物联网有关硕士毕业论文,与一种基于Hbase的物联网数据中心可行性应用相关毕业论文格式范文

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摘 要 :本文在研究分析了现有物联网数据以及分布式数据库Hbase的特点基础上,提出了一种基于Hbase的物联网数据中心解决方案,并实验室验证了该方案的可行性.

关 键 词 :物联网 数据中心 Hbase

中图分类号:TP39

1.引言

物联网的数据具备以下特性[1,2,3]:1)异构性和多态性.无线传感网中有各种各样的传感器,而每一类传感器采集的数据结构也各不相同,决定了采集数据的异构性和多态性.2)数据的海量性.物联网数据是实时、高速、源源不断地产生的,加上采集数据包含文本、图像、音频、视频等信息,这使得物联网数据至少都是TB级的大容量数据.3)数据的时效性.被感知的事物的状态可能是瞬息万变的.物联网的数据采集工作是随时进行的,数据更新很快.4)数据的可靠性.在数据中心发生故障时,已经获取到的数据能够不丢失,系统恢复时,数据能够自动恢复.


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物联网数据的这些特性,决定了物联网数据中心必需具备足够的存储空间、可靠的容灾处理能力和足够的运行能力,能够及时对上层业务提供支撑,否则可能得出错误的结论甚至造成巨大损失.

2.概述:物联网数据中心的一般解决方案

2.1 数据异构性和多态性

解决数据的异构性问题必须从基础软件入手[1].不同的微型计算设备可能要采用不同的操作系统,不同的感知信息需要不同的数据结构和数据库,不同的系统需要不同的中间件.数据库和中间件是解决异构性和多态性的关键.

2.2 数据海量性和时效性

海量性带来的问题是存储不便、计算结果的迟滞性——反应速度跟不上[1].处理策略不外乎两种:一种是把所有的数据都交给服务器,为此必须寻求更高档次的服务器甚至计算中心.另一种是化整为零,提高物联网中每一个元素的智能化水平或计算能力,使其自身能够完成数据中间处理过程,剩余的再传递到服务器完成最终处理.这种化整为零式的计算实际上就是海计算[4,5].

2.3 数据的可靠性

物联网数据的可靠性保证体现在两个方面:

一个是构成数据中心的硬件设施的可靠性[6].例如:数据中心服务器硬件的可靠性、电源管理、机房的安全管理、空凋系统、数据中心的使用管理等.另外一个是,数据中心软件的可靠性.数据中心软件,例如数据库、中间件、操作维护模块等,必需支持在数据中心发生局部损坏时数据中心能够正常运行.本文关注的主要是软件的可靠性.

3.Hbase相关技术

在采用Hbase部署数据中心之前,先简要的介绍一下

Hbas

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e的结构以及特点[7,8].

3.1 Hbase的系统架构

HBase – Hadoop Database,是一个高可靠性(数据被复制到多个节点;单节点故障不影响系统运行)、高性能(热点的检测和切换;负荷分担)、面向列、可伸缩(增加或者检修单节点,不影响系统运行;性能和存储容量限制随节点数目线性增加等)的分布式存储系统,利用HBase技术可在廉价PC Server上搭建起大规模结构化存储集群.

3.2 Hbase的数据模型

Hbase是面向列的数据库.Table按照row排序,Table定义中只描述了column families,每一个列族包含多个列,每一个列包含了多个版本的数据,插入值后列才有效,列允许为空,空的列不占用空间,列族中的多个列有序排列,并存放在一起,除了表名必须是有效字符串以外,其他数据均为字节数组(byte[]),通过行键、列键(列族:列名)、时间戳(默认按最新时间)的组合可以访问到value .关于HBase的系统结构以及内部各子系统的功能,可进一步参考文献[7][8],此处不再赘述.

4.物联网数据中心部署方案

本章节基于一个电子车牌的物联网系统,说明如何使用Hbase来部署数据中心.

4.1 电子车牌系统

本文研究的电子车牌系统实现如下功能需求:车辆动态实时监测、套牌车稽查、卡口监控、肇事逃逸车辆追查、路网动态监测、交通流分析及诱导控制等相关功能;同时作为数据中心,提供接口给 、环保、市政等相关职能单位查询和使用,可以方便查询路面车辆视频信息、抓拍车辆照片,道路车流量详尽信息,车辆跟踪查询路径信息,违章车辆运行管理查询等内容.

系统架构以及数据中心在其中的位置如图1所示:

图1 电子车牌系统数据中心所处位置示意图

在该系统中,感知层中阅读器采集道路车辆电子车牌信息后,经中间件上报数据中心,然后由数据中心提供接口供应用层查询使用.说明:本文的数据中心在部署的时候,未考虑视频信息的处理,仅考虑了阅读器阅读电子车牌信息的处理.

4.2数据表设计

根据Hbase的表设计特点:1)表容量尽量大.表分割后,可在各个节点间负荷分担 .2)表数量尽量少 .减小-META-表记录数 ;减小NameNode存储容量需求.据此,确定了表设计思路.

数据中心的电子车牌信息分为两大类:静态数据和动态


该文出处 http://www.xianbear.com/geshi/432021.html

数据.静态数据包括:采集点信息、阅读器信息、天线车道关联信息、车辆信息等;动态信息主要是过车记录信息.

因此,数据设计为两张大表,静态信息表和动态信息表.静态信息表中,采集点信息、阅读器信息、天线车道关联信息、车辆信息等各自作为独立的列族;动态信息表中,过车记录信息为一个列族.

表1中,ColumnFamil1对应采集点信息,ColumnFamil2对应阅读器信息,ColumnFamil3对应天线车道关联信息,ColumnFamil4对应车辆信息.

动态信息表结构如下表2所示:

其中静态表信息中的内容在确定后,一般不再改变,所占存储空间较小.动态信息表需要实时记录过往车辆信息,信息量大. 4.3 数据异构性和多态性设计

采用Hbase实现数据中心,解决数据的异构性和多态性的方法是:采用XML格式来标示数据,在采集层和网络层均采用相同的XML定义来标示数据.采集点采集到数据后,把数据按照已经定义好的XML格式组装,然后上报;网络层在拿到数据后,按照相同的规则解析,获取到采集的数据,然后入数据中心.查询的时候,也采用同样的方式.

4.4 数据海量性和时效性设计

根据Hbase自身的特点,数据中心实现数据海量性和时效性的处理方案如下:

数据中心初始安装时,动态表数据分布人工指定,指定方式是在.META.表中配置,根据列“电子车牌序列号”的取值范围指定到不同的regoin.静态表数据由于数据量较小,按系统自动给定的分布方式即可.在数据中心工作后,动态表和动态表的分布,会根据regoin中数据量的增长自动进行分布.在数据中心运行后,由于用户数据均加载在内存中,数据的增删查改响应速度都很快.

实际应用中了,部署了8台普通PC,来完成数据中心的功能.部署拓扑图如图2所示.

8台PC中,一台充当了Hmaster/Zookeeper;另外7台充当HregionServer.在性能不足的时候,可以通过增加HregionServer数据,即可线性增加数据中心性能.在其中某台机器(例如HregionServer2损坏)损坏的情况下,则用户数据在Hmaster/Zookeeper的控制下,自动分担到其他几个HregionServer上,有效的保证了数据的安全.

4.5 验证数据

按照本文给出的电子车牌数据中心,在实验室进行验证,8台普通PC并行后,系统处理能力较强,关键数据参数如下表3所示:

实验室验证表明,在其中一台机器(例如HregionServer2损坏)损坏的情况下,用户数据能够自动分担到其他几个HregionServer上,满足了数据的安全可靠要求.

5.结论

本文研究的结论表明,采用Hbase搭建物联网数据中心的方案是可行的,这种基于分布式的数据库能够很好的解决物联网数据中心面临的问题和困扰,是物联网数据中心建设的一个新思路.同时,由于篇幅有限,本文并没有分析整体物联网系统的解决方案,而重点关注的是物联网数据中心采用Hbase实现的可行性.

参考文献:

[1] http://wenku.baidu./view/5da76e3a5727a5e9856a61f5. ..2013

[2]李航,陈后金. 物联网的关键技术及其应用前景[J]. 中国科技论坛. 2011(01)

[3]宁焕生,徐群玉. 全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J]. 电子学报. 2010(11)

[4]孙利民,沈杰,朱红松. 从云计算到海计算:论物联网的体系结构[J]. 中兴通讯技术. 2011(01)

[5].http://wenku.baidu./view/b5b100f2ba0d4a7302763a66.

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