《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用》課件-6. 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.1嵌入式技術(shù)知識目標掌握嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點與處理器軟件的特征能力目標掌握嵌入式技術(shù)的基本理論知識；思政目標培養(yǎng)學(xué)生知識概括能力與系統(tǒng)架構(gòu)能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用02嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)03嵌入式系統(tǒng)的特點01嵌入式系統(tǒng)介紹及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用目錄05嵌入式處理器軟件的特征06物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)帶來的機遇04嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)Part01嵌入式系統(tǒng)介紹及應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用定義：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)及用戶的應(yīng)用程序功能：對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭功能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境工程與自然以及機器人等。物聯(lián)網(wǎng)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，嵌入式系統(tǒng)顯然是其中的“大腦”和“中樞神經(jīng)”，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的所有個體都需要嵌入式系統(tǒng)來傳輸和處理信息，嵌入式系統(tǒng)的好壞將直接影響物聯(lián)網(wǎng)的運作。Part02嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)的接口操作系統(tǒng)與硬件的接口嵌入式應(yīng)用程序嵌入式操作系統(tǒng)硬件抽象層硬件環(huán)境如何簡潔有效地使嵌入式系統(tǒng)能夠應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用環(huán)境，是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中所必須解決的關(guān)鍵問題。原先嵌入式系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)逐步演化成為一種四層結(jié)構(gòu)。這個新增加的中間層次叫硬件抽象層，是一個介于硬件與軟件之間的中間層次。硬件抽象層通過特定的上層接口與操作系統(tǒng)進行交互，向操作系統(tǒng)提供底層的硬件信息，并根據(jù)操作系統(tǒng)的要求完成對硬件的直接操作。硬件抽象層的引入大大推動了嵌入式操作系統(tǒng)的通用化。Part03嵌入式系統(tǒng)的特點物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用處理器和操作系統(tǒng)不存在市場壟斷性，雖在體系結(jié)構(gòu)上存在主流，但不同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了市場不可被少數(shù)公司或產(chǎn)品壟斷。所以，嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品和技術(shù)是高度分散的。高分散性嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、產(chǎn)品、應(yīng)用的，不能獨立于應(yīng)用發(fā)展。處理器要針對用戶需求，對芯片配置進行更改，因此嵌入式系統(tǒng)要和具體應(yīng)用有機結(jié)合。產(chǎn)品特性Part04嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置；采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)，每個存儲器獨立編址，獨立訪問。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)（普林斯頓結(jié)構(gòu)）哈佛結(jié)構(gòu)Part05嵌入式處理器軟件的特征物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用固態(tài)化存儲：軟件一般固化在存儲器芯片或嵌入式微控制器中以提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性；代碼質(zhì)量高、可靠性高：程序編寫和編譯工具的質(zhì)量高以減少程序二進制代碼長度，提高執(zhí)行速度；系統(tǒng)軟件高實時性：優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件對多種任務(wù)進行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度；需要開發(fā)工具和環(huán)境：對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)和程序功能修改；需要實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)平臺：合理調(diào)度多任務(wù)以及利用系統(tǒng)資源，保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。采用C語言作為軟件開發(fā)的程序設(shè)計語言。Part06物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)帶來的機遇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystem，EOS)融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機技術(shù)，它除具有通用操作系統(tǒng)的基本特點外，在小巧、可裝卸等方面還有更為嚴格的要求，并且在操作系統(tǒng)設(shè)計上還要綜合終端用戶、制造商和第三方軟件開發(fā)者的不同需求。目前常見的嵌入式操作系統(tǒng)主要是WindowsCE、Linux、Palm，這些系統(tǒng)各有優(yōu)劣，從業(yè)者往往需要根據(jù)自己的實際需求進行選擇和再次開發(fā)。但無論如何，嵌入式操作系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要地位不容置疑，對于嵌入式系統(tǒng)從業(yè)者來講，其中有著巨大的發(fā)展空間。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及現(xiàn)在國家對提升自身核心競爭力的大力提倡，給國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)行業(yè)帶來的機遇不言而喻。我們要做的是快速提升自己的技術(shù)實力、產(chǎn)品價值，緊跟科技發(fā)展和國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)的步伐，迅速成長，充分利用本土化的優(yōu)勢，縮小和國際競爭對手的差距，從而爭取更大的市場空間。課堂小結(jié)3.嵌入式系統(tǒng)的特點。2.嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。1.嵌入式系統(tǒng)。課堂小結(jié)6.物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)帶來的機遇。5.嵌入式處理器軟件的特征。4.嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.2物聯(lián)網(wǎng)軟件和中間件知識目標了解物聯(lián)網(wǎng)中間件的結(jié)構(gòu)分類與架構(gòu)。能力目標掌握中間件的體系結(jié)構(gòu)。思政目標培養(yǎng)學(xué)生知識概括能力與總結(jié)能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用02中間件體系結(jié)構(gòu)03中間件的分類04物聯(lián)網(wǎng)中間件架構(gòu)01物聯(lián)網(wǎng)軟件和中間件的概念物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用目錄Part01物聯(lián)網(wǎng)軟件和中間件的概念物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)軟件和中間件可以視為網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點操作系統(tǒng)之上、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)之下的一層支撐軟件。處于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的中上層，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的靈魂和中樞神經(jīng)。如果說軟件是物聯(lián)網(wǎng)的靈魂，中間件（Middleware）就是這個靈魂的核心。物聯(lián)網(wǎng)中間件處于物聯(lián)網(wǎng)的集成服務(wù)器端和感知層、傳輸層的嵌入式設(shè)備中，是介于前端讀寫器硬件模塊和后端應(yīng)用軟件之間的重要環(huán)節(jié)，通過系統(tǒng)軟件提供基礎(chǔ)服務(wù)，可以連接網(wǎng)絡(luò)上不同的應(yīng)用系統(tǒng)，以達到資源和功能共享的目的。服務(wù)器端中間件稱為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)基礎(chǔ)中間件，一般基于傳統(tǒng)的中間件(應(yīng)用服務(wù)器、ESBMO等)構(gòu)建，加入設(shè)備連接和圖形化組態(tài)展示等模塊；嵌入式中間件是一些支持不同通信協(xié)議的模塊和運行環(huán)境。中間件的特點是它固化了很多通用功能，但在具體應(yīng)用中需要二次開發(fā)來實現(xiàn)個性化的行業(yè)業(yè)務(wù)需求，因此所有物聯(lián)網(wǎng)中間件都需要提供快速開發(fā)（RAD）工具。Part02中間件體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用中間件的特點：滿足大量應(yīng)用的需要；運行于多種硬件和OS平臺之上；支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和OS平臺的應(yīng)用或服務(wù)交互；支持標準協(xié)議；支持標準接口中間件體系結(jié)構(gòu)ReaderReaderONSEPC信息服務(wù)其他savant其他服務(wù)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件Reader接口應(yīng)用軟件接口處理模塊處理模塊處理模塊處理模塊用戶自定義處理模塊處理模塊容器內(nèi)部模塊通過特殊處理模塊定義的API相互作用由于標準接口影響可移植性、標準協(xié)議影響互操作性，所以中間件已成為許多標準化工作的主要部分。對于應(yīng)用軟件開發(fā)，中間件比操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更重要，中間件提供的程序接口定義了一個相對穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，不管底層的計算機硬件和系統(tǒng)軟件怎樣更新?lián)Q代，只要將中間件升級更新，并保持中間件對外的接口定義不變，應(yīng)用軟件幾乎不用修改，從而保護了企業(yè)在應(yīng)用軟件開發(fā)和維護中的重大投資。Part03中間件的分類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用中間件包括的范圍十分廣泛，針對不同的應(yīng)用需求涌現(xiàn)出多種各具特色的中間件產(chǎn)品。但至今中間件還沒有一個比較精確的定義，因此，在不同的角度或不同的層次上，對中間件的分類也會有所不同。由于中間件需要屏蔽分布環(huán)境中異構(gòu)的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它必須能夠提供分布環(huán)境下的通信服務(wù)，這種通信服務(wù)稱為平臺?；谀康暮蛯崿F(xiàn)機制的不同，將平臺分為以下幾類。遠程執(zhí)行位于不同地址空間的過程。分為服務(wù)器(Server)和客戶端(Client)兩部分。Server提供遠程過程，Client向Server發(fā)出遠程調(diào)用，他們通過網(wǎng)絡(luò)進行通信，通信是同步的并且采用線程可以進行異步調(diào)用。在RPC模型中，Client和Server只要具備相應(yīng)接口和運行支持，即可完成相應(yīng)互操作。由于Client與Server直接連接，因此具有一定局限性：需要網(wǎng)絡(luò)細節(jié)定位Server；在Client發(fā)出請求的同時，需要Server是活動的。1.遠程過程調(diào)用(RPC)利用高效可靠的消息傳遞機制進行平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進行分布式系統(tǒng)的集成。通過提供消息傳遞和排隊的模型，可在分布環(huán)境下擴展進程間的通信，并支持多通信協(xié)議、語言、應(yīng)用程序、硬件和軟件平臺。消息傳遞和排隊技術(shù)的特點：通信程序可在不同的時間運行；對應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)沒有約束；程序與網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性相隔離。2.面向消息的中間件(MOM)通過提供通信架構(gòu)實現(xiàn)在異構(gòu)的分布計算環(huán)境中透明地向其他對象發(fā)送請求或接收響應(yīng)。對象透明地發(fā)送請求和接收響應(yīng)的基本機制是建立對象之間Client/Server關(guān)系的中間件。ORB攔截請求調(diào)用，并負責找到可以實現(xiàn)請求的對象、傳遞參數(shù)、調(diào)用相應(yīng)的方法、返回結(jié)果等。3.對象請求代理(ORB)界于Client和Server之間，進行事務(wù)管理與協(xié)調(diào)、負載平衡、失敗恢復(fù)等，以提高系統(tǒng)的整體性能。功能包括：進程管理，包括啟動Server進程，為其分配任務(wù)，監(jiān)控其執(zhí)行并對負載進行平衡；事務(wù)管理，保證在其監(jiān)控下的事務(wù)處理的原則性、一致性、獨立性和持久性；通信管理，為Client和Server之間提供多種通信機制，包括請求響應(yīng)、會話、排隊、訂閱發(fā)布和廣播等。4.事務(wù)處理監(jiān)控(TPM)通過為異構(gòu)環(huán)境中的服務(wù)和資源提供統(tǒng)一的觀測結(jié)果，簡化用戶界面，為大型分布式應(yīng)用搭建標準化平臺，并把大型分散的系統(tǒng)技術(shù)組合在一起，實現(xiàn)大型應(yīng)用軟件系統(tǒng)的集成。5.數(shù)據(jù)訪問中間件Part04物聯(lián)網(wǎng)中間件架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用遠程對象調(diào)用：中間件開發(fā)的主流技術(shù)為J2EE，遠程對象調(diào)用是其主要調(diào)用方法，可最大程度實現(xiàn)分布式的軟件體系結(jié)構(gòu)；面向消息的中間件：Java消息服務(wù)(JMS)是實現(xiàn)重要功能模塊的主要技術(shù)，有利于系統(tǒng)集成整合；對象代理：CORBAR技術(shù)和SOA設(shè)計理念都涉及對象代理和讀物總線的概念，在中間件的開發(fā)后期，將會以SOA的形式通過WebService發(fā)布在企業(yè)服務(wù)總線上，方便客戶端的調(diào)用。事務(wù)管理：J2EE中的EJB技術(shù)明確地規(guī)范了事務(wù)操作和事務(wù)管理，并且有相應(yīng)的J2EE容器來對中間件當中的事務(wù)進行管理。物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)信息交互的中間件結(jié)合了以下特點：課堂小結(jié)3.中間件特點。2.中間件體系結(jié)構(gòu)。1.物聯(lián)網(wǎng)軟件和中間件的概念。課堂小結(jié)5.物聯(lián)網(wǎng)中間件架構(gòu)。4.中間件分類。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.3數(shù)據(jù)處理與云計算知識目標了解Google云計算技術(shù)。能力目標掌握云計算的基本概念和特點。思政目標了解云計算技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用02云計算技術(shù)的特征03云計算目標04Google云計算技術(shù)01云計算的含義物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用目錄Part01云計算的含義物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用云計算包含兩方面的含義：一方面是底層構(gòu)建的云計算平臺基礎(chǔ)設(shè)施，是用來構(gòu)造上層應(yīng)用程序的基礎(chǔ)；另一方面是構(gòu)建在這個基礎(chǔ)平臺之上的云計算應(yīng)用程序，主要是針對云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)的研究與實現(xiàn)狀況給出綜述。云計算有三個最基本的特征：第一個是基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)在大規(guī)模的廉價服務(wù)器集群之上；第二個是應(yīng)用程序與底層服務(wù)協(xié)作開發(fā)，最大限度地利用資源；第三個是通過多個廉價服務(wù)器之間的冗余，利用軟件獲得高可用性?！霸朴嬎恪币辉~用來同時描述一個系統(tǒng)平臺或者一種類型的應(yīng)用程序。一個云計算的平臺按需進行動態(tài)部署（Provision）、配置（Configuration）、重新配置（Reconfigure）以及取消服務(wù)（Deprovision）等。云計算平臺中的服務(wù)器可以是物理的服務(wù)器或者虛擬的服務(wù)器。高級的計算云通常包含一些其他的計算資源，例如存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SANS）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻以及其他安全設(shè)備等。云計算描述了一種可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問的可擴展的應(yīng)用程序?！霸茟?yīng)用”使用大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心及功能強勁的服務(wù)器來運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。任何一個用戶通過合適的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備及一個標準的瀏覽器就能夠訪問一個云計算應(yīng)用程序。云計算有兩方面的含義:一方面它描述了基礎(chǔ)設(shè)施，用來構(gòu)造應(yīng)用程序，其地位相當于PC上的操作系統(tǒng);另一方面它描述了建立在這種基礎(chǔ)設(shè)施之上的云計算應(yīng)用。云計算是一個具有更廣泛含義的計算平臺，能夠支持非網(wǎng)格的應(yīng)用，如支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序中的前臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三層應(yīng)用程序架構(gòu)模式，以及支持當前Web2.0模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。云計算是能夠提供動態(tài)資源池、虛擬化和高可用性的下一代計算平臺。Part02云計算技術(shù)的特征物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用①硬件基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)在大規(guī)模的廉價服務(wù)器集群之上。云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)大量使用了廉價的服務(wù)器集群，特別是x86架構(gòu)的服務(wù)器節(jié)點之間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一般也使用千兆以太網(wǎng)。②應(yīng)用程序與底層服務(wù)協(xié)作開發(fā)，最大限度地利用資源。傳統(tǒng)的應(yīng)用程序建立在完善的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(如操作系統(tǒng))之上，利用底層提供的服務(wù)來構(gòu)造應(yīng)用。而云計算為了更好地利用資源，采用了底層結(jié)構(gòu)與上層應(yīng)用共同設(shè)計的方法來完善應(yīng)用程序的構(gòu)建。③通過多個廉價服務(wù)器之間的冗余，使用軟件獲得高可用性。由于使用了廉價的服務(wù)器集群，節(jié)點的失效將不可避免，并且會有節(jié)點同時失效的問題。為此，在軟件設(shè)計上需要考慮節(jié)點之間的容錯問題，使用冗余的節(jié)點獲得高可用性。Part03云計算目標物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用云計算能夠無縫地擴展到大規(guī)模的集群之上，甚至可以數(shù)千個節(jié)點同時處理云計算能夠容忍節(jié)點的錯誤，甚至有很大一部分節(jié)點發(fā)生失效也不會影響程序的正確運行?？蓴U展性高可用性云計算可以達到兩個分布式計算的重要目標:Part04Google云計算技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用GFS將整個系統(tǒng)的節(jié)點分為三類角色:客戶端、主服務(wù)器和數(shù)據(jù)塊服務(wù)器?？蛻舳耸荊FS以庫文件的形式提供給應(yīng)用程序的專用訪問接口。應(yīng)用程序直接調(diào)用這些庫函數(shù)，并與該庫鏈接在一起。主服務(wù)器是GFS的管理節(jié)點，它保存系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，負責整個文件系統(tǒng)的管理，是GFS文件系統(tǒng)中的“大腦”。數(shù)據(jù)塊服務(wù)器負責具體的存儲工作。數(shù)據(jù)以文件的形式存儲在數(shù)據(jù)塊服務(wù)器上，數(shù)據(jù)塊服務(wù)器可以有多個，它的數(shù)目直接決定了GFS的規(guī)模?？蛻舳嗽谠L問GFS時，首先訪問主服務(wù)器節(jié)點，獲取將要與之進行交互的數(shù)據(jù)塊服務(wù)器信息，然后直接訪問這些數(shù)據(jù)塊服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存取。1.Google文件系統(tǒng)GFSMap-Reduce是一種處理海量數(shù)據(jù)的并行編程模式,于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(通常大于1TB)的并行運算。“Map”“Reduce”的概念和主要思想，都是從函數(shù)式編程語言和矢量編程語言借鑒而來的。由于Map-Reduce有函數(shù)式和矢量編程語的共性，使得這種編程模式特別適合于海量數(shù)據(jù)的搜索、挖掘、分析和機器智能學(xué)習(xí)等。2.Map-ReduceMap-Reduce的運行模型圖中有M個Map操作和R個Reduce操作。簡單也說就是一個Map函數(shù)對一部分原始數(shù)據(jù)進行指定的操作。每個Map操作都針對不同的原始數(shù)據(jù)，因此Map與Map之間是互相獨立的，這就使得它們可以充分并行化。一個Reduce操作對每個Map所產(chǎn)生的一部分中間結(jié)果是互補交叉的,所有Reduce產(chǎn)生的最終結(jié)果經(jīng)過簡單連接形成了結(jié)果集，因此Reduce也可以在并行環(huán)境下執(zhí)行。2.Map-ReduceMap-Reduce的運行模型Chubby提供粗粒度鎖服務(wù),它基于松耦合分布式系統(tǒng)，解決了分布的一致性問題。Chubby被劃分成兩部分:客戶端和服務(wù)器端，兩者之間通過遠程過程調(diào)用來連接。在客戶端，每個客戶應(yīng)用程序都有一個Chubby程序庫,客戶端的所有應(yīng)用都是通過調(diào)用這個庫中的相關(guān)函數(shù)來完成的。服務(wù)器端稱為Chubby單元，一般由五個配置一致的被稱為副本的服務(wù)器組成，副本在系統(tǒng)剛開始時處于對等地位。這些副本按少數(shù)服從多數(shù)選舉產(chǎn)生主服務(wù)器，對應(yīng)的時間就稱為主服務(wù)器租約期。租約期內(nèi)，所有的客戶請求都是由主服務(wù)器來處理的。3.分布式鎖服務(wù)ChubbyChubby的基本架構(gòu)Bigtable是在Google公司的另外三個云計算組件基礎(chǔ)之上構(gòu)建的，主要由鏈接到客戶程序中的庫、一個Master服務(wù)器和多個Table服務(wù)器三部分紹成?？蛻粜枰L問Bigtable服務(wù)時首先要利用其庫函數(shù)執(zhí)行Open()操作來打開一個鎖(實際上就是獲取文件目錄)，鎖打開以后客戶端就可以和子表服務(wù)器進行通信了。和許多具有單節(jié)點的分布式系統(tǒng)一樣，客戶端主要與子表服務(wù)器通信，幾乎不和主服務(wù)器進行通信，這使得主服務(wù)器的負載大大降低。主服務(wù)器主要進行一些元數(shù)據(jù)的操作，以及對子表服務(wù)器之間的負載調(diào)度等，實際的數(shù)據(jù)是存儲在子表服務(wù)器上的。4.分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表BigtableBigtable的基本架構(gòu)課堂小結(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用3.云計算目標。4.Google云計算技術(shù)。2.云計算技術(shù)的特征。1.云計算的含義。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.4微機電技術(shù)知識目標了解微機電技術(shù)的分類，研究內(nèi)容以及技術(shù)分類。能力目標掌握微機電技術(shù)的分類。思政目標了解微機電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用02微機電系統(tǒng)的技術(shù)特點03微機電系統(tǒng)的研究內(nèi)容04微機電系統(tǒng)的技術(shù)分類01微機電系統(tǒng)的概念物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用目錄Part01微機電系統(tǒng)的概念物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用微機電系統(tǒng)(MEMS)是微電子技術(shù)的拓寬和延伸，它將微電子技術(shù)和精密機械加工技術(shù)相互融合，實現(xiàn)了微電子與機械融為一體的系統(tǒng)。MEMS主要包括微型傳感器、執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路三部分。作為輸入信號的自然界各種信息首先通過傳感器裝換成電信號，經(jīng)過處理以后(模擬/數(shù)字)再通過微執(zhí)行器對外部世界發(fā)生作用。傳感器可以把能量從一種轉(zhuǎn)化為另一種形式，從而將現(xiàn)實世界的信號(如熱、運動等信號)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以處理號(如電信號)。執(zhí)行器根據(jù)信號處理電路發(fā)出的指令完成人們所需要的操作。信號處理則可以對信號進行轉(zhuǎn)換、放大和計算等處理。MEMS的目標是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)Part02微機電系統(tǒng)的技術(shù)特點物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用(1)微型化：MEMS體積小(芯片的特征尺寸為納米/微米級)、質(zhì)量輕、功耗低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短。(2)多樣化：MEMS包含有數(shù)字接口、自檢、自調(diào)整和總線兼容等功能，具備在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的基本條件，具有標準的輸出，便于與系統(tǒng)集成在一起，而且能按照需求靈活地設(shè)計制造更多樣化的MEMS。(3)微電子化：采用MEMS工藝，可以把不同功能、不同敏感方向或運動方向的多個傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的微電子機械系統(tǒng)。(4)批量生產(chǎn)：用硅微加工工藝在同一硅片上同時可制造出成百上千個微型機電裝置或完整的MEMS，批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本。(5)多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學(xué)和生物等多學(xué)科，并集成了當今科學(xué)發(fā)展的許多尖端成果。Part03微機電系統(tǒng)的研究內(nèi)容物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用MEMS產(chǎn)品設(shè)計包括系統(tǒng)、器件、電路和封裝等設(shè)計。計算機技術(shù)的進步使得CAD技術(shù)在MEMS器件設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用，采用CAD能設(shè)計出低成本、高性能、更復(fù)雜的新型系統(tǒng)。2D和3D計算機繪圖技術(shù)的發(fā)展能夠?qū)?fù)雜的MEMS結(jié)構(gòu)及版圖進行計算機設(shè)計，有限元分析技術(shù)的應(yīng)用可以用精確的計算機數(shù)值求解方法來分析和預(yù)測器件的性能，使器件的靜態(tài)、準靜態(tài)和動態(tài)模擬成為可能，從而能夠?qū)EMS器件的結(jié)構(gòu)和工藝進行計算機模擬和設(shè)計優(yōu)化。1.設(shè)計技術(shù)MEMS應(yīng)用的材料主要多有單品硅、多品硅、壓電材料和其他類型合成材料。①硅材料：硅的機械性能好，硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度接近鋁，熱傳導(dǎo)性接近鉬和鎢。②壓電材料：開發(fā)研究表明，壓電材料是制作MEMS的良好材料。MEMS材料的一個明顯的變化是用單晶石英取代硅。石英也是一種高性能的晶體，雖然批量生產(chǎn)不如硅，但可以進行定向腐蝕，已用于制造壓力傳感器、加速度計和陀螺。③合成材料:最近幾年材料結(jié)構(gòu)的控制技術(shù)發(fā)展很快，未來，MEMS應(yīng)用的新材料包括化合物材料、高溫超導(dǎo)材料、磁阻材料、鐵電材料、熱點材料以及許多其他功能的材料。這些材料是專門為MEMS傳感器研究和開發(fā)的。2.材料微機械加工技術(shù)是制作微傳感器、微執(zhí)行器和微電子機械系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。微機械加工工藝分為硅基加工和非硅基加工。硅基加工技術(shù)比較成熟，硅的力學(xué)性能較好，適合做微型機械。MEMS技術(shù)首先是在微電子平面加工工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又先后有了深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)、LIGA和準分子激光等多種工藝創(chuàng)新。這些工藝相互補充，各有所長。目前已經(jīng)面市的一代MEMS產(chǎn)品具有的關(guān)鍵特征：簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)、價格便宜、適合用硅平面工藝加工。3.制作工藝MEMS的封裝和測試占重要地位。建立在微電子基礎(chǔ)上的MEMS產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝應(yīng)該是比較成熟和可靠的，伴隨著CAD和生產(chǎn)工藝要求的不斷提高，提高測試和封裝的水平才能確保產(chǎn)品的高性能、高可靠性并降低生產(chǎn)成本。4.測試技術(shù)Part04微機電系統(tǒng)的技術(shù)分類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用在MEMS技術(shù)研究領(lǐng)域中，傳感MEMS是指采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來的、特征尺寸至微米/納米級、具有將感受量轉(zhuǎn)換為電信號的器件和系統(tǒng)，包括速度、加速度、壓力、溫度、濕度、氣體、磁、光、聲、生物、化學(xué)等傳感MEMS,它是人類數(shù)向白然界的意是各種現(xiàn)代化裝置中的神經(jīng)元。作為現(xiàn)代高新技術(shù)的傳感器MEMS技術(shù)是現(xiàn)代傳感器技術(shù)的重要發(fā)展方向。20世紀80年代后期MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展,極大地推動了微傳感器技術(shù)和微執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展。采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器由于體積小、重量輕、成本低、功耗低、具有高可靠性、易批量化生產(chǎn)、易于集成化和多功能化，成為各種包含自動化裝置的現(xiàn)代武器裝備必不可少關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。1.傳感MEMS技術(shù)生物MEMS技術(shù)是一類應(yīng)用MEMS加工技術(shù)制造的化學(xué)/生物微型分析和檢測芯片或儀器。它把生化檢測過程中的進樣、反應(yīng)、分析、檢測等功能通過固相基片上的微反應(yīng)器(微流體腔和微流體管道)實現(xiàn)。生物MEMS是一種典型的MEMS器件及系統(tǒng)，具有體積小、成本低、可標準化和批量化生產(chǎn)等特點。在功能上它具有獲取信息量大、分析效率高、樣品用量少、操作簡便、可實現(xiàn)生物和化學(xué)信息的實時自動化檢測等特點，在生物醫(yī)學(xué)、化工、制藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、國家安全等許多研究和應(yīng)用領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。2.生物MEMS技術(shù)人們可以在一個芯片或微型系統(tǒng)上將信息獲取、信息傳輸、處理和執(zhí)行等功能集成起來。這類用于通信、多媒體、網(wǎng)絡(luò)和智能等領(lǐng)域中的MEMS技術(shù)稱為信息MEMS技術(shù)。信息MEMS技術(shù)中已形成產(chǎn)業(yè)的有硬盤讀寫頭、噴墨打印頭、數(shù)字徽鏡陣列(DMD)等。目前的研究熱點是全光通信和移動通信中的MEMS技術(shù)，如MEMS光開關(guān)和RFMEMS開關(guān)等。信息MEMS技術(shù)在信息領(lǐng)域中的應(yīng)用會促進許多產(chǎn)品的集成化、微型化、智能化，成倍地提高器件和系統(tǒng)的功能密度、信息密度和互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能，具有廣闊的應(yīng)用前景。3.信息MEMS技術(shù)課堂小結(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用3.微機電系統(tǒng)的研究內(nèi)容。4.微機電系統(tǒng)的技術(shù)分類。2.微機電系統(tǒng)的技術(shù)特點。1.微機電系統(tǒng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用6.5人工智能視角下智能建造的研究方向知識目標了解智能建造的的四個研究方向。能力目標掌握人工智能視角的智能建造。思政目標了解智能建造的發(fā)展趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用02設(shè)計智能化方向03施工高效化方向04運維智慧化01研究背景物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用目錄04拆除綠色化Part01研究背景物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用近些年,信息化建筑理念逐漸被重視，建筑信息模型(buildinginformationmodel,BIM)的優(yōu)勢也不斷被認可。隨著工程應(yīng)用不斷拓展和深入，應(yīng)用范圍擴展到工程建設(shè)項目的深化設(shè)計、虛擬施工、運維管理及全生命周期，應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)建筑業(yè)拓寬到管線綜合、城市軌道交通等城市基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域。雖然BIM從技術(shù)上解決了建筑全生命周期內(nèi)的信息共享和交換，但其在國內(nèi)的普及度不高。這是由于建筑涉及的信息范圍廣泛，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專業(yè)性強，而以多維度、多功能及多用途的計算機可視化圖形表現(xiàn)的BIM模型數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)難以組織和管理，從而給計算機圖形處理能力帶來嚴峻的考驗，對計算機的顯示分析、存儲計算和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葧斐蓸O大挑戰(zhàn)，對人員素質(zhì)要求高，使用和維護煩瑣，不使用專業(yè)軟件的項目參與方將無法及時地共享和交互相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，更加無法實現(xiàn)大空間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)同步與共享。在移動互聯(lián)網(wǎng)普及的當今時代，用戶在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以快速便捷、在線可視的“輕量化”方式展現(xiàn)BIM模型、使用BIM數(shù)據(jù)、解除對專業(yè)軟件的依賴已成為BIM技術(shù)當下研究的一個熱點。目前國家主要職能部門均開始推行數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟的深度融合,在這一導(dǎo)向下,諸多傳統(tǒng)行業(yè)(如建筑行業(yè))想要搶占未來產(chǎn)業(yè)的制高點就需要推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化改造,而轉(zhuǎn)型最好的切合點就在信息技術(shù)領(lǐng)域,也即“數(shù)轉(zhuǎn)智改”。從設(shè)備、裝置、開關(guān)等基礎(chǔ)設(shè)施和組成部件的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+物聯(lián)網(wǎng);從數(shù)據(jù)的存儲與展示角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+大數(shù)據(jù);從分布式計算和并行計算的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+云計算;從智能化算法的角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+人工智能;從新模式、新業(yè)態(tài)的宏觀角度來看,應(yīng)用領(lǐng)域是BIM+互聯(lián)網(wǎng)。從傳統(tǒng)建筑信息模型的角度來看,建筑信息化被分為