物联网应用技术导论

物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术《物联网应用技术导论》课件第4章物联网服务与管理技术东软电子出版社罗汉江主编《物联网应用技术导论》教材配套课件4物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术第4章物联网服务与管理技术4.1物联网服务与管理技术概述4.2物联网云计算技术4.2.1云计算基本概念4.2.2物联网与云计算4.3物联网中间件技术4.3.1中间件技术4.3.2物联网中间件4.3.3RFID中间件技术4.4物联网智能信息处理技术4.4.1数据库与数据库存储技术4.4.2数据融合与数据挖掘4.4.3物联网的其他智能化技术4.5物联网信息安全与隐私保护4.5.1物联网安全的特点4.5.2物联网各层的安全问题4.6本章小结物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.1物联网服务与管理概述物联网的服务与管理主要解决数据的管理与运用问题，包括数据的流动管理（如中间件技术）、数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索数据（搜索引擎）、如何使用数据（数据挖掘与机器学习等）、如何保护数据（数据安全与隐私保护等）等等。物联网产业是软硬结合的产业，涵盖数据的产生、收集、托管、发现、分析和交易整个生命周期的数据处理和分析，以及由此产生的信息智能是驱动未来信息世界和物理世界的基本燃料。本节主要介绍物联网的信息处理与服务管理技术中的如云计算技术、中间件技术、数据库与存储技术、数据融合与数据挖掘、智能信息处理技术、信息安全与隐私保护技术等。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念1、云计算的定义云计算（CloudComputing）是一种基于互联网的商业计算模式，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。云计算是网格计算（GridComputing）、（分布式计算）（DistributedComputing）、并行计算（ParallelComputing）、效用计算（UtilityComputing）、网络存储（NetworkStorageTechnologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（LoadBalance）等传统计算和网络技术发展融合的产物。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念2、云计算的特点（1）超大规模。“云”具有相当的规模，Google云计算已经拥有100多万台服务器，（2）虚拟化。云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取服务。（3）高可靠性。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性。（4）通用性。云计算不针对特定的应用，同一片“云”可以同时支撑不同的应用运行。（5）高可扩展性。“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。（6）按需服务。“云”是一个庞大的资源池，用户按需购买，像自来水、电和煤气那样计费。（7）极其廉价。“云”的特殊容错措施使得可以采用极其廉价的节点来构成云；“云”的自动化管理使数据中心管理成本大幅降低。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念3、云计算的基本服务类型云计算的服务类型大致可以分为：基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS和软件即服务SaaS三类。将软件作为服务SaaS(SoftwareasaService)将平台作为服务PaaS(PlatformasaService)将基础设施作为服务IaaS（InfrastructureasaService）物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念基础设施即服务IaaS：将硬件设备等基础资源封装成服务供用户使用。在IaaS环境中，用户相当于在使用裸机和磁盘，既可以让它运行Windows，也可以让它运行Linux，因而几乎可以做任何想做的事情，但用户必须考虑如何才能让多台机器协同工作起来。IaaS最大的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的服务器规模可以达到几十万台之多，用户因而可以认为能够申请的资源几乎是无限的。同时IaaS可以认为是由公众共享的，因而具有更高的资源使用效率。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念平台即服务PaaS：对资源的抽象层次更进一步，提供用户应用程序的运行环境。PaaS自身负责资源的动态扩展和容错管理，用户应用程序不必过多考虑节点间的配合问题。用户的自主权降低，并且必须使用特定的编程环境并遵照特定的编程模型。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.1云计算基本概念软件即服务SaaS：它将某些特定应用软件功能封装成服务，如Salesforce公司提供的在线客户关系管理CRM（ClientRelationshipManagement）服务。SaaS既不像PaaS一样提供计算或存储资源类型的服务，也不像IaaS一样提供运行用户自定义应用程序的环境，它只提供某些专门用途的服务供应用调用。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.2物联网与云计算物联网被认为是人类社会对物理世界实现“感、知、控”的一种手段，因此各类信息感应、探测、识别、定位、跟踪和监控看做是物联网的“前端”，而基于互联网对物理世界的智能化管理和控制是认为是物联网的“后端”。物联网应用带来了海量大数据，这些数据具有实时感应、高度并发、自主协同和涌现效应等特征，迫切需要云计算提供数据处理并提供应用服务。虽然云计算不是单纯为物联网的应用服务，但随着物联网应用的大规模推广，大量的智能物体会连接到互联网上，给云计算带来很好的发展机遇。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.2物联网与云计算1、IaaS模式在物联网中的应用横向通用支撑平台和纵向特定的物联网应用平台，在IaaS技术虚拟化的基础上可实现物理资源的共享和业务处理能力的动态扩展。IaaS技术在对主机、存储和网络资源的集成与抽象的基础上，具有可扩展性和统计复用能力，允许用户按需使用。除网络资源外，其他资源均可通过虚拟化提供成熟的技术实现，为解决物联网应用的海量终端接入和数据处理提供有效途径。同时，IaaS对各类内部异构的物理资源环境提供统一的服务界面，为资源定制、出让和高效利用提供统一界面，也有利于实现物联网应用的软系统与硬系统之间某种程度的松耦合关系。目前国内建设的一些和物联网相关的云计算中心、云计算平台，主要是IaaS模式在物联网领域的应用。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.2物联网与云计算2、SaaS模式在物联网中的应用通过SaaS模式为物联网应用提供的服务可以被多个客户共享使用。SaaS应用在感知延伸层进行了拓展，依赖感知延伸层的各种信息采集设备采集大量数据，并以这些数据为基础进行关联分析和处理，向最终用户提供最终的业务功能和服务。比如传感网服务提供商可以在不同地域布放传感器节点，提供各个地域的气象环境基础信息。其他提供综合服务的公司可以将多个这样提供的信息聚合起来，开放给公众，为公众提供出行指南。同时，这些信息也被送到政府的监控中心，一旦有突发的气象事件，政府的公共服务机构就可以迅速展开行动。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.2物联网云技术技术4.2.2物联网与云计算3、PaaS模式在物联网中的应用Gartner把PaaS分成两类，APaaS和IPaaS。APaaS主要为应用提供运行环境和数据存储；IPaaS主要用于集成和构建复合应用。人们常说的PaaS平台大都指APaaS，如Force.com和GoogleAppEngine。在物联网范畴内，由于构建者本身价值取向和实现目标的不同，PaaS模式的具体应用存在不同的应用模式和应用方向。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.1中间件技术中间件（Middleware）：是一种可以批量生产、高度可复用的软件。在网络环境下，它位于平台(硬件和操作系统)和应用软件之间，起连接作用。它通过提供标准的程序接口、协议等，屏蔽实现细节，提高应用系统的易移植性，主要解决异构网络下分布式软件的互联和互操作问题。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.1中间件技术中间件一般具有如下特点：（1）具有标准的协议和接口，可实现不同硬件和操作系统平台上的数据共享和应用互操作问题。（2）支持分布式计算，提供跨网络、硬件和操作系统的透明性应用或服务的交互功能。（3）能满足大量应用的需求。（4）能运行于多种硬件和操作系统平台上。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.1中间件技术中间件的分类：中间件所包括的范围十分广泛，在不同的角度或不同的层次上，对中间件的分类也会有所不同。由于中间件需要屏蔽分布环境中异构的操作系统和网络协议，从各种不同平台的角度可以将中间件分为：（1）数据访问中间件（2）远程过程调用中间件（3）面向消息中间件（4）基于对象请求代理中间件（5）事务处理中间件（6）工作流中间件等。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.2物联网中间件物联网的中间件是中间件技术在物联网中的应用，可以涉及到物联网的各个层面，一般处于物联网集成服务器、感知层和传输层的嵌入式设备中。下图是一种物联网中间件示意图，它位于物联网感知层和应用层之间，主要屏蔽感知层硬件及网络平台的差异，实现互操作和信息的预处理，支持物联网应用开发、运行时数据共享和开放互联互通，保障物联网相关系统的可靠部署与管理等任务。物联网应用物联网中间件数据采集设备管理事件采集信息上传感知设备、传感网络物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.2物联网中间件物联网中间件的必要性：1、屏蔽异构性：物联网的各种传感器、RFID标签、二维码、摄像头等不同的信息采集设备及网关拥有不同的硬件结构、驱动程序和操作系统等。此外，这些设备采集的数据格式也不相同，需要对这些不同的数据格式进行转化统一，以方便应用系统的处理。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.2物联网中间件物联网中间件的必要性：2、实现互操作：在物联网应用中，一个采集设备采集的信息往往供多个应用系统使用。另外，不同的系统之间也需要数据互通与共享。物联网本身涉及技术种类繁多，为解决各种异构性，使不同应用系统的处理结果不依赖于各自的计算环境，使不同系统能够根据应用需要有效地相互集成，需要使用中间件作为一种通用的交互平台。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.2物联网中间件物联网中间件的必要性：3、数据预处理：物联网感知层往往要采集海量的信息，这些原始信息本身也有一定错误率，如果直接将这些信息传输给应用系统，不仅仅会导致应用系统处理困难而濒临崩溃边缘，还有可能得到错误结果，因此需要中间件对原始数据进行各种过滤、融合、纠错等处理，然后再传送给应用系统。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.2物联网中间件物联网中间件是快速构建大规模物联网应用的架构支撑与工具手段，有利于物联网应用的规范化和标准化，可大幅降低物联网应用建设成本。利用感知事件高效处理技术、海量数据挖掘与综合智能分析技术等核心技术的中间件，能够提高物联网应用的效益。发展物联网应用中间件有利于支撑大规模物联网应用，加快物联网应用的发展。物联网中间件有很多种类，主要有RFID中间件、嵌入式中间件、通用中间件和M2M物联网中间件等。下面主要介绍RFID中间件。物联网应用技术导论第4章物联网服务与管理技术4.3物联网中间件4.3.3RFID中间件技术RFID中间件位于RFID硬件设备与RFID应用系统之间，可以实现数据传输、数据过滤、数