物联网技术概论 教学课件 ppt 作者 季顺宁 第四章应用技术.ppt

第四章,授课教师：季顺宁,应用技术,4 应用技术,4.1 物联网中间件 4.2云计算 4.3 M2M,物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合应用层包括两部分：物联网中间件、物联网应用应用层主要基于软件技术和计算机技术实现应用层的关键技术主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层的重要组成部分4.1 物联网中间件,4.1.1中间件的概述 4.1.2 RFID中间件定义 4.1.3典型的RFID中间件模型,4.1.1中间件的概述,1）中间件的基本概念 中间件是位于平台和应用之间的具有标准程序接口和协议的通信服务 中间件=平台+通信,中间件有如下特点：,①标准的协议和接口 ②分布计算，提供网络、硬件和操作系统的透明性 ③满足大量的应用需要 ④能运行于多种硬件和操作系统平台上中间件的工作机制,应用程序需要从网络中的某地获取数据服务，而这些数据服务则可能处于任何可能的数据库中，且操作系统有不确定性中间件则负责接收应用程序指令，完成在网络中的数据服务搜寻过程，查询完成后将结果传输回应用程序2）中间件的分类,① 数据访问中间件 数据访问中间件在系统中建立数据应用资源互操作模式，能够实现异构环境下的数据连接或者文件系统连接，方便了网络中的虚拟缓存提取、解压、格式转换。

② 远程过程调用中间件(RPC) 远程调用中间件是通过发送命令到远程的应用程序，待完成远程处理后，将信息返回的中间件，它在C/S计算方面比数据访问中间件更进一步 ③ 面向消息中间件 面向消息中间件是指利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并给予数据通信进行分布式的集成④ 面向对象中间件 面向对象中间件提供一种通信机制，透明地在异构的分布式计算环境中传递对象请求，这些对象可以位于本地或者远程机器上，它是对象技术和分布式计算发展的产物 ⑤ 事务处理中间件 事务处理中间件是针对复杂环境下分布式应用的速度和可靠性要求而实现的，是在分布、异构环境下提供保证交易完整性和数据完整性的一种环境平台⑥ 网络中间件 网络中间件是当前研究的热点，包括网管、网络测试、虚拟缓冲、虚拟社区等 ⑦ 终端仿真--屏幕转换中间件 实现了客户机图形用户接口与己有的字符接口方式的服务器应用程序间的互操作4.1.2 RFID中间件定义,1）RFID中间件定义 RFID中间件是系统获取信息、处理信息和传递信息的核心部分，是连接读写器和企业应用程序的纽带，在物联网初期提出时被称作Savant它主要对标签数据进行过滤、分组、计数、转发，以提高发往信息网络系统的数据质量，防止误读、漏读、多读信息。

中间件的核心组成是事件管理器和信息服务器事件管理器负责采集、过滤读写器收集的EPC相关信息，并转发给其它应用信息服务器提供事件管理器与企业信息系统之间的集成,储存事件服务器提交的数据信息,提供访问接口,2）RFlD中间件的功能特点 ① 数据的读出和写入RFID中间件应提供统一的API，完成数据的读出和写入工作 ②数据的过滤和聚合阅读器不断从标签读取大量未经处理的数据，一般来说，应用系统并不需要大量重复的数据，因此数据必须经过去重和过滤 ③ RFID数据的分发RFID设备读取的数据，并不一定只由某一应用程序使用，每个应用系统可能需要数据的不同聚合，中间件应能够将数据整理后发送到相关的应用系统数据分发还应支持分发时间的定制 ④ 数据安全因为电子标签上存储着商品信息，RFID中间件应考虑到保护商业信息的必要性，依法安全的进行数据收集和处理3）RFID中间件的发展过程,RFID中间件在发展过程中经历了应用程序中间件发展阶段，架构中间件 发展阶段和解决方案发展阶段)这三个阶段 ① 应用程序中间件发展阶段 RFID初期的发展多以整合、串接RFID阅读器为目的本阶段多为RFID阅读器厂商主动提供简单API，以供企业将后端系统与RFID阅读器串接。

从整体发展架构来看，此时，企业的导入须自行花费许多成本去处理前后端系统连接的问题，通常企业在本阶段会 PilotProjeet方式来评估成本效益与导入的关键议题② 架构中间件发展阶段 本阶段是RFID中间件成长的关键阶段由于RFID的强大应用，Wal-Mart公司与美国国防部等关键使用者相继进行RFID技术的规划并进行导入的Pilot Project，促使国际各大厂持续关注RFID相关市场的发展，本阶段，RFID中间件的发展不但已经具备了基本数据搜集、过滤等功能，同时也满足了企业多对多(Devices-to-Apphcations)的连续需求，并具备了平台的管理与维护功能 ③ 解决方案中间件发展阶段 未来，在RFID标签、阅读器与中间件发展成熟的过程中，各厂商将针对不同领域提出各项创新应用解决方案4.1.3典型的RFID中间件模型,(1)程序逻辑功能层 中间件在RFID系统中扮演着与现有流程数据整合，以及处理RFID数据的重要角色 1）逻辑表示层：指示用户如何与应用程序进行交互，以及信息如何表示 2）业务逻辑层：装载应用程序的核心，即用来控制内嵌在应用程序中的业务处理(或其他功能)的规则。

3）数据访问功能：本层控制与程序使用的数据源(一般是数据库)的连接，并从这些数据源中取得数据提供给业务逻辑层2）应用程序接口模块功能 (a)内容层：说明了中间件和应用程序之间抽象的交换内容，是应用程序接口的核心部分，定义能够完成何种请求的操作 (b)信息层：说明了内容层中被定义的抽象内容是如何通过一种特殊的网络传输编译传输的 (c)传输层：这一层与操作系统规定的网络工作设备息息相关4.2云计算,4.2.1 云计算的概念 4.2.2 云计算核心技术 4.2.3典型云计算平台介绍 4.2.4 物联网与云计算,计算机的应用模式大体经历了以大型机为主体的集中式架构(数据中心1.0)、以PC机为主体的客户/服务器分布式计算架构(数据中心2.0)、以虚拟化技术为核心面向服务的体系结构(SOA)及基于Web2.0应用特征的新型架构(数据中心3.0)计算机的应用模式、技术架构及实现特征的演变是云计算发展的时代背景4.2.1 云计算的概念,云计算是由分布式计算、并行处理、网格计算发展来的，是一种新兴的商业计算模型 中国网格计算、云计算专家刘鹏给出如下定义 ：“云计算将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务”。

狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务，比如亚马逊数据仓库出租生意 广义的云计算指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务4.2.2 云计算核心技术,云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键1）编程模型,MapReduce是Google开发的java、Python、C++编程模型，它是一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算 MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解成Map(映射)和Reduce(化简)的方式，先通过Map程序将数据切割成不相关的区块，分配（调度）给大量计算机处理，达到分布式运算的效果，再通过Reduce程序将结果汇整输出2）海量数据分布存储技术,GFS是一个可扩展的分布式文件系统，用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用 一个GFS集群由一个主服务器（master）和大量的块服务器(chunkserver)构成，并被许多客户（Client）访问。

主服务器存储文件系统所以的元数据，包括名字空间、访问控制信息、从文件到块的映射以及块的当前位置它也控制系统范围的活动，如块租约（lease）管理，孤儿块的垃圾收集，块服务器间的块迁移主服务器定期通过HeartBeat消息与每一个块服务器通信，给块服务器传递指令并收集它的状态GFS中的文件被切分为64MB的块并以冗余存储，每份数据在系统中保存3个以上备份 客户与主服务器的交换只限于对元数据的操作，所有数据方面的通信都直接和块服务器联系，这大大提高了系统的效率，防止主服务器负载过重3）海量数据管理技术,云计算需要对分布的、海量的数据进行处理、分析，因此，数据管理技术必需能够高效的管理大量的数据云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT(BigTable)数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase BT是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据 Google的很多项目使用BT来存储数据，包括网页查询，Google earth和Google金融。

这些应用程序对BT的要求各不相同：数据大小（从URL到网页到卫星图象）不同，反应速度不同（从后端的大批处理到实时数据服务）对于不同的要求，BT都成功的提供了灵活高效的服务4）虚拟化技术,通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化5）云计算平台管理技术,云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战4.2.3典型云计算平台介绍,云计算技术范围很广，目前各大IT企业提供的云计算服务主要根据自身的特点和优势实现的下面以Google、IBM、Amazon为例说明4.3 M2M,4.3.1 M2M概述 4.3.2 M2M系统架构 4.3.3 M2M支撑技术 4.3.4 M2M业务应用 4.3.5 M2M发展现状,4.3 M2M,物联网其中核心的一部分是M2M，M2M实际上是machine to machine，就是让机器与机器之间实现互联互通的，当前各种设备都是孤立的，不具备联网和通讯功能，我们就要把这些设备里嵌入通讯模块，将设备中的采集数据和运营状况，通过系统传递到后台，这样的话，能够实现人们对设备的运营管理和监控。

据统计，机器的数量是人类数量的4到6倍，下一个一级的通讯领域就是M2M4.3.1 M2M概述,1）M2M的定义 M2M的定义可以分为广义和狭义两种 广义上包括Machine.to.Machine、 Man.to.Machine以及Machine.to.Man总之，是人与各种远程设备之间的无线数据通信 狭义上的M2M是Machine.to.Machine的简称．指一方或双方是机器且机器通过程序控制，能自动完成整个通信过程的通信形式2）M2M的特征,(a)M2M仍处于起步阶段 (b)欧美地区产业成熟，日韩市场应用较好 (c)车辆信息通信和自动抄表是主要业务 (d)商业模式集中,4.3.2 M2M系统架构,M2M体系结构如图所示M2M体系主要包括M2M终端、承载网络、运营系统和应用系统四个部分1）终端接入：连接通信网关和GGSN等网元，M2M终端可以采用SMS/USSD/MMS/GPRS等通信方式与管理平台进行信息交互 2）应用接入：平台向集团客户应用系统提供统一接入接口，实现客户应用系统的接入、认证鉴权、监控和连接管理等功能 3）终端管理：实现M2M终端的接入、认证鉴权、远程监控、远程告警、远程故障诊断、远程软件升级、远程配置、远程控制、终。