物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(第5章)

1、導(dǎo)讀了解數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的三個(gè)階段；掌握數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的相關(guān)概念；掌握三種新的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；掌握數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的概念和特征，了解數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型；掌握數(shù)據(jù)挖掘的概念和方法；了解數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)系；掌握云計(jì)算的概念和特征，了解云計(jì)算的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r；理解云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)；了解云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系。15.1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)（Database）是比檔案系統(tǒng)更高級(jí)的一種數(shù)據(jù)組織方式。數(shù)據(jù)庫(kù)是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)是指通過特定的方式把數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)起來的、可以檢索和利用、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“倉(cāng)庫(kù)”。 25.1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的三個(gè)

2、階段第一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)指層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，為格式化數(shù)據(jù)模型，用存取路徑來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，獨(dú)立的數(shù)據(jù)定義語言和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)操作語言等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中控制和數(shù)據(jù)的共享，提高了數(shù)據(jù)獨(dú)立性，很大程度上減少了數(shù)據(jù)冗余。3數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的三個(gè)階段第二代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)于一個(gè)關(guān)系模型的所有關(guān)系的集合稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來表示。關(guān)系模式用來描述關(guān)系表中的列，關(guān)系實(shí)例為關(guān)系中的各行。4數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的三個(gè)階段關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)理論，主要包括函數(shù)依賴、多值依賴、連接依賴和范式等。關(guān)系數(shù)據(jù)語言，如關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算、SQL 語言、QBE 等。關(guān)系數(shù)據(jù)技術(shù)

3、，查詢優(yōu)化、并發(fā)控制、故障恢復(fù)等。5數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的三個(gè)階段第三代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型吸收了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法學(xué)的核心概念和基本思想。面向?qū)ο缶幊蹋∣bject Oriented Programming，OOP，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)）是一種計(jì)算機(jī)編程架構(gòu)。6面向?qū)ο缶幊蘋OP 的一條基本原則是計(jì)算機(jī)程序是由單個(gè)能夠起到子程序作用的單元或?qū)ο蠼M合而成。OOP 達(dá)到了軟件工程的三個(gè)主要目標(biāo)：重用性、靈活性和擴(kuò)展性。為了實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)算，每個(gè)對(duì)象都能夠接收信息、處理數(shù)據(jù)和向其它對(duì)象發(fā)送信息。7面向?qū)ο缶幊?）對(duì)象（Object) ，做事情，有狀態(tài)、行為和標(biāo)識(shí)三種屬性。2）類（cl

4、ass)，共享相同結(jié)構(gòu)和行為的對(duì)象的集合。3）封裝（encapsulation)，將數(shù)據(jù)和操作捆綁在一起。4）繼承，描述類之間的“是一種”關(guān)系。5）組合，既是類之間的關(guān)系也是對(duì)象之間的關(guān)系。8面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型 對(duì)象標(biāo)識(shí) 封裝 類和類層次 繼承9數(shù)據(jù)庫(kù)的特征1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享2）減少數(shù)據(jù)的冗余度3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性4）數(shù)據(jù)集中控制5）數(shù)據(jù)一致性和可維護(hù)性10數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Data Base System，DBS）是以資料庫(kù)為核心，借助計(jì)算機(jī)及其管理軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有組織、有系統(tǒng)的管理，同時(shí)動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，以方便用戶查閱數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是為了適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來的。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是

5、由數(shù)據(jù)庫(kù)硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員四部分組成的，是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體。 11數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式1）概念模式（Conceptual Schema）2）外模式（External Schema）3）內(nèi)模式（Internal Schema）數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式是靠映射來連接的。所謂映射，是指一種對(duì)應(yīng)規(guī)則，指出映射雙方如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換。12數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性，DBMS把數(shù)據(jù)庫(kù)從邏輯上分為三個(gè)層次，即面向數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的外層（用戶數(shù)據(jù)庫(kù)）、由DBMS管理的概念層（概念數(shù)據(jù)庫(kù)）及內(nèi)部層（存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)）。用戶看到的只是外層，而數(shù)據(jù)實(shí)際上是按內(nèi)部層的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的，它是通過概念

6、層二級(jí)抽象（或稱映像）而來的。13數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的管理系統(tǒng)。它是建立在操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，位于操作系統(tǒng)與用戶之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制。它是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的核心內(nèi)容。DBMS一般都是由專業(yè)的軟件廠商研制、開發(fā)的通用商業(yè)軟件包，并同時(shí)提供一套較為完整的數(shù)據(jù)庫(kù)語言。14數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心內(nèi)容，按照三類不同數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的DBMS分為：層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。目前，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)仍然占據(jù)著數(shù)據(jù)庫(kù)的主要市場(chǎng)。15數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)分類為適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)

7、和管數(shù)據(jù)管理方式，可以將DBMS分為：?jiǎn)斡脩鬌BMS、主從式DBMS、分布式DBMS和客戶/服務(wù)器DBMS。目前，客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)逐漸成為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的主流。16專用數(shù)據(jù)庫(kù)分類隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和許多特定的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的要求，新一代數(shù)據(jù)技術(shù)得到迅速的發(fā)展。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與其他學(xué)科的結(jié)合，涌現(xiàn)出各種新型的數(shù)據(jù)庫(kù)，出現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)庫(kù)、地理數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等多種數(shù)據(jù)庫(kù)，使數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中的新技術(shù)和新內(nèi)容層出不窮，而且得到廣泛的應(yīng)用。17OracleOracle是一個(gè)最早商品化的關(guān)系型DBMS，也是應(yīng)用廣泛、功能強(qiáng)大的DBMS。Oracle作為一個(gè)通用的DBMS，不僅具有

8、完整的數(shù)據(jù)管理功能，還是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，支持各種分布式功能，特別是支持Internet應(yīng)用。18Microsoft SQL ServerMicrosoft SQL Server是一種典型的DBMS，可以在許多操作系統(tǒng)上運(yùn)行，它使用Transact-SQL語言完成數(shù)據(jù)操作。由于Microsoft SQL Server是開放式的系統(tǒng)，其他系統(tǒng)可以與它進(jìn)行完好的交互操作。19Microsoft Access作為Microsoft Office組件之一的Microsoft Access是在Windows環(huán)境下非常流行的桌面型DBMS。使用Microsoft Access無需編寫任何代碼，只需通過

9、直觀的可視化操作就可以完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)管理任務(wù)。20移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)是指支持移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，通常應(yīng)用在諸如掌上電腦、PDA、車載設(shè)備、移動(dòng)電話等嵌入式設(shè)備中，由于其常應(yīng)用在嵌入式設(shè)備里，人們也把它稱為嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。一般認(rèn)為，移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的推廣，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的一種特殊形式。21移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用1）公共信息發(fā)布在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中，大量的移動(dòng)用戶將通過筆記本電腦、掌上電腦、PDA、車載平臺(tái)等移動(dòng)設(shè)備的無線通訊接口獲取各種各樣的公共信息，比如，移動(dòng)用戶需要經(jīng)常訪問的股票、天氣和交通等信息。22移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用2）物流領(lǐng)域移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)在物流運(yùn)輸、儲(chǔ)存保管、配送等幾個(gè)

10、重要環(huán)節(jié)發(fā)揮日益重要的作用，使物流信息做到真正無縫連接，及時(shí)準(zhǔn)確的信息有利于協(xié)調(diào)生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等業(yè)務(wù)的開展，有利于降低庫(kù)存，節(jié)約在途資金和高效運(yùn)營(yíng)，這將進(jìn)將進(jìn)一步促進(jìn)電子商務(wù)的發(fā)展。23空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)指的是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)之上的。24多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與多媒體技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)不是對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行界面上的包裝，而是從多媒體數(shù)據(jù)與信息本身的特性出發(fā)，考慮將其引入到數(shù)據(jù)庫(kù)之后所帶來的有關(guān)問題。255.2 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之父比爾恩門（Bill

11、Inmon）在1991年出版的Building the Data Warehouse一書中：“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的、集成的、隨時(shí)間變化的、非易失的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理層的決策過程”。26數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)特征 面向主題（Subject-Orientated） 集成化（Integrated） 隨時(shí)間變化（Time-Variant） 非易失性（Nonvolatile）27數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)需要簡(jiǎn)明的、面向主題的模式，便于聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)分析。目前最流行的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型為星型模式（Star Schema）、雪花模式（Snowflake Schema）和事實(shí)星座（Fact Constellation），由它們來

12、表示事實(shí)、維和粒度的關(guān)系。圖5-25-428數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用1）信息處理：支持查詢和統(tǒng)計(jì)的基本分析，并使用交叉表、表、圖表或圖進(jìn)行報(bào)告。2）分析處理：支持基本的OLAP操作，包括切片與切塊、下鉆、上卷和轉(zhuǎn)軸。3）數(shù)據(jù)挖掘：支持知識(shí)發(fā)現(xiàn)，包括找出隱藏在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的模式和關(guān)聯(lián)，構(gòu)造分析模型，進(jìn)行分類和預(yù)測(cè)，并使用可視化工具提供挖掘結(jié)果。29數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘又稱數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，是目前人工智能和數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。所謂數(shù)據(jù)挖掘是指從數(shù)據(jù)庫(kù)的海量數(shù)據(jù)中抽取有效的、事先未知的、易于理解的、可操作的對(duì)商業(yè)決策有用的信息的過程。它是允許最終用戶直接訪問和操作數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境內(nèi)部的數(shù)據(jù)，而不需要干涉定制的編

13、程活動(dòng)。30數(shù)據(jù)挖掘方法常用的數(shù)據(jù)挖掘方法，包括分類、回歸分析、聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則、特征、變化和偏差分析、Web頁挖掘等，它們分別從不同的角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。31數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的關(guān)系（1）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為數(shù)據(jù)挖掘提供了更好的、更廣泛的數(shù)據(jù)源。（2）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為數(shù)據(jù)挖掘提供了新的支持平臺(tái)。（3）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為更好地使用數(shù)據(jù)挖掘工具提供了方便。（4）數(shù)據(jù)挖掘?yàn)閿?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供了更好的決策支持。（5）數(shù)據(jù)挖掘?qū)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)組織提出了更高的要求。（6）數(shù)據(jù)挖掘還為數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供了廣泛的技術(shù)支持。32云計(jì)算云計(jì)算中所指的“云”其實(shí)就是一個(gè)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的形象化比喻，這種比喻來源于一種業(yè)內(nèi)的共識(shí)，使用云形狀的圖形來表示網(wǎng)

14、絡(luò)圖。因此，云計(jì)算可以說是把“計(jì)算”這種資源從本地計(jì)算機(jī)即用戶的計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)上的一種極為形象的描述。33云計(jì)算2008年美國(guó)IEEE互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算雜志定義云計(jì)算：云計(jì)算是這樣一種范式，其中信息永久地存儲(chǔ)在互聯(lián)網(wǎng)中的服務(wù)器上，而且只是暫時(shí)性地緩存于包括桌面電腦、娛樂中心設(shè)備、平板電腦、筆記本電腦、手持設(shè)備、感應(yīng)設(shè)備和監(jiān)視設(shè)備等在內(nèi)的終端上。34云計(jì)算的特點(diǎn)1）超大規(guī)模2）一切皆服務(wù)3）可伸縮性4）資源虛擬化5）以互聯(lián)網(wǎng)為核心6）按需服務(wù)7）安全可靠35云計(jì)算的基礎(chǔ)框架云計(jì)算的思想是充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的整合，達(dá)到最大化資源共享，從而解決了云計(jì)算中的云控制、大規(guī)模計(jì)算等一系列的復(fù)雜問題。36云計(jì)算的基礎(chǔ)框架云計(jì)算平臺(tái)可以看成是一個(gè)由超大規(guī)模，功能強(qiáng)大的“云”構(gòu)成的，在“云”中通過Internet將大規(guī)模零散的計(jì)算資源或服務(wù)連接起來，利用了虛擬化技術(shù)將位于“云”中的單個(gè)服務(wù)器進(jìn)行功能擴(kuò)展，并進(jìn)行資源的重新整合。這樣就形成了能夠提供大規(guī)模計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的云計(jì)算平臺(tái)。37云計(jì)算的服務(wù)層次38云計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)云計(jì)算包括了在“云”之后的基礎(chǔ)設(shè)施，以及云前端所面向的客戶終端，二者通過在中間起到重要作用的“云”即互聯(lián)網(wǎng)連接在一起。因此，從總體上，云