物联网导论-数据库与物联网

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数据库与物联网2数据库的起源与发展物联网数据的特点物联网与数据库数据库与物联网一.数据库的起源和发展数据库的起源和发展新兴数据库关系数据库早期的数据库系统早期的数据库系统数据库起源于20世纪60年代，代表数据库主要有IBM的SABRE、IMS，Cullinet的IDMS等。 SABRE全称Semi-AutomatedBusinessResearchEnvironment，即半自动商用研究环境。SABRE的起源美国航空公司乘客需求IBM公司早期的数据库系统数据的存储结构依赖于数据的类型由于数据都存储在磁带上，支持“查找”操作得付出相当大的代价312“导航式数据库”的特点数据通过指针相互串联起来，为了访问到想要的数据，可能需要遍历整个数据库数据库的起源和发展新兴数据库关系数据库早期的数据库系统关系数据库关系数据库（Relationaldatabase），是创建在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。关系数据库“关系数据库之父”理论基础1970年刊物《CommunicationoftheACM》论文“ARelationalModelofDataforLargeSharedDatabanks”（大型共享数据库的关系模型）1974-1977年给给数据库的历历史留下了极极为浓墨重彩彩的一笔。在此期间，加加州大学伯克克利分校开发发的Ingres和IBM开发的SystemR,引领领了关系数据据库数十年的的发展。关系数据库SybaseOracleSQLServerIBM的DB2IngresSystemR关系数据库关系数据库的的特点以面向系统的的观点组织数数据数据具有共享享性关系数据库允允许多个用户户同时访问4123数据库的起源源和发展新兴数据库关系数据库早期的数据库库系统新兴数据库关系数据库银行交易信息管理订单处理票务预定新兴数据库计算机辅助设设计（CAD）计算机辅助制制造（CAM）地理信息系统统（GIS））动态网页新的挑战新兴数据库缺乏对真实世世界实体的描描述缺乏对复杂查查询的有效处处理缺乏对Web应用的有效效支持关系数据库的缺点新兴数据库“NoSQL”数据库不要求数据库库具有确定的的表模式通过避免连线线操作提升数数据库性能它针对非关系系型、分布式式的数据存储储新兴数据库补充不可替代“NoSQL”数据库关系数据库“NoSQL”数据库和和关系数据库库的关系20数据库的起源源与发展物联网数据的特点物联网与数据库数据库与物联网二.物联网数据的的特点物联网数据的的处理数据存储数据查询数据融合物联网数据的的存储传感器所产生生的数据可以以存储在传感器器的内部发发送回网络的的网关集中式存储分布式存储物联网数据的的存储—分布布式汇聚点查询查询结果原始数据中缝节点存储节点节点——传感感器实心—存储空心—只传递递不不存储数据汇聚点点Sink数据的传输输方向传回：白色箭箭头分发：橙色箭箭头汇聚点查询查询结果原始数据节点——传传感器不存在存储节节点数据汇聚点点Sink数据的传输输方向传回——白箭箭头物联网数据的的存储—集中中式分布式VS集中式优点：1.数据存储储在节点上，，减少不必要要的数据传输输缺点：1.不利于长长时间的任务务2.传感器故故障时，内存存中数据全部部丢失3.通信开销销大4.存在“热热点”问题优点：1.数据能永永久保存，不不存在历史数数据的丢失2.查询请求求X网网络缺点：1.数据不完完整2.传感器能能量损耗大物联网数据的的查询方式快照3快快照1快快照2基基态快照查询连询查续物联网数据的的查询案例公交车综合信息处理平台弯道互联网用户1用户2站牌站牌RFID标签签RFID标签签一种基于物联联网的公交车车信息查询系系统设计29物联网数据的的融合数据流数据融合数据流：单个传感器产产生的数据数据融合：利用计算机技技术对时序获获得的若干感感知数据，在在一定准则下下加以分析、、综合，以完完成所需决策策和评估任务务二进行的数数据处理过程程。数据融合需要要解决的问题题：节点的选择融合时机融合算法院系工作全空间数据数据包括确定定的和模糊的的，全空间和和子空间的，，同步的和异不同于组合融合：内部特性是系统动态过程中的一种数据综合加工处理互补过程数据表达方方式互补结构上互补补功能上互补补不同层次的的互补—数据融合合的核心物联网数据据的融合传感器1传感器2…传感器n传感器端存存储数据汇聚点点端存储连续查询快照查询传感器物联网数据据的融合存储查询查询结果数据流管理理系统(DataStreamManagementSystem,DSMS)物联网数据据的特点海量性多态性关联性及语语义性2022/12/311.单个物物体——持续地地产生数据据血压血糖浓度心率体温物联网数据据的特点———海量性性2022/12/312.多多个个物物体体———同同时时连连续续地地产产生生数数据据物联联网网数数据据的的特特点点————海海量量性性物联联网网数数据据的的特特点点————多多态态性性光照照度度海拔拔高高度度温度度“绿绿野野千千传传””森森林林检检测测项项目目物联联网网数数据据的的特特点点————多多态态性性“绿绿野野千千传传””森森林林检检测测项项目目不不同同的的网网络络不不同同的的数数据据格格式式不不同同的的设设备备不不同同的的数数据据精精度度不不同同的的测测量量时时间间和和条条件件不不同同的的数数据据值值物联联网网数数据据的的特特点点——关关联联性性及及语语义义性性传感器1传感器3传感器2传感器4•描描述述同同一一个个实实体体的的数数据据在在时间上上具有关关联性性•描述述不同同实体体的数数据在在空间上上具有关关联性性•描述述实体体的不不同维度之间具具有关关联性性•不同同的关关联性性组合合会产产生丰丰富的的语义义物联网网数据据的特特点——关联联性及及语义义性30℃80℃℃时间关关联性性：该传传感器器发生生故障障/周周围环环境发发生了了特殊殊变化化空间关关联性性：周围传传感器器温度度都上上升——附近近极大大可能能发生生了了森林林火灾灾周围传传感器器温度度保持持不变变—该该传感感器的的温度度测量量装置置很可可能发发生故故障123123123数据的查询数据的融合数据的海量性数据的多态性数据的关联性数据的存储41数据库库的起起源与发展展物联网网数据据的特点点物联网网与数据库库数据库库与物联网网2022/12/31CompanyLogo物联网网与数数据库库物联网网、大大数据据与数数据库库的关关系物联网网与数数据库库物联网网环境境下数数据库库系统统的挑挑战2022/12/31物联网网的发发展人工互联网物联网信息处处理的的演进进过程程在历史史上，，人们们需要要人工工地去去采集集信息息，然然后以以人工工的方方式对对信息息处理理，以以文字字后者者口耳耳相传传的方方式对对信息息进行行传播；；计算机机以及及互联联网的的出现现，将将人们们从繁繁重的的信息息处理理任务务中解解脱出出来，，实现现了信信息以以及信信息传传播的的自动动化；；无线传传感网网络的的出现现，使使信息息的收收集变变得更更加全全面、、更加加智能能、更更加深深入。。2022/12/31城市交交通信信息处处理演演进在没有有互联联网之之前，，要想想知道道城市市当前前的交交通状状况，，只能能通过过实地地勘察察或像像其他他人询询问的的方式式得到到答案案有了互互联网网，相相关的的信息息会被被志愿愿者或或者交交通观观察员员监测测到，，并放放在网网上供供人们们查阅阅有了无无线传传感网网络，，所有有的交交通信信息都都会被被传感感器自自动侦侦测，，自动动联网网更新新。实实时的的交通通状况况被““一网网打尽尽”举例说说明：：人工互联网网物联网网2022/12/31物联网网的基基本概概念物联网网世界界物联网网将使使得工工业、、农业业、节节能环环保、、商贸贸流通通、交交通能能源、、公共共安全全、社社会事事业、、城市市管理理、安安全生生产等等关乎乎人们们衣食食住行行的方方方面面面都都会变变得智智慧起起来。。例如：：在冷冷链物物流中中应用用物联联网技技术，，除了了可以以实现现全程程实时时的温温度监监控，，还能能在无无需打打开冷冷藏装装置情情况下下，即即可快快速批批量读读取温温度信信息。。此外外，通通过安安装RFID电子标标签，，可以以实现现产品品防伪伪追溯溯，并并且在在仓储储环节节，实实现自自动移移仓、、盘仓仓等仓仓库管管理，，降低低人工工出错错率并并节省省大量量时间间。2022/12/31物联网网、大大数据据与数数据库库的关关系物联网网产生生大数数据数据库库支撑撑物联联网大数据据引发发数据据库变变革与与发展展.2022/12/31物联网产产生大数数据据美国报报导，物物联网一一分钟可可以产生生非常多多的东西西，苹果果下载2万余次，，一分钟钟会上传传10万条新微微博，全全世界物物联网上上虚拟网网络上，，产生了了大量的的数据。。国外的这这些公司司数据量量不一定定有中国国大，中中国淘宝宝网在双双十一一一天创收收10.5亿，新浪浪微博晚晚上有100万以上的的响应请请求，中中国联通通也进行行大数据据搜集，，他们以以前给用用户每一一个月发发一个帐帐单，很很多用户户认为我我没有上上这么多多，中国国联通改改制就详详细记录录客户的的上网记记录一秒秒钟83万条。物联网、、大数据据与数据据库的关关系2022/12/31物联网产产生大数数据物联联网网应应用用版版图图物联联网网分分析析大大数数据据文字、图图片、音音频、视视频等数数字化信信息呈指指数式增增长，大大数据时时代已经经来临。。全球信信息总量量每两年年约增长长一倍，，2011年全球创创建和复复制的数数据总量量有1.8ZB，预计2020年将达到到35ZB，是现在在的50倍。*1TB(太字节)=1024GB,1PB(拍字节)=1024TB,1EB(艾字节)=1024PB,1ZB(泽字节)=1024EB,2022/12/31大数据引引发数据据库行业业变革与与发展数据库市市场成形形于上个个世纪80年代。近近年来随随着云计计算、大大数据应应用的兴兴起，面面对爆发发式增长长的海量量数据，，传统数数据库已已难以应应对;面对以视视频、图图片、文文字等非非结构化化数据为为主的大大数据，，传统商商业智能能系统和和数据分分析软件件缺少有有效地分分析工具具和方法法。大数数据引发发数据库库行业变变革。。物联网、、大数据据与数据据库的关关系2022/12/31大数据引发发数据库行行业变革与与发展大数据引发发数据库行行业架构创创新。美国国著名数据据库科学家家迈克尔•斯通布雷克克(MichaelStonebraker)指出，行业业技术的发发展趋势是是由一种架架构支持所所有应用转转变为用多多种架构支支持多类应应用。在大大数据和云云计算的背背景下，这这一理论导导致了数据据库市场的的大裂变：：数据库市市场分化为为三大阵营营，包括OldSQL(传统数据库库)、NewSQL(新型数据库库)和NoSQL(非关系型数数据库)。物联网、大大数据与数数据库的关关系2022/12/31CompanyLogo中国数据库库软件市场场现状与发发展2012年，，中中国国数数据据库库软软件件市市场场规规模模达达到到53.15亿元元，，同同比比增增长长14.84%。未未来来，，在在大大数数据据等等一一系系列列因因素素的的影影响响下下，，中中国国的的数数据据软软件件市市场场规规模模将将以以超超15%的增增长长率率保保持持较较为为稳稳定定增增长长，，预预计计2015年中中国国数数据据库库软软件件市市场场规规划划将将达达到到83.44亿元元，，年年复复合合增增长长率率达达16.22%。中国国数数据据库库软软件件市市场场发发展展规规模模与与预预测测2022/12/31数据库支撑物物联网-数据库支撑物物联网，数据库的作用用包括收集传感性的的数据，还有实物跟虚拟物物要结合起来来。例如，今天天北京交通堵堵塞，但是并并不知道堵塞塞原因，如果果政府发布消消息和市民微微博发布消息息结合起来就就知道发生什什么事，物联联网要过滤，，过滤要有一一定模式。-要实现真正的的物联网，需需要海量地址，海量带宽，海量存储，而且需要极极高的通信智智能和管理智智能。需要数数据库的支撑撑。物联网、大数数据与数据库库的关系2022/12/31传感器传输机制应用层数据库五官、皮肤神经人体的行为大脑数据库支撑物物联网物联网——人体2022/12/31无人驾驾驶汽汽车物联网网据国国外媒媒体报报道，，大数数据分分析师师BigData—S创始人人马克克·冯冯·里里吉门门纳姆姆（MarkvanRijmenam）指出出，无无人驾驾驶汽汽车将将配置置有大大量传传感器器，每每秒钟钟可生生成1GB的数据据。科斯洛洛斯基基甚至至预计计，未未来汽汽车生生成的的数据据将上上传到到云存存储系系统，，政府府可以以利用用这些些数据据提高高行车车安全全性。。2022/12/31CompanyLogo物联网环境境下数据库库系统的挑挑战数据挖掘数据处理数据存储数据收集数据库选择择数据保护数据库选择择附上时空标标志去伪存真收集异源甚甚至是异构构的数据与历史数据据对照多角度验证证数据的全全面性和可可信性数据收集CompanyLogo数据存储目标技术方法优化要达到低成成本、低能能耗、高可可靠性目标标冗余配置、、分布化和和云计算技技术必须建立标标准的存储储方法。将分类存储方方式应用到具体体的使用场场合。通过过滤和和去重，减减少存储量量，同时加加入便于日日后检索的的标签。数据处理有些行业的的数据涉及及上百个参参数，其复复杂性不仅仅体现在数据样本本本身，更体现在在多源异构构、多实体体和多空间间之间的交互动态性性，难以用传传统的方法法描述与度度量，处理理的复杂度度很大，需需要将高维维图像等多多媒体数据据降维后度量与处处理，利用用上下文关联联进行语义义分析，从大量动动态而且可可能是模棱棱两可的数数据中综合信息，并导出可可理解的内内容。数据挖掘

目前，尽管计算机智能化有了很大进步，但还只能针对小规模、有结构或类结构的数据进行分析，谈不上深层次的数据挖掘，现有的数据挖掘算法在不同行业中难以通用。数据挖掘是是使结果可视化化呈现，使使结果更直直观以便于洞察察CompanyLogo数据安全1应当既鼓励面向群体、服务社会的数据挖掘，又要防止侵犯个体隐私2既提倡数据共享，又要防止数据被滥用。3还需要界定数据挖掘、利用的权限和范围。大数据系统统本身的安安全性也是是值得特别别关注的，，要注意技技术安全性性和管理制制度安全性性并重，防防止信息被被损坏、篡篡改、泄露露或被窃，，保护公民民和国家的的信息安全全。大数据系统统本身的安安全性也是是值得特别别关注的，，要注意技技术安全性性和管理制制度安全性性并重，防防止信息被被损坏、篡篡改、泄露露或被窃，，保护公民民和国家的的信息安全全。62数据库的起起源与发展物联网数据据的特点物联网与数据库数据库与物联网参考文献【1】张洪洪岩;励惠惠国;;数数字地球时时代的地理理信息科学学[A];2001年东北三三省测绘学学术与信息息交流会论论文集[C];2001年【2】汤传传勇;基于于数字流域域的左江流流域生态环环境评价研研究[D];广西师师范学院;2010年任平;【3】仇巍巍巍;白玉玉江;周海海滨;董开开发;唐芳芳;;数字字区域三维维空间信息息支撑平台台建设[A];《测测绘通报》》测绘科学学前沿技术术论坛摘要要集[C];2008年【4】杨伟伟;;基于于物联网的的高校实体体档案智能能管理研究究[J];兰台世界界;2013年14期【5】孙其其博;刘杰杰;黎羴;范春晓;孙娟娟;;物联网网:概念、、架构与关关键技术研研究综述[J];北北京邮电大大学学报;2010年03期期【6】杨倩倩;;物联联网关键技技术及应用用[J];电信科学学;2010年S1期【7】曹振振;邓辉;段晓东;;物联网网感知层的的IPv6协议标准准化动态[J];电电信网技术术;2010年07期【8】贺延延平;;物物联网及其其关键技术术[J];电子科技技;2011年08期【9】程文文青;赵梦梦欣;徐晶晶;;改进进的RFID动态帧帧时隙ALOHA算算法[J];华中科科技大学