《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教程》第7章 軟件、服務(wù)和算法技術(shù)-《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教程》

學(xué)習(xí)任務(wù)環(huán)境感知型中間件

嵌入式軟件微型操作系統(tǒng)

Clicktoaddtitleinhere123本章主要涉及：學(xué)習(xí)任務(wù)面向服務(wù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及路由Clicktoaddtitleinhere456本章主要涉及：7.1.1中間件概述中間件(middleware)是一類連接軟件組件和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)軟件，它包括一組服務(wù)，以便于運(yùn)行在一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器上的多個(gè)軟件通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。該技術(shù)所提供的互操作性，推動(dòng)了一致分布式體系架構(gòu)的演進(jìn)。該架構(gòu)通常用于支持分布式應(yīng)用程序并簡化其復(fù)雜度，它包括web服務(wù)器、事務(wù)監(jiān)控器和消息隊(duì)列軟件。7.1.1中間件概述中間件7.1.1中間件概述中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件的下層。簡單地講，中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

7.1.1中間件概述操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、中間件的類比

7.1.1中間件概述中間件的核心作用是通過管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信，為各類分布式應(yīng)用軟件共享資源提供支撐。廣義地看，中間件的總體作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。7.1.2中間件的體系框架與核心模塊在物聯(lián)網(wǎng)中采用中間件技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)和多種技術(shù)之間的資源共享，最終組成一個(gè)服務(wù)系統(tǒng)。

7.1.3中間件的分類①企業(yè)服務(wù)總線（EnterpriseServiceBus）②事務(wù)處理（TransactionProcessing）監(jiān)控器③分布式計(jì)算環(huán)境（DistributedComputingEnvironment）④遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RemoteProcedureCall）⑤對象請求代理（ObjectRequestBroker）⑥數(shù)據(jù)庫訪問中間件（DatabaseAccessMiddleware）⑦信息傳遞（MessagePassing）⑧基于XML的中間件（XML-BasedMiddleware）7.1.4物聯(lián)網(wǎng)中間件的設(shè)計(jì)目前，物聯(lián)網(wǎng)中間件最主要的代表是RFID中間件，其他的還有嵌入式中間件、數(shù)字電視中間件、通用中間件、M2M物聯(lián)網(wǎng)中間件等。

7.1.2中間件的體系框架與核心模塊RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供一組通用的應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。7.2嵌入式軟件嵌入式軟件就是嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件，它在產(chǎn)業(yè)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)為：芯片設(shè)計(jì)制造→嵌入式系統(tǒng)軟件→嵌入式電子設(shè)備開發(fā)、制造。7.2.1嵌入式系統(tǒng)1.嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)是指用于執(zhí)行獨(dú)立功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時(shí)器、微控制器、存儲(chǔ)器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲(chǔ)器中的微型操作系統(tǒng)、控制應(yīng)用軟件組成，共同實(shí)現(xiàn)諸如實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、管理、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等各種自動(dòng)化處理任務(wù)。7.2.1嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式操作系統(tǒng)目前流行的嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩類：一類是從運(yùn)行在個(gè)人電腦上的操作系統(tǒng)向下移植到嵌入式系統(tǒng)中，形成的嵌入式操作系統(tǒng)，如微軟公司的WindowsCE及其新版本，SUN公司的Java操作系統(tǒng)，朗訊科技公司的Inferno，嵌入式Linux等。

7.2.1嵌入式系統(tǒng)另一類是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks，ISI的pSOS，QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX，ATI的Nucleus，中國科學(xué)院凱思集團(tuán)的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)等，這類產(chǎn)品在操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)上都針對所面向的應(yīng)用領(lǐng)域，對實(shí)時(shí)性高可靠性等進(jìn)行了精巧的設(shè)計(jì)，而且提供了獨(dú)立而完備的系統(tǒng)開發(fā)和測試工具，較多地應(yīng)用在軍用產(chǎn)品和工業(yè)控制等領(lǐng)域中。

7.2.2嵌入式軟件的應(yīng)用1.概述嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng)是密不可分的，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”，一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。7.2.2嵌入式軟件的應(yīng)用而嵌入式軟件就是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，它也是計(jì)算機(jī)軟件的一種，同樣由程序及其文檔組成，可細(xì)分成系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件三類，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。

7.2.2嵌入式軟件的應(yīng)用2.應(yīng)用我們常見的移動(dòng)電話、掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)頂盒、MP3等都是用嵌入式軟件技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行智能化改造的結(jié)果。嵌入式軟件在中國的定位應(yīng)該集中在國防工業(yè)和工業(yè)控制、消費(fèi)電子、通信產(chǎn)業(yè)。首先一個(gè)市場是數(shù)字電視市場。第二個(gè)市場是移動(dòng)通信市場。第三個(gè)市場是掌上電腦（PDA）。7.2.3嵌入式軟件的分類1．嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)，它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。7.2.3嵌入式軟件的分類現(xiàn)在國際上有名的嵌入式操作系統(tǒng)有WindowsCE、PalmOS、Linux、VxWorks、pSOS、QNX、OS-9、LynxOS等，已進(jìn)入我國市場的國外產(chǎn)品有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等。我國嵌入式操作系統(tǒng)的起步較晚，國內(nèi)此類產(chǎn)品主要是基于自主版權(quán)的Linux操作系統(tǒng)，其中以中軟Linux、紅旗Linux、東方Linux為代表。

7.2.3嵌入式軟件的分類2．嵌入式支撐軟件支撐軟件是用于幫助和支持軟件開發(fā)的軟件，通常包括數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具，其中以數(shù)據(jù)庫最為重要。嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步，人們對移動(dòng)數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求，嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)、工業(yè)、軍事、民用部門等各方面的重視。7.2.3嵌入式軟件的分類3．嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式應(yīng)用軟件是針對特定應(yīng)用領(lǐng)域，基于某一固定的硬件平臺(tái)，用來達(dá)到用戶預(yù)期目標(biāo)的計(jì)算機(jī)軟件。由于用戶任務(wù)可能有時(shí)間和精度上的要求，因此有些嵌入式應(yīng)用軟件需要特定嵌入式操作系統(tǒng)的支持。嵌入式應(yīng)用軟件和普通應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準(zhǔn)確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，而且還要盡可能地進(jìn)行優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。

7.2.4嵌入式軟件發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)被描述為：“以應(yīng)用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。硬件是支撐，軟件是靈魂，幾乎所有的嵌入式產(chǎn)品中都需要嵌入式軟件來提供靈活多樣、而且應(yīng)用特制的功能。

7.2.4嵌入式軟件發(fā)展趨勢目前的因特網(wǎng)技術(shù)只聯(lián)接了5%左右的計(jì)算裝置，大量的嵌入式設(shè)備急需網(wǎng)絡(luò)連接來提升其服務(wù)能力和應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，以人為中心的普適計(jì)算技術(shù)正推動(dòng)新一輪的信息技術(shù)的革命。計(jì)算無所不在，嵌入式設(shè)備將以各種形態(tài)分布在人類的生存環(huán)境中，提供更加人性化、自然化的服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)的"深度"聯(lián)網(wǎng)和普適計(jì)算"縱向"普及所帶來的計(jì)算挑戰(zhàn)，將推動(dòng)嵌入式軟件技術(shù)向"縱深"發(fā)展，催生了新型嵌入式軟件技術(shù)。

7.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)微型操作系統(tǒng)（1）節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)是傳感器節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)的核心，為適應(yīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊環(huán)境，節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)與其它使用在計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上的操作系統(tǒng)有極大的區(qū)別。

節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)VS其他操作系統(tǒng)

7.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)微型操作系統(tǒng)由上圖可清楚地看出，節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)是極其微型化的。節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展近年來取得快速發(fā)展，主要發(fā)展過程請參看下圖。節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)發(fā)展史

7.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)微型操作系統(tǒng)（2）TinyOSTinyOS由加州伯克萊分校開發(fā),是目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域使用最為廣泛的節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)。TinyOS使用的開發(fā)語言是：nesCnesC語言是專門為資源極其受限、硬件平臺(tái)多樣化的傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的開發(fā)語言，使用nesC編寫的應(yīng)用程序是基于組件的，組件之間的交互必須通過使用接口。7.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)微型操作系統(tǒng)常用微型節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)對比

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)1.WinPEWindows預(yù)先安裝環(huán)境（MicrosoftWindowsPreinstallationEnvironment，簡稱WindowsPE或WinPE）是簡化版的WindowsXP、WindowsServer2003或WindowsVista。WinPE是以光盤或其他可攜設(shè)備作媒介。7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)2.MenuetOS

MenuetOS是英國軟件工程師VilleMikaelTurjanmaa開發(fā)的，完全由x86匯編語言于2000年寫成的一款開放源碼的32位操作系統(tǒng)。最新的版本可以從其官方網(wǎng)站下載。全部使用匯編語言

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)3.SkyOSSkyOS擁有現(xiàn)代操作系統(tǒng)要求的多處理器支持，虛擬內(nèi)存，多任務(wù)多線程等等功能，更令人耳目一新的是它漂亮的GUI系統(tǒng)SkyGI。首個(gè)SkyOS系統(tǒng)于1997年底發(fā)布。SkyOS操作系統(tǒng)并不開放源代碼，收費(fèi)并且用戶不可以自由地獲取

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)4.ReactOS

ReactOS?完全兼容Windows?XP的操作系統(tǒng)。ReactOS旨在通過使用類似構(gòu)架和提供完整公共接口實(shí)現(xiàn)與NT以及XP操作系統(tǒng)二進(jìn)制下的應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的完全兼容。簡單地說，ReactOS目標(biāo)就是用您的硬件設(shè)備去運(yùn)行您的應(yīng)用程序。任何人都可以免費(fèi)使用的FOSS操作系統(tǒng)！！

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)5.TriangleOS

TriangleOS是荷蘭人WimCools用C和匯編寫出來的32位操作系統(tǒng)。6.Visopsys

Visopsys由加拿大人AndrewMcLaughlin開發(fā)，有獨(dú)特的GUI，開放源碼。最新的Visopsys可以從其官方網(wǎng)站下載。

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)7.StormOS

StormOS是由立陶宛的Thunder于2002年開始開發(fā)的，有簡單的GUI,裝在一張軟盤上。8.實(shí)驗(yàn)室中的操作系統(tǒng)

這些系統(tǒng)多由高校中的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，作試驗(yàn)研究之用，如德國的DROPS等，

7.4面向服務(wù)架構(gòu)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（service-orientedarchitecture，SOA）是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。7.4.1面向服務(wù)架構(gòu)簡介在SOA架構(gòu)風(fēng)格中，服務(wù)是最核心的抽象手段，業(yè)務(wù)被劃分(組件化)為一系列粗粒度的業(yè)務(wù)服務(wù)和業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)服務(wù)相對獨(dú)立、自包含、可重用，由一個(gè)或者多個(gè)分布的系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)，而業(yè)務(wù)流程由服務(wù)組裝而來。一個(gè)"服務(wù)"定義了一個(gè)與業(yè)務(wù)功能或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相關(guān)的接口，以及約束這個(gè)接口的契約，如服務(wù)質(zhì)量要求、業(yè)務(wù)規(guī)則、安全性要求、法律法規(guī)的遵循、關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)(KeyPerformanceIndicator，KPI)等。

7.4.1面向服務(wù)架構(gòu)簡介接口和契約采用中立、基于標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行定義，它獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在不同系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一的和通用的方式進(jìn)行交互、相互理解。除了這種不依賴于特定技術(shù)的中立特性，通過服務(wù)注冊庫(ServiceRegistry)加上企業(yè)服務(wù)總線(EnterpriseServiceBus)來支持動(dòng)態(tài)查詢、定位、路由和中介(Mediation)的能力，使得服務(wù)之間的交互是動(dòng)態(tài)的，位置是透明的。

7.4.1面向服務(wù)架構(gòu)簡介SOA架構(gòu)帶來的另一個(gè)重要觀點(diǎn)是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)IT。以粗粒度的業(yè)務(wù)服務(wù)為基礎(chǔ)來對業(yè)務(wù)建模，會(huì)產(chǎn)生更加簡潔的業(yè)務(wù)和系統(tǒng)視圖;以服務(wù)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的IT系統(tǒng)更靈活、更易于重用、更好(也更快)地應(yīng)對變化;以服務(wù)為基礎(chǔ)，通過顯式地定義、描述、實(shí)現(xiàn)和管理業(yè)務(wù)層次的粗粒度服務(wù)(包括業(yè)務(wù)流程)，提供了業(yè)務(wù)模型和相關(guān)IT實(shí)現(xiàn)之間更好的"可追溯性"，使得業(yè)務(wù)的變化更容易傳遞到IT。

7.4.1面向服務(wù)架構(gòu)簡介SOA的主要優(yōu)點(diǎn)：IT能夠更好更快地提供業(yè)務(wù)價(jià)值(BusinessCentric)、快速應(yīng)變能力(Flexibility)、重用(Reusability)。

7.4.2面向服務(wù)架構(gòu)的特征

一般認(rèn)為SOA具有以下五個(gè)特征：

1、可重用

2、松耦合

3、明確定義的接口

4、無狀態(tài)的服務(wù)設(shè)計(jì)5、基于開放標(biāo)準(zhǔn)：

7.4.3元素面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中的角色包括：服務(wù)使用者、服務(wù)提供者和服務(wù)注冊中心，如下圖所示：

7.4.3元素1、服務(wù)使用者：服務(wù)使用者是一個(gè)應(yīng)用程序、一個(gè)軟件模塊或需要一個(gè)服務(wù)的另一個(gè)服務(wù)。它發(fā)起對注冊中心中的服務(wù)的查詢，通過傳輸綁定服務(wù)，并且執(zhí)行服務(wù)功能。服務(wù)使用者根據(jù)接口契約來執(zhí)行服務(wù)。7.4.3元素

2、服務(wù)提供者：服務(wù)提供者是一個(gè)可通過網(wǎng)絡(luò)尋址的實(shí)體，它接受和執(zhí)行來自使用者的請求。它將自己的服務(wù)和接口契約發(fā)布到服務(wù)注冊中心，以便服務(wù)使用者可以發(fā)現(xiàn)和訪問該服務(wù)。7.4.3元素3、服務(wù)注冊中心：服務(wù)注冊中心是服務(wù)發(fā)現(xiàn)的支持者。它包含一個(gè)可用服務(wù)的存儲(chǔ)庫，并允許感興趣的服務(wù)使用者查找服務(wù)提供者接口。

7.4.3元素每個(gè)實(shí)體都扮演著服務(wù)提供者、使用者和注冊中心這三種角色中的某一種（或多種）。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中的操作包括：

發(fā)布：為了使服務(wù)可訪問．需要發(fā)布服務(wù)描述以使服務(wù)使用者可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)用它。

發(fā)現(xiàn)：服務(wù)請求者定位服務(wù)．方法是查詢服務(wù)注冊中心來找到滿足其標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)。

綁定和調(diào)用：在檢索完服務(wù)描述之后，服務(wù)使用者繼續(xù)根據(jù)服務(wù)描述中的信息來調(diào)用服務(wù)。

7.4.3元素

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件包括：

（1）服務(wù)：可以通過已發(fā)布接口使用服務(wù)，并且允許服務(wù)使用者調(diào)用服務(wù)。（2）服務(wù)描述：服務(wù)描述指定服務(wù)使用者與服務(wù)提供者交互的方式。它指定來自服務(wù)的請求和響應(yīng)的格式。服務(wù)描述可以指定一組前提條件、后置條件和/或服務(wù)質(zhì)量（Q0S）級別。7.4.4面向服務(wù)的計(jì)算環(huán)境在面向服務(wù)的計(jì)算環(huán)境中，系統(tǒng)可以是高度分布、異構(gòu)的。它一般包括:服務(wù)運(yùn)行時(shí)環(huán)境(ServiceRuntime)、服務(wù)總線(ServiceIntegrationInfrastructure)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(ServiceGateway)、服務(wù)注冊庫(ServiceRegistry)服務(wù)組裝引擎(ServiceChoreographyEngine)等.7.4.4面向服務(wù)的計(jì)算環(huán)境SOA計(jì)算環(huán)境的組成要素

7.4.5利用價(jià)值對SOA的需要來源于需要使業(yè)務(wù)IT系統(tǒng)變得更加靈活，以適應(yīng)業(yè)務(wù)中的改變。通過允許強(qiáng)定義的關(guān)系和依然靈活的特定實(shí)現(xiàn)，IT系統(tǒng)既可以利用現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，又可以準(zhǔn)備在以后做一些改變來滿足它們之間交互的需要。

7.4.5利用價(jià)值對于面向同步和異步應(yīng)用的，基于請求/響應(yīng)模式的分布式計(jì)算來說，SOA是一場革命。一個(gè)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯（businesslogic）或某些單獨(dú)的功能被模塊化并作為服務(wù)呈現(xiàn)給消費(fèi)者或客戶端。這些服務(wù)的關(guān)鍵是他們的松耦合特性。7.4.5利用價(jià)值例如，服務(wù)的接口和實(shí)現(xiàn)相獨(dú)立。應(yīng)用開發(fā)人員或者系統(tǒng)集成者可以通過組合一個(gè)或多個(gè)服務(wù)來構(gòu)建應(yīng)用，而無須理解服務(wù)的底層實(shí)現(xiàn)。舉例來說，一個(gè)服務(wù)可以用.NET或J2EE來實(shí)現(xiàn)，而使用該服務(wù)的應(yīng)用程序可以在不同的平臺(tái)之上，使用的語言也可以不同。7.5物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展導(dǎo)致全球信息總量迅猛增長，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年全球產(chǎn)生的達(dá)到1.2ZB（12億TB），世界進(jìn)入ZB時(shí)代。IDC預(yù)測全球數(shù)據(jù)量從2006年到2011年5年將增長10倍。而物聯(lián)網(wǎng)中對象的數(shù)量將龐大到以百億為單位。7.5物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢由于物聯(lián)網(wǎng)中的對象積極參與業(yè)務(wù)流程的需求、高強(qiáng)度計(jì)算需求和數(shù)據(jù)的持續(xù)在線可獲取的特性，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)和大型數(shù)據(jù)中心的誕生。物聯(lián)網(wǎng)對海量信息存儲(chǔ)的需求促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)、海量數(shù)據(jù)查詢技術(shù)以及面向物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)（NetworkStorageTechnologies）是基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種通用網(wǎng)絡(luò)術(shù)語。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)大致分為三種：直連式存儲(chǔ)（DAS：DirectAttachedStorage）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備（NAS：NetworkAttachedStorage）存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（SAN：StorageAreaNetwork）。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)分類7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)1.直連式存儲(chǔ)（DAS）（1）直連式存儲(chǔ)（DAS）簡介DAS英文全稱是DirectAttachedStorage。中文翻譯成“直接附加存儲(chǔ)”。在這種方式中，存儲(chǔ)設(shè)備是通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接到服務(wù)器的。輸入/輸入）請求直接發(fā)送到存儲(chǔ)設(shè)備。它依賴于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。這是一種直接與主機(jī)系統(tǒng)相連接的存儲(chǔ)設(shè)備，DAS是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)DAS的適用環(huán)境為：①存儲(chǔ)系統(tǒng)必須被直接連接到應(yīng)用服務(wù)器上時(shí)；②包括許多數(shù)據(jù)庫應(yīng)用和應(yīng)用服務(wù)器在內(nèi)的應(yīng)用，它們需要直接連接到存儲(chǔ)器上，群件應(yīng)用和一些郵件服務(wù)也包括在內(nèi)。直連式存儲(chǔ)（DAS）

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（2）磁盤陣列（RAID）磁盤陣列簡稱RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks，RAID），有“價(jià)格便宜且多余的磁盤陣列”之意。其原理是利用數(shù)組方式來做磁盤組，配合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計(jì)，提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列主要針對硬盤，在容量及速度上，無法跟上CPU及內(nèi)存的發(fā)展所提出的改善方法。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩(wěn)定性較高、速度較慢磁盤，組合成一個(gè)大型的磁盤組，利用個(gè)別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的加成效果來提升整個(gè)磁盤系統(tǒng)的效能。同時(shí)，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查（ParityCheck）的觀念，在數(shù)組中任一顆硬盤故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將故障硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤中。

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)磁盤陣列的主流結(jié)構(gòu)是作為獨(dú)立系統(tǒng)在主機(jī)外直連或通過網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)相連。磁盤陣列有多個(gè)端口可以被不同主機(jī)或不同端口連接。主機(jī)連接陣列的不同端口可提升傳輸速度。磁盤陣列

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（3）磁盤陣列的優(yōu)點(diǎn)RAID通過在多個(gè)磁盤上同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）。使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（4）磁盤陣列常用的等級磁盤陣列（DiskArray）是由一個(gè)硬盤控制器來控制多個(gè)硬盤的相互連接，使多個(gè)硬盤的讀寫同步，減少錯(cuò)誤，增加效率和可靠度的技術(shù)。常用的等級有1、3、5級等。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)①RAIDLevel0RAIDLevel0是DataStriping（數(shù)據(jù)分割）技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，它將所有硬盤構(gòu)成一個(gè)磁盤陣列，可以同時(shí)對多個(gè)硬盤做讀寫動(dòng)作，但是不具備備份及容錯(cuò)能力，它價(jià)格便宜，硬盤使用效率最佳，但是可靠度是最差的。很少有人冒著數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)采用這項(xiàng)技術(shù)。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)②RAIDLevel1RAIDLevel1使用的是DiskMirror（磁盤映射）技術(shù)，就是把一個(gè)硬盤的內(nèi)容同步備份復(fù)制到另一個(gè)硬盤里，所以具備了備份和容錯(cuò)能力，這樣使用效率不高，但是可靠性高。

RAIDLevel1磁盤映射技術(shù)7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)③RAIDLevel3RAIDLevel3采用Byte－interleaving（數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)）技術(shù)，硬盤在SCSI控制卡下同時(shí)動(dòng)作，并將用于奇偶校驗(yàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到特定硬盤機(jī)中，它具備了容錯(cuò)能力，它的可靠度較佳。④RAIDLevel5

RAIDLevel5使用的是DiskStriping（硬盤分割）技術(shù)，與Level3的不同之處在于它把奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放到各個(gè)硬盤里，各個(gè)硬盤在SCSI控制卡的控制下平行動(dòng)作，有容錯(cuò)能力，跟Level3一樣，它的使用效率也是安裝幾個(gè)再減掉一個(gè)。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（5）熱插拔硬盤熱插拔硬盤英文名為Hot－SwappableDisk，在磁盤陣列中，如果使用支持熱插拔技術(shù)的硬盤，在有一個(gè)硬盤壞掉的情況下，服務(wù)器可以不用關(guān)機(jī)，直接抽出壞掉的硬盤，換上新的硬盤。一般的商用磁盤陣列在硬盤壞掉時(shí)，會(huì)自動(dòng)鳴叫提示管理員更換硬盤。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)2.網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）NAS是英文“NetworkAttachedStorage”的縮寫，中文意思是“網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)”。就是連接在網(wǎng)絡(luò)上，具備資料存儲(chǔ)功能的裝置，因此也稱為“網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器”或者“網(wǎng)絡(luò)磁盤陣列”。在NAS存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，存儲(chǔ)系統(tǒng)不再通過I/O總線附屬于某個(gè)特定的服務(wù)器或客戶機(jī)，而是直接通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)直接相連，由用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲(chǔ)及文件備份設(shè)備，它是基于LAN（局域網(wǎng)）的，按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，以文件的I/O（輸入/輸出）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在LAN環(huán)境下，NAS已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)級共享，比如NT、UNIX等平臺(tái)的共享。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)一個(gè)NAS系統(tǒng)包括處理器，文件服務(wù)管理模塊和多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器（用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)）。NAS可以應(yīng)用在任何的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中。主服務(wù)器和客戶端可以非常方便地在NAS上存取任意格式的文件。

網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)3.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）

英文全稱：StorageAreaNetwork，即存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。它是一種通過光纖集線器、光纖路由器、光纖交換機(jī)等連接設(shè)備將磁盤陣列、磁帶等存儲(chǔ)設(shè)備與相關(guān)服務(wù)器連接起來的高速專用子網(wǎng)。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（SAN）是指存儲(chǔ)設(shè)備相互連接且與一臺(tái)服務(wù)器或一個(gè)服務(wù)器群相連的網(wǎng)絡(luò)。簡單的說，SAN實(shí)際上是一種存儲(chǔ)設(shè)備池，這一子網(wǎng)上的存儲(chǔ)空間可由以太網(wǎng)主網(wǎng)上的每一系統(tǒng)所共享。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)(1)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成SAN由三個(gè)基本的組件構(gòu)成：接口（如SCSI、光纖通道、ESCON等）、連接設(shè)備（交換設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、路由器、集線器等）通信控制協(xié)議（如IP和SCSI等）。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)三個(gè)組件再加上附加的存儲(chǔ)設(shè)備和獨(dú)立的SAN服務(wù)器，就構(gòu)成一個(gè)SAN系統(tǒng)。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)(2)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的適用范圍①對數(shù)據(jù)安全性要求很高、數(shù)據(jù)在線性要求高、具有本質(zhì)上物理集中、邏輯上又彼此獨(dú)立的數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是電信、金融和證券、商業(yè)網(wǎng)站。②對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能要求高的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是電視臺(tái)、交通部門和測繪部門。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)③在系統(tǒng)級方面具有很強(qiáng)的容量（動(dòng)態(tài)）可擴(kuò)展性和靈活性的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是各中大型企業(yè)的ERP系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。④具有超大型海量存儲(chǔ)特性的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是圖書館、博物館、稅務(wù)和石油。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)4.三種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的比較從具體功能上講，三種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分別適用于不同的應(yīng)用環(huán)境：(1)直接附加存儲(chǔ)(Direct-AttachedStorage,DAS)是將存儲(chǔ)系統(tǒng)通過纜線直接與服務(wù)器或工作站相連,一般包括多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器，與主機(jī)總線適配器通過電纜或光纖,在存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)總線適配器之間不存在其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)子系統(tǒng)的跨越。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)（2）網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(NetworkAttachedStorage,NAS)是文件級的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)僅為其它設(shè)備提供基于文件級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。（3）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

(StorageAreaNetwork,SAN)是通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)架構(gòu)，由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和SAN連接設(shè)備組成。SAN的特點(diǎn)是存儲(chǔ)共享并支持服務(wù)器從SAN直接啟動(dòng)。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)NAS與DAS的區(qū)別DAS是一種對已有服務(wù)器的簡單擴(kuò)展，并沒有真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。NAS則是將網(wǎng)絡(luò)作為存儲(chǔ)實(shí)體，更容易實(shí)現(xiàn)文件級別的共享。NAS性能上比DAS有所增強(qiáng)SAN與NAS的區(qū)別NAS結(jié)構(gòu)和SAN最大的區(qū)別就在于NAS有文件操作和管理系統(tǒng)，而SAN卻沒有這樣的系統(tǒng)功能，其功能僅僅停留在文件管理的下一層，即數(shù)據(jù)管理。同時(shí)SAN和NAS相比不具有資源共享的特征。7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的比較

7.5.1網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)SAN和NAS并不是相互沖突的，是可以共存于一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的，但NAS通過一個(gè)公共的接口實(shí)現(xiàn)空間的管理和資源共享，SAN僅僅是為服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)提供一個(gè)專門的快速后方通道，在空間的利用上，SAN是只能獨(dú)享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池，NAS是共享與獨(dú)享兼顧的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池。因此，NAS與SAN的關(guān)系也可以表述為：NAS是Network-attached（網(wǎng)絡(luò)外掛式），而SAN是Channel-attached（通道外掛式）。7.5.2海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)世界是海量數(shù)據(jù)的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將使用數(shù)據(jù)中心的模式。數(shù)據(jù)中心是一整套復(fù)雜的設(shè)施。它不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備（例如通信和存儲(chǔ)系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種安全裝置。在本節(jié)案例中以一個(gè)典型數(shù)據(jù)中心（Google數(shù)據(jù)中心）加以說明。7.6物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及路由數(shù)據(jù)融合一詞最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，它是人類模仿自身信息處理能力的結(jié)果，類似人類和其它動(dòng)物對復(fù)雜問題的綜合處理。數(shù)據(jù)融合技術(shù)最早用于軍事，目前，工業(yè)控制、機(jī)器人、空中交通管制、海洋監(jiān)視和管理等領(lǐng)域也向著多傳感器數(shù)據(jù)融合方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)概念的提出后，數(shù)據(jù)融合技術(shù)將成為其數(shù)據(jù)處理等相關(guān)技術(shù)開發(fā)所要關(guān)心的重要問題之一。7.6.1數(shù)據(jù)融合的基本概念1.數(shù)據(jù)融合的定義數(shù)據(jù)融合技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)對按時(shí)序獲得的若干觀測信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。7.6.1數(shù)據(jù)融合的基本概念2.數(shù)據(jù)融合研究的主要內(nèi)容1）數(shù)據(jù)對準(zhǔn);2）數(shù)據(jù)相關(guān);3）數(shù)據(jù)識(shí)別，即估計(jì)目標(biāo)的類別和類型;4)感知數(shù)據(jù)的不確定性;5）不完整、不一致和虛假數(shù)據(jù);6)數(shù)據(jù)庫;7)性能評估。7.6.1數(shù)據(jù)融合的基本概念3.數(shù)據(jù)融合的體系結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)融合的體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)融合一般模型如下圖。7.6.2物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵問題1.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合所要解決的關(guān)鍵問題①數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)的選擇。②數(shù)據(jù)融合時(shí)機(jī)。③數(shù)據(jù)融合算法。2.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)要求①穩(wěn)定性;②數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián);③能量約束;④協(xié)議的可擴(kuò)展性。

7.6.3物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的基本原理

通過對多感知節(jié)點(diǎn)信息的協(xié)調(diào)優(yōu)化，數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以有效地減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不必要的通信開銷，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和收集效率。因此，傳送已融合的數(shù)據(jù)要比未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合示意圖

7.6.3物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的基本原理

數(shù)據(jù)融合主要關(guān)注一下五點(diǎn):1）多個(gè)不同類型的源節(jié)點(diǎn)(如有源或無源的傳感器）采集觀測目標(biāo)的數(shù)據(jù)；2）對源節(jié)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)（離散的或連續(xù)的時(shí)間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個(gè)直接的屬性說明）進(jìn)行特征提取，提取代表觀測數(shù)據(jù)的特征矢量；7.6.3物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的基本原理

3）對特征矢量進(jìn)行模式識(shí)別處理（例如：匯聚算法、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其它能將特征矢量變換成目標(biāo)屬性判決的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法等）完成各傳感器關(guān)于目標(biāo)的說明；4）將各源節(jié)點(diǎn)關(guān)于目標(biāo)的說明數(shù)據(jù)按同一目標(biāo)進(jìn)行分組，即關(guān)聯(lián)；5）利用融合算法將每一目標(biāo)各源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，得到該目標(biāo)的一致性解釋與描述。7.6.4傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)1.數(shù)據(jù)融合技術(shù)的產(chǎn)生背景數(shù)據(jù)融合技術(shù)的產(chǎn)生背景來自于數(shù)據(jù)融合的幾個(gè)重要作用:（1）節(jié)省能量（2）獲取更準(zhǔn)確的信息

（3）提高數(shù)據(jù)收集效率7.6.4傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)2.數(shù)據(jù)融合結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)協(xié)議層來進(jìn)行

在應(yīng)用層，可通過分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，達(dá)到融合效果；在網(wǎng)絡(luò)層，可以結(jié)合路由協(xié)議，減少數(shù)據(jù)的傳輸量；在數(shù)據(jù)鏈路層，可以結(jié)合MAC，減少M(fèi)AC層的發(fā)送沖突和頭部開銷，達(dá)到節(jié)省能量目的的同時(shí)，還不失去信息的完整性。7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)1.傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的部署目前，傳感網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)的部署方式一般有3種類型，最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是并行拓?fù)?。在這種部署方式中，各種類型的感知節(jié)點(diǎn)同時(shí)工作。另一種類型是串行拓?fù)?，在這種結(jié)構(gòu)中，感知節(jié)點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)信息具有暫時(shí)性。SAR(SyntheticApertureRadar)圖像就屬于此結(jié)構(gòu)。還有一種類型是混合拓?fù)?，即樹狀拓?fù)洹?.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)融合的層次劃分?jǐn)?shù)據(jù)融合大部分是根據(jù)具體問題及其特定對象來建立自己的融合層次。根據(jù)多傳感器數(shù)據(jù)融合模型定義和傳感網(wǎng)的自身特點(diǎn)，通常按照節(jié)點(diǎn)處理層次、融合前后的數(shù)據(jù)量變化、信息抽象的層次，來劃分傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)。

7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)融合可分為三類：①像素級融合它是直接在采集到的原始數(shù)據(jù)層上進(jìn)行的融合，在各種傳感器的原始測報(bào)未經(jīng)預(yù)處理之前就進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合與分析。數(shù)據(jù)層融合一般采用集中式融合體系進(jìn)行融合處理過程。這是低層次的融合，如成像傳感器中通過對包含若一像素的模糊圖像進(jìn)行圖像處理來確認(rèn)目標(biāo)屬性的過程就屬于數(shù)據(jù)層融合。

7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)像素級融合7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)②特征層融合特征層融合屬于中間層次的融合，它先對來自傳感器的原始信息進(jìn)行特征提取(特征可以是目標(biāo)的邊緣、方向、速度等)，然后對特征信息進(jìn)行綜合分析和處理。特征層融合的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了可觀的信息壓縮，有利于實(shí)時(shí)處理，并且由于所提取的特征直接與決策分析有關(guān)，因而融合結(jié)果能最大限度的給出決策分析所需要的特征信息。7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)特征層融合一般采用分布式或集中式的融合體系。特征層融合可分為兩大類:一類是目標(biāo)狀態(tài)融合;另一類是目標(biāo)特性融合。

特征層融合

7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)③決策層融合決策層融合通過不同類型的傳感器觀測同一個(gè)目標(biāo)，每個(gè)傳感器在本地完成基本的處理，其中包括預(yù)處理、特征抽取、識(shí)別或判決，以建立對所觀察目標(biāo)的初步結(jié)論。然后通過關(guān)聯(lián)處理進(jìn)行決策層融合判決，最終獲得聯(lián)合推斷結(jié)果。決策層融合

7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法在多傳感器系統(tǒng)中，由于信息表現(xiàn)形式的多樣性，數(shù)據(jù)量的巨大性，數(shù)據(jù)關(guān)系的復(fù)雜性，以及要求數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性，都已大大超出了人腦的信息綜合處理能力，在這種情況下，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多傳感器數(shù)據(jù)融合(Multi-SensorDataFusion，MSDF)，簡稱數(shù)據(jù)融合；也被稱為多傳感器信息融合(Multi-SensorInformationFusion，MSIF)。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法在多傳感器系統(tǒng)中，由于信息表現(xiàn)形式的多樣性，數(shù)據(jù)量的巨大性，數(shù)據(jù)關(guān)系的復(fù)雜性，以及要求數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性，都已大大超出了人腦的信息綜合處理能力，在這種情況下，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多傳感器數(shù)據(jù)融合(Multi-SensorDataFusion，MSDF)，簡稱數(shù)據(jù)融合；也被稱為多傳感器信息融合(Multi-SensorInformationFusion，MSIF)。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法

目前已有大量的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，基本上可概括為兩大類：一是隨機(jī)類方法，包括加權(quán)平均法、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計(jì)法、D-S證據(jù)推理等。二是人工智能類方法，包括模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。不同的方法適用于不同的應(yīng)用背景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等新概念、新技術(shù)在數(shù)據(jù)融合中將發(fā)揮越來越重要的作用。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法1.多傳感器數(shù)據(jù)融合概念多傳感器數(shù)據(jù)融合比較確切的定義可概括為：充分利用不同時(shí)間與空間的多傳感器數(shù)據(jù)資源，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對按時(shí)間序列獲得的多傳感器觀測數(shù)據(jù)，在一定準(zhǔn)則下進(jìn)行分析、綜合、支配和使用，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的決策和估計(jì)，使系統(tǒng)獲得比它的各組成部分更充分的信息。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法2.多傳感器數(shù)據(jù)融合原理（1）N個(gè)不同類型的傳感器（有源或無源的）收集觀測目標(biāo)的數(shù)據(jù)；（2）對傳感器的輸出數(shù)據(jù)（離散的或連續(xù)的時(shí)間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個(gè)直接的屬性說明）進(jìn)行特征提取的變換，提取代表觀測數(shù)據(jù)的特征矢量Yi；7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法（3）對特征矢量Yi進(jìn)行模式識(shí)別處理（如，聚類算法、自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其他能將特征矢量Yi變換成目標(biāo)屬性判決的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法等）完成各傳感器關(guān)于目標(biāo)的說明；（4）將各傳感器關(guān)于目標(biāo)的說明數(shù)據(jù)按同一目標(biāo)進(jìn)行分組，即關(guān)聯(lián)；（5）利用融合算法將每一目標(biāo)各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，得到該目標(biāo)的一致性解釋與描述。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法3.多傳感器數(shù)據(jù)融合方法多傳感器數(shù)據(jù)融合的常用方法基本上可概括為隨機(jī)和人工智能兩大類：隨機(jī)類方法有加權(quán)平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計(jì)法、Dempster-Shafer（D-S）證據(jù)推理、產(chǎn)生式規(guī)則等；而人工智能類則有模糊邏輯理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗集理論、專家系統(tǒng)等。7.6.6多傳感器數(shù)據(jù)融合算法4.應(yīng)用領(lǐng)域（1）軍事應(yīng)用（2）復(fù)雜工業(yè)過程控制（3）機(jī)器人（4）遙感（5）交通管理系統(tǒng)（6）全局監(jiān)視7.6.7傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)融合路由算法比較典型的數(shù)據(jù)融合路由協(xié)議有：基于數(shù)據(jù)融合樹的路由協(xié)議、基于分簇的路由協(xié)議，以及基于節(jié)點(diǎn)鏈的路由協(xié)議。從網(wǎng)絡(luò)層來看，數(shù)據(jù)融合通常和路由的方式有關(guān)，例如以