單元一中間件技術42課件講解

模塊四物聯網支撐技術

單元一中間件技術引言隨著計算機技術的發(fā)展，IT廠商出于商業(yè)和技術利益的考慮，各自產品之間形成了差異，技術在不斷進步，但差異并沒有因此而減少。計算機用戶出于歷史原因和降低風險的考慮，必然也無法避免多廠商產品并存的局面，于是，如何屏蔽不同廠商產品之間的差異，減少應用軟件開發(fā)與工作的復雜性，就成為技術不斷進步之后人們不得不面對的現實問題。于是中間件應運而生。一中間件概述根據互聯網數據中心對中間件的定義，中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源，中間件位于客戶機服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網絡通信。也就是說，中間件是一類軟件，而非一種軟件；中間件不僅僅實現互聯，還要實現應用之間的互操作；中間件是基于分布式處理的軟件，最突出的特點是其網絡通信功能。一中間件概述在中間件產生以前，應用軟件直接使用操作系統(tǒng)、網絡協議和數據庫等進行開發(fā)，這些都是計算機最底層的東西，越底層越復雜，開發(fā)者不得不面臨很多棘手的問題。中間件試圖通過屏蔽各種復雜的技術細節(jié)使技術問題簡單化。二中間件的作用中間件帶給應用系統(tǒng)的不只是開發(fā)的簡便和開發(fā)周期的縮短，也減少了系統(tǒng)的維護、運行和管理的工作量，還減少了計算機總體費用的投入。同時，中間件作為新層次的基礎軟件，其重要作用是將不同時期、不同操作系統(tǒng)上開發(fā)的應用軟件集成起來。三中間件的分類Subtitletext1面向消息對象請求處理Subtitle遠程過程調用平臺三中間件的分類1.遠程過程調用一個RPC應用分為兩個部分，即服務器(server)和客戶端(client),服務器提供一個或多個遠程過程，客戶端向服務器發(fā)出遠程調用。服務器和客戶端可以位于同一臺計算機，也可以位于不同的計算機，甚至可以運行在不同的操作系統(tǒng)之上，它們通過網絡進行通信，提供數據轉換和通信服務，從而屏蔽不同的操作系統(tǒng)和網絡協議。在這里RPC通信是同步的，采用線程可以進行異步調用。三中間件的分類2.面向消息的中間件MOM指的是利用高效可靠的消息傳遞機制進行與平臺無關的數據交流，并基于數據通信來進行分布式系統(tǒng)的集成。通過提供消息傳遞和消息排隊模型，MOM可在分布環(huán)境下擴展進程間的通信，并支持多通信協議、語言、應用程序、硬件和軟件平臺。通信程序可在不同的時間運行。消息放入適當的隊列時，目標程序甚至根本不需要正在運行,即使目標程序在運行，也不意味著要立即處理該消息。三中間件的分類對應用程序的結構沒有約束，在復雜的應用場合中，通信程序之間不僅可以是一對一的關系，還可以進行一對多和多對一方式，甚至是上述多種方式的組合。多種通信方式的構造并沒有增加應用程序的復雜性。程序將消息放入消息隊列或從消息隊列中取出消息來進行通信，與此關聯的全部活動，都是MOM的任務，程序不直接與其他程序通話，并且它們不涉及網絡通信的復雜性。四物聯網中間件的特點（1）標準化。物聯網中間件需要為不同的上層應用和下層設備提供標準的接口和通信協議，物聯網中間件的標準化十分重要。（2）獨立于架構。中間件獨立并介于物聯網設備與后端應用程序之間，與多個后端應用程序連接，以減輕架構和維護的復雜性。（3）數據流。物聯網的主要目標在于將實體對象轉換為信息環(huán)境下的虛擬對象，因此數據處理是中間件的最重要功能。（4）處理流。物聯網中間件采用程序邏輯及存儲再轉送的功能來提供順序的消息流，具有數據流設計與管理的能力。五物聯網中間件舉例1.EPC中間件EPC中間件扮演電子產品標簽和應用程序之間的中介角色。應用程序使用EPC中間件所提供的一組通用應用程序接口，可連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數據?；诖藰藴式涌冢词勾鎯FID標簽數據的數據庫軟件或后端應用程序增加或改由其他軟件代替，或者RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時，應用端不需修改也能處理，避免多對多連接的維護復雜性等問題。EPC技術規(guī)范標簽編碼規(guī)范射頻標簽邏輯通信接口規(guī)范識讀器參考實現SAvant中間件規(guī)范對象名解析服務規(guī)范物體標記語言規(guī)范五物聯網中間件舉例五物聯網中間件舉例（1）EPC標簽編碼規(guī)范通過統(tǒng)一的、規(guī)范化的編碼來建立全球通用的物品信息交換語言。（2）EPC射頻標簽邏輯通信接口規(guī)范制定了EPC標簽的空中接口與交互協議。（3）EPC標簽識讀器提供一個多頻帶、低成本RFID標簽識讀器參考平臺。五物聯網中間件舉例（4）Savant中間件規(guī)范支持靈活的物體標記語言查詢，負責管理和傳送產品電子標簽相關數據，可對不同識讀器發(fā)出的海量標簽流或傳感器數據流進行分層、模塊化處理。（5）對象名解析服務(ONS)規(guī)范能夠幫助本地服務器識讀偵測到的EPC標簽的全球信息。（6）PML規(guī)范類似于可擴展標記語言，可廣泛應用在存貨跟蹤、事務自動處理、供應鏈管理、機器操縱和物對物通信等方面。五物聯網中間件舉例2.RFID中間件RFID中間件是物聯網軟件系統(tǒng)中的關鍵和靈魂。RFID是物聯網傳遞信息的一個強有力技術，而RFID中間件能有效支持此功能。RFID中間件是一種面向消息的中間件，承擔著RFID硬件和物聯網應用程序之間的數據轉換和傳遞的任務，隔離數據層與應用層，使應用程序之間數據通透，提高物聯網系統(tǒng)的靈活性和可維護性。RFID中間件在PC或服務器上已經有較好的應用實例，而在智能終端上尚未有比較系統(tǒng)的實現。五物聯網中間件舉例Subtitletext1解決方案中間件架構中間件Subtitle應用程序中間件RFID中間件五物聯網中間件舉例1）RFID中間件架構分層設備管理層

信息服務層

數據處理層應用接口層五物聯網中間件舉例2）RFID中間件安全機制物聯網中RFID數據是海量的，閱讀器在讀取數據時可能存在重復與錯誤情況，而移動終端主要依賴無線通信技術進行信息傳輸，受到帶寬與RFID對數據實時處理需求的限制，必須減少在信道中傳輸的有效數據量。RFID數據壓縮要求在不丟失信息的前提下縮減數據量，以減少存儲空間，提高其傳輸、存儲和處理效率。RFID標簽數據為純文本數據，自適應算術編碼為無損數據壓縮算法，對文本數據具有較優(yōu)的壓縮效果，通過該算法能夠有效減少RFID數據傳輸量，提高數據實時性和可用性。RFID信息安全技術數字簽名信息認證數據加密對稱密鑰加密非對稱密鑰加密五物聯網中間件舉例五物聯網中間件舉例3）RFID中間件與移動終端的融合為了克服RFID中間件運行載體位置固定性帶來的缺陷，許多廠商或科研單位正在研制基于移動終端的RFID閱讀器。面向移動終端輕量級RFID中間件能有效利用移動終端的內存、CPU等硬件資源及信息服務類軟件資源，完成RFID粗粒度數據預處理，優(yōu)化RFID數據結構，減少有效數據在網絡中的傳輸量，保證服務層與用戶層數據一致性，為應用程序提供可靠的服務接口。五物聯網中間件舉例3.WSN中間件WSN中間件主要用于支持基于無線傳感器應用的開發(fā)、維護、部署和執(zhí)行，其中包括復雜高級感知任務描述機制，傳感器網絡通信機制，傳感器節(jié)點之間協調并在各傳感器節(jié)點上分配和調度該任務、對合并的傳感器感知數據進行數據融合以得到高級結果、并將所得結果向任務指派者進行匯報等機制。五物聯網中間件舉例5）移動代理4）服務發(fā)現3）事件驅動

2）虛擬共享元組空間1）分布式數據庫五物聯網中間件舉例4.OSGi中間件OSGi是一個1999年成立的開放標準聯盟，旨在建立一個開放的服務規(guī)范，一方面為通過網絡向設備提供服務建立開放的標準，另一方面為各種嵌入式設備提供通用的軟件運行平臺，以屏蔽設備操作系統(tǒng)與硬件的區(qū)別。OSGi規(guī)范基于Java技術，可為設備的網絡服務定義一個標準的、面向組件的計算環(huán)境，并提供HTTP服務器、配置、日志、安全、用戶管理、XML等很多公共功能標準組件。OSGi組件可以在無須網絡設備重啟下動態(tài)加載或移除，以滿足不同應用的不同需求。五物聯網中間件舉例5.CEP中間件復雜事件處理技術可以從系統(tǒng)中獲取大量信息，進行過濾組合，繼而判斷推理決策的過程，這些信息統(tǒng)稱事件。復雜事件處理工具提供規(guī)則引擎和持續(xù)查詢語言技術來處理這些事件，同時工具還支持從各種異構系統(tǒng)中獲取這些事件的能力。獲取的手段有兩種，一是從目標系統(tǒng)中獲取，二是已有系統(tǒng)把事件推送給復雜事件處理工具。五物聯網中間件舉例復雜事件處理代表一個新的開發(fā)理念和架構，具有很多特征，例如，分析計算是基于數據流而不是基于簡單數據方式進行的，它不是數據庫技術層面的突破，而是整個方法論的突破。目前，復雜事件處理中間件主要面向金融、監(jiān)控等領域，包括IBM流計算中間件InfoSphereStreams以及Sybase、Tibico等公司的相關產品。五物聯網中間件舉例6.SOA中間件SOA能夠幫助軟件工程師站在一個新的高度理解企業(yè)級架構中的各種組件的開發(fā)、部署形式，它將幫助企業(yè)系統(tǒng)架構者更迅速、更可靠、更具重用性架構整個業(yè)務系統(tǒng)。較之以往，以SOA架構的系統(tǒng)能夠更加從容地面對業(yè)務的急劇變化。優(yōu)勢：五物聯網中間件舉例實施SOA的關鍵目標是實現企業(yè)IT資產的最大化重用。要實現這一目標，就要在實施SOA的過程中牢記以下特征（1）可從企業(yè)外部訪問。（2）隨時可用。（3）粗粒度的服務接口分級。（4）松散耦合。（5）可重用的服務。（6）服務接口設計管理。（7）標準化的服務接口。（8）支持各種消息模式。（9）精確定義的服務契約。問題與思考問題1什么是中間件?請舉例說明。思考:問題2在物聯網中中間件的作用是什么?思考:引言云計算的概念是由谷歌公司正式提出的。之所以稱為“云”，是因為它在某些方面具有現實中云的特征：云一般都較大；云的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，它的邊界是模糊的；云在空中飄忽不定，無法也無須確定它的具體位置，但它確實存在于某處。云計算是一種新興的共享基礎架構的方法，可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務，企業(yè)與個人用戶無須再投入昂貴的硬件購置成本，只需要通過互聯網來購買或租賃計算力，把計算機當做接入口，一切都交給互聯網。一云計算基本概念狹義云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源（硬件、平臺、軟件），提供資源的網絡被稱為“云”。廣義云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務，這種服務可以是IT、軟件、互聯網相關的，也可以使用任意其他的服務。一云計算基本概念在中間件產生以前，應用軟件直接使用操作系統(tǒng)、網絡協議和數據庫等進行開發(fā)，這些都是計算機最底層的東西，越底層越復雜，開發(fā)者不得不面臨很多棘手的問題。中間件試圖通過屏蔽各種復雜的技術細節(jié)使技術問題簡單化。一云計算基本概念1.云計算的特點特點（1）超大規(guī)模。（2）虛擬化。（3）高可靠性。（4）通用性。（5）高可擴展性。（6）按需服務。（7）極其廉價。一云計算基本概念2.云計算的基本原理云計算的基本原理是使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，企業(yè)數據中心的運行將與互聯網更相似，這使得企業(yè)能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。二云計算服務模式及關鍵技術1.云計算服務模式Subtitletext1PaaSIaaSSubtitleSaaS二云計算服務模式及關鍵技術1）SaaSSaaS是一種通過互聯網提供軟件的模式，用戶無須購買軟件，而是向提供商租用基于Web的軟件來管理企業(yè)經營活動。相對于傳統(tǒng)的軟件，SaaS解決方案有明顯的優(yōu)勢，包括較低的前期成本，便于維護，可以快速展開使用。隨著企業(yè)IT預算持續(xù)受到嚴格的審查和企業(yè)減少雇用技術人員，我們可以看到市場未來對SaaS解決方案有明顯的需求。二云計算服務模式及關鍵技術2)PaaS通過網絡進行程序提供的服務稱之為SaaS,而云計算時代相應的服務器平臺或者開發(fā)環(huán)境作為服務進行提供就成為了PaaS。所謂PaaS實際上是指將軟件研發(fā)的平臺作為一種服務，以SaaS的模式提交給用戶，因此，PaaS也是SaaS模式的一種應用。但是，PaaS的出現可以加快SaaS的發(fā)展，尤其是加快SaaS應用的開發(fā)速度，因此從某種意義上說，PaaS是SaaS的源泉。二云計算服務模式及關鍵技術Subtitletext1（2）部署簡單。（3）維護簡單。Subtitle（1）開發(fā)簡單。PaaS的優(yōu)勢二云計算服務模式及關鍵技術3）IaaS有了云計算，消費者通過互聯網可以從完善的計算機基礎設施獲得服務，基于互聯網的服務（如存儲和數據庫）是IaaS的一部分。IaaS最大的優(yōu)勢在于它允許用戶動態(tài)申請或釋放節(jié)點，按使用量計費。運行IaaS的服務器規(guī)模達到幾十萬臺之多，因而用戶可以認為能夠申請的資源幾乎是無限的，而IaaS是由公眾共享的，所以具有更高的資源使用效率。二云計算服務模式及關鍵技術2.云計算的關鍵技術Subtitletext12）數據管理技術3）編程模式Subtitle1）數據存儲技術二云計算服務模式及關鍵技術1）數據存儲技術為保證高可用、高可靠和經濟性，云計算采用分布式存儲的方式來存儲數據，采用冗余存儲的方式來保證存儲數據的可靠性，即為同一份數據存儲多個副本。另外，云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務，因此云計算的數據存儲技術必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。數據存儲技術谷歌非開源GFSHadoop開發(fā)團隊GFS開源實現HDFS數據存儲二云計算服務模式及關鍵技術二云計算服務模式及關鍵技術2）數據管理技術云計算系統(tǒng)對大量數據集中進行處理和分析，向用戶提供高效的服務，因此數據管理技術必須能夠高效地管理大數據集。其次，如何在規(guī)模巨大的數據中找到特定的數據也是云計算數據管理技術所必須解決的問題。二云計算服務模式及關鍵技術對海量的數據存儲，讀取后進行大量的分析，數據的讀操作頻率遠大于數據的更新頻率，云中的數據管理是一種讀優(yōu)化的數據管理。因此，云系統(tǒng)的數據管理往往采用數據庫領域中列存儲的數據管理模式，將表按列劃分后存儲。二云計算服務模式及關鍵技術云計算的數據管理技術中最著名的是谷歌提出的BigTable數據管理技術。由于采用列存儲的方式管理數據，如何提高數據的更新速率以及進一步提高隨機讀速率是未來的數據管理技術必須解決的問題。二云計算服務模式及關鍵技術3）編程模式為了使用戶能更輕松地享受云計算帶來的服務，讓用戶能利用該編程模型編寫簡單的程序來實現特定的目的，云計算上的編程模型必須十分簡單，必須保證后臺復雜的并行執(zhí)行和任務調度向用戶和編程人員透明。云計算大部分采用Map-Reduce的編程模式。現在大部分IT廠商提出的“云”計劃中采用的編程模型，都是基于MapReduce的思想開發(fā)的編程工具。三云計算系統(tǒng)應用云計算系統(tǒng)應用云計算是個熱度很高的新名詞。由于云計算是多種技術混合演進的結果，其成熟度較高，又有大公司推動，發(fā)展極為迅速。亞馬遜、谷歌、IBM、微軟和雅虎等大公司是云計算的先行者，云計算領域的眾多成功公司還包括Salesforce、Facebook、Youtube、Myspace等。三云計算系統(tǒng)應用1.云計算——IBMIBM六種云計算應用場景（1）軟件開發(fā)測試云。（2）創(chuàng)新協作云。（3）云計算互聯網數據中心。（4）軟件即服務云。（5）高性能計算云。（6）企業(yè)內部云。三云計算系統(tǒng)應用2.云計算——SUNSUNJavaFXGlassFish應用服務器企業(yè)服務總線目錄服務器MySQL“廉價存儲”SUN的硬件三云計算系統(tǒng)應用3.云計算——谷歌Subtitletext1MapReduceBigTableSubtitleGFS云計算三大法寶三云計算系統(tǒng)應用4.云計算——微軟微軟的云計算WindowsAzure被認為是該公司繼WindowsNT之后，16年來最重要的產品,它提供了“軟件+服務”模式，即在提供軟件的同時提供服務，靠服務來掙錢?，F在這一模式進一步落實到了云計算，即微軟不再利用軟件賺錢，而是利用軟件的安裝、存儲、升級和維護等賺錢。三云計算系統(tǒng)應用微軟的云計算戰(zhàn)略在中國提供了三種不同的運營模式，這與其他公司的云計算戰(zhàn)略有很大的不同

第一種是微軟自己構建及運營公有云的應用和服務，向個人消費者和企業(yè)客戶提供云服務的微軟運營模式。第二種是ISV/SI等各種合作伙伴基于WindowsAzurePlatform開發(fā)并在WindowsAzurePlatform上為最終使用者提供服務。另外，微軟運營在自己的云計算平臺中的BusinessProductivityOnlineSuite(BPOS)也可以交給合作伙伴進行托管運營。

第三種是客戶可以選擇微軟的云計算解決方案構建自己的云計算平臺，微軟提供包含產品、技術、平臺和運營管理在內的全面支持，這是客戶自建的運營模式。三云計算系統(tǒng)應用5.云計算——亞馬遜亞馬遜提供的云計算服務主要有以下幾個方面（1）彈性云計算EC2。（2）簡單存儲服務S3。（3）簡單數據庫服務SimpleDB。（4）簡單隊列服務SQS。（5）彈性MapReduce服務。（6）內容推送服務CloudFront。（7）電子商務服務DevPay。（8）靈活支付服務FPS。三云計算系統(tǒng)應用EC2（elasticcomputecloud）是一種云基礎設施服務，簡言之，就是一部具有無限采集能力的虛擬計算機，用戶能夠用它來執(zhí)行一些處理任務。三云計算系統(tǒng)應用（5）容錯性。（4）易用性。

（3）安全性。（2）低成本。

（1）靈活性。三云計算系統(tǒng)應用6.云計算——中國在我國，云計算發(fā)展也非常迅猛。2008年5月10日，IBM在中國無錫太湖新城科教產業(yè)園建立的中國第一個云計算中心投入運營；2008年6月24日，IBM在北京IBM中國創(chuàng)新中心成立了第二家中國云計算中心——IBM大中華區(qū)云計算中心；2008年11月28日，廣東電子工業(yè)研究院與東莞松山湖科技產業(yè)園管委會簽約，廣東電子工業(yè)研究院將在東莞松山湖投資2億元建立云計算平臺；三云計算系統(tǒng)應用2008年12月30日，阿里巴巴集團旗下子公司阿里軟件與江蘇省南京市政府正式簽訂了2009年戰(zhàn)略合作框架協議，于2009年初在南京建立國內首個電子商務云計算中心，首期投資額將達上億元人民幣；世紀互聯推出了CloudEx產品線，包括完整的互聯網主機服務“CloudExComputingService”，基于在線存儲虛擬化的“CloudExStorageService”，供個人及企業(yè)進行互聯網云端備份的數據保全服務等系列互聯網云計算服務；中國移動研究院對云計算的探索起步早，已經完成了云計算中心試驗。三云計算系統(tǒng)應用我國企業(yè)創(chuàng)造的“云安全”概念，在國際云計算領域獨樹一幟。云安全通過網狀的大量客戶端對網絡中軟件行為的異常監(jiān)測，獲取互聯網中木馬、惡意程序的最新消息，推送到服務端進行自動分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發(fā)到每一個客戶端。云安全的策略構想是使用者越多，每個使用者就越安全，因為如此龐大的用戶群足以覆蓋互聯網的每個角落，只要某個網站被掛馬或某個新木馬病毒出現，就會立刻被截獲。三云計算系統(tǒng)應用云安全的發(fā)展像一陣風，瑞星、趨勢、卡巴斯基、麥克菲、賽門鐵克、江民科技、能力者、金山、360安全衛(wèi)士等都推出了云安全解決方案。瑞星基于云安全策略開發(fā)的產品，每天攔截百萬次木馬攻擊。趨勢科技云安全已經在全球建立了5大數據中心，擁有幾萬部在線服務器，云安全可以支持平均每天55億條點擊查詢，每天收集分析2.5億個樣本，資料庫第一次命中率就可以達到99%，借助云安全，趨勢科技現在每天阻斷的病毒感染最高達1000萬次。四云計算與物聯網1.云計算與物聯網的關系（1）云計算是實現物聯網的核心，運營云計算模式使物聯網中以兆計算的各類物品的實時動態(tài)管理和智能分析變成可能。物聯網通過將射頻識別技術、傳感技術、納米技術等新技術充分運用在各行業(yè)之中，將各種物體充分連接，并通過無線網絡將采集到的各種實時動態(tài)信息送達計算機處理中心進行匯總、分析和處理。

（2）云計算促進物聯網和互聯網的智能融合，從而構建智慧地球。同時，云計算的創(chuàng)新型服務交付模式，簡化服務的交付，加強物聯網和互聯網之間及其內部的互聯互通，可以實現新商業(yè)模式的快速創(chuàng)新，促進物聯網和互聯網的智能融合。云計算從以下兩個方面促進物聯網的實現四云計算與物聯網2.云計算與物聯網的結合方式Subtitletext1(2)多中心，大量終端。(3)信息、應用分層處理，海量終端。Subtitle(1)單中心，多終端。問題與思考問題1云計算的服務模式和關鍵技術是什么？思考:問題2簡述云計算和物聯網的關系。思考:模塊三物聯網支撐技術

單元三M2M技術引言正如互聯網之初由一個個局域網構成，現有的M2M應用已經是物聯網的構成基礎。未來物聯網將由無數個M2M系統(tǒng)構成，類似于人類身體的不同機能，不同的M2M系統(tǒng)會負責不同的功能處理，通過中央處理單元協同運作，最終組成智能化的社會系統(tǒng)。M2M是現階段物聯網最普遍的應用形式，是實現物聯網的第一步。一M2M基本概念M2M應用安全監(jiān)測自動讀取停車表機械服務和維修業(yè)務自動售貨機公共交通系統(tǒng)車隊管理工業(yè)流程自動化電動機械城市信息化二M2M系統(tǒng)架構和通信協議1.M2M系統(tǒng)架構Subtitletext1M2M管理平臺應用系統(tǒng)SubtitleM2M終端二M2M系統(tǒng)架構和通信協議1)M2M終端M2M終端功能接收遠程M2M平臺激活指令本地故障報警數據通信遠程升級使用短消息/彩信/GPRS等幾種接口通信協議與M2M平臺進行通信二M2M系統(tǒng)架構和通信協議2)M2M管理平臺M2M管理平臺為客戶提供統(tǒng)一的移動行業(yè)終端管理、終端設備鑒權；支持多種網絡接入方式，提供標準化的接口，使得數據傳輸簡單直接；提供數據路由、監(jiān)控、用戶鑒權、內容計費等管理功能。M2M功能劃分通信接入模塊終端接入模塊業(yè)務處理模塊數據庫模塊Web模塊二M2M系統(tǒng)架構和通信協議二M2M系統(tǒng)架構和通信協議3)應用系統(tǒng)M2M終端獲得了信息以后，本身并不處理這些信息，而是將這些信息集中到應用平臺上，由應用系統(tǒng)來實現業(yè)務邏輯。應用系統(tǒng)的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現智能化的管理、應用和服務。應用系統(tǒng)的業(yè)務邏輯集中化可以降低終端的處理能力要求，從而減小體積、降低功耗、節(jié)約成本。通過建設標準化、可定制的M2M應用系統(tǒng)，可以降低應用開發(fā)的門檻，促進整個M2M產業(yè)向更好的方向發(fā)展。二M2M系統(tǒng)架構和通信協議2.M2M通信協議M2M終端可以通過GSM、WCDMA、TDSCDMA等不同的移動通信網絡接入，通信方式包括短信、彩信等。為了屏蔽不同通信網絡、不同通信方式的差異性，便于M2M終端設備快速接入M2M系統(tǒng)，需要對M2M終端設備與M2M管理平臺之間的通信協議進行規(guī)范。二M2M系統(tǒng)架構和通信協議目前，我國典型的M2M通信協議是由中國移動提出的無線機器通信協議（wirelessmachinetomachineprotocol，WMMP）,該協議是為實現行業(yè)終端與M2M平臺數據通信過程而設計，屬于與具體通信網絡及通信接入方式無關的應用層協議，建立在用戶數據報協議（UDP）協議之上，協議棧結構由上至下依次為WMMP協議、UDP協議、IP協議、底層承載。二云計算服務模式及關鍵技術WMMP協議通信方式主要有兩種，即長連接和短連接。所謂長連接是指在一個過程中可以連續(xù)發(fā)送多個數據包，如果沒有數據包發(fā)送，需要行業(yè)終端發(fā)送心跳包以維持此連接；短連接是指通信雙方有數據交互時就建立一個WMMP過程，數據發(fā)送完成后則斷開此WMMP過程。二云計算服務模式及關鍵技術WMMP協議主要實現的功能和流程包括以下幾點（1）M2M終端序列號的注冊和分配。（2）M2M終端登錄系統(tǒng)。（3）M2M終端退出系統(tǒng)。（4）M2M連接檢查。（5）終端上線失敗錯誤狀態(tài)上報。（6）M2M終端按照M2M管理平臺的要求上報采集數據、告警數據或統(tǒng)計數據,向M2M管理平臺請求配置數據。

（7）M2M管理平臺從M2M終端提取所需的數據，或向終端下發(fā)控制命令和配置信息。（8）M2M終端軟件的遠程升級。三M2M系統(tǒng)的支撐技術1.機器實現M2M的第一步就是從機器中獲得數據，然后把它們通過網絡發(fā)送出去。不同于傳統(tǒng)通信網絡中的終端，M2M系統(tǒng)中的機器應該是高度智能化的機器，即機器具有“開口說話”的能力，具備信息感知、信息加工（計算能力）、無線通信能力。三M2M系統(tǒng)的支撐技術（1）生產設備的時候嵌入M2M硬件。

（2）對已有機器進行改裝，使其具備與其他M2M終端通信組網能力。使機器具備“說話”能力的基本方法有兩種三M2M系統(tǒng)的支撐技術2.M2M硬件（5）識別標識。（4）傳感器。（3）調制解調器。

（2）可改裝硬件。

（1）嵌入式硬件。

三M2M系統(tǒng)的支撐技術3.通信網絡通信網絡在整個M2M技術框架中處于核心地位，包括廣域網（無線移動通信網絡、衛(wèi)星通信網絡、互聯網、公眾電話網）、局域網（以太網、WLAN、藍牙）、個域網（ZigBee、傳感器網絡）。隨著移動通信技術的演進，必定將M2M應用帶到一個新的境界。三M2M系統(tǒng)的支撐技術4.中間件中間件包括兩部分，即M2M網關、數據收集和集成部件。網關在M2M系統(tǒng)中負責獲取通信網絡的數據，并將數據傳送給信息處理系統(tǒng)，主要功能是完成不同通信協議之間的轉換。數據收集和集成部件的目的是將數據變成有價值的信息,對原始數據進行不同加工和處理，并將結果呈現給需要這些信息的觀察者和決策者。這些中間件包括數據分析和商業(yè)智能部件、異常情況報告和工作流程部件、數據倉庫和存儲部件等。三M2M系統(tǒng)的支撐技術5.應用

在M2M系統(tǒng)中，應用的主要功能是通過數據融合、數據挖掘等技術把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，為決策和控制提供依據，實現智能化的M2M業(yè)務應用和服務。四M2M業(yè)務應用5.氣象監(jiān)測行業(yè)

4.醫(yī)療行業(yè)

3.能源行業(yè)

2.交通運輸行業(yè)

1.電力行業(yè)

五M2M發(fā)展現狀國內外M2M應用繁多，在國內，中國電信、中國移動、中國聯通已經開始進入M2M市場，應用涉及電力、水利、交通、金融、氣象等行業(yè)。例如，中國電信目前在全國推廣的全球眼監(jiān)控、智能家居、水電抄表、遠程無人彩票銷售系統(tǒng)等業(yè)務。在國外，沃達豐目前在M2M市場是全球第一，提供M2M全球服務平臺以及應用業(yè)務，為企業(yè)客戶的M2M智能服務部署提供托管業(yè)務，能夠集中控制和管理許多國家推出的M2M設備，企業(yè)客戶還可以通過廣泛的無線智能設備收集有用的客戶數據。引言物聯網是物物相連的互聯網，涉及萬事萬物，所以其數據呈現一些新的特點，如海量數據，多態(tài)性，關聯性，數據與時間、空間相關等，如何對收集的數據進行穩(wěn)定的存儲、高效地組織，并最終實現有效的整合和利用，是物聯網發(fā)展必須面對的關鍵問題。數據庫在整個物聯網中發(fā)揮著記憶（數據存儲）、分析（數據挖掘）的作用,所以選擇一個適合的數據平臺就顯得尤為重要。一數據庫數據庫是統(tǒng)一管理的相關數據的集合，能為各種用戶共享，具有最小冗余度，數據間聯系密切，又有較高的數據獨立性。人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數據之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，抽取有用信息。概念1.數據庫的概念一數據庫數據庫管理系統(tǒng)（DBMS）是操縱和管理數據庫的軟件系統(tǒng)，它由一組計算機程序構成，管理并控制數據資源的使用。在計算機軟件系統(tǒng)的體系結構中，DBMS位于用戶和操作系統(tǒng)之間，是數據庫系統(tǒng)的核心，主要用于實現對共享數據有效的組織、管理和存取。一數據庫DBMS的基本功能包括以下幾個方面1）數據庫定義功能2）數據操縱功能3）數據庫的運行管理4）數據組織、存儲和管理功能5）數據庫的建立和維護功能6）其他功能一數據庫2.常用數據庫數據庫openPlant實時數據庫DB2OraclInformixSESybaseSQLServerSQLServerPostgreSQLMySQLAccess數據庫SQLiteFoxPro數據庫一數據庫3.關系數據庫關系數據庫是建立在關系數據庫模型基礎上的數據庫，它借助于集合代數等概念和方法來處理數據庫中的數據，是物聯網應用的主流數據庫之一。關系數據庫是目前應用最廣泛的數據庫，它的主要特點包括以下幾點。（1）用關系數據模型（簡稱關系模型）來組織數據。（2）以關系代數為基礎處理數據庫中的數據。（3）擁有許多性能良好的關系數據庫管理系統(tǒng)（RDBMS）。一數據庫4.實時數據庫實時數據庫（realtimedatabase,RTDB）是數據庫系統(tǒng)發(fā)展的一個分支，是數據庫技術結合實時處理技術產生的。作為兩種主流的數據庫，實時數據比起關系型數據庫來說更勝任海量并發(fā)數據的采集、存儲。面對越來越多的數據，關系型數據庫的處理響應速度會出現延遲甚至假死，而實時數據庫不會出現這樣的情況，這是數據庫結構造成的性能差異，兩者對應的應用范圍是不一樣的。關系型數據庫適合業(yè)務數據的存儲，而實時數據更勝任海量實時數據的存儲。主流實時數據庫及相關公司美國OSI公司的PI美國Honeywell公司的PHD美國AspenTech公司的IP21美國InStep公司的eDNA上海麥杰科技的openPlant北京三維力控的pSpace一數據庫一數據庫5.數據庫與物聯網物聯網作為一種海量信息雙向傳遞、虛擬網絡與現實世界主動交互的新型系統(tǒng)，在原始數據感知收集、基于信息內容和傳輸模式的關聯分析、實際物理系統(tǒng)QoS指標驅動等信息流傳遞過程中，具有獨立于以往系統(tǒng)的高實時、低冗余、多用戶、復雜信息流耦合交互等特性,現有的理論機制很難提供全面可靠的服務與技術保障，這對物聯網的研究提出了全新的挑戰(zhàn)。一數據庫當前數據庫理論與技術的發(fā)展極其迅速，其應用日益廣泛，層次、網狀、關系型數據庫在傳統(tǒng)的管理事務型應用領域獲得了極大成功，隨著數據庫的應用向新的領域擴展，如CAD/CAM、CIMS、數據通信、電力調度、交通控制、物流跟蹤、作戰(zhàn)指揮、實時仿真等，這些應用既需要數據庫來支持大量數據的共享，維護其數據的一致性，又需要實時處理來支持其任務（事務）與數據的定時限制。一數據庫實時數據庫是工業(yè)信息化中的核心基礎軟件，在“信息化與工業(yè)化融合”過程中起著核心作用。隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)監(jiān)測和控制對象的不斷復雜化，對數據采集規(guī)模、采集精度以及采集速度的要求不斷提高，加之歷史數據在系統(tǒng)設計、系統(tǒng)優(yōu)化、故障預診斷、故障過程記錄以及事后故障分析等方面價值的認識不斷深入，對這類海量時序數據訪問的便利性和響應速度的要求也在不斷提高。二數據融合1.數據融合的概念數據融合又稱信息融合或多傳感器數據融合，是指利用計算機對按時間序列獲得的若干觀測信息在一定準則下加以自動分析、綜合，為完成所需的決策和評估任務而進行的信息處理技術。二數據融合數據融合有三層含義（1）數據的全空間。數據包括確定的和模糊的、全空間的和子空間的、同步的和異步的、數字的和非數字的，是復雜的、多維多源的，覆蓋全頻段。（2）數據的融合不同于組合。組合指的是外部特性，而融合指的是內部特征，是系統(tǒng)動態(tài)過程中的一種數據綜合加工處理。（3）數據的互補過程，數據表達方式的互補、結構上的互補、功能上的互補、不同層次的互補是數據融合的核心，只有互補數據的融合才可以使系統(tǒng)發(fā)生質的飛躍。二數據融合2.數據融合的原理數據融合原理如下（1）N個不同類型的傳感器收集觀測目標的數據。（2）對傳感器的輸出數據進行特征提取的變換，提取代表觀測數據的特征矢量Yi。（3）對特征矢量Yi進行模式識別處理，如聚類算法、自適應神經網絡或其他能將特征矢量Yi變換成目標屬性判決的統(tǒng)計模式識別法等，以完成各傳感器關于目標的說明。（4）將各傳感器關于目標的說明數據按統(tǒng)一目標進行分組，即關聯。（5）利用融合算法將每一目標各傳感器數據進行合成，得到該目標的一致性解釋與描述。二數據融合3.數據融合的方法隨機類方法加權平均法卡爾曼濾波法多貝葉斯估計法D-S證據推理方法產生式規(guī)則1）隨機類方法二數據融合信號級融合最簡單、最直觀的方法是加權平均法，該方法將一組傳感器提供的冗余信息進行加權平均，結果作為融合值，該方法是一種直接對數據源進行操作的方法。（1）加權平均法二數據融合卡爾曼濾波主要用于融合低層次實時動態(tài)多傳感器冗余數據，該方法用測量模型的統(tǒng)計特性遞推，決定統(tǒng)計意義下的最優(yōu)融合和數據統(tǒng)計。如果系統(tǒng)具有線性動力學模型，且系統(tǒng)與傳感器的誤差符合高斯白噪聲模型，則卡爾曼濾波將為融合數據提供唯一有統(tǒng)計意義的最優(yōu)估計?？柭鼮V波的遞推特性使系統(tǒng)處理不需要大量的數據存儲和計算，但是，采用單一的卡爾曼濾波器對多傳感器組合系統(tǒng)進行數據統(tǒng)計時，存在很多嚴重的問題。（2）卡爾曼濾波法二數據融合多貝葉斯估計法為數據融合提供了一種手段，它使傳感器信息依據概率原則進行組合。測量不確定性以條件概率表示，當傳感器組的觀測坐標一致時，可以直接對傳感器的數據進行融合，但大多數情況下，傳感器測量數據要以間接方式采用貝葉斯估計進行數據融合。多貝葉斯估計法將每一個傳感器作為貝葉斯估計，將各個單獨物體的關聯概率分布合成一個聯合的后驗概率分布函數，通過使用聯合分布函數的似然為最小，提供多傳感器信息的最終融合值，融合信息與環(huán)境的一個先驗模型提供整個環(huán)境的特征描述。（3）多貝葉斯估計法二數據融合D-S證據推理是貝葉斯推理的擴充，其三個基本要點是基本概率賦值函數、信任函數和似然函數。D-S證據推理方法的推理結構是自上而下的，分三級，第一級為目標合成，其作用是把來自獨立傳感器的觀測結果合成為一個總的輸出結果（ID）；第二級為推斷，其作用是獲得傳感器的觀測結果并進行推斷，將傳感器觀測結果擴展成目標報告，這種推理的基礎是一定的傳感器報告以某種可信度在邏輯上會產生可信的某些目標報告；第三級為更新，各傳感器一般都存在隨機誤差。（4）D-S證據推理方法二數據融合產生式規(guī)則采用符號表示目標特征和相應傳感器信息之間的聯系，與每一個規(guī)則相聯系的置信因子表示它的不確定性程度，當在同一個邏輯推理過程中兩個或多個規(guī)則形成一個聯合規(guī)則時，可以產生融合。應用產生式規(guī)則進行融合的主要問題是每一個規(guī)則的置信因子的定義與系統(tǒng)中其他規(guī)則的置信因子相關，如果系統(tǒng)中引入新的傳感器，需要加入相應的附加規(guī)則。(5)產生式規(guī)則二數據融合2）人工智能類方法模糊邏輯是多值邏輯，通過指定一個0到1之間的實數表示真實度，相當于穩(wěn)含算子的前提，允許將多個傳感器信息融合過程中的不確定性直接表示在推理過程中。模糊集合理論對于數據融合的實際價值在于它外延到模糊邏輯，模糊邏輯是