吳功宜-物聯網工程導論-第8章數據處理

吳功宜吳英編著《物聯網工程導論》1現在是1頁\一共有40頁\編輯于星期六第8章

物聯網數據處理技術2現在是2頁\一共有40頁\編輯于星期六第

8章知識點結構3現在是3頁\一共有40頁\編輯于星期六8.1物聯網數據處理技術的基本概念

8.1.1物聯網數據的特點海量物聯網節(jié)點的數量是非常多的，它們所產生的數據量一定是海量多態(tài)多種傳感器去觀測的不同數據在數值范圍、格式、單位與精度動態(tài)各種數據都將隨時間不斷變化的關聯物聯網中的數據之間在空間、時間維度上存在著緊密的關聯性4現在是4頁\一共有40頁\編輯于星期六VigilNet網絡拓撲與數據處理研究的示意圖5現在是5頁\一共有40頁\編輯于星期六8.1.2物聯網數據處理關鍵技術海量數據存儲數據融合數據查詢、搜索與數據挖掘智能決策6現在是6頁\一共有40頁\編輯于星期六海量數據存儲物聯網數據具有海量、多態(tài)、動態(tài)與關聯的特征海量數據的存儲結構影響著物聯網系統(tǒng)的可靠性與效率如何利用數據中心與云計算平臺存儲物聯網的海量數據，如何充分地利用好物聯網信息，同時又要實現對隱私的保護，這是物聯網數據處理技術首先要面對的一個重要問題7現在是7頁\一共有40頁\編輯于星期六無線傳感器網絡數據存儲結構示意圖8現在是8頁\一共有40頁\編輯于星期六數據融合20世紀70年代“數據融合（DataFusion）”術語才正式出現針對物聯網數據的多態(tài)性，需要研究基于多種傳感器的數據聚合技術，綜合分析各種傳感器的數據，從中提取有用的信息數據融合已經發(fā)展成數據處理一個新的和重要的分支在物聯網中智能交通、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)控、精準農業(yè)、突發(fā)事件處置、智慧城市、智能電網等物聯網應用系統(tǒng)中，必然會應用多種傳感器去綜合感知多種物理世界的信息，從中提取對于我們智慧處理物理世界問題有用的信息和知識數據融合技術是物聯網數據處理研究的重要內容之一9現在是9頁\一共有40頁\編輯于星期六

數據查詢、搜索與數據挖掘物聯網環(huán)境中感知數據具有實時性、周期性與不確定性等特點物聯網環(huán)境中，由于各種感知手段獲取的信息與傳統(tǒng)的互聯網信息共存，搜索引擎需要與各種智能的和非智能的物理對象密切結合，主動識別物理對象，獲取有用的信息，這對于傳統(tǒng)的搜索引擎技術是一個挑戰(zhàn)數據挖掘是物聯網數據處理中一個重要的方法10現在是10頁\一共有40頁\編輯于星期六智能決策發(fā)展物聯網的最終目標不是簡單地將物與物互聯，而是要催生很多具有“計算、通信、控制、協(xié)同和自治”特征的智能設備與系統(tǒng)，實現實時感知、動態(tài)控制和智能服務智能決策是物聯網信息處理技術中追求的最重要的目標11現在是11頁\一共有40頁\編輯于星期六8.2海量數據存儲技術

8.2.1物聯網對海量數據存儲的需求物聯網的海量數據除了來自傳感器節(jié)點、RFID節(jié)點以及其他各種智能終端設備每時每刻所產生的數據之外，各種物理對象在參與物聯網事務處理的過程中也會產生大量的數據物聯網的海量數據的存儲需要數據庫、數據倉庫、網絡存儲、數據中心與云存儲技術的支持12現在是12頁\一共有40頁\編輯于星期六8.2.2數據庫技術數據庫技術是計算機科學技術中發(fā)展最快、應用最廣泛的領域之一。數據庫技術經過幾十年的發(fā)展，其應用已遍及各個領域，成為21世紀信息化社會的核心技術之一物聯網的數據存儲與管理需要使用數據庫技術，物聯網的海量數據存儲與管理也會促進數據庫技術的發(fā)展數據庫管理系統(tǒng)可分為層次數據庫、網狀數據庫、關系數據庫以及面向對象數據庫隨著數據庫技術的發(fā)展，數據庫用戶界面變得更加簡單，功能更加強大和更加智能，未來的數據庫技術必然會與人工智能技術相互交叉融合13現在是13頁\一共有40頁\編輯于星期六8.2.3物聯網數據管理技術關系數據庫為物聯網海量數據的管理提供了重要的理論、工具與方法物聯網中有兩大類重要的應用，一是基于RFID標簽自動識別技術的應用，另一類是基于無線傳感器網絡的應用設計一個基于RFID標簽自動識別技術的零售業(yè)或物流業(yè)應用時，對于由RFID所產生的數據的管理與處理方法與傳統(tǒng)的互聯網應用有很多相似之處基于無線傳感器網絡的物聯網應用有它的特殊性，需要研究針對無線傳感器網絡的數據管理與處理方法14現在是14頁\一共有40頁\編輯于星期六無線傳感器網絡數據管理系統(tǒng)結構無線傳感器網絡數據管理系統(tǒng)結構主要有：集中式結構半分布式結構分布式結構層次式結構無線傳感器網絡數據管理系統(tǒng)層次結構15現在是15頁\一共有40頁\編輯于星期六TinyDB系統(tǒng)的結構16現在是16頁\一共有40頁\編輯于星期六

TinyDB關系表結構17現在是17頁\一共有40頁\編輯于星期六8.3物聯網海量數據存儲與云計算*

8.3.1數據存儲技術的研究與發(fā)展存儲技術的研究與發(fā)展數據存儲技術從單機封閉系統(tǒng)存儲向開放系統(tǒng)的存儲方向發(fā)展開放系統(tǒng)的存儲進一步分為：

—直接附加存儲（DAS）

—網絡接入存儲（NAS）

—存儲區(qū)域網絡（SAN）18現在是18頁\一共有40頁\編輯于星期六服務器技術的發(fā)展各種類型的服務器與機房中的服務器19現在是19頁\一共有40頁\編輯于星期六典型的機架式服務器20現在是20頁\一共有40頁\編輯于星期六刀片服務器21現在是21頁\一共有40頁\編輯于星期六8.3.2IDC的基本概念隨著互聯網應用規(guī)模的不斷擴大，大規(guī)模的在線網絡服務促進了“互聯網數據中心（IDC）”的出現隨著業(yè)務的擴展，一些企業(yè)網、校園網、政務網、商務網也在考慮建設自己的數據中心（DataCenter）數據中心的成本是由4部分組成：服務器成本、網絡設備成本、基礎設施成本與能源成本在推動物聯網應用發(fā)展的同時，必須研究適合即能夠快速部署物聯網應用，存儲海量數據，又能夠節(jié)省資金與日常維護費用，符合環(huán)保節(jié)能的原則的數據中心技術數據中心的概念正在經歷了從中小型企業(yè)網、校園網中的計算與存儲數據的數據中心，向云計算平臺的發(fā)展的趨勢22現在是22頁\一共有40頁\編輯于星期六8.3.3云計算的基本概念云計算的特點彈性服務資源池化按需服務服務可計費泛在接入云計算數據中心特點自治性規(guī)模經濟規(guī)?？蓴U展23現在是23頁\一共有40頁\編輯于星期六8.3.4云計算系統(tǒng)組成云計算系統(tǒng)組成：云平臺云終端云存儲云安全24現在是24頁\一共有40頁\編輯于星期六公有云與私有云的概念公有云：第三方提供商為用戶提供服務的云平臺，用戶可以把通過互聯網訪問作為一個支撐平臺，可以通過提供免費或用很低費用的服務，去吸引大量的用戶，整合上游的增值業(yè)務和廣告服務，打造新的產業(yè)鏈目前公有云主要分為四類：

—由傳統(tǒng)電信基礎設施運營商組建的公有云

—政府主導下組建的各省市公有云

—大型互聯網公司組建的公有云

—由IDC運營商組建的公有云25現在是25頁\一共有40頁\編輯于星期六私有云：移動通信公司、銀行、政府、公安、交通、電力、有線電視等部門與機構單獨使用而組建這些部門與機構的數據存儲量、處理量和安全性要求高，而私有云能夠滿足他們對數據倉儲與處理，以及安全性和服務質量的要求私有云可部署在企業(yè)或部門數據中心的防火墻內，也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所26現在是26頁\一共有40頁\編輯于星期六IaaS、PaaS、SaaS的概念基礎設施即服務IaaSIaaS平臺向用戶提供虛擬化的計算資源、存儲資源與網絡資源，根據用戶需求進行動態(tài)分配和調整平臺即服務PaaSPaaS平臺向軟件開發(fā)人員提供類似中間件的服務，包括數據庫、數據處理與軟件開發(fā)環(huán)境等軟件即服務SaaSSaaS平臺向最終用戶提供定制的軟件服務，用戶不用通過安裝軟件副本，就可以通過網絡使用軟件27現在是27頁\一共有40頁\編輯于星期六云終端云終端使用虛擬化技術，使得只要聯入到互聯網或物聯網的終端設備都可以訪問云計算平臺云終端三種類型：

—基于程序資源遠程執(zhí)行的云終端

—基于WebOS云終端

—基于虛擬機的云終端28現在是28頁\一共有40頁\編輯于星期六云存儲計算與存儲是計算機科學發(fā)展中兩個密不可分的關鍵技術云計算概念包括計算與存儲兩個方面的內容云存儲基于云平臺，結合傳統(tǒng)的大規(guī)模、可擴展的海量存儲、計算機網絡、數據網格、虛擬化、文件系統(tǒng)的概念與技術，面向大規(guī)模、高效、可擴展、可定制的應用系統(tǒng)的用戶，提供安全、廉價、按需使用的專業(yè)化倉儲服務用戶不必關心云存儲服務使用什么樣的主機、數據庫、存儲設備，只需要根據自身應用系統(tǒng)數據存儲的數據量、安全性要求，以定購的方式使用云存儲服務提供商提供的存儲資源29現在是29頁\一共有40頁\編輯于星期六云安全云安全提供可靠、可信的云環(huán)境，以保護用戶數據的安全能不能夠保證用戶使用的安全性是制約云計算應用能否發(fā)展的主要因素目前云安全研究：

—云計算的安全控制

—云計算的可信執(zhí)行環(huán)境

—虛擬機的安全監(jiān)控

—云計算服務訪問的通信安全

—云計算安全評估方法30現在是30頁\一共有40頁\編輯于星期六8.3.5云計算在物聯網中的應用物聯網數據中心的特征：部署快捷運行可靠可擴展安全節(jié)能31現在是31頁\一共有40頁\編輯于星期六應用于物聯網的云計算系統(tǒng)結構模型32現在是32頁\一共有40頁\編輯于星期六物聯網數據

中心的設計33現在是33頁\一共有40頁\編輯于星期六8.4物聯網數據融合技術*

8.4.1無線傳感器網絡數據融合技術無線傳感器網絡的基本功能是收集并返回傳感器節(jié)點所在監(jiān)測區(qū)域的信息傳感器節(jié)點受到能量與易失效性的約束因此減少數據傳輸量以有效地節(jié)省能量，利用節(jié)點的本地計算和存儲能力處理數據的融合以除去冗余信息通過數據融合達到數據備份與提高信息準確性，已經成為無線傳感器網絡研究的一個重要課題34現在是34頁\一共有40頁\編輯于星期六8.4.2數據融合的分類根據數據進行融合操作前后的信息含量的分類無損失融合有損失融合根據數據融合與應用層數據語義之間關系的分類依賴于應用的數據融合（ADDA）獨立于應用的數據融合（AIDA）兩種技術結合的數據融合35現在是35頁\一共有40頁\編輯于星期六根據融合操作級別的分類:數據級融合特征級融合決策級融合36現在是36頁\一共有40頁\編輯于星期六數據融合技術類型37現在是37頁\一共有40頁\編輯于星期六8.5物聯網中的智能決策

8.5.1數據挖掘的基本概念數據挖