中间件在物联网中的应用

中间件在物联网中的应用——董永朋杨勋物联网是战略性新兴产业的重要组成部分，其在农业领域已有一些探索和初步应用。农业物联网的发展，展方式的革命性变革。但与物联网技术在工业控制和电子商务等领域发展相比，农业物联网还正处于起步阶段，迫切需要对其进行深入探索和研究，促进农业物联网技术、产品的研发和生产，改造传统农业的现代化水平。鉴此，编辑部将近期与农业物联网相关的文章集中到一起，以期为农业物联网的相关研究人员提供参考。物联网(TheInternetofThings)是通过无线射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网改变了人与自然界的交互方式，实现人与人、人与物、物与物之间的互联，把虚拟的信息世界与现实的物理世界链接起来，融为一体，扩展了现有网络的功能和人类认识改造世界的能力。其概念是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域。1、我国物联网发展现状我国对物联网发展高度重视，《国家中长期科学与技术发展规划(2006－2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将物联网列入重点研究领域。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(2009年)已将包括物联网在内的新一代信息技术产业被列为战略性新兴产业。2009年以来，温家宝总理多次强调要“着力突破物联网的关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。我国将物联网作为推荐产业信息化进程的重要策略，在实际发展中落实物联网于各个产业中的应用。农业作为关系国计民生的基础产业，其信息化的程度尤其受到重视。我国发展现代农业面临着资源紧缺与生态环境恶化的双重约束，面临着资源高投入和粗放式经营的矛盾以及农产品质量安全问题的严峻挑战，迫切需要加强以农业物联网为代表的农业信息化技术应用，实现农业生产过程中对动植物、土壤、环境等从宏观到微观的实时监测，提高农业生产经营精细化管理水平，达到合理使用农业资源、降低生产成本、改善生态环境、提高农产品产量和质量的目的。传统农业采用纯人工管理，缺乏有效的技术手段采集农作物生长环境参数;采用手工控制实现对灌溉、水帘、遮阳网、抽风机等的控制，耗费人力时间，且出错率较高。目前，国家大力提倡智能农业传感数据多样，集传感、分析、联动于一体，实现远程检测和控制，进行智能化数据处理并实现多样化报警方式。尽管国内物联网相关工作推进比较快，但其产业化发展仍然面临着巨大挑战。从产业关键技术的角度来看，物联网软件系统和智能算法是物联网计算环境的“神经中枢”，是物联网生态系统的重要组成部分。物联网应用支撑平台是各类物联网应用的重要基础软件设施和共性软件平台，是物联网“神经中枢”的核心，是实现物联网产业应用层“应用子集”大规模发展的战略性支撑。中创软件中间件有限公司通过自主研发推出了物联网应用支撑平台，用于支撑企事业单位的物联网应用。中间件股份有限公司以物联网信息聚合技术为理论基础，研发了物联网应用中间InforSuiteIOTEdgeServer(IIES)系列产品，能够在实时采集农场各种传感设备原始信息的同时进行大量的数据处理和计算，从海量的、杂乱无章的原始数据中提炼出对智能农业系统具有特定意义的数据，并智能地对各种突发情况进行实时处理，极大地节省了人力物力，提高了经济效益，且有利于保护生态环境。2、中创软件物联网应用中间件及智慧农业系统2．1中创软件物联网应用中间件特点IES提供广泛的传感设备支持并可以通过其灵活可扩展的框架迅速支持各种感知设备，为企业降低对感知设备依赖的风险;提供强大的事件处理引擎，将海量的传感信息过滤、分组、关联和聚合生成透明的业务数据，增强了传感数据的通透性;提供传感设备模拟工具、压力测试工具、设计工具以及SDK开发包，基于RFID与传感器应用解决方案的开发部署提供可视化开发支持;为传感设备管理和监控提供工具，便于设备的规划和管控。2．1．1自主可控、安全可靠。基于核高基“网络应用服务支撑运行平台”的技术成果，具有构件化、服务化、标准化、动态性、稳定性和易扩展等优势，支持随需应变快速构建。2．1．2无限感知、兼容普适。严格遵循EPCGloble行业标准;支持国际业界所有主流的RFID与传感器设备;并提供灵活可扩展的资源适配器框架，可快速无缝集成新型的各种类型感知设备资源，并实现上层应用系统对感知设备资源管理的零编程。2．1．3灵活易构、性能卓越。采用Loong基础平台，即插即用;企业物联网应用可按需定制分布式或集中式部署模型;通过内部先进的事件处理引擎，能够在前端对原始数据进行任意的复杂处理和业务流程转换，以应用提炼有效的业务信息;测试证明产品能够达到每秒百万级的事件处理能力，并确保7×24h稳定运行。2．1．4开发便捷、助力实施。为企业物联网应用开发提供了可Eclipse中调试的SDK以及整套设计、开发、测试工具，为企业物联网应用的实施提供了高效快速的开发测试方法，既缩短了开发周期又降低了开发成本;为上层应用提供可扩展标准化的数据服务接口，降低应用使用数据服务的复杂度，提供开发效率;可视化管理控制台帮助用户实现RFID设备的快速配置部署，并进行日常的设备状态监控管理。2．2中创软件物联网应用中间件智慧农业系统架构中创软件物联网应用中间件是介于感知硬件设备层与应用层之间的中间件，负责实现与前端感知硬件设备的信息交互和管理，将采集到的海量原始感知信息提炼为有效的结果信息，并完成与上层复杂应用的信息交换。针对物联网应用开发和测试的自身特点，系统为物联网应用开发的不同阶段提供不同的工具，并且提供了统一的感知设备监管工具IESConsole，通过它实现对纷繁复杂感知设备的可视化配置和监控管理以及感知信息的实时观测。运行平台是整个物联网应用中间件的核心，其基于核高基“网络应用服务支撑运行平台”的技术成果，遵循核高基“JEE标准规范”、“微内核集成框架”和“一体化管理框架”规范标准。中创软件物联网应用中间件是一个基础软件设施和共性软件平台，位于物理感知设备和上层应用系统之间，负责采集物理数据并进行过滤解析以及处理，形成有效的信息传给上层应用，支撑整个智慧农业系统的互联，为应用提供快速构建的架构支撑和工具手段。基于InforSuiteIOTEdgeServer的智慧农业系统架构。在农场的每个大棚或者其他种植农作物的地方部署各种用途的传感设备，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤水分传感器等，用来采集农作物生长环境的各种因素。这些传感设备采集到的数据通过有线网络(如RS485)或者无线网络(如Zigbee)等传给中间层IIES，IIES将采集到的信息进行过滤、分组、关联、聚合等负载操作，形成用户所需的有效信息上传给上层应用，以便用户能及时感知农作物生长环境的变化，采取相应的措施。另外，用户可以在上层系统中给各个参数设定安全阈值，当中间件采集过来的数据超过或者低于一定阈值时，系统会自动报警，并自动启动或关闭相应物理设备(如水帘)，采取相应的应对措施。该物联网支撑平台的核心部件由IIES产品族组成，包括InforSuiteIOTEdgeServer、IESSDK、IESDesigner、IESSenorEmulator、IESSensorStreamer、IESConsole以及IOTDe-viceAgent等。2．3中创软件物联网应用中间件智慧农业系统主要功能2．3．1信息采集和控制系统。实现农作物生长环境(包括二氧化碳、光照度、温湿度和土壤参数等)的信号采集、传输、接收。2．3．2物理传感设备监控。远程地对部署在自然环境中的各种传感设备的工作状态进行实时监控。2．3．3环境监控管理平台。实现对物理传感设备采集到的各种信息的过滤、分组、关联、聚合等操作，形成对用户有效的信息;提供阈值设置功能;对异常信息提供智能分析、检索、告警以及对异常情况自动处理功能，如当土壤湿度低于5002。2．4强度分析采用软件打开图像，点击通道面板，选择所需要分析的荧光标记通道，将其复制成副本点击“图像＞调整＞阈值”，设置合适的阈值将目标区域划分出，点击“滤镜＞其他＞最大值与最小值”，先最大值后最小值可填充内孔;先最小值后最大值可去除杂点。根据需要设置参数“半径”的具体数值，注意最大值与最小值的半径数值需相等。点击“选择＞载入选区”，这时点击“窗口＞直方图”面板，默认情况下，“直方图”面板将以“紧凑视图”形式呈现，可点击面板菜单选项中的“扩展视图”和“显示统计数据”选项;然后选择下拉菜单中的“明度”选项，从中可读出“平均灰度值、标准差和面积”的具体数值。需注意面板中“高速缓存级别”数值应为1，若不为1需点击面板菜单选项中的“不使用高速缓存的刷新”选项。2．5误差分析2．5．1荧光图像叠加与拆分。采用NikonA1激光共聚焦显微系统及NIS－Elements软件分别获得小鼠传代培养细胞单标记荧光图像(荧光染料分别为DAPI、TexasRed和AlexaFluor488)、明场图像与叠加图像(图2);采用Photoshop软件按前述方法对单标记荧光图像与明场图像分别进行拆分与叠加处理。采用Imageproplus软件对这些处理后的图像进行差值运算，所得图像为完全黑色，即它们是完全相同的图像。2．5．2荧光图像强度分析。利用Photoshop与Imageproplus软件按前述方法分析图2中“蓝”通道细胞核区域荧光强度(表1)，结果显示无显著性差异(P＞0．05)。表1荧光强度误差分析096．50Imageproplus36571像素22．016．503、结论该研究中图像处理试验结果显示，经过Photoshop软件处理过的荧光显微图像图形清晰、色彩逼真、结果准确。与国外高校与科研院所相比，目前国内大中专院校与科研院所关于科学图像处理技能的训练仍然比较缺乏，而在科学研究中，对试验结果图像进行相关处理是重要的实践环节，否则试验人员很难将研究结果较好地呈现出来，而这其中应用最广泛的便是Photoshop软件。因此就试验教学与科学研究而言，上述处理技术是值得推广的。实践表明利用Photoshop软件对荧光显微图像进行处理，操作方法简便快捷，结果可靠、受主观影响小，该技术可在教学及科学研究中得到广泛的应用。设定阈值时，自动启动水帘等设备进行浇水。基于网页的数据监测和数据导出功能。用户可以在网页上浏览检测的数据，掌握农作物各个时期的生长情况，也可以将历史数据导出，进行分析对比，便于寻找规律，作出正确的决策。4、结语InforSuiteIOTEdgeServer采用业界领先的OSGI微内核框架，该框架具有模块化、标准化、动态性、稳定性和易扩展等特性，结合先进的插件化开发技术保障了InforSuiteIOTEdgeServer对纷繁复杂的感知设备的快速支撑，同时为多种备之间的桥梁和纽带，涉及物联网感知层海量感知设备的监控管理问题，是物联网数据的核心通道和国家信息安全的咽喉，不可受制于人。中创软件物联网应用中间件及支撑平台的出现，打破了国外软件厂商在该领域的垄断，形成了具有自主知识产权的物联网应用中间件产品和平台，从而奠定我国物联网发展的基石。在新的科技浪潮中，助力我国物联网发展，提高国家工业、农业、国防和科技的发展水平，创造新的经济增长点。应用服务的运行提供了稳定环境，并且支持OSGI规范、EPCglobal规范、JEE5规范，可以实现快速构建企业物联网系统，能够通过物联网支撑平台的多种开发支持工具，为智能物联、网应用的实施提供了高效快速的开发测试方法，缩短了开发周期且减少了开发成本。中创软件物联网支撑平台为企业感知设备的接入和管理、感知信息的运用、业务流程的创新提供了便捷的方法。中创软件物联网支撑平台先进的事件处理引擎和稳定的微内核框架为感知数据的高效处理提供了保障。测试表明该物联网支撑平台的事件处理引擎可以达到每秒百万级的事件处理能力。