第5章支撑层技术
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武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
消息nLeabharlann Baidu
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
（5）简单数据库服务SimpleDB • 随着简单数据库服务SimpleDB（SDB）的推 出，亚马逊云计算服务平台提供的服务趋 于多样化和全面化。与S3不同的是，SDB主 要用于存储结构化的数据，并为这些数据 提供查找、删除等基本的数据库功能。 • 如果将传统的关系数据库看成一张张表， SDB更像我们平时常接触到的文件夹的树状 结构而不是表结构。 • SDB为了系统的可用性采取了最终一致性数 据模型。
Bigtable子表服务器 处理数据
Bigtable子表服务器 处理数据
Google WorkQueue 负责故障处理及监控
武汉理工大学物联网工程系
GFS 保存子表数据及日志
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
Chubby 负责元数据存储及 主服务器的选择
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
亚马逊云计算平台AWS （1）存储系统Dynamo
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
（4）简单队列服务SQS • 简单队列服务（Simple Queue Service，SQS ）是亚马逊为了解决其云计算平台之间不 同组件的通信而专门设计开发的。
队列 消息1 消息2 消息3
……
联合研制的新型卫星导航系统，英文名称是 “Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System”，意为“卫星测时测距导航全 球定位系统”，简称GPS系统。 该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统， 具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球 性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时 的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标速度 和时间。
下图为面向服务的亚马逊平台基本架构
客户请求
…
请求路由
请求路由
亚马逊S3服务
Dynamo实例
其他数据存储
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《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
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（2）弹性计算云EC2 • 亚马逊弹性计算云服务（Elastic Compute Cloud，EC2）是亚马逊提供的云计算环境的 基本平台。 • EC2向用户提供了如下一些非常有价值的特 性：灵活性、低成本、安全性、易用性、 容错性 （3）简单存储服务S3 • S3（Amazon Simple Storage Services）是亚 马逊推出的简单存储服务。S3系统是构架 在Dynamo之上的。
物理资源（服务器集群、网络设备、存储设备、数据库）
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
典型的云计算平台 Google云计算平台 （1）MapReduce分布处埋技术 （2）Google文件系统GFS
应用程序 GFS客户端 (chunk句柄，chunk位置) (文件名，chunk索引) GFS主服务器 文件命名空间
地面监控站由均匀分布在美国本土和三大洋的美 军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站 构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监 控、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。 用户接收机通过接收多颗卫星的信号来解算出自 身的位置，以实现定位和导航。
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
物联网工程技术 第5章 支撑技术
武汉理工大学物联网工程系 2011.9
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
第5章 支撑技术
5.1 物联网中间件 5.2 云计算 5.3 GIS与GPS
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云用户端 管理系统 部署工具
服务器集群
服务目录
资源监控
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《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
云计算的服务层次
应用层 软件即服务
平台层
平台即服务
基础设施层
基础设施即服务
虚拟化层
硬件即服务
云计算四层模型
云服务集合中的子服务
武汉理工大学物联网工程系
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
云计算的特点 虚拟化技术 现有的云计算平台的最大的特点是利用软 件来实现硬件资源的虚拟化管理、调度及 应用。 灵活定制 在云计算时代，用户可以根据自己的需要 或喜好定制相应的服务、应用及资源，云 计算平台可以按照用户的需求来部署相应 的资源、计算能力、服务及应用。
GPS的组成
GPS由三部分组成：GPS空间部分、地基监控站和 GPS用户接收机部分。 GPS 空间部分由24颗分布在6个等间隔轨道上的卫 星组成，卫星分布可保证全球任何地区任何时刻 都不少于4颗卫星供观测。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
/foo/bar
Chunk 2ef0
GFS数据块服务器 Linux文件系统 标注： 数据信息 控制信息
GFS数据块服务器 Linux文件系统
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（3）分布式结构化的数据表Bigtable
Bigtable客户端 Bigtable主服务器 执行元数据操作 及负载平衡 Bigtable客户端 程序库 执行open() 操作 Bigtable子表服务器 处理数据
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5.1 物联网中间件
物联网中间件的作用
应用系统
业务系统集成 EAI/BPM
IOT中间件
非常重要 不可缺少
RFID等各类 传感设备
1.控制RFID读写设备按照预 定的方式工作，保证不同读 写设备之间能够很好地配合 协调； 2.按照一定的规则筛选过滤 数据，筛除冗余数据，将有 效的数据传送给后台的应用 系统。
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云计算的技术层次
服务接口（服务接口、服务注册、服务查找、服务访问）
云 服 务 集 合 中 的 子 服 务
服务管理中间件（用户管理、资源管理、安全管理、映像管理）
虚拟化资源（计算资源池、网络资源池、存储资源池、数据库资源池）
武汉理工大学物联网工程系
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数据、软件在云端(服务器端)
云计算模式下，用户的所有数据直接存储在云端 ，在需要的时候直接从云端下载使用；用户使用 的软件由服务商统一部署在云端运行，软件维护 由服务商来完成，当个人计算出现故障或崩溃， 也不会影响该用户对其软件的试用，用户只需要 换个PC就可以继续自己的工作，包括文档实时编 辑和协作开发等。
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GPS的定位原理实质上就是测量学的空间测距， 定位利用在平均20200km 高空均匀分布在6个轨道 上的24颗卫星，发射测距信号码和载波用户，通 过接收机接收这些信号，测量卫星至接收机之间 距离，通过一系列方程演算便可知地面点位坐标 。
高可靠性和安全性
自动处理失败节点；最可靠、最安全的数据存储 中心，有全世界最专业的团队管理信息，有全世 界最先进的数据中心保存数据，严格的权限管理 策略；数据有多个副本备份。
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《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
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高性价比 云计算对用户端的硬件设备要求最低，使 用起来也最方便，软件不用购买和升级只 需定制就可以了，而服务器端也可以用价 格低廉的PC组成云，而计算能力却可超过 大型主机，而用户在软硬件维护和升级上 的投入大大减少。
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动态可扩展性
在云计算体系中，可以将服务器实时加入到现有 服务器群中，提高“云”处理能力，如果某计算 节点出现故障，则通过相应策略抛弃掉该节点， 并将其任务交给别的节点，而在节点故障排除后 可实时加入现有集群中。
RFID的主要目的在于将实体对象转换为消息环境 下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功 能。物联网中间件具有数据的搜集、过滤、整合 与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业 后端的应用系统。
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武汉理工大学物联网工程系
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云计算产生的背景
高速互联网技术发展 资源利用率需求 简单与创新需求 其他需求 连接设备、实时数据流、SOA的采用以及搜 索、开放协作、社会网络和移动商务等 web2.0应用
武汉理工大学物联网工程系
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有关GPS工作的几个问题 （1）信号与多通道
• 为了获得位置坐标用户必须从4颗卫星获得信号， 这可以通过两种不同的方法来实现： • 单通道接收机：接顺序接收4颗卫星的信号，用户 大约每5秒钟就可以获得一次定位信息，这种定位 系统成本最低； • 多通道接收机（以5通道为例）：5通道接收机可 以通过4个通道锁住4颗卫星的信号，第5个通道用 于获取低频导航数据。这种方法得到了最高的信 噪比，因为任一给定的卫星信号都将被连续而不 是在1/4 个工作周期内被接收。
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
云计算的发展
SUN公司的黑盒子计划 IBM的蓝云计划 微软 Google 最大的在线零售商亚马逊 虚拟化技术先驱VMware
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武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
物联网中间件的特点 独立于架构
物联网中间件介于RFID读写器与后端应用程序之 间，独立于它们之外，它能够与多个RFID读写器 、多个后端应用程序进行连接，以减轻架构与维 护的复杂性。
数据流
超强的计算和存储能力
用户可以在任何时间、任意地点，采用任何设备 登录云计算系统后就可以进行计算服务；云计算 云端由成千上万台甚至更多服务器组成的集群具 有无限空间、无限速度。
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云计算架构
云计算的体系结构
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5.3 GIS和GPS
武汉理工大学物联网工程系
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全球定位系统GPS
GPS基本原理 GPS 系统是由美国国防部的陆海空三军在70 年代
处理流 物联网中间件通常采用程序逻辑及存储转 发的功能来提供顺序的信息流，具有数据 流设计与管理的能力。
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《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
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物联网中间件的发展
需求导致技术格局多样化 底层中间件持续走稳 高层中间件成为市场新宠 新技术与产品的推出速度放缓 实用化是重要的发展趋势
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5.2 云技术
云计算的定义 云计算是一种全新的网络服务方式，将传 统的以桌面为核心的任务处理转变为以网 络为核心的任务处理，利用互联网实现自 己想要完成的一切处理任务，使网络成为 传递服务、计算力和信息的综合媒介，真 正实现按需计算、多人协作。
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（5）简单数据库服务SimpleDB • 随着简单数据库服务SimpleDB（SDB）的推 出，亚马逊云计算服务平台提供的服务趋 于多样化和全面化。与S3不同的是，SDB主 要用于存储结构化的数据，并为这些数据 提供查找、删除等基本的数据库功能。 • 如果将传统的关系数据库看成一张张表， SDB更像我们平时常接触到的文件夹的树状 结构而不是表结构。 • SDB为了系统的可用性采取了最终一致性数 据模型。
Bigtable子表服务器 处理数据
Bigtable子表服务器 处理数据
Google WorkQueue 负责故障处理及监控
武汉理工大学物联网工程系
GFS 保存子表数据及日志
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Chubby 负责元数据存储及 主服务器的选择
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亚马逊云计算平台AWS （1）存储系统Dynamo
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（4）简单队列服务SQS • 简单队列服务（Simple Queue Service，SQS ）是亚马逊为了解决其云计算平台之间不 同组件的通信而专门设计开发的。
队列 消息1 消息2 消息3
……
联合研制的新型卫星导航系统，英文名称是 “Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System”，意为“卫星测时测距导航全 球定位系统”，简称GPS系统。 该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统， 具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球 性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时 的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标速度 和时间。
下图为面向服务的亚马逊平台基本架构
客户请求
…
请求路由
请求路由
亚马逊S3服务
Dynamo实例
其他数据存储
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（2）弹性计算云EC2 • 亚马逊弹性计算云服务（Elastic Compute Cloud，EC2）是亚马逊提供的云计算环境的 基本平台。 • EC2向用户提供了如下一些非常有价值的特 性：灵活性、低成本、安全性、易用性、 容错性 （3）简单存储服务S3 • S3（Amazon Simple Storage Services）是亚 马逊推出的简单存储服务。S3系统是构架 在Dynamo之上的。
物理资源（服务器集群、网络设备、存储设备、数据库）
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典型的云计算平台 Google云计算平台 （1）MapReduce分布处埋技术 （2）Google文件系统GFS
应用程序 GFS客户端 (chunk句柄，chunk位置) (文件名，chunk索引) GFS主服务器 文件命名空间
地面监控站由均匀分布在美国本土和三大洋的美 军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站 构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监 控、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。 用户接收机通过接收多颗卫星的信号来解算出自 身的位置，以实现定位和导航。
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物联网工程技术 第5章 支撑技术
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第5章 支撑技术
5.1 物联网中间件 5.2 云计算 5.3 GIS与GPS
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云用户端 管理系统 部署工具
服务器集群
服务目录
资源监控
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云计算的服务层次
应用层 软件即服务
平台层
平台即服务
基础设施层
基础设施即服务
虚拟化层
硬件即服务
云计算四层模型
云服务集合中的子服务
武汉理工大学物联网工程系
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云计算的特点 虚拟化技术 现有的云计算平台的最大的特点是利用软 件来实现硬件资源的虚拟化管理、调度及 应用。 灵活定制 在云计算时代，用户可以根据自己的需要 或喜好定制相应的服务、应用及资源，云 计算平台可以按照用户的需求来部署相应 的资源、计算能力、服务及应用。
GPS的组成
GPS由三部分组成：GPS空间部分、地基监控站和 GPS用户接收机部分。 GPS 空间部分由24颗分布在6个等间隔轨道上的卫 星组成，卫星分布可保证全球任何地区任何时刻 都不少于4颗卫星供观测。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
/foo/bar
Chunk 2ef0
GFS数据块服务器 Linux文件系统 标注： 数据信息 控制信息
GFS数据块服务器 Linux文件系统
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（3）分布式结构化的数据表Bigtable
Bigtable客户端 Bigtable主服务器 执行元数据操作 及负载平衡 Bigtable客户端 程序库 执行open() 操作 Bigtable子表服务器 处理数据
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
5.1 物联网中间件
物联网中间件的作用
应用系统
业务系统集成 EAI/BPM
IOT中间件
非常重要 不可缺少
RFID等各类 传感设备
1.控制RFID读写设备按照预 定的方式工作，保证不同读 写设备之间能够很好地配合 协调； 2.按照一定的规则筛选过滤 数据，筛除冗余数据，将有 效的数据传送给后台的应用 系统。
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云计算的技术层次
服务接口（服务接口、服务注册、服务查找、服务访问）
云 服 务 集 合 中 的 子 服 务
服务管理中间件（用户管理、资源管理、安全管理、映像管理）
虚拟化资源（计算资源池、网络资源池、存储资源池、数据库资源池）
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数据、软件在云端(服务器端)
云计算模式下，用户的所有数据直接存储在云端 ，在需要的时候直接从云端下载使用；用户使用 的软件由服务商统一部署在云端运行，软件维护 由服务商来完成，当个人计算出现故障或崩溃， 也不会影响该用户对其软件的试用，用户只需要 换个PC就可以继续自己的工作，包括文档实时编 辑和协作开发等。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
GPS的定位原理实质上就是测量学的空间测距， 定位利用在平均20200km 高空均匀分布在6个轨道 上的24颗卫星，发射测距信号码和载波用户，通 过接收机接收这些信号，测量卫星至接收机之间 距离，通过一系列方程演算便可知地面点位坐标 。
高可靠性和安全性
自动处理失败节点；最可靠、最安全的数据存储 中心，有全世界最专业的团队管理信息，有全世 界最先进的数据中心保存数据，严格的权限管理 策略；数据有多个副本备份。
武汉理工大学物联网工程系
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伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
高性价比 云计算对用户端的硬件设备要求最低，使 用起来也最方便，软件不用购买和升级只 需定制就可以了，而服务器端也可以用价 格低廉的PC组成云，而计算能力却可超过 大型主机，而用户在软硬件维护和升级上 的投入大大减少。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
动态可扩展性
在云计算体系中，可以将服务器实时加入到现有 服务器群中，提高“云”处理能力，如果某计算 节点出现故障，则通过相应策略抛弃掉该节点， 并将其任务交给别的节点，而在节点故障排除后 可实时加入现有集群中。
RFID的主要目的在于将实体对象转换为消息环境 下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功 能。物联网中间件具有数据的搜集、过滤、整合 与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业 后端的应用系统。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
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云计算产生的背景
高速互联网技术发展 资源利用率需求 简单与创新需求 其他需求 连接设备、实时数据流、SOA的采用以及搜 索、开放协作、社会网络和移动商务等 web2.0应用
武汉理工大学物联网工程系
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
有关GPS工作的几个问题 （1）信号与多通道
• 为了获得位置坐标用户必须从4颗卫星获得信号， 这可以通过两种不同的方法来实现： • 单通道接收机：接顺序接收4颗卫星的信号，用户 大约每5秒钟就可以获得一次定位信息，这种定位 系统成本最低； • 多通道接收机（以5通道为例）：5通道接收机可 以通过4个通道锁住4颗卫星的信号，第5个通道用 于获取低频导航数据。这种方法得到了最高的信 噪比，因为任一给定的卫星信号都将被连续而不 是在1/4 个工作周期内被接收。
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
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云计算的发展
SUN公司的黑盒子计划 IBM的蓝云计划 微软 Google 最大的在线零售商亚马逊 虚拟化技术先驱VMware
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物联网中间件的特点 独立于架构
物联网中间件介于RFID读写器与后端应用程序之 间，独立于它们之外，它能够与多个RFID读写器 、多个后端应用程序进行连接，以减轻架构与维 护的复杂性。
数据流
超强的计算和存储能力
用户可以在任何时间、任意地点，采用任何设备 登录云计算系统后就可以进行计算服务；云计算 云端由成千上万台甚至更多服务器组成的集群具 有无限空间、无限速度。
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
云计算架构
云计算的体系结构
武汉理工大学物联网工程系 《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》 伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
5.3 GIS和GPS
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
全球定位系统GPS
GPS基本原理 GPS 系统是由美国国防部的陆海空三军在70 年代
处理流 物联网中间件通常采用程序逻辑及存储转 发的功能来提供顺序的信息流，具有数据 流设计与管理的能力。
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
物联网中间件的发展
需求导致技术格局多样化 底层中间件持续走稳 高层中间件成为市场新宠 新技术与产品的推出速度放缓 实用化是重要的发展趋势
武汉理工大学物联网工程系
《物联网工程技术(清华大学出版社2011.8)》
伍新华 陆丽萍 姚寒冰 程煜
5.2 云技术
云计算的定义 云计算是一种全新的网络服务方式，将传 统的以桌面为核心的任务处理转变为以网 络为核心的任务处理，利用互联网实现自 己想要完成的一切处理任务，使网络成为 传递服务、计算力和信息的综合媒介，真 正实现按需计算、多人协作。