物联网的计算技术

物联网的计算技术云计算嵌入式系统移动计算与物联网WEB技术物联网的中间件大数据与物联网《物联网技术导论(第二版)》1云计算什么是云计算：云计算本质上是一种新的提供资源按需租用的服务模式，是一种新型的互联网数据中心（InternetDataCenter，IDC）业务。它与传统IDC业务有相似之处。《物联网技术导论(第二版)》2云计算云计算业务具有5项特征：（1）基础资源租用。云计算业务提供对计算、存储、网络、软件等多种IT基础设施资源租用的服务。云计算业务的用户不需要自己拥有和维护这些资源。（2）按需弹性使用。云计算业务的用户能够按需获得和使用资源，也能够按需撤销和缩减资源。云计算平台可以按用户的需求快速部署和提供资源。云计算业务的付费服务按资源的使用量计费。（3）透明资源访问。云计算业务的用户不需要了解所使用资源的物理位置和配置等信息。《物联网技术导论(第二版)》3云计算云计算业务具有5项特征：（4）自助业务部署。云计算业务的用户利用业务提供商提供的接口，通过网络将自己的数据和应用程序部署于云计算平台的后端数据中心，而无需服务商的人工配合。（5）开放公众服务。云计算业务用户所部署的数据和应用可以通过互联网发布给其他用户共享使用，即提供公众服务。《物联网技术导论(第二版)》4云计算云计算的服务模型：云计算的服务模型包括“端”、“管”、“云”三个层面《物联网技术导论(第二版)》5云计算《物联网技术导论(第二版)》6云计算的服务模型：云计算的服务模型包括“端”、“管”、“云”三个层面ServerDatabaseStorageSystemInfrastruction(IaaS)BussinessSupportDevelopmentPlatform(PaaS)SoftwareInformationDataApplication(SaaS)云计算《物联网技术导论(第二版)》7云计算的服务模型：“端”指的是用户接入“云”的终端设备，可以是台式电脑、笔记本电脑、手机或其他任何能够完成信息交互的终端；“管”指的是信息传输的网络通道，对于公共云目前主要是指电信运营商提供的通信网络，对于私有云则指内部的通信网络或虚拟专网；“云”指的是提供ICT资源或信息服务的基础设施中心、平台和应用服务器等，提供的服务类型包括基础设施、平台和应用等。云计算《物联网技术导论(第二版)》8云计算的服务模型：云计算将主要的计算过程放在“云”中完成，“端”的功能可以简化或者说变“瘦”，但是这并不意味着现有的各类智能化终端会被放弃。恰恰是因为终端智能化程度的不断提高增加了数据处理的需求，终端计算资源的相对不足促进了云计算的产生与发展，各类“云”的涌现又反过来推动终端的智能化与融合，提升用户对IT资源和信息服务的需求。云计算的演进有赖于“端”—“管”—“云”的协调发展。云计算《物联网技术导论(第二版)》9云计算的服务模型按照服务的不同层次，可以将“云”分为三种形式：基础设施云、平台云和应用云，其对应关系如图7-2所示。这三种“云”分别对应于：①基础设施即服务（IaaS）②平台即服务（PaaS）③软件即服务（SaaS）云计算《物联网技术导论(第二版)》10云计算对应关系：云计算平台云计算应用一切皆服务(Xaas)软件即服务(Saas)平台即服务(Paas)云计算化基础设施服务(laas)云计算软件供应商(Enablers)硬件基础设施(HW)云计算开放的云计算基础设施：云计算基础设施服务使用户可以指定需要的虚拟服务器配置信息，用户只需根据实际使用的计算、存储及网络流量来付费。谷歌和微软都采用了私有的云计算基础设施服务，并不对外开放。对外开放的是通过谷歌应用引擎（GoogleAppEngine）以及微软的Windows蓝天（Azure）提供的平台服务接口。《物联网技术导论(第二版)》11云计算有代表性的云计算基础设施开源项目:《物联网技术导论(第二版)》121.EUCALYPTUS2.Nimbus3.Tashi4.Enomalism5.RESERVOIR云计算融合云计算的物联网：云计算为众多用户提供了一种新的高效率计算模式，兼有互联网服务的便利、廉价和大型机的能力。它的目的是将资源集中于互联网上的数据中心，由这种云中心提供应用层、平台层和基础设施层的集中服务，以解决传统IT系统的零散性带来的低效率问题。《物联网技术导论(第二版)》13云计算融合云计算的物联网：物联网与传统互联网的主要区别是包含了物物互联与物机互联，而不是局限于机机互联。它的主要影响范围是连接物理世界和计算世界的传感网与执行部件网、传输与处理物理信息的计算机和网络以及之上的物联网应用。《物联网技术导论(第二版)》14云计算融合云计算的物联网：物联网的主要技术方向包括物体标识（射频识别、UID）、精准感知技术、信息保真传输技术、智能处理与决策技术、微机电和微纳米控制技术。由于物联网涉及大量的“物”以及物理限制的客观性，这些技术需要特别考虑大规模系统与数据、及时处理、低成本、低能耗、物理耐久性以及复杂系统的涌现现象。云计算的物联网运营平台是物联网和云计算深度结合的典型例子。《物联网技术导论(第二版)》15嵌入式系统嵌入式系统的基本概念：定义：嵌入式系统（EmbeddedSystem）是嵌入式计算机机系统的简称，简单地说，嵌入式系统就是嵌入到目标体系中的专用计算机系统。嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式系统的3个基本要素。具体地讲，嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。《物联网技术导论(第二版)》16嵌入式系统特点：概括如下1嵌入式系统通常是面向特定应用的2嵌入式系统须满足环境的要求3嵌入式系统必须满足对象系统的控制要求4嵌入式系统是集计算机技术与各行业应用与一体的集成系统5嵌入式系统具有较长的生命周期6嵌入式系统的软件固化在非易失性存储器中7嵌入式系统的实时性要求8嵌入式系统需专用开发环境和开发工具进行设计《物联网技术导论(第二版)》17嵌入式系统嵌入式系统的发展：可分为四个阶段1以单片机为核心的低级嵌入式系统2以嵌入式微处理器为基础的初级嵌入式系统3以嵌入式操作系统为标志的中级嵌入式系统4以Internet为标志的高级嵌入式系统《物联网技术导论(第二版)》18嵌入式系统嵌入式系统的体系结构：嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，一般包括以下3个方面：硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件。关系图如下《物联网技术导论(第二版)》19嵌入式系统嵌入式系统的体系结构：硬件设备：硬件设备包括嵌入式处理器和外围设备。其中嵌入式处理器（CPU）是嵌入式系统的核心部分，它与通用处理器最大的不同点在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用处理器中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。《物联网技术导论(第二版)》20嵌入式系统嵌入式操作系统：嵌入式操作系统从嵌入式发展的第3阶段起开始引入。嵌入式操作系统具有通用操作系统的一般功能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（如硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源，同时，它还在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面，具有更加鲜明的特点。《物联网技术导论(第二版)》21嵌入式系统应用软件：应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到完成预期目标的计算机软件。由于嵌入式系统自身的特点，决定了嵌入式系统的应用软件不仅要求达到准确、安全和稳定的标准，而且还要进行代码精简，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。《物联网技术导论(第二版)》22嵌入式系统嵌入式操作系统：主流的嵌入式操作系统有下面几种1VxWorks2WindowsCE3嵌入式Linux4μC/OS一Ⅱ5T-Kernel《物联网技术导论(第二版)》23嵌入式系统嵌入式处理器：嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中最核心的部分，而目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种。嵌入式处理器主要有4类：嵌入式微处理器（EmbeddedMicrocomputerUnit,EMPU）、嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontrollerUnit,EMCU）、嵌入式数字信号处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）以及片上系统（SystemonChip,SoC）。《物联网技术导论(第二版)》24嵌入式系统嵌入式系统与物联网嵌入式系统具有广阔的应用领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升多领域技术水平的有力工具。物联网的感知层是嵌入式系统的用武之地。如目前国家安监局目前实施的“紧急避险”六大系统中的“人员定位系统”和“安全监控系统中的有毒有害气体监测”中，使用到大量的人员定位器和有毒有害气体传感器，如：二氧化碳传感器、二氧化硫传感器等。人员定位器是一个典型的嵌入式系统。《物联网技术导论(第二版)》25嵌入式系统嵌入式系统与物联网现代物流系统中嵌入式系统也起到重要的作用。无数的货物都会被贴上RFID标签，贴有这些标签的货物每到一个仓储点中转的时候，就会被自动识别，并被登记入库，这样就极大地提高了货物入库和清点的效率。在上述场景中嵌入式系统起到了至关重要的作用。而上述应用场景中嵌入式系统显示着它们的身影，可以说没有嵌入式技术就没有物联网应用的美好未来。《物联网技术导论(第二版)》26移动计算与物联网移动计算的发展：计算的发展并不局限于PC，随着移动互联网的蓬勃发展，基于手机等移动终端的计算服务已经出现。移动计算是指通过移动网络以按需、易扩展的方式获得所需的基础设施、平台、软件(或应用)等的一种IT资源或(信息)服务的交付与使用模式。预计到2015年，全球将会有近40亿用户使用手机作为移动互联网终端，是现有PC机数量的10倍。越来越多的用户将把手机作为其访问互联网的主要设备。《物联网技术导论(第二版)》27移动计算与物联网移动计算在物联网中的应用：大规模的物联网系统需要无线通信的支持。目前中国移动正在积极推进它的物联网战略，例如：中国移动积极推进“农业移动物联网”应用，开通温室大棚无线监控、自动化滴灌等多种农村信息应用，帮助实现精准化的农业生产管理，以信息化助力“传统农业”向“现代农业”转型。《物联网技术导论(第二版)》28移动计算与物联网另外，基于移动计算技术还可以实现如下物联网系统：1环境监测2智能安防3智能交通4物流管理5楼宇节能管理6智能电网7智能医疗《物联网技术导论(第二版)》29WEB技术互联网的快速发展对人们的工作、学习和生活带来了重大影响。人们利用互联网的主要方式就是通过浏览器访问网站，以便处理数据、获取信息。这背后涉及到的技术是多方面的，包括网络技术、数据库技术、面向对象技术、图形图像处理技术、多媒体技术、网络和信息安全技术、互联网技术、Web开发技术等等。其中Web开发技术是互联网应用中最为关键的技术之一。《物联网技术导论(第二版)》30WEB技术WEB基础知识：什么是WEB:Web是分布在全世界、基于HTTP通信协议、存储在Web服务器中的所有互相链接的超文本集。Web服务器端存放用HTML组织的各种信息，客户机端通过浏览器软件查找这些信息资源。Web服务器又称WWW服务器、网站服务器、站点服务器，从本质上来说Web服务器实际上就是一个软件系统。一台计算机可以充当多个Web服务器，多台计算机也可以形成集群，只提供一个Web服务。《物联网技术导论(第二版)》31WEB技术《物联网技术导论(第二版)》32Web服务器与Web页面的关系:WEB技术《物联网技术导论(第二版)》33浏览器的工作原理:WEB技术《物联网技术导论(第二版)》34WEB访问的机理:(1)用户在Web浏览器中输入(2)Web浏览器向DNS服务器询问h