學習任務環(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：學習任務面向服務架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與查詢

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用的計算機軟件，它包括一組服務，以便于運行在一臺或多臺機器上的多個軟件通過網(wǎng)絡進行交互。該技術所提供的互操作性，推動了一致分布式體系架構(gòu)的演進。該架構(gòu)通常用于支持分布式應用程序并簡化其復雜度，它包括web服務器、事務監(jiān)控器和消息隊列軟件。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)絡和數(shù)據(jù)庫之上，應用軟件的下層。簡單地講，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，中間件位于客戶機服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡通信。

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算資源和網(wǎng)絡通信，為各類分布式應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用軟件提供運行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復雜的應用軟件。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，以實現(xiàn)多個系統(tǒng)和多種技術之間的資源共享，最終組成一個服務系統(tǒng)。

7.1.3中間件的分類①企業(yè)服務總線（EnterpriseServiceBus）②事務處理（TransactionProcessing）監(jiān)控器③分布式計算環(huán)境（DistributedComputingEnvironment）④遠程過程調(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)中間件的設計目前，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標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用中間件所提供一組通用的應用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲RFID標簽數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應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，應用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護復雜性問題。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)中的關聯(lián)關系體現(xiàn)為：芯片設計制造→嵌入式系統(tǒng)軟件→嵌入式電子設備開發(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)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制應用軟件組成，共同實現(xiàn)諸如實時控制、監(jiān)視、管理、移動計算、數(shù)據(jù)處理等各種自動化處理任務。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：一類是從運行在個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)另一類是實時操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks，ISI的pSOS，QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX，ATI的Nucleus，中國科學院凱思集團的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)和實現(xiàn)上都針對所面向的應用領域，對實時性高可靠性等進行了精巧的設計，而且提供了獨立而完備的系統(tǒng)開發(fā)和測試工具，較多地應用在軍用產(chǎn)品和工業(yè)控制等領域中。

7.2.2嵌入式軟件的應用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)視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置”，一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。7.2.2嵌入式軟件的應用而嵌入式軟件就是基于嵌入式系統(tǒng)設計的軟件，它也是計算機軟件的一種，同樣由程序及其文檔組成，可細分成系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應用軟件三類，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。

7.2.2嵌入式軟件的應用2.應用我們常見的移動電話、掌上電腦、數(shù)碼相機、機頂盒、MP3等都是用嵌入式軟件技術對傳統(tǒng)產(chǎn)品進行智能化改造的結(jié)果。嵌入式軟件在中國的定位應該集中在國防工業(yè)和工業(yè)控制、消費電子、通信產(chǎn)業(yè)。首先一個市場是數(shù)字電視市場。第二個市場是移動通信市場。第三個市場是掌上電腦（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，負責嵌入系統(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，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)庫技術已得到廣泛的應用，隨著移動通信技術的進步，人們對移動數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求，嵌入式數(shù)據(jù)庫技術已經(jīng)得到了學術、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．嵌入式應用軟件嵌入式應用軟件是針對特定應用領域，基于某一固定的硬件平臺，用來達到用戶預期目標的計算機軟件。由于用戶任務可能有時間和精度上的要求，因此有些嵌入式應用軟件需要特定嵌入式操作系統(tǒng)的支持。嵌入式應用軟件和普通應用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際應用的需要，而且還要盡可能地進行優(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：“以應用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格綜合性要求的專用計算機系統(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)技術只聯(lián)接了5%左右的計算裝置，大量的嵌入式設備急需網(wǎng)絡連接來提升其服務能力和應用價值。同時，以人為中心的普適計算技術正推動新一輪的信息技術的革命。計算無所不在，嵌入式設備將以各種形態(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?；ヂ?lián)網(wǎng)的"深度"聯(lián)網(wǎng)和普適計算"縱向"普及所帶來的計算挑戰(zhàn)，將推動嵌入式軟件技術向"縱深"發(fā)展，催生了新型嵌入式軟件技術。

7.3.1傳感器節(jié)點微型操作系統(tǒng)（1）節(jié)點操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)是傳感器節(jié)點軟件系統(tǒng)的核心，為適應傳感器網(wǎng)絡的特殊環(huán)境，節(jié)點操作系統(tǒng)與其它使用在計算機或服務器上的操作系統(tǒng)有極大的區(qū)別。

節(jié)點操作系統(tǒng)VS其他操作系統(tǒng)

7.3.1傳感器節(jié)點微型操作系統(tǒng)由上圖可清楚地看出，節(jié)點操作系統(tǒng)是極其微型化的。節(jié)點操作系統(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)點操作系統(tǒng)發(fā)展史

7.3.1傳感器節(jié)點微型操作系統(tǒng)（2）TinyOSTinyOS由加州伯克萊分校開發(fā),是目前無線傳感網(wǎng)絡研究領域使用最為廣泛的節(jié)點操作系統(tǒng)。TinyOS使用的開發(fā)語言是：nesCnesC語言是專門為資源極其受限、硬件平臺多樣化的傳感節(jié)點設計的開發(fā)語言，使用nesC編寫的應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)點微型操作系統(tǒng)常用微型節(jié)點操作系統(tǒng)對比

7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)1.WinPEWindows預先安裝環(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現(xiàn)與NT以及XP操作系統(tǒng)二進制下的應用程序和驅(qū)動設備的完全兼容。簡單地說，ReactOS目標就是用您的硬件設備去運行您的應用程序。任何人都可以免費使用的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.實驗室中的操作系統(tǒng)

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

7.4面向服務架構(gòu)面向服務的體系結(jié)構(gòu)（service-orientedarchitecture，SOA）是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務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行定義的，它應該獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺、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)中的服務可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。7.4.1面向服務架構(gòu)簡介在SOA架構(gòu)風格中，服務是最核心的抽象手段，業(yè)務被劃分(組件化)為一系列粗粒度的業(yè)務服務和業(yè)務流程。業(yè)務服務相對獨立、自包含、可重用，由一個或者多個分布的系統(tǒng)所實現(xiàn)，而業(yè)務流程由服務組裝而來。一個"服務"定義了一個與業(yè)務功能或業(yè)務數(shù)據(jù)相關的接口，以及約束這個接口的契約，如服務質(zhì)量要求、業(yè)務規(guī)則、安全性要求、法律法規(guī)的遵循、關鍵業(yè)績指標(KeyPerformanceIndicator，KPI)等。

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

7.4.1面向服務架構(gòu)簡介SOA架構(gòu)帶來的另一個重要觀點是業(yè)務驅(qū)動IT。以粗粒度的業(yè)務服務為基礎來對業(yè)務建模，會產(chǎn)生更加簡潔的業(yè)務和系統(tǒng)視圖;以服務為基礎來實現(xiàn)的IT系統(tǒng)更靈活、更易于重用、更好(也更快)地應對變化;以服務為基礎，通過顯式地定義、描述、實現(xiàn)和管理業(yè)務層次的粗粒度服務(包括業(yè)務流程)，提供了業(yè)務模型和相關IT實現(xiàn)之間更好的"可追溯性"，使得業(yè)務的變化更容易傳遞到IT。

7.4.1面向服務架構(gòu)簡介SOA的主要優(yōu)點：IT能夠更好更快地提供業(yè)務價值(BusinessCentric)、快速應變能力(Flexibility)、重用(Reusability)。

7.4.2面向服務架構(gòu)的特征

一般認為SOA具有以下五個特征：

1、可重用

2、松耦合

3、明確定義的接口

4、無狀態(tài)的服務設計5、基于開放標準：

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

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

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

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

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

發(fā)現(xiàn)：服務請求者定位服務．方法是查詢服務注冊中心來找到滿足其標準的服務。

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

7.4.3元素

面向服務的體系結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件包括：

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

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

7.4.5利用價值對于面向同步和異步應用的，基于請求/響應模式的分布式計算來說，SOA是一場革命。一個應用程序的業(yè)務邏輯（businesslogic）或某些單獨的功能被模塊化并作為服務呈現(xiàn)給消費者或客戶端。這些服務的關鍵是他們的松耦合特性。7.4.5利用價值例如，服務的接口和實現(xiàn)相獨立。應用開發(fā)人員或者系統(tǒng)集成者可以通過組合一個或多個服務來構(gòu)建應用，而無須理解服務的底層實現(xiàn)。舉例來說，一個服務可以用.NET或J2EE來實現(xiàn)，而使用該服務的應用程序可以在不同的平臺之上，使用的語言也可以不同。7.5物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與查詢計算機網(wǎng)絡的飛速發(fā)展導致全球信息總量迅猛增長，據(jù)統(tǒng)計2010年全球產(chǎn)生的達到1.2ZB（12億TB），世界進入ZB時代。IDC預測全球數(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)存儲與查詢由于物聯(lián)網(wǎng)中的對象積極參與業(yè)務流程的需求、高強度計算需求和數(shù)據(jù)的持續(xù)在線可獲取的特性，導致了網(wǎng)絡化存儲和大型數(shù)據(jù)中心的誕生。物聯(lián)網(wǎng)對海量信息存儲的需求促進了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡存儲技術、海量數(shù)據(jù)查詢技術以及面向物聯(lián)網(wǎng)的關系型數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡存儲技術（NetworkStorageTechnologies）是基于數(shù)據(jù)存儲的一種通用網(wǎng)絡術語。網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)大致分為三種：直連式存儲（DAS：DirectAttachedStorage）、網(wǎng)絡存儲設備（NAS：NetworkAttachedStorage）存儲網(wǎng)絡（SAN：StorageAreaNetwork）。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡存儲技術分類7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)1.直連式存儲（DAS）（1）直連式存儲（DAS）簡介DAS英文全稱是DirectAttachedStorage。中文翻譯成“直接附加存儲”。在這種方式中，存儲設備是通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接到服務器的。輸入/輸入）請求直接發(fā)送到存儲設備。它依賴于服務器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲操作系統(tǒng)。這是一種直接與主機系統(tǒng)相連接的存儲設備，DAS是計算機系統(tǒng)中最常用的數(shù)據(jù)存儲方法。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)DAS的適用環(huán)境為：①存儲系統(tǒng)必須被直接連接到應用服務器上時；②包括許多數(shù)據(jù)庫應用和應用服務器在內(nèi)的應用，它們需要直接連接到存儲器上，群件應用和一些郵件服務也包括在內(nèi)。直連式存儲（DAS）

7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)（2）磁盤陣列（RAID）磁盤陣列簡稱RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks，RAID），有“價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)分散排列的設計，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)絡存儲體系結(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，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的加成效果來提升整個磁盤系統(tǒng)的效能。同時，在存儲數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上。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，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時，將故障硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后重新置入新硬盤中。

7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)磁盤陣列的主流結(jié)構(gòu)是作為獨立系統(tǒng)在主機外直連或通過網(wǎng)絡與主機相連。磁盤陣列有多個端口可以被不同主機或不同端口連接。主機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)絡存儲體系結(jié)構(gòu)（3）磁盤陣列的優(yōu)點RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）。使用RAID可以達到單個磁盤驅(qū)動器幾倍、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/恢復的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)（4）磁盤陣列常用的等級磁盤陣列（DiskArray）是由一個硬盤控制器來控制多個硬盤的相互連接，使多個硬盤的讀寫同步，減少錯誤，增加效率和可靠度的技術。常用的等級有1、3、5級等。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)①RAIDLevel0RAIDLevel0是DataStriping（數(shù)據(jù)分割）技術的實現(xiàn)，它將所有硬盤構(gòu)成一個磁盤陣列，可以同時對多個硬盤做讀寫動作，但是不具備備份及容錯能力，它價格便宜，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)丟失的危險采用這項技術。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)②RAIDLevel1RAIDLevel1使用的是DiskMirror（磁盤映射）技術，就是把一個硬盤的內(nèi)容同步備份復制到另一個硬盤里，所以具備了備份和容錯能力，這樣使用效率不高，但是可靠性高。

RAIDLevel1磁盤映射技術7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)③RAIDLevel3RAIDLevel3采用Byte－interleaving（數(shù)據(jù)交錯存儲）技術，硬盤在SCSI控制卡下同時動作，并將用于奇偶校驗的數(shù)據(jù)存儲到特定硬盤機中，它具備了容錯能力，它的可靠度較佳。④RAIDLevel5

RAIDLevel5使用的是DiskStriping（硬盤分割）技術，與Level3的不同之處在于它把奇偶校驗數(shù)據(jù)存放到各個硬盤里，各個硬盤在SCSI控制卡的控制下平行動作，有容錯能力，跟Level3一樣，它的使用效率也是安裝幾個再減掉一個。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(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的硬盤，在有一個硬盤壞掉的情況下，服務器可以不用關機，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，會自動鳴叫提示管理員更換硬盤。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)2.網(wǎng)絡附加存儲（NAS）NAS是英文“NetworkAttachedStorage”的縮寫，中文意思是“網(wǎng)絡附加存儲”。就是連接在網(wǎng)絡上，具備資料存儲功能的裝置，因此也稱為“網(wǎng)絡存儲器”或者“網(wǎng)絡磁盤陣列”。在NAS存儲結(jié)構(gòu)中，存儲系統(tǒng)不再通過I/O總線附屬于某個特定的服務器或客戶機，而是直接通過網(wǎng)絡接口與網(wǎng)絡直接相連，由用戶通過網(wǎng)絡訪問。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡文件存儲及文件備份設備，它是基于LAN（局域網(wǎng)）的，按照TCP/IP協(xié)議進行通信，以文件的I/O（輸入/輸出）方式進行數(shù)據(jù)傳輸。在LAN環(huán)境下，NAS已經(jīng)完全可以實現(xiàn)異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)級共享，比如NT、UNIX等平臺的共享。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)一個NAS系統(tǒng)包括處理器，文件服務管理模塊和多個硬盤驅(qū)動器（用于數(shù)據(jù)的存儲）。NAS可以應用在任何的網(wǎng)絡環(huán)境當中。主服務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)絡附加存儲（NAS）

7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)3.存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）

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

7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)(2)存儲區(qū)域網(wǎng)絡的適用范圍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、邏輯上又彼此獨立的數(shù)據(jù)管理特點的企業(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)存儲性能要求高的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是電視臺、交通部門和測繪部門。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)③在系統(tǒng)級方面具有很強的容量（動態(tài)）可擴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特性的企業(yè)，典型行業(yè)用戶是圖書館、博物館、稅務和石油。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)4.三種網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)的比較從具體功能上講，三種網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)分別適用于不同的應用環(huán)境：(1)直接附加存儲(Direct-AttachedStorage,DAS)是將存儲系統(tǒng)通過纜線直接與服務器或工作站相連,一般包括多個硬盤驅(qū)動器，與主機總線適配器通過電纜或光纖,在存儲設備和主機總線適配器之間不存在其他網(wǎng)絡設備,實現(xiàn)了計算機內(nèi)存儲到存儲子系統(tǒng)的跨越。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)（2）網(wǎng)絡附加存儲(NetworkAttachedStorage,NAS)是文件級的計算機數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，計算機連接到一個僅為其它設備提供基于文件級數(shù)據(jù)存儲服務的網(wǎng)絡。（3）存儲區(qū)域網(wǎng)絡

(StorageAreaNetwork,SAN)是通過網(wǎng)絡方式連接存儲設備和應用服務器的存儲架構(gòu)，由服務器、存儲設備和SAN連接設備組成。SAN的特點是存儲共享并支持服務器從SAN直接啟動。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)NAS與DAS的區(qū)別DAS是一種對已有服務器的簡單擴展，并沒有真正實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)。NAS則是將網(wǎng)絡作為存儲實體，更容易實現(xiàn)文件級別的共享。NAS性能上比DAS有所增強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SAN和NAS相比不具有資源共享的特征。7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡存儲結(jié)構(gòu)的比較

7.5.1網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構(gòu)SAN和NAS并不是相互沖突的，是可以共存于一個系統(tǒng)網(wǎng)絡中的，但NAS通過一個公共的接口實現(xiàn)空間的管理和資源共享，SAN僅僅是為服務器存儲數(shù)據(jù)提供一個專門的快速后方通道，在空間的利用上，SAN是只能獨享的數(shù)據(jù)存儲池，NAS是共享與獨享兼顧的數(shù)據(jù)存儲池。因此，NAS與SAN的關系也可以表述為：NAS是Network-attached（網(wǎng)絡外掛式），而SAN是Channel-attached（通道外掛式）。7.5.2海量數(shù)據(jù)存儲及查詢現(xiàn)在的網(wǎng)絡世界是海量數(shù)據(jù)的時代，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲將使用數(shù)據(jù)中心的模式。數(shù)據(jù)中心是一整套復雜的設施。它不僅僅包括計算機系統(tǒng)和其它與之配套的設備（例如通信和存儲系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設備、監(jiān)控設備以及各種安全裝置。在本節(jié)案例中以一個典型數(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，類似人類和其它動物對復雜問題的綜合處理。數(shù)據(jù)融合技術最早用于軍事，目前，工業(yè)控制、機器人、空中交通管制、海洋監(jiān)視和管理等領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)融合技術將成為其數(shù)據(jù)處理等相關技術開發(fā)所要關心的重要問題之一。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)融合技術是指利用計算機對按時序獲得的若干觀測信息，在一定準則下加以自動分析、綜合，以完成所需的決策和評估任務而進行的信息處理技術。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;2）數(shù)據(jù)相關;3）數(shù)據(jù)識別，即估計目標的類別和類型;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)融合的關鍵問題1.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合所要解決的關鍵問題①數(shù)據(jù)融合節(jié)點的選擇。②數(shù)據(jù)融合時機。③數(shù)據(jù)融合算法。2.物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術要求①穩(wěn)定性;②數(shù)據(jù)關聯(lián);③能量約束;④協(xié)議的可擴展性。

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)點信息的協(xié)調(diào)優(yōu)化，數(shù)據(jù)融合技術可以有效地減少整個網(wǎng)絡中不必要的通信開銷，提高數(shù)據(jù)的準確度和收集效率。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)融合主要關注一下五點:1）多個不同類型的源節(jié)點(如有源或無源的傳感器）采集觀測目標的數(shù)據(jù)；2）對源節(jié)點的輸出數(shù)據(jù)（離散的或連續(xù)的時間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個直接的屬性說明）進行特征提取，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）對特征矢量進行模式識別處理（例如：匯聚算法、自適應神經(jīng)網(wǎng)絡或其它能將特征矢量變換成目標屬性判決的統(tǒng)計模式識別法等）完成各傳感器關于目標的說明；4）將各源節(jié)點關于目標的說明數(shù)據(jù)按同一目標進行分組，即關聯(lián)；5）利用融合算法將每一目標各源節(jié)點數(shù)據(jù)進行合成，得到該目標的一致性解釋與描述。7.6.4傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合技術1.數(shù)據(jù)融合技術的產(chǎn)生背景數(shù)據(jù)融合技術的產(chǎn)生背景來自于數(shù)據(jù)融合的幾個重要作用:（1）節(jié)省能量（2）獲取更準確的信息

（3）提高數(shù)據(jù)收集效率7.6.4傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合技術2.數(shù)據(jù)融合結(jié)合網(wǎng)絡的各個協(xié)議層來進行

在應用層，可通過分布式數(shù)據(jù)庫技術，對采集的數(shù)據(jù)進行初步篩選，達到融合效果；在網(wǎng)絡層，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MAC層的發(fā)送沖突和頭部開銷，達到節(jié)省能量目的的同時，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)點的部署目前，傳感網(wǎng)感知節(jié)點的部署方式一般有3種類型，最常用的拓撲結(jié)構(gòu)是并行拓撲。在這種部署方式中，各種類型的感知節(jié)點同時工作。另一種類型是串行拓撲，在這種結(jié)構(gòu)中，感知節(jié)點檢測數(shù)據(jù)信息具有暫時性。SAR(SyntheticApertureRadar)圖像就屬于此結(jié)構(gòu)。還有一種類型是混合拓撲，即樹狀拓撲。7.6.5數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)2.數(shù)據(jù)融合的層次劃分數(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，通常按照節(jié)點處理層次、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)層上進行的融合，在各種傳感器的原始測報未經(jīng)預處理之前就進行數(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行圖像處理來確認目標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行特征提取(特征可以是目標的邊緣、方向、速度等)，然后對特征信息進行綜合分析和處理。特征層融合的優(yōu)點在于實現(xiàn)了可觀的信息壓縮，有利于實時處理，并且由于所提取的特征直接與決策分析有關，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:一類是目標狀態(tài)融合;另一類是目標特性融合。

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目標，每個傳感器在本地完成基本的處理，其中包括預處理、特征抽取、識別或判決，以建立對所觀察目標的初步結(jié)論。然后通過關聯(lián)處理進行決策層融合判決，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)關系的復雜性，以及要求數(shù)據(jù)處理的實時性、準確性和可靠性，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)融合技術應運而生。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)關系的復雜性，以及要求數(shù)據(jù)處理的實時性、準確性和可靠性，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)融合技術應運而生。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：一是隨機類方法，包括加權平均法、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計法、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)絡等。不同的方法適用于不同的應用背景。神經(jīng)網(wǎng)絡和人工智能等新概念、新技術在數(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：充分利用不同時間與空間的多傳感器數(shù)據(jù)資源，采用計算機技術對按時間序列獲得的多傳感器觀測數(shù)據(jù)，在一定準則下進行分析、綜合、支配和使用，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，進而實現(xiàn)相應的決策和估計，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個不同類型的傳感器（有源或無源的）收集觀測目標的數(shù)據(jù)；（2）對傳感器的輸出數(shù)據(jù)（離散的或連續(xù)的時間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個直接的屬性說明）進行特征提取的變換，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進行模式識別處理（如，聚類算法、自適應神經(jīng)網(wǎng)絡或其他能將特征矢量Yi變換成目標屬性判決的統(tǒng)計模式識別法等）完成各傳感器關于目標的說明；（4）將各傳感器關于目標的說明數(shù)據(jù)按同一目標進行分組，即關聯(lián)；（5）利用融合算法將每一目標各傳感器數(shù)據(jù)進行合成，得到該目標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和人工智能兩大類：隨機類方法有加權平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計法、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、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.應用領域（1）軍事應用（2）復雜工業(yè)過程控制（3）機器人（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)點鏈的路由協(xié)議。從網(wǎng)絡層來看，數(shù)據(jù)融合通常和路由的方式有關，例如以