《物联网技术与应用导论 战略性新兴产业系列丛书——物联网 教学课件 ppt 作者 暴建民 第7章 物联网平台》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联网技术与应用导论 战略性新兴产业系列丛书——物联网 教学课件 ppt 作者 暴建民 第7章 物联网平台（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 物联网平台,7.1 物联网多业务平台设计,7.1.1 现有业务体系存在的问题 随着物联网时代的来临，多种应用因素介入，多网络、多技术的应用将成为物联网的一大特色，应用将成为主流。 谁把握了业务应用，谁将占领未来物联网竞争中的制高点。,当前典型的物联网架构体系如图7-1所示，分为感知层、网络层及应用层。 感知层主要用于识别物体、采集信息；传输层以无线或有线的方式将感知层上传的数据信息进行传递和处理；应用层则结合具体行业需求，利用感知层采集的数据实现具体的业务和服务。,图7-1 物联网体系结构图,7.1.2 业务平台的需求分析,为了解决图7-1所示的现有物联网体系在单个业务的交互性及设备资
2、源重复投资和互相隔离等问题，需要一种新的网络体系架构。,由于未来通信网络演进的方向将极大地影响物联网业务体系的发展，而下一代网络正朝着一个扁平的综合网络体系演进，因此，物联网也将适应这一发展方向。,为了充分发挥物联网的整体潜能，实现多异构基础网络能力的融合，提升网络的智能服务能力，可以在物联网设计的新体系中增加了一个统一的业务平台，如图7-2所示。,图7-2 增加了业务平台的物联网体系架构图,该体系架构在现有的3层架构的基础上，在应用层与网络层之间增加了一个统一的业务平台层，由该层向上层的所有应用提供服务，以便单个业务能方便调用接入层各种异构网络的基础能力。 本小节将从物联网的特征入手探索物联
3、网业务平台的特征需求。,1物联网的特征,（1）基础网络异构 （2）自组织感知网 （3）物联网产业链多元化 （4）安全隐私,2业务平台的特征需求,（1）自主自治 （2）自适应 （3）智能感知 （4）安全可靠,7.1.3 业务平台体系结构,为了满足上节所描述的特征需求，物联网智能业务平台必须具备提取并抽象下层网络的能力，封装成标准的业务引擎；向上层应用业务开发商提供便利的业务开发环境，简化业务的开发难度，缩短业务的开发周期，降低业务的开发风险；对最终用户进行统一的用户管理和鉴权计费，以增强各种智能化应用的用户体验；向平台运营人员提供对用户和业务的统一管理，方便其进行安全维护。,基于以上分析，我们引
4、述了新的物联网业务平台体系架构如图7-3所示。 该平台包括3大模块：业务接入与部署、平台控制管理及平台用户接口。,其中，业务接入与部署模块包括3个基本层次：业务引擎层、业务支持层、业务编排层；平台控制管理模块包括5个功能子模块：鉴权计费、用户管理、SP/CP管理、运营统计、网管维护；平台用户接口模块为系统维护人员和业务开发者提供标准的平台接口和操作界面。,1业务接入与部署模块 2平台控制管理模块 3平台用户接口模块,图7-3 业务平台架构图,7.2 服务交付平台,7.2.1 服务交付平台的发展 服务交付平台（Service Delivery Platform，SDP），关注服务/业务的创建、分
5、发和管理，其一般部署在控制平面，为第三方业务开发者提供接口，以便简便地开发新业务。,服务交付平台能使那些不具备电信技术专业知识的业务开发者方便快捷地开发业务。 Moriana Group给出了一个SDP的基本框架，结构如图7-4所示。,图7-4 SDP的基本框架,（1）电信网络抽象层 （2）服务运行层 （3）服务/业务编排和管理层 （4）服务/业务暴露层,7.2.2 SPA业务开发平台架构及关键技术,本节引述一个业务平台构架（Service Platform Architecture，SPA）。 SPA是一种基于SOA的架构，它提供了大量的业务构件和接口。,为了方便业务开发者开发新业务，业务开
6、发平台应能灵活地连接业务构件和相关逻辑实体，并给出功能定义和交互原则。,1业务平台架构,SPA平台的逻辑实体如下： 平台应用 业务构件 终端设备,2业务构件 （1）业务总控构件 （2）基本业务构件 （3）业务组合构件 3通信模块 4一致性处理 5资源控制,图7-5 SPA平台架构,图7-6 资源控制系统图,7.3 基于事件驱动的物联网事务平台,本节引述了一种基于事件驱动的物联网事务平台，该平台能适应任意的异构网络，灵活自主地管理本地物联网资源，能提供丰富的服务供其他系统使用，并能快速地添加模块以实现用户的特殊要求。 下面详细分析平台的实现细节。,7.3.1 平台网络结构,物联网事务平台的网络结
7、构如图7-7所示。 该平台的服务器需要与被管理的物联网网关在应用层进行连接，以便可以访问该物联网的中间件服务。,平台运行需要有对象名解析服务（Object Name Service，ONS）服务支持，用于解析物联网节点EPC的网络位置和数据存储位置。 平台还需要数据库的支持，用于管理物联网相关的数据，维护平台的正常运行。 平台还可以接入Internet，为Internet用户提供服务。,图7-7 物联网事务平台的网络结构,7.3.2 平台结构设计,实现物联网事务平台最基本的两个问题：一是物联网如何接入该平台：二 是对于物联网所提供的各种功能及服务，该平台如何做到全部支持。 图7-8所示为该平台
8、结构层次图。,图7-8 物联网事务平台结构,1数据感知层 2网络接口层 网络接口层用来实现物联网的接入和访问，主要提供代理/网关服务。 代理/网关服务主要提供以下3个功能：,（1）传感节点注册 （2）子网信息的访问管理 （3）传感节点注销,3服务支持层,服务支持层维护和管理平台运行的基本环境，类似于平台的“硬件”。 服务支持层向系统提供完整的数据交互方式、系统故障处理和监视以及全部的数据管理功能，维护系统的正常运行。 该层提供两类服务：基本服务和数据服务。,基本服务用来维护平台的基本运行，功能包括以下4个方面。 （1）初始化功能 （2）ONS维护 （3）网络拓扑维护 （4）节点状态监视,数据服
9、务则用于维护物联网所有能够访问的数据。 物联网的数据维护可以分为两类：数据缓冲区数据维护和数据库数据维护。,4服务构建层,服务构建层相当于“软件层”，它利用已经搭建好的运行环境，提供一些最基本的系统服务集。 系统可以提供的服务集包括以下4种：,（1）数据服务集 （2）数据处理服务集 （3）内容显示服务集 （4）系统操作服务集,5用户操作层,用户操作层是面向用户应用的一层，向用户直接提供操作的接口。 它的功能是通过用户的需要，利用提供的用户配置向导，将服务构建层的各种服务有机地组合和配置，使平台实现用户需要的管理功能。,7.3.3 平台实现技术,SOA可以实现物联网事务平台的预期功能，即用户通过
10、网络对松耦合的粗颗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用，从而实现对物联网的管理。,服务可以由运行在同一主机或不同主机不同网络位置的应用程序来提供。 但由于物联网环境的不可预知和异步性，单一的SOA技术并不能很好地做到物联网的实时响应。,因此，该平台的设计需要事件驱动技术的支持。 定义于该系统的事件可以传输在所有服务组件之间。 服务组件通过响应特定的事件来完成系统指定的各种功能。,图7-9 平台结构实现,7.4 感知和响应业务体系架构,在物联网应用中，许多业务要求对传感器进行大量的实时监测，以保证采集数据的实时性，从而满足业务实时性的要求。,为响应物联网感知层的情况变化并实时地处理物联网业务，
11、本节提出了一种基于事件驱动技术的架构，该架构能实时感知和响应物联网感知层环境的变化，从而实现物联网实时业务的运行。,然而，传统的传感器技术和数据仓库技术并不满足数据与业务的实时性需求。 本节介绍了一种数据实时响应架构，它涵盖了感知、解释、分析、决策和响应等5个阶段，能根据具体业务及其运行状况自动提出操作建议或自动触发业务操作，从而有效地减少物联网业务决策的反应时间。,7.4.1 物联网实时业务相关背景,物联网的感知层所采集的数据是支持实时性业务运行的重点，可以说，数据是物联网的灵魂。 针对物联网实时性业务，感知层所采集的数据能否及时地参与到业务流程中来是一个非常关键的问题。,从信息的量度来看，
12、物联网传感节点的种类繁多、数量庞大；从信息的流程来看，传感节点所采集的数据一般要经由网关（sink节点）、数据库等多道流程才能交付于应用平台进行开发利用。,主动数据仓库（Active Data WareHouse，ADWH）与基于ECA（Event-Condition-Action）规则的主动机制相结合。 ECA规则的基本运行方式是，一旦系统检测到规则事件的发生，就在特定的时刻检查规则的条件，如果条件满足，则执行相应的操作。,因此，运用ECA规则能使系统具备主动反映的能力。 主动数据仓库不仅仅只具备被动产生定期报告的功能。 ADWH是基于事件驱动的，在适合业务需求的时间框架中响应事件，并作出战
13、略性决策或触发相应地操作行为。,因此，在设计主动数据仓库时必须考虑以下技术因素：可扩展性，高可用性，频繁（即时或持续）地数据加载，混合负载等；同时还需考虑集成主动机制（Active Mechanisms），该主动机制的功能是在数据仓库环境中处理以下两类延时：通过操作系统捕获实时事件的延迟；加载并整合数据到数据仓库所产生的延迟。,采用实时数据仓库（Real-Time Data Warehousing，RTDW）技术能及时完成数据仓库的自动更新。 实时性的严格定义意味着在数据源中所发生的任何数据的变化都能自动在数据仓库中及时地反映出来。,从理论上讲，数据仓库环境中所有变化都应该与数据源系统中的变化
14、同时发生。 实时数据仓库概念包括数据库模式和环境的物理性修改，企业级的数据移动，数据提取、转换和加载（Extraction-Transformation-Loading，ETL）处理流程，下游流程修改，警报，建立多维数据集和数据集市，以及设计和实施整个数据仓库的新方法。,实时分析过程能使用当前机构中的所有可用的资源，以便需要时改善业务运作环境和服务质量。 如果在操作系统中创建或修改某条信息，分析进程将感知到该行为并会采取相应措施。,实时分析与实时业务流程之间是相辅相成的。 灵捷组织（Agile Organizations）将需要实时地对具有遥测信息、规则、决策和触发器的闭环进行测量、评估和反应
15、。,在本节中，我们借助于实时数据仓库的技术和思想，提出了一个基于SOA的物联网感知和响应服务框架SARA（Sense and Response Architecture），并集成了实时闭环决策（感知及响应循环）。,该循环是一个持续地动态发现过程： 物联网感知层的传感节点实时地采集数据（即事件）； 将数据转换成有意义的物联网业务信息； 结合数据信息分析当前的业务情况和异常；,自动选择一个当前业务环境下最为适当的相应措施，或向管理员提出建议； 基于前一步骤的决定执行业务决策。 最后借助于移动呼叫欺诈方案，给出了SARA框架部署于物联网业务应用 的一些建议。,7.4.2 物联网实时业务处理,1物联网
16、实时业务需求 大多数实时性业务的运行需要实时数据的支持。 对于一个实时性业务而言，快速、高效地处理实时数据，并及时作出响应是最为基本的需求。,许多常见的物联网业务（如车辆调度、突发病情监控、家庭入侵监测等）在运行时需要采用实时性或近实时性的数据。 然而，传统的传感数据采集技术与数据仓库技术并不能对物联网实时业务提供有效地支持。,通常，物联网实时性业务的分析过程往往与传感器节点采集信息的过程相分离。 当业务运行时，系统需要下达命令来调用传感器或数据库中的数据，这个过程始终会造成延迟。 一般而言，物联网实时性业务运行需求主要如下：,（1）实时数据 （2）持续的数据整合 （3）数据分析 （4）建议与决策 （5）连贯性 （6）可靠性和可扩展性,2数据仓库结构,在经典的三层数据仓库体系结构（如图 7-10所示）中，物联网感知层的数据被提取、转换并加载到数据仓库（第1层）。 数据仓库（第2层）储存并管理大量复杂和预聚合的数据，这些数据可应用于OLAP服务器（Online Analytical Processing，联机分析处理）和其他系统
