第5章物联网支撑技术

2020/3/28物联网技术与应用——配套电子课件主编:刘丽军第5章物联网支撑技术2/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军【本章知识要点】学习完本章后，应当掌握如下知识：（1）了解什么是云计算，云计算的服务模式和关键技术。（2）理解云计算与物联网的关系。（3）了解什么是中间件、物联网中间件。（4）了解物联网数据库融合。3/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算之所以称为“云”，是因为它在某些方面具有现实中云的特征：云一般都较大；云的规模可以动态伸缩，它的边界是模糊的；云在空中飘忽不定，你无法也无需确定它的具体位置，但它确实存在于某处。5.1.1云计算概述4/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算1.云计算的概念狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源(硬件、平台、软件)。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT、软件、互联网相关的，也可以使用任意其他的服务。5/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算2.云计算的特点(1)超大规模。(2)虚拟化。(3)高可靠性。(4)通用性。(5)高可扩展性。(6)按需服务。(7)极其廉价。6/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算3.云计算的基本原理云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。这是一种革命性的举措，它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水、电一样，取用方便，费用低廉。7/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算1、云计算服务模式根据NIST(NationalInstituteofStandardsandTechnology，美国国家标准技术研究院)定义，从用户体验的角度出发云计算主要分为三种服务模式：SaaS、PaaS和IaaS。对普通用户而言，他们主要面对的是SaaS这种服务模式，而且几乎所有的云计算服务最终的呈现形式都是SaaS。5.1.2云计算服务模式及关键技术8/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算(1)SaaSSaaS是SoftwareasaService(软件即服务)的简称，它是一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动。相对于传统的软件，SaaS解决方案有明显的优势，包括较低的前期成本，便于维护，快速展开使用。随着企业IT预算持续受到严格的审查和企业减少雇用技术人员，我们可以看到中国市场未来对SaaS解决方案有明显的需求。9/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算(2)PaaS通过网络进行程序提供的服务称之为SaaS，而云计算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提供就成为了PaaS(PlatformasaService，平台即服务)。所谓PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用。但是，PaaS的出现可以加快SaaS的发展，尤其是加快SaaS应用的开发速度。从某种意义上说，PaaS是SaaS的源泉。10/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算(3)IaaSIaaS(InfrastructureasaService，基础设施即服务)。消费者通过Internet可以从完善的计算机基础设施获得服务。基于Internet的服务(如存储和数据库)是IaaS的一部分。IaaS最大优势在于它允许用户动态申请或释放节点，按使用量计费。运行IaaS的服务器规模达到几十万台之多，用户因而可以认为能够申请的资源几乎是无限的。而IaaS是由公众共享的，因而具有更高的资源使用效率。11/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算2、云计算关键技术(1)数据存储技术(2)数据管理技术(3)编程模型12/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算1、IBMIBM在2007年11月推出了“改变游戏规则”的“蓝云”计算平台，为客户带来即买即用的云计算平台。它包括一系列的自动化、自我管理和自我修复的虚拟化云计算软件，使来自全球的应用可以访问分布式的大型服务器池，使数据中心在类似于互联网的环境下运行计算。IBM正在封装的云计算软件名为Hsdoop，运行在Linux操作系统上。Hsdoop基于名为Nutch的开源搜索项目以及Google的MapReduce(映射化简)软件，MapReduce用于连接大量电脑扩展复杂的计算任务，用于大规模数据集(大于1TB)的并行运算。5.1.3典型云计算系统简介13/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算2、SUN2008年5月，美国太阳计算机系统公司(SUN)在2008JavaOne开发者大会上宣布推出“Hydrazine”计划。至此，集结在“云计算”旗帜之下的软件供应商又增加了一位重量级成员。基于“Hydrazine”计划，SUN希望利用其核心技术打造一个包含网络环境、数据中心和其他基础设施组件在内的完整解决方案，如SUN的JavaFX丰富互联网应用程序技术、SUN的Glassfish应用服务器、SUN企业服务总线、SUN目录服务器、MySQL、“廉价存储”和SUN的硬件，从而使开发人员利用SUN平台创建托管应用与服务，并且不用到任何其他地方就可以利用这些应用程序和服务赚钱。5.1.3典型云计算系统简介14/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算3、Google谷歌公司(Google，谷歌)围绕因特网搜索创建了一种超动力商业模式。如今，他们又以应用托管、企业搜索以及其他更多形式向企业开放了他们的“云”。它早已以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝：GFS、MapReduce和BigTable，并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程。目前，Google已经允许第三方在Google云计算中通过GoogleAppEngine运行大型并行应用程序。5.1.3典型云计算系统简介15/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算4、Microsoft微软的“云计算”(WindowsAzure)被认为是WindowsNT之后，16年来最重要的产品。它提供了“软件＋服务”模式，即在提供软件的同时提供服务，靠服务来挣钱。现在这一模式进一步落实到了“云计算”，即微软不再利用软件赚钱，而是利用软件的安装、存储、升级和维护等赚钱。5.1.3典型云计算系统简介16/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算5、Amazon亚马逊(Amazon)是最大的在线零售商，使用弹性计算云(EC2)和简单存储服务(S3)为企业提供计算和存储服务，也为独立软件开发人员及开发商提供云计算服务平台。Amazon提供的云计算服务主要有：弹性云计算EC2；简单存储服务S3；简单数据库服务SimpleDB；简单队列服务SQS；弹性MapReduce服务；内容推送服务CloudFront；电子商务服务DevPay；灵活支付服务FPS。5.1.3典型云计算系统简介17/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算6、我国的云计算在我国，云计算发展也非常迅猛。2008年5月10日，IBM在中国无锡太湖新城科教产业园建立的中国第一个云计算中心投入运营；2008年6月24日，IBM在北京IBM中国创新中心成立了第二家中国的云计算中心——IBM大中华区云计算中心；2008年11月28日，广东电子工业研究院与东莞松山湖科技产业园管委会签约，广东电子工业研究院将在东莞松山湖投资2亿元建立云计算平台；2008年12月30日，阿里巴巴集团旗下子公司阿里软件与江苏省南京市政府正式签订了2009年战略合作框架协议，计划于2009年初在南京建立国内首个“电子商务云计算中心”，首期投资额将达上亿元人民币；世纪互联推出了CloudEx产品线，包括完整的互联网主机服务“CloudExComputingService”，基于在线存储虚拟化的“CloudExStorageService”，供个人及企业进行互联。5.1.3典型云计算系统简介18/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算云计算的广泛应用，将从根本上改变信息获取和知识传播的方式，促进基础设施运营、软件等信息产业向服务化转型，催生跨行业融合的新型服务业态。19/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算1、云计算与物联网的关系云计算是物联网发展的基石，并且从以下两个方面促进物联网的实现。首先，云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使物联网中以兆计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。其次，云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建智慧地球。5.1.4云计算与物联网20/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.1云计算2、云计算与物联网的结合方式云计算与物联网的结合方式可以分为以下几种。一是单中心，多终端。二是多中心，大量终端。三是信息、应用分层处理，海量终端。5.1.4云计算与物联网21/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件中间件(Middleware)是与操作系统、数据库并列的三大基础软件之一。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。5.2.1中间件概述22/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件最早具有中间件技术思想及功能的软件是IBM的CICS，但由于CICS不是分布式环境的产物，因此人们一般把Tuxedo作为第一个严格意义上的中间件产品。Tuxedo是1984年在当时属于AT&T的贝尔实验室开发完成的，但由于分布式处理当时并没有在商业应用上获得像今天一样的成功，Tuxedo在很长一段时期里只是实验室产品，后来被Novell收购，在经过Novell并不成功的商业推广之后，1995年被现在的BEA公司收购。23/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件1、中间件的作用中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负担。24/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件2、中间件的分类(1)远程过程调用(RPC)(2)面向消息的中间件(MOM)(3)对象请求代理(ORB)25/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件从本质上看，物联网中间件是物联网应用的共性需求(感知、互联互通和智能)。已存在的各种中间件及信息处理技术，包括信息感知技术、下一代网络技术、人工智能与自动化技术的聚合与技术提升。5.2.2物联网中间件26/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件5.2.2物联网中间件物联网中间件27/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件EPC(ElectronicProductCode)中间件扮演电子产品标签和应用程序之间的中介角色。应用程序使用EPC中间件所提供的一组通用应用程序接口，即可连到RFID读写器，读取RFID标签数据。基于此标准接口，即使存储RFID标签数据的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件代替，或者RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性等问题。1、EPC中间件28/53第5章物联网支撑技术主编:刘丽军5.2中间件RFID中间件是物联网软件系统中的关键和灵魂，RFID中间件是一种面向消息的中间件，承担着RFID硬件和物联网应用程序之