物联网感知终端及数据管理关键技术研究

发布时间：2017-04-26 06:02

  本文关键词：物联网感知终端及数据管理关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：物联网被认为是信息通信技术领域继计算机、因特网和移动通信之后的第四次浪潮,具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。然而,物联网的实现在感知终端和数据管理方面仍然面临诸多挑战,比如：1)感知终端在专用性、目标平台复杂性、高可靠性、高时效性等方面的特点,导致其软件系统的开发面临巨大挑战；2)由于供电限制和部署更新不便,除了传统的可靠性、时效性等传统的约束,感知终端还面临能耗和设备损耗的严重问题；3)由感知终端采集的物联网数据具有大规模、异构、时间敏感等特点,如何对这些数据进行高效存储和高速查询尚未得到很好解决。针对这些挑战,研究了物联网感知终端和数据管理相关的几个关键问题,来改善感知终端的可用性和物联网数据管理。具体来说,包括以下四个方面的研究内容：1)设计和实现了一种基于Esterel的代码自动生成方法,来改善感知终端的软件开发效率。基于Esterel语言来描述软件的设计模型,以提高软件开发的自动化程度。基于操作系统抽象层来实现多目标平台之间应用编程接口的统一。基于Esterel模型和抽象层实现多目标平台的代码自动生成。2)提出了一种面向感知终端绿色需求的汇编级编译方法,来改善感知终端的能效和损耗均衡,进而提高感知终端的可用性和延长其使用寿命。提出一个感知终端绿色指标的评估模型。挖掘指令的特征,通过对可交换指令的操作数进行交换,来提高总线的能效和改善总线的损耗均衡；挖掘数据流信息,通过寄存器重分配,在不影响程序性能的基础上提高同时改善总线和寄存器的能效和损耗均衡。3)提出了基于多级元数据标准的高效存储方法和快速查询方法,来改善物联网数据的存储和查询。基于都柏林元数据及其扩展提出物联网多级元数据标准,用来描述物联网数据的语义。结合关系数据库和文件系统来实现物联网环境下半结构化数据的存储,并提出优化算法来改善存储效率。利用多级元数据标准所含有的语义信息和关系数据库,提出两次树匹配的查询方案,来改善物联网数据的查询速度。4)研究了物联网技术在人群紧急疏散领域的应用,以初步评估上述研究工作对于物联网应用的促进意义。提出了一种紧急疏散领域的物联网应用架构,并提出基于云平台的紧急疏散的并行仿真方案,以初步验证该应用架构的可行性。
【关键词】：物联网 感知终端 代码自动生成 损耗均衡 数据存储和查询 紧急疏散
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.1.1 物联网的概念及意义11-12
• 1.1.2 物联网的体系结构12-13
• 1.2 研究内容13-16
• 1.2.1 基于Esterel的感知终端代码自动生成方法14
• 1.2.2 面向感知终端绿色需求的编译优化方法14-15
• 1.2.3 基于多级元数据的物联网数据存储与查询方法15
• 1.2.4 物联网在紧急疏散领域的应用及仿真15-16
• 1.3 国内外相关工作16-20
• 1.3.1 基于Esterel的感知终端代码自动生成方法16-17
• 1.3.2 面向感知终端绿色需求的编译优化方法17-19
• 1.3.3 基于多级元数据的物联网数据存储与查询方法19-20
• 1.3.4 物联网在紧急疏散领域的应用及仿真20
• 1.4 主要创新点20-22
• 1.5 论文结构22-25
• 第2章 基于Esterel的感知终端代码自动生成方法25-37
• 2.1 多目标平台的代码自动生成26-29
• 2.1.1 Esterel语言26
• 2.1.2 多目标平台构架26-28
• 2.1.3 多目标平台之间API的统一28-29
• 2.1.4 多目标平台代码生成过程29
• 2.2 实验评估29-35
• 2.2.1 实验环境29-30
• 2.2.2 TinyOS与Mantis中实现的区别30-32
• 2.2.3 模块划分与模型建立32-34
• 2.2.4 实验结果分析34-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第3章 面向感知终端绿色需求的编译优化方法37-51
• 3.1 数据分配过程绿色指标的评估模型37-38
• 3.2 多目标数据分配优化方法38-47
• 3.2.1 总体优化框架38-40
• 3.2.2 可交换类指令操作数重排优化40-41
• 3.2.3 基于APIG图的寄存器重分配方法41-47
• 3.3 实验评估47-50
• 3.3.1 实验环境47-48
• 3.3.2 实验结果与分析48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 基于多级元数据的物联网数据存储与查询方法51-65
• 4.1 物联网多级元数据设计51-54
• 4.1.1 预备知识51
• 4.1.2 物联网多级元数据标准51-54
• 4.2 数据存储54-57
• 4.2.1 数据存储策略54-55
• 4.2.2 数据存储优化55-57
• 4.3 数据查询57-61
• 4.3.1 数据查询原理57-58
• 4.3.2 数据查询算法58-61
• 4.4 实验评估61-63
• 4.4.1 实验环境61
• 4.4.2 实验设计61-62
• 4.4.3 实验结果与分析62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 物联网在紧急疏散领域的应用及仿真65-81
• 5.1 人群紧急疏散的物联网应用架构65-69
• 5.1.1 感知层66-67
• 5.1.2 网络层67
• 5.1.3 管理层67-68
• 5.1.4 应用层68-69
• 5.2 人群紧急疏散的仿真平台69-79
• 5.2.1 仿真平台的架构69-70
• 5.2.2 通用环境模型70-72
• 5.2.3 基于map-reduce编程模型的仿真72-76
• 5.2.4 实验76-79
• 5.3 本章小结79-81
• 第6章 总结与展望81-83
• 6.1 全文总结81
• 6.2 研究展望81-83
• 6.2.1 感知终端的软件开发方法81-82
• 6.2.2 感知终端的能效和损耗均衡82-83
• 参考文献83-90
• 博士期间发表的主要学术论文90-91
• 参加的主要科研工作91-92
• 致谢92-93

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