物聯(lián)網中間件

1、物聯(lián)網的中間件中間件的定義 中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源。 中間件是位于操作系統(tǒng)和應用軟件之間的通用服務，其主要作用是用來屏蔽網絡硬件平臺的差異性以及操作系統(tǒng)與網絡協(xié)議的異構性，使應用軟件能夠比較平滑地運行于不同的平臺上。同時中間件在負載平衡、連接管理和調度方面起來很大的作用，使企業(yè)級應用的性能得到大幅提升，滿足了關鍵業(yè)務的需求。 中間件是一類軟件，而非一種軟件； 中間件不僅僅實現(xiàn)互連，還要實現(xiàn)應用之間的互操作； 中間件是基于分布式處理的軟件，最突出的特點是其網絡通信功能。中間件的特點 對于應用軟件開發(fā)，中間件遠比操作系統(tǒng)和網絡服務更

2、為重要，中間件提供的程序接口定義了一個相對穩(wěn)定的高層應用環(huán)境，不管底層的計算機硬件和系統(tǒng)軟件怎么更新?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，應用軟件幾乎無需修改，從而保護了企業(yè)在應用軟件開發(fā)和維護中的大量投資。 物聯(lián)網的中間件是一種面向消息的中間件，中間件具有以下特點：（1）滿足大量應用的需要；（2）運行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺；（3）支持分布式計算，提供跨網絡、硬件和操作系統(tǒng)的透明性的應用或服務的交互；（4）支持標準的協(xié)議；（5）支持標準的接口。中間件的體系框架應用應用中間件（分布系統(tǒng)服務）硬件操作系統(tǒng)硬件操作系統(tǒng)接口協(xié)議 接口協(xié)議 中間件必須具備兩個關鍵特征，首先要為上

3、層的應用服務，此外又必須連接到操作系統(tǒng)的層面，并保持運行工作狀態(tài)。中間件的核心模塊 中間件的核心模塊主要包括事件管理系統(tǒng)（Event Management System，EMS）、實時內存事件數(shù)據(jù)庫（Real-time In-memory Event Database，RIED）以及任務管理系統(tǒng)（Task Management System，TMS）等三個主要模塊。1、事件管理系統(tǒng)（EMS） EMS配置在“邊緣EPC中間件”端，用于收集所讀到的標簽信息。 EMS的主要任務：（1）能夠讓不同類型的讀寫器將信息寫入到適配器；（2）從讀寫器中收集標準格式的EPC數(shù)據(jù)；（3）允許過濾器對數(shù)據(jù)EPC數(shù)據(jù)

4、進行平滑處理；（4）允許將處理后的數(shù)據(jù)寫入到RIED或數(shù)據(jù)庫；（5）對事件進行緩沖，使得數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)據(jù)過濾器和適配器能夠互不干擾的互相工作。2、實時內存事件數(shù)據(jù)庫（RIED） RIED是一個內存數(shù)據(jù)庫，用來存儲“邊緣EPC中間件”的事件信息，其中“邊緣EPC中間件”維護來自讀寫的信息，并提供過濾和記錄事件的框架。 RIED組件由以下幾方面構成：（1）JDBC接口；（2）DML剖析器（3）查詢優(yōu)化器（4）本地查詢處理器（5）排序區(qū)（6）數(shù)據(jù)結構（7）DDL剖析器（8）回滾緩沖3、任務管理系統(tǒng)（TMS） 在TMS系統(tǒng)中有如下組件：任務管理器、SOAP服務器、類服務器、數(shù)據(jù)庫。TMS體系構架如下：

5、SOAP服務器類服務器RDBMS管理員用戶一般用戶一般用戶一般用戶任務裝載器 任務管理器（1）任務管理器 TMS主要是代表用戶負責執(zhí)行和維護運行在EPC中間件上的任務，每個提交給系統(tǒng)的任務都有一個時間表，時間表中表明任務的運行周期，是否連續(xù)執(zhí)行等。（2）SOAP服務器 SOAP服務器的任務是將功能和任務管理器的接口作為服務的形式暴露出來，讓所有的系統(tǒng)都能夠訪問到，可以通過一個簡單部署描述文件來完成部署，該文件描述了哪些任務管理器的方法被描述出來。（3）類服務器 類服務器使得給系統(tǒng)動態(tài)加載額外服務成為可能，任務管理器指向類服務器并在類服務器有效時加載所要加載新的類。這樣可以很容易地實現(xiàn)更新、添加

6、和修改任務而不需要重新啟動系統(tǒng)。（4）數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫為任務管理器提供一個持久化的存儲場所，數(shù)據(jù)庫存有提交的任務極其相應進度表的詳細信息，因此所有提交給系統(tǒng)的任務將會存活下來，即使任務管理器出乎意料地癱瘓。在每一次循環(huán)中，任務管理器查詢數(shù)據(jù)中的任務并更新相關的記錄。中間件的分類1、數(shù)據(jù)訪問中間件2、遠程過程調用中間件3、面向對象的中間件4、基于事件的中間件5、面向消息的中間件6、對象請求代理中間件7、事務處理監(jiān)控中間件中間件設計方法 物聯(lián)網具有自身體系結構的差異性、網絡中節(jié)點的部署和數(shù)據(jù)采集的多樣性以及通信的異構性等特點，在設計物聯(lián)網中間件軟件時必須遵循以下原則。（1）由于節(jié)點能量、計算、存儲能

7、力及通信帶寬有限，因此傳感網中間件必須是輕量級的，且能夠在性能和資源消耗間取得平衡。（2）物聯(lián)網環(huán)境較為復雜，因此中間件軟件還應提供較好的容錯機制、自適應和自維護機制。（3）中間件軟件的下層支撐是各種不同類型的硬件節(jié)點和操作系統(tǒng)(TinyOS、MantisOS、SOS)，因此，其本身須能夠屏蔽網絡底層的異構性。（4）中間件軟件的上層是各種應用，因此，它還需要為各類上層應用提供統(tǒng)一的、可擴展的接口，以便于應用的開發(fā)。 圍繞物聯(lián)網在信息交互、任務分解、節(jié)點協(xié)同、數(shù)據(jù)處理和異構抽象等方面的設計目標，物聯(lián)網中間件設計方法主要可分為以下幾類：1.基于虛擬機的物聯(lián)網網絡中間件 該類中間件一般由虛擬機、解釋

8、器和代理組成，提供虛擬機環(huán)境以簡化應用的開發(fā)和部署。Mate是這類中間件的典型代表，它是一種建立在TinyOS基礎上的傳感器網絡虛擬機。2.基于數(shù)據(jù)庫的物聯(lián)網中間件 在該類中間件中，整個物聯(lián)網被看作是一個虛擬的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為用戶的查詢提供簡單的接口。Cougar、TinyDB及SINA是這類中間件的典型代表。3.基于應用驅動的物聯(lián)網中間件 這類中間件主要由應用來決定網絡協(xié)議棧的結構，允許用戶根據(jù)應用需求調整網絡，其典型代表為MILAN中間件。4.面向消息的物聯(lián)網中間件 該類中間件主要采用異步模式和生產者/消費者模式，其典型代表為Mires。5.基于移動代理的物聯(lián)網中間件 基于移動代理的物聯(lián)網中

9、間件提供抽象的計算任務給上層應用，盡可能使應用模塊化，以便可以更容易地進行代碼傳輸。Agilla是其典型代表。中間件三層體系結構 客戶端客戶端客戶端應用服務器數(shù)據(jù)庫客戶層中間層數(shù)據(jù)層用戶界面業(yè)務邏輯數(shù)據(jù)邏輯（1）客戶層 （2）應用層 （3）數(shù)據(jù)層中間件技術標準1、COM COM（Component Object Model，組建對象模型）通過底層的遠程支持使得構件技術延伸到了分布式應用領域。COM是Microsoft提出的一種組件規(guī)范，其多個組件對象可以連接起來形成應用程序，并且在運行時，可在不重復連接或編譯的情況下被卸載或換掉。COM既是規(guī)范，也是實現(xiàn)。它以COM庫的形式提供了訪問COM對象

10、核心功能的標準接口及一組API函數(shù)，這些API用于實現(xiàn)創(chuàng)建和管理COM對象的功能。2、CORBA CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求代理體系結構）分布式計算機技術是OMG組織基于眾多開放系統(tǒng)平臺廠商提交的分布對象互操作內容的公共對象請求代理體系規(guī)范。COBRA是編寫分布式對象的一個統(tǒng)一標準，該標準主要分為對象請求代理、公共對象服務和公共設施等三個層次。3、J2EE 為了推動基于java的服務器端應用開發(fā)，Sun在1999年推出了Java2技術及相關的J2EE規(guī)范。J2EE是當前異構數(shù)據(jù)集成普遍采用的標準。Java、XML

11、等中間件關鍵技術都是J2EE技術體系的一部分。J2EE是提供平臺無關的、可移植的、支持并開發(fā)訪問和安全的，完全基于Java的開發(fā)服務器中間件的標準。 J2EE和CORBA的最大區(qū)別是，CORBA只是針對單個對象，而不是被應用服務器自動管理的可部署的服務器端組件。CORBA的特點是大而全，互操作性和開放性非常好；缺點是龐大而復雜，并且技術和標準的更新相對較慢。物聯(lián)網典型中間件傳感網網關中間件 傳感網網關中間件軟件系統(tǒng)結構（如下圖）主要分為6個部分：主控模塊、公共信息中間件、通用API模塊、中間件管理模塊、消息管理模塊、功能性中間件模塊。主控模塊：是網關啟動后最先運行的軟件模塊。主控模塊負責初始化

12、網關軟件系統(tǒng)、解析配置文件、加載中間件、處理系統(tǒng)信號。公共信息中間件：公共信息中間件存放網關內部各模塊經常需要訪問的公共配置、狀態(tài)信息。通用API模塊：通用API模塊為網關內部各軟件模塊提供常用的通用函數(shù)功能封裝，如鏈表、哈希表、動態(tài)數(shù)組等常用數(shù)據(jù)結構操作，為軟件跨平臺運行而設計的線程庫、動態(tài)連接庫、線程同步相關API等。中間件管理模塊：網關軟件基于中間件架構，中間件管理模塊實現(xiàn)了中間件管理機制，包括中間件加載卸載、中間件注冊注銷、中間件服務注冊注銷、中間件遍歷、中間件服務遍歷等功能。消息管理模塊：網關各中間件間通過消息的方式通信，消息管理模塊提供消息隊列創(chuàng)建銷毀、消息分配釋放、消息發(fā)送接收及

13、路由等功能。功能性中間件模塊：網關的業(yè)務類功能由各中間件模塊實現(xiàn)。基本功能性中間件模塊包括：自有南向協(xié)議適配模塊、北向平臺適配模塊、網關管理中間件、設備管理中間件、定位應用模塊、RPC中間件模塊等。傳感網節(jié)點中間件 按其功能可分為通用中間件 (Common Middleware)和域中間件(Domain Middleware)。低功耗傳感網節(jié)點中間件體系架構如下圖：（1）通用中間件。在底層運行支撐軟件的支持下實現(xiàn)一系列基本的節(jié)點功能，主要包括以下兩個方面：為域中間件提供基本的業(yè)務支撐服務；實現(xiàn)基本的管理功能。（2）域中間件。位于通用中間件之上。域中間件在單個或多個通用中間件提供的基本功能服務基

14、礎上，實現(xiàn)較為復雜的業(yè)務功能，向上為應用提供配置、控制、數(shù)據(jù)訪問接口。（3）中間件容器。域中間件、通用中間件均運行在中間件容器內，受中間件容器的統(tǒng)一控制與調度。每個中間件組件都提供至少一個服務訪問接口 ，服務訪問接口是中間件與其他軟件模塊之間信息交互的唯一通道。中間件容器的另一項重要功能就是控制中間件組件的加載與卸載，并在模塊加載與卸載時向其他相關模塊發(fā)送通知。（4）底層支撐軟件。底層支撐軟件是WSN設備中間件正常運行所必需的軟件組成部分，這部分軟件包括操作系統(tǒng)(OS)、軟件運行環(huán)境(Runtime Support)、硬件設備抽象模塊(HAL)和網絡協(xié)議棧(Network Stack)。傳感網安全中間件 傳感網安全中間件體系架構如下圖所示：u 傳感網安全中間件的傳感網安全中間件的具體具體內容內容如下如下：(1) (1) 提供安全機制提供安全機制( (在協(xié)議在協(xié)議棧棧) )。 (2) (2) 安全管理功能安全管理功能( (部分在協(xié)部分在協(xié)議棧，上位機配合，功能可議棧，上位機配合，功能可方便擴展方便擴展) )。 (3) (3) 安全監(jiān)控功能安全監(jiān)