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物联网感知终端及数据管理关键技术研究

喻涛  
【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。


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