物联网导论第5章-物联网软件与中间件(新版)课件.ppt

1、第第5 5章章 物联网软件和中间件物联网软件和中间件5.1 5.1 中间件中间件5.2 M2M5.2 M2M技术技术5.3 5.3 物联网与数据挖掘物联网与数据挖掘5.4 5.4 云计算云计算 如果软件是物联网的核心和灵魂，中如果软件是物联网的核心和灵魂，中间件（间件（Middleware）就是这个灵魂的）就是这个灵魂的核心核心5.15.1中间件中间件5.1.15.1.1中间件的基本概念中间件的基本概念 随着计算机技术的发展，随着计算机技术的发展，IT厂商出于商业和技术厂商出于商业和技术利益的考虑，各自产品之间形成了差异，技术在利益的考虑，各自产品之间形成了差异，技术在不断进步，但差异却并没有

2、因此减少。计算机用不断进步，但差异却并没有因此减少。计算机用户出于历史原因和降低风险的考虑，必然也无法户出于历史原因和降低风险的考虑，必然也无法避免多厂商产品并存的局面。避免多厂商产品并存的局面。于是，如何屏蔽不于是，如何屏蔽不同厂商产品之间的差异，如何减少应用软件开发同厂商产品之间的差异，如何减少应用软件开发与工作的复杂性，就成为技术不断进步之后，人与工作的复杂性，就成为技术不断进步之后，人们不能不面对的现实问题。们不能不面对的现实问题。然而，由一个厂商去然而，由一个厂商去统一众多产品之间的差异是不可能的，单独由计统一众多产品之间的差异是不可能的，单独由计算机用户在自己的应用软件中去弥补其中

3、的大片算机用户在自己的应用软件中去弥补其中的大片空档，由于技术深度和技术广度的要求，也是勉空档，由于技术深度和技术广度的要求，也是勉为其难。于是，中间件应运而生。中间件试图通为其难。于是，中间件应运而生。中间件试图通过屏蔽各种复杂的技术细节使技术问题简单化。过屏蔽各种复杂的技术细节使技术问题简单化。在中间件产生以前，应用软件直接使用操作系统、网络协议和数据库在中间件产生以前，应用软件直接使用操作系统、网络协议和数据库等开发，这些都是计算机最底层的东西，越底层越复杂，开发者不得等开发，这些都是计算机最底层的东西，越底层越复杂，开发者不得不不面临许多很棘手的问题：面临许多很棘手的问题：1)一个应用

4、系统可能跨越多种平台，如一个应用系统可能跨越多种平台，如UNIX，NT，甚至大机，如何屏，甚至大机，如何屏蔽这些平台之间的差异？蔽这些平台之间的差异？2)如何处理复杂多变的网络环境，如何在脆弱的网络环境上实现可靠的如何处理复杂多变的网络环境，如何在脆弱的网络环境上实现可靠的数据传送？数据传送？3)一笔交易可能会涉及多个数据库，如何保证数据的一致性和完整性？一笔交易可能会涉及多个数据库，如何保证数据的一致性和完整性？4)如何同时支持成千上万乃至更多用户的并发服务请求？如何同时支持成千上万乃至更多用户的并发服务请求？5)如何提高系统的可靠性，实现故障自动恢复和故障迁移。保证系统如何提高系统的可靠性

5、，实现故障自动恢复和故障迁移。保证系统7（天）（天）24（小时）（小时）52（周）可用。（周）可用。6)如何解决与已有应用系统的接口。如何解决与已有应用系统的接口。这些与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量有限的这些与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量有限的时间和精力。于是，有人提出能不能将应用软件所要面临的共性问题时间和精力。于是，有人提出能不能将应用软件所要面临的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的部分，供成千进行提炼、抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的部分，供成千上万的应用软件重复使用。这一技术思想最终构成了中间件这类的软上万的应用软件重

6、复使用。这一技术思想最终构成了中间件这类的软件。件。中间件的目标就是解决分布应用开发中诸如互操作等共性问题，中间件的目标就是解决分布应用开发中诸如互操作等共性问题，以及相同的内涵，提供这些共性问题的具有普适性的支撑机制。即在以及相同的内涵，提供这些共性问题的具有普适性的支撑机制。即在于抽取分布系统构造中的共性问题，封装这些共性问题的解决机制，于抽取分布系统构造中的共性问题，封装这些共性问题的解决机制，对外提供简单统一的接口，从而减少开发人员在解决这些共性问题时对外提供简单统一的接口，从而减少开发人员在解决这些共性问题时的难度和工作量。中间件通过的难度和工作量。中间件通过API(Applicat

7、ion Programming API(Application Programming InterfaceInterface，应用程序接口，应用程序接口)的形式为应用系统提供通用的服务，这些的形式为应用系统提供通用的服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。服务具有标准的程序接口和协议。IDC（Internet Data Center；互；互联网数据中心）联网数据中心）的的定义：定义：中间件中间件是一种独立的系是一种独立的系统软件或服务程统软件或服务程序，分布式应用序，分布式应用软件借助这种软软件借助这种软件在不同的技术件在不同的技术之间共享资源，之间共享资源，中间件位于客户中间件位于客户机服务

8、器的操作机服务器的操作系统之上，管理系统之上，管理计算资源和网络计算资源和网络通信通信。如图。如图5-1所所示。示。中间件是一类软件，而非一种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用中间件是一类软件，而非一种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件，最突出的特点是其网络通之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件，最突出的特点是其网络通信功能，即克服网络环境多种挑战的一类系统软件信功能，即克服网络环境多种挑战的一类系统软件-平台通信平台通信 平台通信 这个定义限定了这个定义限定了只有用于分布式系统中的此类软件只有用于分布式系统中的此类软件才能被称为中间

9、件才能被称为中间件，同时此定义还可以把中间件与，同时此定义还可以把中间件与支撑软件和实用软件区分开来。支撑软件和实用软件区分开来。物联网中间件处于物联网的集成服务器端和感知层、物联网中间件处于物联网的集成服务器端和感知层、传输层的嵌入式设备中。传输层的嵌入式设备中。服务器端中间件称为物联服务器端中间件称为物联网业务基础中间件，一般都是基于传统的中间件网业务基础中间件，一般都是基于传统的中间件（应用服务器，（应用服务器，ESB(Enterprise Service Bus，企，企业服务总线业服务总线)/MQ(Message Queue，消息队列，消息队列)等）等）构建，加入设备连接和图形化组态展

10、示等模块构建，加入设备连接和图形化组态展示等模块(如同如同方的方的ezM2M物联网业务中间件）。嵌入式中间件是物联网业务中间件）。嵌入式中间件是一些支持不同通信协议的模块和运行环境。一些支持不同通信协议的模块和运行环境。中间件中间件的特点是它固化了很多通用功能，但在具体应用中的特点是它固化了很多通用功能，但在具体应用中多半需要多半需要“二次开发二次开发”来实现个性化的行业业务需来实现个性化的行业业务需求求，因此，因此所有物联网中间件都要提供所有物联网中间件都要提供RAD（rapid application develop;快速应用开发）工具快速应用开发）工具。5.1.2 中间件的作用和特点 中

11、间件有两层含义中间件有两层含义:从狭义的角度，从狭义的角度，中间件意指中间件意指Middleware，它是表示，它是表示网络环境下处于操作系统等系统软件和应用软件之网络环境下处于操作系统等系统软件和应用软件之间的一种起连接作用的分布式软件，通过间的一种起连接作用的分布式软件，通过API的形的形式提供一组软件服务，可使得网络环境下的若干进式提供一组软件服务，可使得网络环境下的若干进程、程序或应用可以方便的交流信息和有效的进行程、程序或应用可以方便的交流信息和有效的进行交互与协同。交互与协同。简言之，简言之，中间件主要解决异构网络环境下分布式应中间件主要解决异构网络环境下分布式应用软件的通信、互操

12、作和协同问题，它可屏蔽并发用软件的通信、互操作和协同问题，它可屏蔽并发控制、事务管理和网络通信等各种实现细节，提高控制、事务管理和网络通信等各种实现细节，提高应用系统的易移植性、适应性和可靠性。应用系统的易移植性、适应性和可靠性。从广义的角度，从广义的角度，中间件在某种意义上可以理解为中中间件在某种意义上可以理解为中间层软件，通常是指处于系统软件和应用软件之间间层软件，通常是指处于系统软件和应用软件之间的中间层次的软件，其主要目的是对应用软件的开的中间层次的软件，其主要目的是对应用软件的开发提供更为直接和有效的支撑。如图发提供更为直接和有效的支撑。如图5-2所示。所示。中间件特点中间件特点 满

13、足大量应用的满足大量应用的需要需要 运行于多种硬件运行于多种硬件和和OS平台平台 支持分布计算，支持分布计算，提供跨网络，硬提供跨网络，硬件和件和OS平台的透平台的透明的应用和服务明的应用和服务的交互的交互 支持标准的协议支持标准的协议 支持标准的接口支持标准的接口5.1.35.1.3 中间件的分类中间件的分类 目前，中间件发展很快，已经与操作系统、数据库目前，中间件发展很快，已经与操作系统、数据库并列为三大基础软件，其类比如表并列为三大基础软件，其类比如表5-1所示。所示。中间件技术已经日渐成熟，出现了不同层次、不同中间件技术已经日渐成熟，出现了不同层次、不同类型的中间件产品。大致可分为以下

14、几类：类型的中间件产品。大致可分为以下几类：1.消息中间件消息中间件 主要功能主要功能:将数据从一个应用程序发送到另一个应用程序将数据从一个应用程序发送到另一个应用程序 它要负责建立网络通信的通道，进行数据的可靠传送。保证它要负责建立网络通信的通道，进行数据的可靠传送。保证数据不重发，不丢失，消息中间件的一个重要作用是可以实数据不重发，不丢失，消息中间件的一个重要作用是可以实现跨平台操作，为不同操作系统上的应用软件集成提供数据现跨平台操作，为不同操作系统上的应用软件集成提供数据传送服务，如图传送服务，如图5-3所示。它所示。它适用于进行非实时的数据交换，适用于进行非实时的数据交换，如银行间结算

15、数据的传送。如银行间结算数据的传送。2.交易中间件交易中间件 主要功能:管理分布于不同计算机上的数据管理分布于不同计算机上的数据的一致性，协调数据库处理分布式事务的一致性，协调数据库处理分布式事务,保保障整个系统的性能和可靠性。障整个系统的性能和可靠性。交易中间件所遵循的主要标准是交易中间件所遵循的主要标准是x/opendtp模型。它模型。它适用于联机交易处理系统，如银适用于联机交易处理系统，如银行的行的ATM系统系统,电信的计费营收系统。电信的计费营收系统。主要主要产品有产品有:BEA TUXEDO,IBM CICS,东方通东方通科技科技tongeasy 交易中间件和消息中间件一样也具有跨平

16、交易中间件和消息中间件一样也具有跨平台台,跨网络的能力跨网络的能力 3.对象中间件对象中间件 对象中间件也对象中间件也叫叫Object TP Momitor,的的模式来组织体模式来组织体系结构的系结构的,在在线的电子交易线的电子交易很适合采用这很适合采用这种中间件类型。种中间件类型。因为这种类型因为这种类型的应用会被频的应用会被频繁的修改繁的修改,面面向对象的体系向对象的体系结构可以保持结构可以保持足够的弹性来足够的弹性来应付这种改动。应付这种改动。主要用来构造基于主要用来构造基于WEB的应用，是企业的应用，是企业实施电子商务的基础平台，如图实施电子商务的基础平台，如图5-4所示所示 4.应用

17、服务器应用服务器 5.企业级应用集成企业级应用集成(EAI)一个大型企业内部往往一个大型企业内部往往有很多的计算机应用系有很多的计算机应用系统，统，EAI可用于对这些可用于对这些系统进行有效的整合。系统进行有效的整合。使它们之间能够互相访使它们之间能够互相访问，实现互操作。问，实现互操作。安全中间件是以公钥基础设施安全中间件是以公钥基础设施（PKI）为核心的、建立在一系）为核心的、建立在一系列相关国际安全标准之上的一个列相关国际安全标准之上的一个开放式应用开发平台，向上为应开放式应用开发平台，向上为应用系统提供开发接口，向下提供用系统提供开发接口，向下提供统一的密码算法接口及各种统一的密码算法

18、接口及各种IC卡、卡、安全芯片等设备的驱动接口。安全芯片等设备的驱动接口。6.安全中间件安全中间件 上面只是一个大致的划分。上面只是一个大致的划分。实际中实际中一般将中间件分为两大类：一般将中间件分为两大类：一是底层中间件一是底层中间件，用于支撑单个应用系统或解决一类问题，包，用于支撑单个应用系统或解决一类问题，包括交易中间件、应用服务器、消息中间件、数据访问中间件等括交易中间件、应用服务器、消息中间件、数据访问中间件等 二是高层中间件，二是高层中间件，更多的用于系统整合，包括企业应用集成中更多的用于系统整合，包括企业应用集成中间件、工作流中间件、门户中间件等，他们通常会与多个应用间件、工作流

19、中间件、门户中间件等，他们通常会与多个应用系统打交道，在系统中层次较高，并大多基于前一类的底层中系统打交道，在系统中层次较高，并大多基于前一类的底层中间件运行。间件运行。5.1.4中间件的优越性中间件的优越性 缩短投放市场所需时间缩短投放市场所需时间 节省应用开发费用节省应用开发费用 减少系统运行开销减少系统运行开销 降低失败率降低失败率 提高投资效率提高投资效率 简化应用集成简化应用集成 降低软件维护费用降低软件维护费用 高质量高质量 保证技术革新保证技术革新 增强应用程序吸引力增强应用程序吸引力 5.1.5 物联网中间件物联网中间件 物联网中间件研究主要还集中在底层的感知和互联互通方物联网

20、中间件研究主要还集中在底层的感知和互联互通方面，现实目标包括屏蔽底层硬件及网络平台差异，支持物面，现实目标包括屏蔽底层硬件及网络平台差异，支持物联网应用开发、运行时共享和开放互联互通，保障物联网联网应用开发、运行时共享和开放互联互通，保障物联网相关系统的可靠部署与可靠管理等内容相关系统的可靠部署与可靠管理等内容 EPCEPC和和RFIDRFID中间件的介绍中间件的介绍 1.1.EPCEPC中间件中间件 扮演电子产品标签和应用程序之间的中介角色。扮演电子产品标签和应用程序之间的中介角色。应用程序使用应用程序使用EPC中间件所提供的一组通用应中间件所提供的一组通用应用程序接口，即可连到用程序接口，

21、即可连到RFID读写器，读取读写器，读取RFID标签数据。标签数据。2.RFID2.RFID中间件中间件 RFID中间件是物中间件是物联网中间件的主联网中间件的主要代表。要代表。RFID中中间件是将底层间件是将底层RFID硬件和上层硬件和上层企业应用结合在企业应用结合在一起的粘合剂。一起的粘合剂。RFID中间件是中间件是RFID系统的神经系统的神经中枢，他位于读中枢，他位于读写器与应用软件写器与应用软件之间。之间。3.RFID3.RFID中间件的关键技术中间件的关键技术 链接问题链接问题:是如何实现是如何实现RFID读写器与现有应读写器与现有应用系统的有效连接，设备通用性与兼容性用系统的有效连

22、接，设备通用性与兼容性是整个应用的关键。此外如何正确读取是整个应用的关键。此外如何正确读取RFID数据，确保数据读取的可靠性以及有数据，确保数据读取的可靠性以及有效地将数据传送到后端应用系统都是必须效地将数据传送到后端应用系统都是必须考虑的问题。考虑的问题。多识别问题多识别问题 :在在RFID系统工作时，在读写系统工作时，在读写器作用范围内，可能会有多个电子标签存器作用范围内，可能会有多个电子标签存在，容易形成冲突在，容易形成冲突 总体来讲，总体来讲，RFID中间件就是介于中间件就是介于RFID读写器与应用系读写器与应用系 统统之间的，用于管理和分发之间的，用于管理和分发RFID数据，控制数据

23、，控制RFID设备的平台，设备的平台，其应用模式如图其应用模式如图5-8所示。所示。5.2 M2M技术技术5.2.1 M2M概述概述 M2M是是机器对机器机器对机器（Machine To Machine）通）通信的简称信的简称。M2M表达的表达的是多种不同类型的通信技是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起：机器之间通信；机器控制术有机的结合在一起：机器之间通信；机器控制通信；人机交互通信；移动互联通信。通信；人机交互通信；移动互联通信。M2M让机器，设备，应用处理过程与后台信息系让机器，设备，应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。统共享信息，并与操作者共享信息。在在M2M中

24、，提供了设备实时数据在系统之间、远中，提供了设备实时数据在系统之间、远程设备之间、机器与人之间建立无线连接的简单程设备之间、机器与人之间建立无线连接的简单手段，实现人与机器、机器与机器之间畅通无阻、手段，实现人与机器、机器与机器之间畅通无阻、随时随地的通信。如图随时随地的通信。如图5-9所示所示。5.2.2 M2M的内涵的内涵 M2MM2M是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术的总称络能力的技术的总称。人与人之间的沟通很多也是通过机器实现的，例人与人之间的沟通很多也是通过机器实现的，例如通过手机、电话、电脑、传真机等机器设备之如通过手机、电

25、话、电脑、传真机等机器设备之间的通信来实现人与人之间的沟通。另外一类技间的通信来实现人与人之间的沟通。另外一类技术是专为机器和机器建立通信而设计的。如许多术是专为机器和机器建立通信而设计的。如许多智能化仪器仪表都带有智能化仪器仪表都带有RS-232、485、422、TTL接口和接口和GPIB通信接口，增强了仪器与仪器之间，通信接口，增强了仪器与仪器之间，仪器与电脑之间的通信能力。目前，绝大多数的仪器与电脑之间的通信能力。目前，绝大多数的机器和传感器不具备本地或者远程的通信和连网机器和传感器不具备本地或者远程的通信和连网能力。能力。1.M2M 1.M2M 的基本构成的基本构成 M2M 组成：机器

26、、组成：机器、M2M 硬件、通信网络、中间硬件、通信网络、中间件、应用。如图件、应用。如图5-11所示。所示。M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输，更不是简单的数据在机器和机器之间的传输，更重要的是，它是机器和机器之间的一种智能化、交重要的是，它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信互式的通信。也就是说，即使人们没有实时发出信。也就是说，即使人们没有实时发出信号，机器也会根据既定程序主动进行通信，并根据号，机器也会根据既定程序主动进行通信，并根据所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出正确的指令。可以说，正确的指令。可以说，智能化、交互

27、式成为了智能化、交互式成为了M2MM2M有有别于其它应用的典型特征别于其它应用的典型特征，如图，如图5-12。2.2.物联网物联网M2MM2M系统结构系统结构 M2M业务流程涉及众多环节，其数据通信过程内部业务流程涉及众多环节，其数据通信过程内部也涉及多个业务系统包括：也涉及多个业务系统包括：M2M终端；终端；M2M管管理平台；应用系统。其系统构架如图理平台；应用系统。其系统构架如图5-13所示。所示。3.3.网元功能描述网元功能描述M2M 终端终端M2M终端基于终端基于WMMP协议并具有以下功能：接收远程协议并具有以下功能：接收远程M2M平台激活指令、本地故障告警、数据通信、远平台激活指令、

28、本地故障告警、数据通信、远程升级、数据统计以及端到端的通信交互功能。程升级、数据统计以及端到端的通信交互功能。M2M 平台平台 为为M2M 应用服务的客户提供统一的应用服务的客户提供统一的M2M 终端管理、终端设备鉴权，并对目前短信网关尚未实现的接入方终端管理、终端设备鉴权，并对目前短信网关尚未实现的接入方式进行鉴权。支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接。提供数据路由、监控，式进行鉴权。支持多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简单直接。提供数据路由、监控，用户鉴权、计费等管理功能。用户鉴权、计费等管理功能。M2M 应用业务平台应用业务平台 为为M2M 应用服务客

29、户提供各类应用服务客户提供各类M2M 应用服务业务，由多个应用服务业务，由多个M2M 应用业务平台构成，应用业务平台构成，主要包括个人、家主要包括个人、家庭、行业三大类庭、行业三大类M2M 应用业务平台。应用业务平台。短信网关短信网关 由行业应用网关或梦网（由行业应用网关或梦网（Monternet（移动梦网）（移动梦网）网关组成，与短信中心等业务中心或业务网关连接，）网关组成，与短信中心等业务中心或业务网关连接，提供通信能力。负责短信等通信接续过程中的业务鉴权、设置黑白名单、提供通信能力。负责短信等通信接续过程中的业务鉴权、设置黑白名单、EC/SI 签约关系签约关系/黑白名单导入。黑白名单导入

30、。行业网关产生短信等通信原始使用话单，送给行业网关产生短信等通信原始使用话单，送给BOSS 计费。计费。USSDC 负责建立负责建立M2M 终端与终端与M2M 平台的平台的USSD 通信。通信。GGSN 负责建立负责建立M2M 终端与终端与M2M 平台的平台的GPRS 通信。提供数据路由、地址分配及必要的网间安全机制。通信。提供数据路由、地址分配及必要的网间安全机制。BOSS 与短信网关、与短信网关、M2M 平台相连，完成客户管理、业务受理、计费结算和收费功能。对平台相连，完成客户管理、业务受理、计费结算和收费功能。对EC/SI(Electronic commerce/Space Identi

31、ty;电子商务电子商务/空间识别空间识别)提供的业务进行数据配置和管理，支持签约关系受理功提供的业务进行数据配置和管理，支持签约关系受理功能，支持通过能，支持通过HTTP/FTP 接口与行业网关、接口与行业网关、M2M 平台、平台、EC/SI 进行签约关系以及黑白名单等同步的功能。进行签约关系以及黑白名单等同步的功能。行业终端监控平台行业终端监控平台 M2M 平台提供平台提供FTP 目录，将每月统计文件存放在目录，将每月统计文件存放在FTP 目录，供行业终端监控平台下载，以同步目录，供行业终端监控平台下载，以同步M2M 平平台的终端管理数据。台的终端管理数据。网管系统网管系统 网管系统与平台网

32、管系统与平台 网络管理模块通信，完成配置管理，网络管理模块通信，完成配置管理，性能管理，故障管理，安全管理及系统自身管理等性能管理，故障管理，安全管理及系统自身管理等功能功能5.2.3 M2M业务及应用系统分类业务及应用系统分类 根据终端是否移动，业务应用可分为两大类：根据终端是否移动，业务应用可分为两大类：1.1.移动性应用移动性应用 适用于外围设备位置不固定，移动性强、须要与适用于外围设备位置不固定，移动性强、须要与中心结点实时通信的应用，如交通、公安、海关、中心结点实时通信的应用，如交通、公安、海关、税务、医疗、物流等行业从业人员手持系统或车税务、医疗、物流等行业从业人员手持系统或车载、

33、船载系统等。载、船载系统等。2.2.固定性应用固定性应用 适用于外围设备位置固定，但地理分布广泛、有适用于外围设备位置固定，但地理分布广泛、有线接入方式部署困难或成本高昂的应用，可利用线接入方式部署困难或成本高昂的应用，可利用机器到机器实现无人值守，如电力、水利、采油、机器到机器实现无人值守，如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行业信息采集采矿、环保、气象、烟草、金融等行业信息采集或交易系统等。或交易系统等。5.2.4 M2M重要的技术重要的技术 涉及到涉及到5个重要的技术部分：机器、个重要的技术部分：机器、M2M硬硬件、通信网络、中间件、应用。件、通信网络、中间件、应用。1.1

34、.智能化机器智能化机器“人、机器、系统的联合体人、机器、系统的联合体”是是M2M的有的有机结合体。可以说，机器是为人服务的，机结合体。可以说，机器是为人服务的，而系统则都是为了机器更好地服务于人而而系统则都是为了机器更好地服务于人而存在的。存在的。2.M2M2.M2M硬件硬件嵌入式硬件嵌入式硬件 嵌入到机器里面，使其具备网络通信能力。嵌入到机器里面，使其具备网络通信能力。可改装硬件可改装硬件 在在M2M的工业应用中，厂商拥有大量不具备的工业应用中，厂商拥有大量不具备M2M通信和通信和联网能力的机器设备，可改装硬件就是为满足这些机器的联网能力的机器设备，可改装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力

35、而设计的。网络通信能力而设计的。调制解调器调制解调器 嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时，起的就是调嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时，起的就是调制解调器（制解调器（Modem）的作用。）的作用。传感器传感器 经由传感器，让机器具备信息感知的能力。由智能传感器经由传感器，让机器具备信息感知的能力。由智能传感器组成的传感器网络（组成的传感器网络（Sensor Network）是）是M2M技术的重技术的重要组成部分。要组成部分。识别标识识别标识 识别标识（识别标识（Location Tags）如同每台机器设备的）如同每台机器设备的“身份身份证证”，使机器之间可以相互识别和区分。，使机器之间

36、可以相互识别和区分。3.通信网络通信网络 通信网络在整个通信网络在整个M2M技术框架中处技术框架中处于核心地位，包括于核心地位，包括广域网（无线移动广域网（无线移动通信网络、卫星通通信网络、卫星通信网络、信网络、Internet、公众电话网）、局公众电话网）、局域网（以太网、无域网（以太网、无线局域网线局域网WLAN、蓝牙蓝牙Bluetooth）、）、个域网（个域网（ZigBee、传感器网络）。传感器网络）。中间件包括两部分：中间件包括两部分：M2M网关和数据网关和数据收集收集/集成部件。是集成部件。是M2M系统中的系统中的“翻译员翻译员”，它获取来自通信网络的，它获取来自通信网络的数据，将数

37、据传送给信息处理系统，数据，将数据传送给信息处理系统，主要的功能是完成不同通信协议之间主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。的转换。网关获取来自通信网络的数据，将数网关获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统。主要的功能据传送给信息处理系统。主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。数是完成不同通信协议之间的转换。数据收集据收集/集成部件是为了将数据变成有集成部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。信息的观察者和决策者。4.中间件中间件 5.5.应用应用按

38、照其实现的功能可以分为：自动化、控制、定位、监视、维修、跟踪。如M2M应用通过无线网络和互联网技术实现，如图5-15所示。6.M2M6.M2M与物联网的联系和区别与物联网的联系和区别 M2M 最开始是机器与机器的通信，后演变为人和最开始是机器与机器的通信，后演变为人和人之间的通信，物联网范围更广，包含了人之间的通信，物联网范围更广，包含了M2M。M 可以是人（可以是人（Man）、机器（）、机器（Machine）和移动）和移动网络（网络（Mobile）的简称，）的简称，M2M 可以解释为机器可以解释为机器到机器、人到机器、机器到人、人到人、移动网到机器、人到机器、机器到人、人到人、移动网络到人之

39、间的通信。狭义来讲机器到机器的通信，络到人之间的通信。狭义来讲机器到机器的通信，广义来讲广义来讲M2M 涵盖了在人、机器之间建立的所有涵盖了在人、机器之间建立的所有连接技术和手段。物联网强调的是任何时间、任连接技术和手段。物联网强调的是任何时间、任何地点、任何物品，即何地点、任何物品，即“泛在的网络，万物相连泛在的网络，万物相连”，范围比范围比M2M 更大，普遍认为更大，普遍认为M2M 是物联网在现是物联网在现阶段最普遍的应用。阶段最普遍的应用。根据市场的发展节奏进行投资规划布局如图根据市场的发展节奏进行投资规划布局如图5-16所示。随着科学技术的所示。随着科学技术的发展，越来越多的设备具有了

40、通信和联网能力，网络一切逐步变为现实发展，越来越多的设备具有了通信和联网能力，网络一切逐步变为现实。5.3物联网与数据挖掘 物联网中的个体通过感应器来感知信息，然后通物联网中的个体通过感应器来感知信息，然后通过中间传输网来传送信息，最后在数据处理中心过中间传输网来传送信息，最后在数据处理中心进行智能处理和控制。进行智能处理和控制。随着物联网技术的广泛应用，我们将面对大量异随着物联网技术的广泛应用，我们将面对大量异构的、混杂的、不完整的物联网数据。在物联网构的、混杂的、不完整的物联网数据。在物联网的万千终端收集到这些数据后，如何对它们进行的万千终端收集到这些数据后，如何对它们进行处理、分析和使用

41、成为物联网应用的关键。处理、分析和使用成为物联网应用的关键。本节对物联网中的后台数据库技术、数据挖掘技本节对物联网中的后台数据库技术、数据挖掘技术给予适当的阐述以及下节将要介绍的云计算。术给予适当的阐述以及下节将要介绍的云计算。5.3.1 数据挖掘概述 随着信息技术的迅速发展，数据库的规模不断扩大，随着信息技术的迅速发展，数据库的规模不断扩大，从而产生了大量的数据。从而产生了大量的数据。为了给决策者提供一个统为了给决策者提供一个统一的全局视角，在许多领域建立了数据仓库，但大一的全局视角，在许多领域建立了数据仓库，但大量的数据往往使人们无法辨别隐藏在其中的能对决量的数据往往使人们无法辨别隐藏在其

42、中的能对决策提供支持的信息，而传统的查询、报表工具无法策提供支持的信息，而传统的查询、报表工具无法满足挖掘这些信息的需求。因此，需要一种新的数满足挖掘这些信息的需求。因此，需要一种新的数据分析技术处理大量数据，并从中抽取有价值的潜据分析技术处理大量数据，并从中抽取有价值的潜在知识，数据挖掘（在知识，数据挖掘（Data Mining）技术由此应）技术由此应运而生，运而生，数据挖掘技术也正是伴随着数据仓库技术数据挖掘技术也正是伴随着数据仓库技术的发展而逐步完善起来的。的发展而逐步完善起来的。并非所有的信息发现任务都被视为数据挖掘并非所有的信息发现任务都被视为数据挖掘，例如，例如，使用数据库管理系统

43、查找个别的记录，或通过互联使用数据库管理系统查找个别的记录，或通过互联网的搜索引擎查找特定的网的搜索引擎查找特定的Web页面，则是信息检页面，则是信息检索（索（information retrieval）领域的任务。）领域的任务。数据挖掘是指从数据集合中自动抽取隐藏在数据中的那些有用信息的非平凡过程 这些信息的这些信息的表现形式为：规则、概念、规律及模式等表现形式为：规则、概念、规律及模式等。它可。它可帮助决策者分析历史数据及当前数据，并从中发现隐藏的关帮助决策者分析历史数据及当前数据，并从中发现隐藏的关系和模式，进而预测未来可能发生的行为。数据挖掘的过程系和模式，进而预测未来可能发生的行为。

44、数据挖掘的过程也叫也叫知识发现知识发现(KDD；Knowledge Discovery in Database)的过程，它是一门涉及面很广的交叉性新兴学科，涉及到数的过程，它是一门涉及面很广的交叉性新兴学科，涉及到数据库、人工智能、数理统计、可视化、并行计算等领域。数据库、人工智能、数理统计、可视化、并行计算等领域。数据挖掘是一种新的信息处理技术，其据挖掘是一种新的信息处理技术，其主要特点是对数据库中主要特点是对数据库中的大量数据进行抽取、转换、分析和其他模型化处理，并从的大量数据进行抽取、转换、分析和其他模型化处理，并从中提取辅助决策的关键性数据中提取辅助决策的关键性数据。数据挖掘是知识发现

45、（。数据挖掘是知识发现（KDD)过程中的一个特定步骤，它用专门算法从数据中抽取模式过程中的一个特定步骤，它用专门算法从数据中抽取模式（patterns），它并不是用规范的数据库查询语言（如），它并不是用规范的数据库查询语言（如SQL）进行查询，而是对查询的内容进行模式的总结和内在规律的进行查询，而是对查询的内容进行模式的总结和内在规律的搜索。传统的查询和报表处理只是得到事件发生的结果，并搜索。传统的查询和报表处理只是得到事件发生的结果，并没有深入研究发生的原因，而数据挖掘则主要了解发生的原没有深入研究发生的原因，而数据挖掘则主要了解发生的原因，并且以一定的置信度对未来进行预测，用来为决策行为因

46、，并且以一定的置信度对未来进行预测，用来为决策行为提供有利的支持。提供有利的支持。数据挖掘是一个以数据库、人工智能、数理统计、可视化四大支柱技术为基础 描述或说明一个算法设计分为三个部分：输入、描述或说明一个算法设计分为三个部分：输入、输出和处理过程。数据挖掘算法的输入是数据库，输出和处理过程。数据挖掘算法的输入是数据库，算法的输出是要发现的知识或模式，算法的处理算法的输出是要发现的知识或模式，算法的处理过程则设计具体的搜索方法。过程则设计具体的搜索方法。确定数据挖掘主要确定数据挖掘主要涉及三个方面涉及三个方面：挖掘对象、挖挖掘对象、挖掘任务、挖掘方法掘任务、挖掘方法。挖掘对象挖掘对象包括若干

47、种数据库或数据源，包括若干种数据库或数据源，例如：例如：关关系数据库、面向对象数据库、空间数据库、时态系数据库、面向对象数据库、空间数据库、时态数据库、文本数据库、多媒体数据库、历史数据数据库、文本数据库、多媒体数据库、历史数据库，以及万维网（库，以及万维网（WEB）等。）等。挖掘方法挖掘方法可以粗分为：统计方法、机器学习方法、可以粗分为：统计方法、机器学习方法、神经网络方法和数据库方法神经网络方法和数据库方法。5.3.2 数据库的基本概念 数据库是一项专门研究如何科学地组织和数据库是一项专门研究如何科学地组织和存储数据、如何高效地获取和处理数据的存储数据、如何高效地获取和处理数据的技术。技术

48、。数据库的目的是帮助人们跟踪事务。数据库的目的是帮助人们跟踪事务。通常在通常在数据处理中，计算是比较简单的而数据处理中，计算是比较简单的而数据的管理却比较复杂数据的管理却比较复杂。数据管理是指数数据管理是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等操作，这部分操作是数据处理索、传送等操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分务中必不可少的共有部分。数据管理技术。数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。的优劣，将直接影响数据处理的效率。1.数据库的发展 发展经过发展经过三

49、个阶段三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶：人工管理阶段、文件系统阶段和数据库阶段段和数据库阶段 20世纪世纪6060年代末发生的三件大事年代末发生的三件大事：1.层次模型层次模型IMS系统（系统（IP-Multimedia Subsystem；IP多媒体系统）的推出多媒体系统）的推出2.关于网状模型关于网状模型DBTG（Database Task Group，数，数据库任务组）报告的发表据库任务组）报告的发表3.关系模型论文的连续发表关系模型论文的连续发表 标志着数据管理技术进入数据库阶段。标志着数据管理技术进入数据库阶段。进入进入70年年代以后，数据库技术得到迅速发展代以后，数据库技术得到迅

50、速发展，开发了许多，开发了许多有效的产品并投入运行。数据库系统克服了文件有效的产品并投入运行。数据库系统克服了文件系统的缺陷，提供了对数据更高级更有效的管理。系统的缺陷，提供了对数据更高级更有效的管理。磁盘技术取得重要进展，具有数百兆容量和快速磁盘技术取得重要进展，具有数百兆容量和快速存取的磁盘陆续进入市场，成本也不高，为数据存取的磁盘陆续进入市场，成本也不高，为数据库技术的产生提供了良好的物质条件。库技术的产生提供了良好的物质条件。2.数据库的特点1 1）减少数据的重复）减少数据的重复（Redundancy can be reduced）当在一个非数据库系统当中，每一个应用程序都有属于他们自