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文檔簡介
1、1,吳功宜 吳英 編著,物聯(lián)網(wǎng)工程導論,2,第8章 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術,3,第 8 章 知 識 點 結(jié) 構,4,8.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術的基本概念8.1.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點,海量 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的數(shù)量是非常多的,它們所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量一定是海量 多態(tài) 多種傳感器去觀測的不同數(shù)據(jù)在數(shù)值范圍、格式、單位與精度 動態(tài) 各種數(shù)據(jù)都將隨時間不斷變化的 關聯(lián) 物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)之間在空間、時間維度上存在著緊密的關聯(lián)性,5,VigilNet網(wǎng)絡拓撲與數(shù)據(jù)處理研究的示意圖,6,8.1.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理關鍵技術,海量數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)融合 數(shù)據(jù)查詢、搜索與數(shù)據(jù)挖掘 智能決策,7,海量數(shù)據(jù)存儲 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)具有海量、多態(tài)、動
2、態(tài)與關聯(lián)的特征 海量數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構影響著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性與效率 如何利用數(shù)據(jù)中心與云計算平臺存儲物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù),如何充分地利用好物聯(lián)網(wǎng)信息,同時又要實現(xiàn)對隱私的保護,這是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術首先要面對的一個重要問題,8,無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲結(jié)構示意圖,9,數(shù)據(jù)融合,20世紀70年代 “數(shù)據(jù)融合(Data Fusion)” 術語才正式出現(xiàn) 針對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的多態(tài)性,需要研究基于多種傳感器的數(shù)據(jù)聚合技術,綜合分析各種傳感器的數(shù)據(jù),從中提取有用的信息 數(shù)據(jù)融合已經(jīng)發(fā)展成數(shù)據(jù)處理一個新的和重要的分支 在物聯(lián)網(wǎng)中智能交通、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)控、精準農(nóng)業(yè)、突發(fā)事件處置、智慧城市、智能電網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中
3、,必然會應用多種傳感器去綜合感知多種物理世界的信息,從中提取對于我們智慧處理物理世界問題有用的信息和知識 數(shù)據(jù)融合技術是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理研究的重要內(nèi)容之一,10,數(shù)據(jù)查詢、搜索與數(shù)據(jù)挖掘,物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中感知數(shù)據(jù)具有實時性、周期性與不確定性等特點 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,由于各種感知手段獲取的信息與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)信息共存,搜索引擎需要與各種智能的和非智能的物理對象密切結(jié)合,主動識別物理對象,獲取有用的信息,這對于傳統(tǒng)的搜索引擎技術是一個挑戰(zhàn) 數(shù)據(jù)挖掘是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中一個重要的方法,11,智能決策,發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的最終目標不是簡單地將物與物互聯(lián),而是要催生很多具有“計算、通信、控制、協(xié)同和自治”特征的智能設備與系統(tǒng)
4、,實現(xiàn)實時感知、動態(tài)控制和智能服務 智能決策是物聯(lián)網(wǎng)信息處理技術中追求的最重要的目標,12,8.2 海量數(shù)據(jù)存儲技術8.2.1 物聯(lián)網(wǎng)對海量數(shù)據(jù)存儲的需求,物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)除了來自傳感器節(jié)點、RFID節(jié)點以及其他各種智能終端設備每時每刻所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)之外,各種物理對象在參與物聯(lián)網(wǎng)事務處理的過程中也會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)的存儲需要數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、網(wǎng)絡存儲、數(shù)據(jù)中心與云存儲技術的支持,13,8.2.2 數(shù)據(jù)庫技術,數(shù)據(jù)庫技術是計算機科學技術中發(fā)展最快、應用最廣泛的領域之一。數(shù)據(jù)庫技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展,其應用已遍及各個領域,成為21世紀信息化社會的核心技術之一 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲與管理需要
5、使用數(shù)據(jù)庫技術,物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)存儲與管理也會促進數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可分為層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、關系數(shù)據(jù)庫以及面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫 隨著數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展,數(shù)據(jù)庫用戶界面變得更加簡單,功能更加強大和更加智能,未來的數(shù)據(jù)庫技術必然會與人工智能技術相互交叉融合,14,8.2.3 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理技術,關系數(shù)據(jù)庫為物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的管理提供了重要的理論、工具與方法 物聯(lián)網(wǎng)中有兩大類重要的應用,一是基于RFID標簽自動識別技術的應用,另一類是基于無線傳感器網(wǎng)絡的應用 設計一個基于RFID標簽自動識別技術的零售業(yè)或物流業(yè)應用時,對于由RFID所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的管理與處理方法與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應用有很多相似之
6、處 基于無線傳感器網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)應用有它的特殊性,需要研究針對無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)管理與處理方法,15,無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構,無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構主要有: 集中式結(jié)構 半分布式結(jié)構 分布式結(jié)構 層次式結(jié)構 無線傳感器網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)層次結(jié)構,16,TinyDB系統(tǒng)的結(jié)構,17,TinyDB關系表結(jié)構,18,8.3 物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與云計算*8.3.1 數(shù)據(jù)存儲技術的研究與發(fā)展,存儲技術的研究與發(fā)展 數(shù)據(jù)存儲技術從單機封閉系統(tǒng)存儲向開放系統(tǒng)的存儲方向發(fā)展 開放系統(tǒng)的存儲進一步分為: 直接附加存儲(DAS) 網(wǎng)絡接入存儲(NAS) 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(SAN,19,服務器技術的發(fā)展
7、,各種類型的服務器與機房中的服務器,20,典型的機架式服務器,21,刀片服務器,22,8.3.2 IDC的基本概念,隨著互聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)模的不斷擴大,大規(guī)模的在線網(wǎng)絡服務促進了“互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)”的出現(xiàn) 隨著業(yè)務的擴展,一些企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)、政務網(wǎng)、商務網(wǎng)也在考慮建設自己的數(shù)據(jù)中心(Data Center) 數(shù)據(jù)中心的成本是由4部分組成:服務器成本、網(wǎng)絡設備成本、基礎設施成本與能源成本 在推動物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展的同時,必須研究適合即能夠快速部署物聯(lián)網(wǎng)應用,存儲海量數(shù)據(jù),又能夠節(jié)省資金與日常維護費用,符合環(huán)保節(jié)能的原則的數(shù)據(jù)中心技術 數(shù)據(jù)中心的概念正在經(jīng)歷了從中小型企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)中的計算與存儲數(shù)據(jù)
8、的數(shù)據(jù)中心,向云計算平臺的發(fā)展的趨勢,23,8.3.3 云計算的基本概念,云計算的特點 彈性服務 資源池化 按需服務 服務可計費 泛在接入,云計算數(shù)據(jù)中心特點 自治性 規(guī)模經(jīng)濟 規(guī)??蓴U展,24,8.3.4 云計算系統(tǒng)組成,云計算系統(tǒng)組成: 云平臺 云終端 云存儲 云安全,25,公有云與私有云的概念,公有云: 第三方提供商為用戶提供服務的云平臺,用戶可以把通過互聯(lián)網(wǎng)訪問 作為一個支撐平臺,可以通過提供免費或用很低費用的服務,去吸引大量的用戶,整合上游的增值業(yè)務和廣告服務,打造新的產(chǎn)業(yè)鏈 目前公有云主要分為四類: 由傳統(tǒng)電信基礎設施運營商組建的公有云 政府主導下組建的各省市公有云 大型互聯(lián)網(wǎng)公司
9、組建的公有云 由IDC運營商組建的公有云,26,私有云: 移動通信公司、銀行、政府、公安、交通、電力、有線電視等部門與機構單獨使用而組建 這些部門與機構的數(shù)據(jù)存儲量、處理量和安全性要求高,而私有云能夠滿足他們對數(shù)據(jù)倉儲與處理,以及安全性和服務質(zhì)量的要求 私有云可部署在企業(yè)或部門數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi),也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所,27,IaaS、PaaS、SaaS的概念,基礎設施即服務IaaS IaaS平臺向用戶提供虛擬化的計算資源、存儲資源與網(wǎng)絡資源,根據(jù)用戶需求進行動態(tài)分配和調(diào)整 平臺即服務PaaS PaaS平臺向軟件開發(fā)人員提供類似中間件的服務,包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理與軟件開發(fā)環(huán)境
10、等 軟件即服務SaaS SaaS平臺向最終用戶提供定制的軟件服務,用戶不用通過安裝軟件副本,就可以通過網(wǎng)絡使用軟件,28,云終端,云終端使用虛擬化技術,使得只要聯(lián)入到互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)的終端設備都可以訪問云計算平臺 云終端三種類型: 基于程序資源遠程執(zhí)行的云終端 基于WebOS云終端 基于虛擬機的云終端,29,云存儲 計算與存儲是計算機科學發(fā)展中兩個密不可分的關鍵技術 云計算概念包括計算與存儲兩個方面的內(nèi)容 云存儲基于云平臺,結(jié)合傳統(tǒng)的大規(guī)模、可擴展的海量存儲、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)網(wǎng)格、虛擬化、文件系統(tǒng)的概念與技術,面向大規(guī)模、高效、可擴展、可定制的應用系統(tǒng)的用戶,提供安全、廉價、按需使用的專業(yè)化倉儲
11、服務 用戶不必關心云存儲服務使用什么樣的主機、數(shù)據(jù)庫、存儲設備,只需要根據(jù)自身應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)量、安全性要求,以定購的方式使用云存儲服務提供商提供的存儲資源,30,云安全 云安全提供可靠、可信的云環(huán)境,以保護用戶數(shù)據(jù)的安全 能不能夠保證用戶使用的安全性是制約云計算應用能否發(fā)展的主要因素 目前云安全研究: 云計算的安全控制 云計算的可信執(zhí)行環(huán)境 虛擬機的安全監(jiān)控 云計算服務訪問的通信安全 云計算安全評估方法,31,8.3.5 云計算在物聯(lián)網(wǎng)中的應用,物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的特征: 部署快捷 運行可靠 可擴展 安全 節(jié)能,32,應用于物聯(lián)網(wǎng)的云計算系統(tǒng)結(jié)構模型,33,物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù) 中心的設計,34,8
12、.4 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術*8.4.1 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合技術,無線傳感器網(wǎng)絡的基本功能是收集并返回傳感器節(jié)點所在監(jiān)測區(qū)域的信息 傳感器節(jié)點受到能量與易失效性的約束 因此減少數(shù)據(jù)傳輸量以有效地節(jié)省能量,利用節(jié)點的本地計算和存儲能力處理數(shù)據(jù)的融合以除去冗余信息 通過數(shù)據(jù)融合達到數(shù)據(jù)備份與提高信息準確性,已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡研究的一個重要課題,35,8.4.2 數(shù)據(jù)融合的分類,根據(jù)數(shù)據(jù)進行融合操作前 后的信息含量的分類 無損失融合 有損失融合,根據(jù)數(shù)據(jù)融合與應用層數(shù) 據(jù)語義之間關系的分類 依賴于應用的數(shù)據(jù)融合(ADDA) 獨立于應用的數(shù)據(jù)融合(AIDA) 兩種技術結(jié)合的數(shù)據(jù)融合,36,根據(jù)融合操作級別的分類: 數(shù)據(jù)級融合 特征級融合 決策級融合,37,數(shù)據(jù)融合技術類型,38,8.5 物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策8.5
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