物联网环境下大规模设备协同
43页1、,物联网环境下大规模设备协同系统中事务处理若干问题研究,目 录,1.背景与意义,2.国内外研究现状,3.若干研究问题与关键技术,1. 背景与意义,1.背景与意义,设备协同系统的事务问题,物联网环境与设备协同系统,物联网环境中事务的特点,需解决的关键问题,物联网的经典三层架构有如下左图:感知层,网络层,应用层。包括设备的标识,应用数据的采集,数据的汇聚传输,数据的融合,应用,人工的交互等,1.1. 物联网环境与设备协同系统,以右图国家地震前兆网络观测系统为例, 在系统中,感知层的大量地震观测设备采集的数据经过地震专网(网络层)的传输,汇聚,到达区域,国家,学科中心节点(应用层)进行数据加工,融合,数据挖掘,再与用户进行交互,设备协同系统包括如下分类,面向物联网的设备协同系统属于大规模设备协同系统,1.1. 物联网环境与设备协同系统,物联网设备协同系统属于大规模设备协同系统,一次设备协同过程中需要地理大范围内的大量设备共同工作,对设备协同过程中的安全性、可靠性以及通信的效率要求也越来越高,具有设备数量众多,种类复杂,协同规模大、时延敏感、同步要求高等特点 国家地震前兆网络观测系统项目实现了
2、全国2000多套地震设备的数据采集,汇聚,加工,监测,协同任务 奥运中心区景观照明项目实现了97公顷范围内500余部照明设备、数万盏照明灯具的协同工作 在上海世博公园区域管理系统中实现了5个子系统,各类传感设备,照明设备,音频视频设备之间的互相联动,1. 背景与意义,1.背景与意义,设备协同系统的事务问题,物联网环境与设备协同系统,物联网环境中事务的特点,需解决的关键问题,1.2.问题的产生,面向物联网的设备协同系统中面对一些事务问题(事务范畴包括数据库级别上的数据一致性保证,以及设备协同系统中有关协同流程的业务事务) 物联网设备协同系统中流通的数据通常存在多个副本,数据在流通过程中造成多点数据不一致性。 例如:地震项目的观测数据存储在台站,区域,国家,学科四层节点上,其中各区域节点上拥有其省内所有台站的数据与信息,国家节点拥有全国所有区域与台站的数据与信息,各学科节点拥有部分国家中心节点的数据,这种级联的存储关系使相同的数据存在多个副本,数据在汇聚,分发及使用过程中会造成多点数据的不一致性,这需要可靠的事务管理机制对数据的分发与汇聚流程进行事务性保证。 因此:系统需要严格可靠的数据库
3、级别的事务支持,1.2.问题的产生,系统在协同过程中存在业务逻辑级别的协同任务,有相当一部分这类任务包括一系列的操作需作为一个事务来执行来满足系统业务需求。 例如:地震前兆网络观测系统中一个设备采集的数据需分解为多个测向分量,在一次数据汇聚的过程中,这些分量数据作为一个整体任务分别写入分布的,异构的数据库,倘若其中一个或几个关键的操作失败或等待响应时间过长,其他的操作无论已经完成或未完成,都需同时撤销,使系统数据恢复到进行该操作之前的状态。此外,在协同收集数据的过程中会有资源争用的问题,如果不进行合适的资源配置,将造成事务的执行效率低下。 例如:奥运景观照明系统中一次照明场景涉及一系列灯具的操作,如果照明灯具的关键性操作如果全部成功,那么无论其他操作成功与否,整个照明场景强制执行;若有关键操作执行失败或等待响应时间过长,则需要撤销整个照明场景的执行并将数据恢复到初始状态。 例如:上海世博会区域管理系统中周界报警子系统,广播子系统,照明子系统,摄像头子系统之间的业务联动需作为一次事务来执行,一次联动过程可能涉及周界报警传感器,水位传感器,相关摄像头,广播,照明灯具的在一定时间内的操作序列
4、,在满足系统要求的情况下,可以忽略部分设备的不正常响应,但若关键的设备操作执行失败或等待响应时间过长,则需撤销整个联动操作序列并将系统恢复到联动前状态。 因此:系统需要灵活可靠的业务逻辑级的事务支持,1.2.问题的产生,对于数据库级别的事务,分布式数据库系统对此类问题提供了全面成熟的保障机制 对于业务逻辑级的事务,则需要一套完整的与之环境相适应的事务管理方法:包括高效的事务前协调,灵活可靠事务处理模型以及相应的事务补偿方法,1. 背景与意义,1.背景与意义,事务对设备协同系统的支持,物联网环境与设备协同系统,物联网环境中事务环境特点,需解决的关键问题,事务参与者的分布性,异构性 事务参与者的高动态性 事务参与者的自治性 事务目标的复杂性 事务补偿性的复杂性,1.3. 物联网设备系统系统中的事务环境,面向物联网的设备协同系统环境中的事务参与者通常是分布的,异构的,而在物联网系统中流通的数据需要具有统一的存取访问标准,这需要统一的中间件管理平台对系统中的数据进行统一的输入,输出,通信,管理,物联网的大数据量特点,和基于感知的数据环境使的事务参与者具有高度动态性,同时事务执行过程具有很强的灵
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