支撑层技术

武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜物联网工程技术第5章支撑技术武汉理工大学物联网工程系2011.9武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜第5章支撑技术5.1物联网中间件5.2云计算5.3GIS与GPS武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.1物联网中间件5.1.1物联网中间件的作用应用系统业务系统集成EAI/BPMIOT中间件RFID等各类传感设备非常重要不可缺少1.控制RFID读写设备按照预定的方式工作，保证不同读写设备之间能够很好地配合协调；2.按照一定的规则筛选过滤数据，筛除冗余数据，将有效的数据传送给后台的应用系统。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.1.2物联网中间件的特点独立于架构物联网中间件介于RFID读写器与后端应用程序之间，独立于它们之外，它能够与多个RFID读写器、多个后端应用程序进行连接，以减轻架构与维护的复杂性。数据流RFID的主要目的在于将实体对象转换为消息环境下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功能。物联网中间件具有数据的搜集、过滤、整合与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜处理流物联网中间件通常采用程序逻辑及存储转发的功能来提供顺序的信息流，具有数据流设计与管理的能力。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.1.3物联网中间件的发展1.需求导致技术格局多样化2.底层中间件持续走稳3.高层中间件成为市场新宠4.新技术与产品的推出速度放缓5.实用化是重要的发展趋势武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜1.技术格局多样化•由于不同类型的应用系统需要不同的中间件技术以及应用发展的不均衡性导致了中间件技术的多样化发展。•一类是底层中间件，用于支撑单个应用系统或解决单一类问题，包括交易中间件（TPM）、应用服务器（WAS）、消息中间件（MOM）、数据访问中间件（UDA）等；•另一类是高层中间件，更多用于系统整合，包括企业应用集成中间件（EAISuites）、工作流中间件（Workflow）、门户中间件（Portal）等，它们通常会与多个应用系统打交道，位于系统的较高层次，并基于底层中间件运行。•这些种类的中间件将根据应用的场景及发展轨迹的不同，将继续保持多样化发展，并不断衍生出新的格局。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜2.底层中间件持续走稳•应用服务器基本上继承了交易中间件和消息中间件的功能特性，在采用B/S结构及非传统编程语言（C、C++等）的应用中，应用服务器逐渐蚕食了交易中间件及消息中间件的一部分市场。•交易中间件在对效率、可靠性等方面要求严格的关键任务系统中仍具有明显优势，在金融、电信、证券等许多行业的核心业务系统中仍将占有重要地位。•消息中间件的定位、功能及稳定性非常出色，在需要数据可靠传输的系统中牢牢占据一席之地。•数据访问中间件大都由数据库厂商随数据库产品一起提供。中间件与数据库之间的接口标准，如XA及JDBC、ODBC等已经非常成熟。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜3.高层中间件成为市场新宠•EAI软件、工作流系统、Portal等已经逐渐成为行业应用的新宠。这些新的中间件通常都不是单一的中间件产品，而是多种中间件技术的融合，需要融合消息传输、事务处理、流程整合、构件化、应用服务器等中间件技术。•WebService技术将融合到应用服务器、EAI软件、工作流系统、Portal等中间件软件中。由于这些中间件技术更加复杂，更加贴近应用，因此需要更多的专业服务。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.2云计算云计算是一种全新的网络服务方式，将传统的以桌面为核心的任务处理转变为以网络为核心的任务处理；利用互联网实现自己想要完成的一切处理任务，使网络成为传递服务、计算能力和信息的综合媒介，真正实现按需计算、多服务器协作。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜云计算产生的背景高速互联网技术发展资源利用率需求简单与创新需求其他需求连接设备、实时数据流、SOA的采用以及搜索、开放协作、社会网络和移动商务等web2.0应用武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜云计算的发展SUN公司的黑盒子计划IBM的蓝云计划微软WindowsAzure云计算平台GoogleApps，GoogleDocs、GoogleDesktop、GooglePicasa，GoogleComputeEngine亚马逊弹性计算云（ElasticComputeCloud，EC2）虚拟化技术先驱VMware武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜云计算的特点虚拟化技术现有的云计算平台的最大的特点是利用软件来实现硬件资源的虚拟化管理、调度及应用。灵活定制在云计算时代，用户可以根据自己的需要或喜好定制相应的服务、应用及资源，云计算平台可以按照用户的需求来部署相应的资源、计算能力、服务及应用。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜动态可扩展性在云计算体系中，可以将服务器实时加入到现有服务器集群中，提高“云”处理能力，如果某计算节点出现故障，则通过相应策略抛弃掉该节点，并将其任务交给别的节点，而在节点故障排除后可实时加入现有集群中。高可靠性和安全性自动处理失败节点；最可靠、最安全的数据存储中心，有全世界最专业的团队管理信息，有全世界最先进的数据中心保存数据，严格的权限管理策略；数据有多个副本备份。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜高性价比云计算对用户端的硬件设备要求最低，使用起来也最方便，软件不用购买和升级只需定制就可以了，而服务器端也可以用价格低廉的PC组成云，而计算能力却可超过大型主机，而用户在软硬件维护和升级上的投入大大减少。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜数据、软件在云端(服务器端)云计算模式下，用户的所有数据直接存储在云端，在需要的时候直接从云端下载使用；用户使用的软件由服务商统一部署在云端运行，软件维护由服务商来完成，当个人计算设备出现故障或崩溃，也不会影响该用户对其软件的使用，用户只需要换个PC就可以继续自己的工作，包括文档实时编辑和协作开发等。超强的计算和存储能力用户可以在任何时间、任意地点，采用任何设备登录云计算系统后就可以进行计算服务；云计算云端由成千上万台甚至更多服务器组成的集群，具有无限空间、无限速度。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.2.2云计算架构云计算的体系结构云用户端管理系统部署工具服务器集群服务目录资源监控云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜•云用户端：提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口。用户通过Web浏览器可以注册、登录及定制服务、配置和管理用户。打开应用实例与本地操作桌面系统一样。•服务目录：云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制的服务列表。以在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式展示相关的服务，云用户也可以对已有服务进行退订的操作，即对自己的服务目录进行维护。•管理系统和部署工具：提供管理和服务。管理云用户，管理用户授权、认证，登录控制；管理可用计算资源和服务。接收用户发送的请求，根据用户请求并转发到相应的应用程序；调度资源智能地部署资源和应用，动态地部署、配置和回收资源。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜•资源监控：监控和计量云系统资源的使用情况，以便做出迅速反应，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利分配给合适的用户。•服务器集群：虚拟的或物理的服务器，由管理系统管理，负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web应用服务；云数据存储时采用相应数据切割算法实现并行方式上传和下载大容量数据。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜云计算的服务层次(服务类型角度)应用层平台层基础设施层虚拟化层软件即服务平台即服务基础设施即服务硬件即服务云计算四层模型云服务集合中的子服务SaaS，如：GoogleAPPSPaaS，如：GoogleAPPEngineIaaS，如：AmazonEC2HaaS，服务器集群及硬件检测等服务层次是可以分割的，即某一层可以单独完成一项用户的请求而不需要其他层为其提供必要的服务和支持。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜云计算的技术层次服务接口（服务接口、服务注册、服务查找、服务访问）服务管理中间件（用户管理、资源管理、安全管理、映像管理）虚拟化资源（计算资源池、网络资源池、存储资源池、数据库资源池）物理资源（服务器集群、网络设备、存储设备、数据库）云服务集合中的子服务通过现有网络技术和并行技术、分布式技术将分散的计算机组成一个能提供超强功能的集群用于云计算和云存储等。通过软件技术来实现相关的虚拟化功能，包括虚拟环境、虚拟系统、虚拟平台。对标识、认证、授权、目录、安全性等服务实现标准化的操作，为应用提供统一的标准化程序接口和协议，隐藏底层硬件、操作系统和网络的异构性，统一管理网络资源。用户端与云端交互操作的入口，可以完成用户或服务注册，定制和使用服务。武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜5.2.3典型的云计算平台Google云计算平台（1）MapReduce分布处理技术（2）Google文件系统GFSGFS主服务器文件命名空间应用程序/foo/barGFS客户端GFS数据块服务器Linux文件系统GFS数据块服务器Linux文件系统Chunk2ef0标注：数据信息控制信息(文件名，chunk索引)(chunk句柄，chunk位置)武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜（3）分布式结构化的数据表Bigtable执行open()操作执行元数据操作及负载平衡Bigtable客户端Bigtable客户端程序库Bigtable主服务器Bigtable子表服务器Bigtable子表服务器Bigtable子表服务器处理数据处理数据处理数据GoogleWorkQueueGFSChubby负责故障处理及监控保存子表数据及日志负责元数据存储及主服务器的选择武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》伍新华陆丽萍姚寒冰程煜亚马逊云计算平台AWS（1）存储系统Dynamo面向服务的亚马逊平台基本架构请求路由请求路由…客户请求亚马逊S3服务其他数据存储Dynamo实例武汉理工大学物联网工程系《物联网工程技术(清华大学出