物联网实体集成与数据分析平台共性关键技术研究

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物联网技术已在智能家居、智慧工业、智慧城市等多种场景发挥重要的作用。物联网平台是物联网应用开发的核心关键支撑技术。本文对现有的物联网平台进行对比分析,结合作者实际参与物联网类项目的共性需求,对物联网平台实体集成与数据分析模块的若干共性关键技术开展研究。本文主要研究内容及贡献如下:(1)物理世界在虚拟世界的表达。本文提出表达物理实体,如温湿度传感器等设备,的虚拟世界实体模型和实体关系模型,并基于OPC UA技术进行模型构建实现。其中实体模型包括状态、事件、功能和指标四种属性,主要描述实体是什么和具备什么功能等;实体关系模型以树型关系实现对实体的典型组织管理;还提出四种属性对应的数据模型,实现实体生命周期运行过程中历史数据的持久存储,为物联网平台提供实体建模开发能力。(2)支持双向映射的实体集成框架。本文提出了基于流计算的、支持双向映射的实体集成框架。双向映射实体集成指,在物理实体于虚拟世界中建立相应实体模型基础上,实现从物理实体状态到对应虚拟实体状态的上行同步集成以及用户对虚拟实体操作下行实施于对应物理实体的集成。该实体集成框架中通过设备接入服务实现异构物理实体接入,提供针对物理实体上行数据流和虚拟实体操作处理的双向映射实体集成引擎,为物联网平台提供实体集成开发能力。(3)面向批处理的数据分析框架。本文提出了面向批处理的数据分析框架,支持多编程语言平台技术数据分析算法程序动态注册到函数库成为分析函数,通过工作流机制将相关分析函数编排形成数据分析任务,并由任务引擎实现对数据分析任务的生命周期管理,为物联网平台提供批处理数据分析开发能力。(4)物联网实体集成与数据分析平台。本文对物联网实体集成与数据分析业务进行需求分析、功能设计、编程实现与测试,实现了包括实体建模管理、实体监管、实体集成框架与引擎、数据分析框架与引擎等功能的系统。本文提出并实现的物联网实体集成与数据分析平台,已作为作者所在团队自研物联网平台核心支撑子系统,支撑了7个物联网项目开发与应用。这些项目涵盖工业物联网、建筑节能监管、建筑安全监测等应用场景,为本文工作提供了系统功能与性能有效性、实际应用与价值等方面的一定程度的佐证。
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