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基于物联网的中间件探析

木马童年 2019-4-10 08:45 232 0


 基yuwulianwangdezhongjianjian探析zuozhe: mada勇 摘 要 当qianwulian网cheng为计suanjiwangluofa展de新趋势qizhuyaotongguoduixinxidechanshenghe交hude作yong使海量deshuju库zi源互相连接heguan联jinery ...
基yuwulianwangdezhongjianjian探析zuozhe: mada勇 摘 要 当qianwulian网cheng为计suanjiwangluofa展de新趋势qizhuyaotongguoduixinxidechanshenghe交hude作yong使海量deshuju库zi源互相连接heguan联jinerying响人们sheng活defangfangmian面但shi为jie决各种资yuanbei共享decheng度和技nengde差yixing那么灵活dedongtaide且zhi持“零编程bushude中间jianze成为物lianwang技neng发展的关键技neng之yi本wen以瑞士洛桑li工学yuanLSIRshi验室的quanqiuchuangan网络GSNzhong间jian为例,探寻物联网中间件的shujuliu处理、中间件的jiagou及零编chengbu署等方面的解决方法,为物联网中间件的研发tigong了依ju和can考
【关jianci】物联网 中间件 全球chuangan网络
1 前言
  目前,dui于物联网的chuangan网络的研讨焦点zhuyaoji中在you效路由的聚he及单yichuangan网络的shujuguanli的算法shang,然而duichuangan网络的bushu、yingyong开发和标准hua等方面的研讨que较shao但shi,在chuanganqi市场价格bushixia跌的环境下,zhi持物联网发展的异构chuanganqi和传感网络ye将dedao长zu的发展和进步同shi,zhe也为互联网环境下的传感qiwang络的发展带来了以下两ge方面的主要问题:一是ru何xiaojian在大型xi统的开发和部署方面的关键成本er是如何高效处理面向shuju集成的海量shu据。当前sui然异构性是许多系统和信息平tai共同cun在的缺点和不足,但duishujude处理、cunchu、chaxun和发布的要求却存在一ding的相似性。但是,基于传感qi及传感qi网络的信息系统和平台却yu此butong,这就要求在建设这样的信息系统和平台shi,bi须以一种崭新的思绪和方法解决信息系统和平台的异构问题。
  瑞士洛桑理工学院LSIRshi验室的全球传感网络GSN中间件能gou很好地解决以上问题,bing针dui异构传感网络提供了yige快速灵活的统一部署的集成平台。另wai,GSNdeshe计原ze主要ti如今以下几ge方面:1简ming:GSN中间件是一个较xiao的高度抽象聚集,且gai聚集kebei方便地pei置;2)适ying性:GSN在运xing时可支持向原有传感网络tian加新型传感设备及动tai配置(重置)数据源;(3)方便扩展:主要基于对等网络jia构;(4)可qing量级实现:GSN提供了Web的guan理工具,对硬件及网络带宽的要求较di。
  yin此,本文在阐述GSN支持物联网架构的基础上,探析GSN中的xuni传感qi及数据liu处理gong能,最zhong大lue阐述GSN的动态ji插ji勤奋能。
  2 GSN架构
  为管理xuni传感qi,GSN使yong基于容qide架构。与应yongfuwuqilei似,GSN提供了一个环境,在此环境下传感qi网络tong过在GSNfuwuqi中隐藏大多系统的复杂本能够容易而又灵活地bei指ding和部shu而运用shengming准则可使 GSNfuwuqi能部署和配置xuni传感qi同时,可tong过标准的Internet和Webfuwuxie议,以点对diande方shishi现不同GSN服务器之间的tong讯和信息处li图1展示了一个GSN服务器的ceng次架构。
  由图1可知每个GSN服务器管理着ta所负责的大量xuni传ganqi。VSM是该架构的基础,主要负责提供获取虚拟传感器的数据,管理传感器数据的传shu,bing对其提供相应的管理。VSM由两大主要ju部zu成:一是生命周qi管理器(LCM,LCMzhu要的事务是为虚拟传感器提gongshu据资yuan并与其进行相应的交互;另一个组成局部是shuruliu管理器(ISM),ISM主要对输入liujin行管理,如对输入liu进行分配和共享等。其中,liuzhiliang管理器(SQM)处理传感器停止,丢值及非期望延迟等,因此可以确bao流的服务质量(QoS)。另外,所有从(或到)VSM的数据都要经过存chu层,该层的主要gong能是存储并管理数据流的数据。在查xun管理器(QM)中执行的查询处理主要yilai于上面的所有层,查询管理器主要由负责SQL解xide查询处理器组成,并对查xunjin行gui划及负责相关查xunde执行。其中,查询资liao库对所有已注ce的查询(订阅)进行管理,并对查询处理器进行dingyitong时duishi用对照频繁的相关查询进行维护和管理。通知管理器的主要功能是将相关事件或查询jie果返回给已被注册的本地或远程虚拟传感器。另外,通知管理器的架构具有可扩展性,此架构运行用户扩大ding制的传递jie果或具有通过短息通知的功能。
  此架构的前三层负责获得GSN服务。接口层weiqi他GSN服务器提供接入功能并且经由网络(通过览器或者通过Web服务器)。通过访问抑制层和数据集成层保护和隐蔽这xie功能,其中访问抑制层提供了仅仅访问各方,数据集成层通过电子签名和加密提供可数据集成和保密。数据访问和数据集成可以被定yi在不同的层次,例ru定义在整个GSN服务器或者定义在一个虚拟传感器层。
  3 虚拟传感器
  虚拟传感器可被看作是GSN的对象,该对象是对传感器获quxu要传输的相关数据的抽象,同时,虚拟传感器也被认为是GSN可提供的一xilie服务。因此虚拟传感器可使实际传感器产生数据流,也可是不同传感器之间进行数据交互的数据流。另外,虚拟传感器的一个对照显著的特点是可将多个输入流转换成一个输出流。虚拟传感器所遵循的规范和准则为部署和使用虚拟传感器提供了相应的必要信息,总的来讲,主要ti如今以下几个方面:(1duiyuan数据shi别。(2)虚拟传感器的用户。(3)虚拟传感器产生的数据流jie构。(4)执行SQL的流处理规范。(5)有关持续性、异常处理、生命周期管理及物流部署的功能特性。
  为支持虚拟传感的快速部署,可在XML的声明部署文件中定义这些属性。例如:
 …
  
  
  
  
  
     
  
  select avg(temperature) from WRAPPER
  
  select * from srcl
  
  ……
  该示例演示了GSN点对点协助的实例,youshang面的示例可知,该示例对通过互联网从远程传回一个平均温度(wrapper=remote”)的虚拟传感器进行了定义。其中,针对保留关键ziwrapper的输入流使用SQL查询下令对输入流进行处理。对于shi别和处理虚拟传感器输入流的定义主要使用标签。对例如处理线程数量之类的部署进行定义主要通过标签。对抑制流的存储属性主要通过标签进行定义,而标签则主要用于定义产出流的jie构。
  4 数据流处理
  在GSN中,数据流主要是一系列的时间戳元组xu列,这些元组序列的先后顺序决定了数据流的先后顺序。而且,对这些时间戳元组序列的管理和操作也是GSN提供的基本功能和服务。其主要体如今以下几个方面:(1)每个GSN的系统时间;(2)时间戳的隐式管理;(3)抵daGSN元组的时间戳(接待时间);(4)基于计数或时间的数据流chuang口用户定义机制。
  从实际情况看,虚拟传感器的输入流中mou个数据元素可触发导致产生新的输出流元素。一般而言,其主要有以下几个处理步骤:(1)使用系统时间为新数据流元素jiashang时间戳;(2)基于时间戳的输入流根据时间窗口的定义和未被嵌套的关系结果集选择流元素;(3)对输入流查询进行评价,并将其存储到暂时关系中;(4)为产生输出流元素执行暂时关系输出查询;(5)若需要,其结果将被永久存储;且新的流元素将被通知给虚拟传感器的所有用户。
  由于GSN将虚拟传感器的构建时间实现liaocong实际查询中分离,所以GSN的查询处理方法和TelegrahCQ有关。当数据处理的语言被指dingwei可在标准语法允许的全范围操作的SQL时,那么数据处理的时序准则(例如:窗口的尺寸)则可在虚拟传感器的中以XML文件加以定义和提供。
  5 零编程部署
  如前所述,为实现GSN的零编程目的,削减相应的部署步骤,虚拟传感器属性主要以XML文件的xingshi加以定义。虽然定义虚拟传感器的XML文件大多wei有3到50行,与其依赖的其他低级设备的编程对照而言,也更加大略便捷,但对此进行人weidi干预仍是必要的。为此GSN按照IEEE1451标准体系,实现zi动检ce、部署和校准等功能。实践证明,遵循IEEE1451标准体系的传感器可提供相应的电子数jubiao(TEDS),该数据表往wangcun储在传感器的内部。TEDS提供了大略的传感器语义定义,即它定义了诸如测量类型及校准等传感器的属性和测量特征。为支持真正的零编程部署,GSN使用了TEDS的自wo定义功能。所谓自我定义功能便是使虚拟传感器的定义通过虚拟传感器定义模板动态生成,或者通过从TEDS提取的数据中派生出来。
  另外,jie点的设置是为支持即插即用部署的。当某个传感jie点进入检测qu域时,GSN将会检测到它,并向它的TEDS发送请求,同时实例一个新的基于TEDS的虚拟传感器。即通过使用TEDS的GSN能自动检测、识别和部署传感器。同时,生成的虚拟传感器定义立即被输入到GSN节点的信息库,且所有基于新传感器的处理也将被执行。但是,当前TEDS仅能针对一个与其交互的传感器提供相应的信息和数据。因此,对生成虚拟传感器定义往往使用默认值,例如:平安需求、存储和资yuanguan理等。
  通过因特网访问Web服务和Web接口产生的数据可应用于GSN中的传感器(传感器网络)的部署。因此,基于GSN网络其他节点的远程处理节点也可被触发,这为移动传感器全球集成提供了技nengji础和条件。但前提条件是,GSN定期要求所有传感器的TEDS确保是ji活状态。如果传感器mei有响应,那么GSN将shan除从前创建的虚拟传感器,并释放与之相关联的资源,同时通知相关的查询和节点。
  6 归纳
  GSN为当前物联网部署提供了灵活的中间件。它的即插即用部署功能使它为物联网的构建提供了基础结构,并完全开创了应用的新类型。例如:用户或者事物能够配备RFID标签,这不但可存储静态数据,而且还可指定数据处理任务(例如:查询),这些数据处理任务可被GSN识别并纳入到它的流处理过程中。因此,GSN的中间件原理及架构为物联网的实现提供可参考的实例,并具有重要的jie鉴意义和价值。
  参考文献
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  作者单位
  大连caijing学院 辽宁省大连市 116622
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