第7章 物联网支撑技术

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7.3大数据及其融合 7.3.1大数据及数据融合概念 • 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， 是物联网发展必须面对的关键问题。 • 物联网的采集点非常多，采集信号复杂。数据库在整个 物联网中发挥着记忆（数据存储）、分析（数据挖掘） 的作用。
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7.2中间件 7.2.1中间件概述 • 随着计算机技术的发展，IT厂商出于商业和技术利益的考虑，各自产 品之间形成了差异，技术在不断进步，但差异却并没有因此减少。计 算机用户出于历史原因和降低风险的考虑，必然也无法避免多厂商产 品并存的局面。于是，如何屏蔽不同厂商产品之间的差异，如何减少 应用软件开发与工作的复杂性，就成为技术不断进步之后，人们不得 不面对的现实问题。 ⑴一个应用系统可能跨越多种平台，如UNIX、Windows，如何屏蔽这些 平台之间的差异？ ⑵如何处理复杂多变的网络环境，如何在脆弱的网络环境上实现可靠的 数据传送？ ⑶一笔交易可能会涉及多个数据库，如何保证数据的一致性和完整性？ ⑷如何同时支持成千上万乃至更多用户的并发服务请求？ ⑸如何提高系统的可靠性，实现故障自动恢复和故障迁移？ ⑹如何解决与已有应用系统的接口？
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太原理工大式与关键技术 1．云计算服务模式 云计算主要分为三种服务模式。这三种服务模式是SaaS、PaaS和IaaS。对 普通用户而言，他们主要面对的是SaaS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SaaS。 ⑴ SaaS SaaS是Software as a Service(软件即服务)的简称，它是一种通过Internet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Web的软件， 来管理企业经营活动。 ⑵ PaaS PaaS(Platform as a Service．平台即服务)。所谓PaaS实际上是指将软件研 发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。 ⑶IaaS IaaS(Infrastructure as a Service，基础设施即服务)。消费者通过Internet可 以从完善的计算机基础设施获得服务。基于Internet的服务（如存储和数 据库）是IaaS的一部分。
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⑵ 数据管理技术 云计算系统对大量数据集中进行处理和分析并向用户提供 高效的服务。因此，数据管理技术必须能够高效地管理大 数据集。对海量的数据存储，读取后进行大量的分析，数 据的读操作频率远大于数据的更新频率，云中的数据管理 是一种读优化的数据管理。 ⑶ 编程模型 为了使用户能更轻松地享受云计算带来的服务，让用户能 利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，云计 算上的编程模型必须十分简单，必须保证后台复杂的并行 执行和任务调度向用户和编程人员透明。
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2．云计算的特点 ⑴ 超大规模。 ⑵ 虚拟化。 ⑶ 高可靠性。 ⑷ 通用性。 ⑸ 高可扩展性。 ⑹ 按需服务。 ⑺ 极其廉价。
云计算
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3．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。 最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。
应用
……
应用
中间件 （分布式系统服务）
硬件 操作系统
……
中间件示意图
硬件 操作系统
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EAN/UCC-13码的结构说明
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7.2.2中间件分类 中间件所包括的范围十分广泛，针对不同的应用需求涌现出多 种各具特色的中间件产品。基于目的和实现机制的不同，可以 将平台主要分为远程过程调用(Remote Procedure Call)、面向消 息的中间件(Message-Oriented Middleware)和对象请求代理 (Object Request Brokers)三类。 ⑴ 远程过程调用(RPC) 远程过程调用是一种广泛使用的分布式应用程序处理方法。一个 应用程序使用RPC来“远程”执行一个位于不同地址空间里的过 程，并且从效果上看和执行本地调用相同。 ⑵ 面向消息的中间件(MOM) MOM指的是利用高效可靠的消息传递机制进行与平台无关的数 据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成。 ⑶对象请求代理(ORB) 对象请求代理的作用在于提供一个通信框架，透明地在异构的 分布计算环境中传递对象请求。
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3．WSN中间件 WSN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。 4．OSGi中间件 OSGi(Open Services Gateway initiative)是一个1999年成立 的开放标准联盟，基于OSGi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（汽 车中的嵌入式系统）、工业自动化、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，OSGi是“万能中间件”(Universal Middleware)，可以 毫不夸张地说，OSGi中间件平台一定会在物联网产业发展 过程中大有作为。
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7.1.3云计算与物联网 1．云计算与物联网的关系 • 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。 • 首先，云计算是实现物联网的核心，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智能分析变 得可能。 • 其次，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。物联网和互联网的融合，需要更高层次的整合， 需要“更透彻的感知，更安全的互联互通，更深入的智能 化”。这同样也需要依靠高效的、动态的、可以大规模扩 展的技术资源处理能力，而这正是云计算模式所擅长的。
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图1-2 RFID系统的组成
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2．云计算与物联网的结合方式 • 云计算与物联网各自具备很多优势，如果把云计算与物联 网结合起来，我们可以看出，云计算其实就相当于一个人 的大脑，而物联网就是其眼睛、鼻子、耳朵和四肢等。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。 • 二是多中心，大量终端。 • 三是信息、应用分层处理，海量终端。 • 云计算和物联网都是新兴事物，不过现在已经有了很多的 应用。但是两者结合的案例目前还是比较少的。
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7.2.3物联网中间件 根据物联网分层体系结构其所涉及的中间件如图所示。
应用 CEP中间件、SOA中间件
网络
WSN中间件、OSGi中间件
感知
EPC中间件、RFID中间件
物联网中间件示意图
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7.1云计算 7.1.1云计算的概念与特点 1．云计算的概念 • 云计算(Cloud Computing)，是一种新兴的共享基础架构的方法，可以 将巨大的系统池连接在一起以提供各种IT服务。企业与个人用户无需 再投入昂贵的硬件购置成本，只需要通过互联网来购买租赁计算力， 把你的计算机当做接入口，一切都交给互联网。 • 狭义云计算是指IT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（硬件、平台、软件）。提供资源的网 络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的， 并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。 • 从服务方式角度来划分的话，云计算可分为三种：为公众提供，为某个特定组织提供相应服务的“私有云”；以及 将以上两种服务方式进行结合的“混合云”。
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2．云计算的关键技术 云计算是一种新型的超级计算方式，以数据为中 心，是一种数据密集型的超级计算，在数据存储、 数据管理、编程模式等多方面具有自身独特的技 术。 ⑴ 数据存储技术 为保证高可用、高可靠和经济性，云计算采用分 布式存储的方式来存储数据，采用冗余存储的方 式来保证存储数据的可靠性，即为同一份数据存 储多个副本。
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1．EPC中间件 EPC(Electronic Product Code)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EPC 中间件所提供的一组通用应用程序接口，即可连到 RFID读写器，读取RFID标签数据。 2．RFID中间件 RFID中间件是物联网软件系统中的关键和灵魂，一 个庞大的物联网系统，需要各种智能终端的支持， 而智能终端的种类又形形色色，RFID中间件能有效 支持此功能，RFID中间件是一种面向消息的中间件， 承担着RFID硬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。