通用应用程序接口，即可连到中间件所提供的一组通用应用程序接口，即可连到RFIDRFID读写器，读取读写器，读取RFIDRFID标签数据。基于此标准接口，即使存标签数据。基于此标准接口，即使存储储RFIDRFID标签数据的数据库软件或后端应用程序增加或改标签数据的数据库软件或后端应用程序增

30、加或改由其他软件代替，或者由其他软件代替，或者RFIDRFID读写器种类增加等情况发生读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性等问题。复杂性等问题。 1 1、EPCEPC中间件中间件5.2 中间件中间件 RFID RFID中间件是物联网软件系统中的关键和灵魂，中间件是物联网软件系统中的关键和灵魂，RFIDRFID中间件是一种面向消息的中间件，承担着中间件是一种面向消息的中间件，承担着RFIDRFID硬硬件和物联网应用程序之间的数据转换和传递的任务，隔件和物联网应用程序之间的数据转换和传递的任务，隔离数据层与应

31、用层，使应用程序之间数据通透，提高物离数据层与应用层，使应用程序之间数据通透，提高物联网系统的灵活性和可维护性。联网系统的灵活性和可维护性。 2 2、RFIDRFID中间件中间件5.2 中间件中间件 RFID RFID中间件分类：中间件分类： （1 1）应用程序中间件。应用程序中间件主要通过驱）应用程序中间件。应用程序中间件主要通过驱动程序控制阅读器，读取动程序控制阅读器，读取RFIDRFID标签数据，与硬件耦合度标签数据，与硬件耦合度大、共用性差。大、共用性差。 （2 2）解决方案中间件。解决方案中间件是在中间件）解决方案中间件。解决方案中间件是在中间件平台的基础上，按照用户需求，提供定制的

32、软件和硬件。平台的基础上，按照用户需求，提供定制的软件和硬件。 （3 3）架构中间件。架构中间件是可重构的通用）架构中间件。架构中间件是可重构的通用RFIDRFID中间件，能够根据不同的硬件设备，向应用层提供灵活中间件，能够根据不同的硬件设备，向应用层提供灵活的数据接口，能够完成数据的采集、过滤，平台维护、的数据接口，能够完成数据的采集、过滤，平台维护、管理等功能。管理等功能。 5.2 中间件中间件 WSN WSN中间件主要用于支持基于无线传感器应用的开中间件主要用于支持基于无线传感器应用的开发、维护、部署和执行，其中包括复杂高级感知任务的发、维护、部署和执行，其中包括复杂高级感知任务的描述机

33、制，传感器网络通信机制，传感器节点之间协调描述机制，传感器网络通信机制，传感器节点之间协调以在各传感器节点上分配和调度该任务，对合并的传感以在各传感器节点上分配和调度该任务，对合并的传感器感知数据进行数据融合以得到高级结果，并将所得结器感知数据进行数据融合以得到高级结果，并将所得结果向任务指派者进行汇报等机制。果向任务指派者进行汇报等机制。 3 3、WSNWSN中间件中间件5.2 中间件中间件 WSN WSN中间件：中间件： （1 1）分布式数据库。）分布式数据库。 （2 2）虚拟共享元组空间。）虚拟共享元组空间。 （3 3）事件驱动。）事件驱动。 （4 4）服务发现）服务发现 （5 5）移动

34、代理）移动代理 5.2 中间件中间件 OSGi(Open Services Gateway initiative) OSGi(Open Services Gateway initiative)是一个是一个19991999年成立的开放标准联盟，年成立的开放标准联盟， 旨在建立一个开放的服务规范旨在建立一个开放的服务规范 . .基基于于OSGiOSGi的物联网中间件技术早已被广泛地用到了手机和智能的物联网中间件技术早已被广泛地用到了手机和智能机器与机器终端上，在汽车业机器与机器终端上，在汽车业( (汽车中的嵌入式系统汽车中的嵌入式系统) )、工业自、工业自动化、智能楼宇、网格计算、云计算、各种机顶

35、盒等领域都动化、智能楼宇、网格计算、云计算、各种机顶盒等领域都有广泛应用。有业界人士认为，有广泛应用。有业界人士认为，OSGiOSGi是是“万能中间万能中间件件”(Universal Middleware)(Universal Middleware)。4 4、OSGiOSGi中间件中间件5.2 中间件中间件 复杂事件处理复杂事件处理(Complex Event Progressing)(Complex Event Progressing)技术是技术是90 90 年代中期由斯坦福大学的年代中期由斯坦福大学的David LuckhamDavid Luckham教授所提教授所提出，是一种新兴的基于事

36、件流的技术。出，是一种新兴的基于事件流的技术。 物联网应用采用事件驱动架构的主要目的是使物联网物联网应用采用事件驱动架构的主要目的是使物联网应用系统能针对海量传感器事件，在很短的时间内立即应用系统能针对海量传感器事件，在很短的时间内立即做出反应。做出反应。 目前，复杂事件处理中间件主要面向金融、监控等领目前，复杂事件处理中间件主要面向金融、监控等领域，包括域，包括IBMIBM流计算中间件流计算中间件InfoSphere StreamsInfoSphere Streams，以，以及及SybaseSybase、TibicoTibico等的相关产品。等的相关产品。 5 5、CEPCEP中间件中间件5

37、.2 中间件中间件 SOA (Service-Oriented Architecture)SOA (Service-Oriented Architecture)，面向服务，面向服务架构，它将应用程序的不同功能单元架构，它将应用程序的不同功能单元( (称为服务称为服务) )通过这些通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。服务之间定义良好的接口和契约联系起来。 6 6、SOASOA中间件中间件5.2 中间件中间件（1 1）HydraHydra（2 2）IOT-AIOT-A 5.2.3 5.2.3 物联网中间件研究项目物联网中间件研究项目5.3 数据融合数据融合 物联网是物物相连的互联网，涉及

38、万事万物，所以其物联网是物物相连的互联网，涉及万事万物，所以其数据量呈现一些新的特点：海量数据、多态性、关联性、数据量呈现一些新的特点：海量数据、多态性、关联性、数据与时间、空间相关等。如何对收集的数据进行稳定数据与时间、空间相关等。如何对收集的数据进行稳定地存储、高效地组织，并最终实现有效的整合和利用，地存储、高效地组织，并最终实现有效的整合和利用，是物联网发展必须面对的关键问题。是物联网发展必须面对的关键问题。5.3 数据融合数据融合 数据库是统一管理的相关数据的集合，能为各种用户数据库是统一管理的相关数据的集合，能为各种用户共享，具有最小冗余度，数据间联系密切，又有较高的共享，具有最小冗

39、余度，数据间联系密切，又有较高的数据独立性。数据独立性。 5.3.1 5.3.1 物联网数据库物联网数据库5.3 数据融合数据融合 1 1、关系数据库、关系数据库 （1 1）OracleOracle （2 2）DB2DB2 （3 3）SybaseSybase （4 4）InformixInformix （5 5）SQL ServerSQL Server 5.3.1 5.3.1 物联网数据库物联网数据库5.3 数据融合数据融合 2 2、实时数据库、实时数据库 （1 1）openPlantopenPlant （2 2）PIPI （3 3）PHDPHD （4 4）InfoPlus.21InfoPlu

40、s.21 （5 5）eDNAeDNA 5.3.1 5.3.1 物联网数据库物联网数据库5.3 数据融合数据融合 数据融合又称作信息融合或多传感器数据融数据融合又称作信息融合或多传感器数据融合，是指利用计算机对按时间序列获得的若干观合，是指利用计算机对按时间序列获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，为测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，为完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。术。5.3.2 5.3.2 物联网数据融合物联网数据融合5.3 数据融合数据融合它有三层含义：它有三层含义： (1) (1) 数据的全空间，即数据包括确定的

41、和模糊的、全数据的全空间，即数据包括确定的和模糊的、全空间的和子空间的、同步的和异步的、数字的和非数字空间的和子空间的、同步的和异步的、数字的和非数字的，它是复杂的多维多源的，覆盖全频段；的，它是复杂的多维多源的，覆盖全频段； (2) (2) 数据的融合不同于组合，组合指的是外部特性，数据的融合不同于组合，组合指的是外部特性，融合指的是内部特性，它是系统动态过程中的一种数据融合指的是内部特性，它是系统动态过程中的一种数据综合加工处理；综合加工处理； (3) (3) 数据的互补过程，数据表达方式的互补、结构上数据的互补过程，数据表达方式的互补、结构上的互补、功能上的互补、不同层次的互补，是数据融

42、合的互补、功能上的互补、不同层次的互补，是数据融合的核心，只有互补数据的融合才可以使系统发生质的飞的核心，只有互补数据的融合才可以使系统发生质的飞跃。跃。 5.3.2 5.3.2 物联网数据融合物联网数据融合5.3 数据融合数据融合1 1、数据融合原理、数据融合原理数据融合的一般模型5.3 数据融合数据融合 （1 1）随机类方法：加权平均法、卡尔曼滤波）随机类方法：加权平均法、卡尔曼滤波法、多贝叶斯估计法、法、多贝叶斯估计法、D-SD-S证据推理方法、产生证据推理方法、产生式规则。式规则。 （2 2）人工智能类方法：模糊逻辑推理、人工）人工智能类方法：模糊逻辑推理、人工神经网络法神经网络法2

43、2、数据融合方法、数据融合方法5.3 数据融合数据融合 (1) (1) 尚未建立统一的融合理论和有效广义融合模型及尚未建立统一的融合理论和有效广义融合模型及算法；算法； (2) (2) 对数据融合的具体方法的研究尚处于初级阶段；对数据融合的具体方法的研究尚处于初级阶段； (3) (3) 还没有很好解决融合系统中的容错性或鲁棒性问还没有很好解决融合系统中的容错性或鲁棒性问题；题； (4) (4) 关联的二义性是数据融合中的主要障碍；关联的二义性是数据融合中的主要障碍； (5) (5) 数据融合系统的设计还存在许多实际问题。数据融合系统的设计还存在许多实际问题。3 3、数据融合存在的问题、数据融合

44、存在的问题5.3 数据融合数据融合 (1) (1) 建立统一的融合理论、数据融合的体系结构和广建立统一的融合理论、数据融合的体系结构和广义融合模型；义融合模型； (2) (2) 解决数据配准、数据预处理、数据库构建、数据解决数据配准、数据预处理、数据库构建、数据库管理、人机接口、通用软件包开发问题，利用成熟的库管理、人机接口、通用软件包开发问题，利用成熟的辅助技术，建立面向具体应用需求的数据融合系统；辅助技术，建立面向具体应用需求的数据融合系统； (3) (3) 将人工智能技术，如神经网络、遗传算法、模糊将人工智能技术，如神经网络、遗传算法、模糊理论、专家理论等引入到数据融合领域；利用集成的计

45、理论、专家理论等引入到数据融合领域；利用集成的计算智能方法算智能方法( (如，模糊逻辑神经网络，遗传算法模糊如，模糊逻辑神经网络，遗传算法模糊神经网络等神经网络等) )提高多传感融合的性能；提高多传感融合的性能； (4) (4) 解决不确定性因素的表达和推理演算，例如：引解决不确定性因素的表达和推理演算，例如：引入灰数的概念；入灰数的概念；4 4、数据融合发展趋势、数据融合发展趋势5.3 数据融合数据融合 (5) (5) 利用有关的先验数据提高数据融合的性能，研究利用有关的先验数据提高数据融合的性能，研究更加先进复杂的融合算法更加先进复杂的融合算法( (未知和动态环境中，采用并行未知和动态环境

46、中，采用并行计算机结构多传感器集成与融合方法的研究等计算机结构多传感器集成与融合方法的研究等) )； (6) (6) 在多平台在多平台/ /单平台、异类单平台、异类/ /同类多传感器的应用背同类多传感器的应用背景下，建立计算复杂程度低，同时，又能满足任务要求景下，建立计算复杂程度低，同时，又能满足任务要求的数据处理模型和算法；的数据处理模型和算法； (7) (7) 构建数据融合测试评估平台和多传感器管理体系；构建数据融合测试评估平台和多传感器管理体系； (8) (8) 将已有的融合方法工程化与商品化，开发能够提将已有的融合方法工程化与商品化，开发能够提供多种复杂融合算法的处理硬件，以便在数据获

47、取的同供多种复杂融合算法的处理硬件，以便在数据获取的同时就实时地完成融合。时就实时地完成融合。 4 4、数据融合发展趋势、数据融合发展趋势5.3 数据融合数据融合 物联网数据融合需要研究解决的关键问题物联网数据融合需要研究解决的关键问题 数据融合节点的选择。融合节点的选择与网络层路数据融合节点的选择。融合节点的选择与网络层路由协议有密切关系，需要依靠路由协议建立路由回路数由协议有密切关系，需要依靠路由协议建立路由回路数据，并且需要使用路由结构中的某些节点作为数据融合据，并且需要使用路由结构中的某些节点作为数据融合的节点。的节点。 数据融合时机。数据融合时机。 数据融合算法。数据融合算法。 5

48、5、物联网中的数据融合、物联网中的数据融合5.3 数据融合数据融合 物联网数据融合技术要求物联网数据融合技术要求 物联网与以往的多传感器数据融合有所不同，它具有物联网与以往的多传感器数据融合有所不同，它具有自己独特的融合技术要求，具体包括以下几点：自己独特的融合技术要求，具体包括以下几点： 稳定性。稳定性。 数据关联。数据关联。 能量约束。能量约束。 协议的可扩展性。协议的可扩展性。5 5、物联网中的数据融合、物联网中的数据融合5.3 数据融合数据融合 通过对多感知节点信息的协调优化，数据融合技术可通过对多感知节点信息的协调优化，数据融合技术可以有效地减少整个网络中不必要的通信开销，提高数据以

49、有效地减少整个网络中不必要的通信开销，提高数据的准确度和收集效率。因此，传送已融合的数据要比传的准确度和收集效率。因此，传送已融合的数据要比传送未经处理的数据节省能量，可以延长网络的生存周期。送未经处理的数据节省能量，可以延长网络的生存周期。但对物联网而言，数据融合技术将面临更多挑战，例如，但对物联网而言，数据融合技术将面临更多挑战，例如，感知节点能源有限、多数据流的同步、数据的时间敏感感知节点能源有限、多数据流的同步、数据的时间敏感特性、网络带宽的限制、无线通信的不可靠性和网络的特性、网络带宽的限制、无线通信的不可靠性和网络的动态特性等。因此，物联网中的数据融合需要有其独特动态特性等。因此，物联网中的数据融合需要有其独特的层次性结构体系。的层次性结构体系。6 6、物联网中的数据融合层次结构、物联网中的数据融合层次结构5.3 数据融合数据融合6 6、物联网中的数据融合层次结构、物联网中的数据融合层次结构数据层融合5.3 数据融合数据融合6 6、物联网中的数据融合层次结构、物联网中的数据融合层次结构特征层融合5.3 数据融合数据融合6 6、物联网中的数据融合层次结构、物联网中的数据融合层次结构决策层融合一、单项选择题110:DADABCABBD1120:DCDDDDBD二、简答题略。课后练习参考答案课后练习参考答案