物联网中间件技术.

物联网协议分析与协议中间件设计摘要近几年来物联网技术受到了人们的广泛关注。

物联网（The Internet of Things），指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。

它是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一项新技术。

其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理，涉及标识、感知、信息传送与处理等关键技术。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。

本论文详细介绍了物联网的定义及其网络结构、服务体系和物联网关键技术如RFID技术、WSN技术等；论文的着重点是从物联网的基本结构出发，对物联网系统中关键技术WSN所采用的协议标准—ZigBee标准做出的研究和分析及对面向物联网的射频技术中间件的相关概念的理解和设计。

关键词：物联网射频技术无线传感网络技术 ZigBee协议标准中间件Analysis Protocol and Design Middleware based on TheInterent of ThingsAbstractIn recent years, Internet of things technologies received extensive attention. Internet of things, refers to various information sensing device, such as radio frequency identification (RFID), infrared sensors, device, laser scanner global positioning system combined with Internet device such as a huge network formed. It refers to all kinds of sensors and the existing Internet connected a new technology. It’s purpose is to let all the items are connected to the network together, easy to identify and manage, involving logo, perception, information transmission and processing technique. There is no doubt that if Internet of things era, the People's Daily life will earth-shaking changes.This paper introduces the definition of network and the network structure and service system, key techniques such as network technology, WSN RFID technology, The paper focus from content, the basic structure of network of networking system adopted by the key technology of WSN ZigBee standard protocol standards - the research and analysis on the net for content and the related concept of RFID middleware and understanding of design.Keywords: Internet of things RFID WSN ZigBee protocol standardsMiddleware目录1 绪论 (6)1.1 论文研究的背景 (6)1.2 论文研究的意义 (7)1.3 论文的主要工作 (7)1.4 论文的章节安排 (8)2 物联网介绍及软件中间件简介 (9)2.1 物联网的定义 (9)2.2 物联网体系结构 (10)2.2.1 感知层 (10)2.2.2 网络层 (11)2.2.3 应用层 (12)2.3 物联网的网络体系与服务体系 (12)2.3.1 EPCGlobal“物联网”体系架构 (12)2.3.2 UID技术体系结构 (13)2.4 物联网的关键技术 (14)2.4.1 物联网包含的关键技术—RFID技术 (14)2.4.2 WSN技术 (15)2.4.3 智能技术 (17)2.4.4纳米技术 (18)2.5中间件技术 (18)2.5.1 中间件简介 (18)2.5.2 RFID中间件的相关概念 (20)2.5.3 RFID中间件的特点 (20)2.6 本章小结 (20)3.物联网ZigBee协议的分析 (21)3.1 ZigBee技术简介 (21)3.2 ZigBee协议栈 (21)3.2.1 应用层 (22)3.2.2 网络层 (22)3.2.3 IEEE 802.15.4 (23)3.2.4 安全机制 (25)3.3 本章小结 (26)4.物联网RFID技术中间件的设计 (27)4.1 引言 (27)4.2 Middleware工作原理 (27)4.3 Middleware的模块设计 (29)4.3.1中间件接口模块 (29)4.3.2 电子编码(EPC)数据处理模块 (30)4.3.3末端读写服务器模块 (30)4.4 本章小结 (31)5. 总结与展望 (32)5.1 总结 (32)5.2 展望 (32)致谢 (34)参考文献 (35)1 绪论1.1 论文研究的背景随着现代微机电系统、微电子、片上系统SOC、纳米材料、传感器、无线通讯、计算机网络、分布式信息处理等技术发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）和射频标签（Radio FrequencyIdentification，RFID）在近几年获得了飞速发展。

物联网中间件技术在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，简称IoT）已经成为了一个热门话题。

从智能家居到工业自动化，从智能交通到医疗保健，物联网的应用无处不在。

而在物联网的架构中，中间件技术扮演着至关重要的角色。

什么是物联网中间件技术呢？简单来说，它就像是一个桥梁，连接着物联网中的各种设备和应用程序，使得它们能够有效地协同工作。

想象一下，在一个智能家居系统中，有各种各样的设备，如智能灯泡、智能门锁、智能摄像头等等。

这些设备来自不同的制造商，使用不同的通信协议和数据格式。

如果没有中间件技术，要让这些设备相互通信和协调工作将是一项极其复杂的任务。

而中间件技术的出现，解决了这个问题。

物联网中间件技术具有多种功能。

首先，它能够实现设备的管理和控制。

中间件可以对连接到物联网的设备进行注册、认证和监控，确保设备的安全性和可靠性。

同时，它还可以对设备进行远程控制和配置，方便用户进行管理。

其次，数据的采集和处理也是中间件的重要职责。

物联网中的设备会产生大量的数据，这些数据的格式和类型各不相同。

中间件能够将这些数据进行收集、整合和转换，使其成为有意义、可分析的信息。

再者，中间件还支持通信协议的转换。

不同的物联网设备可能使用不同的通信协议，如 Zigbee、蓝牙、WiFi 等。

中间件可以在这些协议之间进行转换，使得设备之间能够无障碍地通信。

此外，中间件还具备应用程序接口（API）的提供功能。

这使得开发者能够更轻松地开发基于物联网的应用程序，无需了解底层设备的复杂细节。

在实际应用中，物联网中间件技术带来了许多好处。

对于企业来说，它可以提高生产效率，降低运营成本。

例如，在工业制造领域，通过中间件技术可以实现设备的实时监控和故障预警，及时进行维护和修理，避免生产中断。

在智能交通领域，中间件技术可以整合来自不同传感器和设备的数据，如车辆的位置、速度、路况信息等，为交通管理部门提供更全面、准确的决策依据，从而优化交通流量，减少拥堵。

物联网的中间件1、简介1.1 什么是物联网中间件1.2 物联网中间件的作用1.3 物联网中间件的优势1.4 物联网中间件的应用场景2、架构设计2.1 物联网中间件的组成部分2.1.1 设备接入层2.1.2 数据传输层2.1.3 数据处理层2.1.4 应用展示层2.2 物联网中间件的通信方式2.2.1 点对点通信2.2.2 发布-订阅模式2.2.3 请求-应答模式2.3 物联网中间件的扩展性与容错性设计 2.3.1 数据存储与查询设计2.3.2 容灾与备份设计2.3.3 负载均衡与性能优化设计2.3.4 安全性设计3、设备接入层3.1 设备与中间件的通信协议3.2 设备接入认证与授权3.3 设备状态管理3.4 设备数据采集与传输4、数据传输层4.1 数据通信协议选择与优化4.2 数据压缩与加密4.3 数据分发与路由4.4 数据精确性与实时性保障5、数据处理层5.1 数据解析与转换5.2 数据存储与处理5.3 数据分析与挖掘5.4 数据可视化与展示6、应用展示层6.1 应用接口设计与开发6.2 用户权限与访问控制6.3 数据监控与报警6.4 应用维护与升级7、附件7.1 附件1：示例代码7.2 附件2：配置文件样例注释：物联网中间件：指在物联网平台中，连接设备与应用层之间的软件系统。

法律名词及注释：- 物联网：是指在互联网基础上，将各类物品与互联网相连接，实现信息互通，数据共享，实现智能化的一种网络形态。

- 数据采集：指通过传感器、仪器设备等手段，对现实世界中的数据进行采集和记录的过程。

- 数据处理：指对采集到的数据进行分析、加工、处理，以提取有价值的信息。

- 数据存储：指将处理后的数据进行储存，以备后续使用。

- 数据传输：指在不同设备之间进行数据交互的过程。

- 应用开发：指根据具体需求，进行程序开发，实现特定功能。

- 用户权限控制：指对用户访问系统资源的权限进行控制和管理。

- 数据监控：指对物联网系统中的数据进行实时监控和报警的过程。

面向物联网的中间件技术研究随着社会的发展和科技的进步，我们正逐渐步入一个智能化的时代。

物联网作为智能化领域中的重要一环，正在不断地发展和创新。

而作为物联网发展的关键技术之一，中间件技术也越来越受到人们的重视和关注。

本文将探讨面向物联网的中间件技术研究的现状和未来发展方向。

一、中间件技术的基本概念和特点中间件技术是一种应用在软件系统中的支撑技术，主要负责连接和协调不同设备、软件和服务之间的通信和协作。

中间件技术最初被应用于分布式系统和企业应用集成领域，它的出现大大简化了软件系统的开发和维护任务。

随着物联网的发展，中间件技术也面临了新的挑战和机遇。

在物联网中，多种设备和对象需要进行协同工作，而这些设备和对象可能具有不同的操作系统、不同的架构、不同的编程语言和不同的通信协议，因此需要一种支持不同设备和对象协同工作的中间件技术来保证系统的协调和协作。

中间件技术的特点主要包括以下几个方面：1. 跨平台性中间件技术可以在不同的操作系统、编程语言和硬件平台上运行，并且可以支持多种协议和接口。

这意味着中间件技术可以在不同的设备和对象之间建立起连接和协作，并且可以实现自动化的数据交互和处理。

2. 通用性中间件技术可以支持多种应用场景和业务需求，可以适应不同行业和领域的需求。

例如，在智能家居领域，中间件技术可以支持智能家电之间的互信互通，使得用户可以通过智能手机或者语音助手来控制家电的开关和调节。

3. 可拓展性中间件技术可以方便地进行定制和扩展，可以根据需要添加新的功能和接口。

这意味着中间件技术可以随着物联网的发展不断地进行升级和优化，以适应新的需求和场景。

二、面向物联网的中间件技术发展现状随着物联网的快速发展和普及，中间件技术也在不断地发展和创新。

目前，面向物联网的中间件技术主要包括以下几种类型：1. MQTT协议MQTT协议是一种轻量级的、可扩展的消息传输协议，主要用于物联网应用中的传感器和设备之间的通信。

MQTT协议具有开放性和灵活性的优点，可以支持多种设备和平台，适应不同的应用需求。

物联网中有一个叫中间件的家伙!物联网中有一个叫中间件的家伙物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网技术连接传感器、设备、数据和人员，实现设备之间的智能互联和通信。

在物联网的实现过程中，中间件起着重要的作用。

它作为连接物联网各个部分的桥梁，为物联网应用提供了强大的支持和保障。

一、中间件的定义和作用中间件（Middleware）是指位于操作系统和应用程序之间的软件层，为应用软件提供基础服务和功能，使应用程序能够更方便地进行通信、协调、管理和控制。

在物联网中，中间件充当着数据传输和通信的关键角色，能够连接物联网中的各种设备和应用，从而实现数据的采集、存储、处理与分析，并为用户提供可视化的界面和智能化的应用。

中间件的作用主要体现在以下几个方面：1. 确保数据的安全传输：物联网中产生的海量数据需要在各个节点之间进行传输和交互，并且数据的安全性是至关重要的。

中间件可以提供加密和认证等安全措施，保证数据的机密性和完整性，防止数据泄露和篡改。

2. 实现设备的互联互通：物联网中涉及到大量的设备和传感器，这些设备可能采用不同的通信协议和数据格式。

中间件可以实现不同设备之间的协议转换和数据格式转换，使其能够相互通信和交互，实现真正的互联互通。

3. 数据管理和处理：物联网中的设备产生的数据规模庞大，中间件可以对这些数据进行采集、存储、处理和分析。

通过数据的聚合、过滤和挖掘，可以从中提取有用的信息，支持用户进行决策和应用开发。

4. 提供可视化界面和智能化应用：中间件可以通过界面展示物联网中的各种设备和数据，提供可视化的管理和控制界面，让用户能够直观地了解和操作物联网系统。

同时，基于中间件的智能化应用可以通过学习和推理，实现对设备的自动控制和优化，提高物联网系统的效率和性能。

二、中间件的分类和应用场景根据功能和应用领域的不同，中间件可以分为以下几类：1. 即时通讯中间件：在物联网中，人与设备之间以及设备与设备之间需要进行实时通讯。

第三章练习题（理论部分）：1.通用对象模型是一种能够描述各种功能的方式方法，请描述通用对象模型的目的和意义。

答：通用对象模型是属于逻辑上的概念描述，使用它目的在于抽象出对于设备、模块甚至功能的逻辑描述。

它主要面向功能上的数据流，因此里面更多的是关心输入、输出的数据（供计算的数值或者控制信号），而并不涉及具体由何种设备来完成的这项功能。

这是种抽象的思考和设计方法，正是保证多设备交互通信的基础，也是物联网中间件平台上最基本的描述元素。

2.Niagara平台的系统被分为哪些层次，它们各自负责和解决的问题是哪些？答：（1）设备接入层：负责解决设备基本接入问题。

处理对象是各种现场设备即感知层设备（感知器、现场控制器）。

（2）设备交互层：多种异构设备的兼容带来的优势显而易见，但其导致的问题也变得十分凸显，即各种异构设备之间的数据交互问题。

（3）人机交互层：大多数的系统不是完全封闭的，必然会形成与系统外部的数据交换。

3.根据本章组态的概念，谈谈你对组态的理解。

答：组态是实现某种功能的代码化部件，组态程序设计就是基于组态的设计和开发，既可以是设计某个组态本身的开发，亦可以是基于某个组态进行的开发。

在工控领域，组态是应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。

其分为硬件组态和软件组态。

4.组态程序设计包括哪些阶段？答：分析、设计、编制、测试、排错5.较为常见的有哪些通用对象类型？除了此平台外，你还使用过哪些平台，他们的通用对象类型有些？答：较为常见的是以下四种类别的通用对象模型：布尔型Boolean、数值型Numeric、枚举型Enum、字符串型String。

（第二个问题为开放式）6.组态程序设计原则有哪些？答：（1）原子化设计原则（2）前瞻扩展性原则（3）安全性原则（4）合理兼容性原则（5）规范标准化原则7.组态的根本任务是什么？答：组态的根本任务就是根据功能需求结合实际场景来实现目标系统。

8.组态功能的确定需要考虑哪些需求因素？答：（1）业务需求。

第七章练习题：1.简要介绍异构设备安全连接所面临的关键问题答：(1) 合理的网络参考模型，是否对现有的中间件系统做大的改动，如协议栈、接入的功能设备、拓扑结构等。

(2) 各个异构设备不同的网络通信技术和中间件实现异构网络融合，如何在各异构网络之间建立信任关系。

(3) 大量异构设备终端接入异构网络中，考虑相应的身份信息核实、接入访问控制、服务权限确认等问题。

(4) 异构设备之间传输数据的保密、完整性保护、数据源验证、密钥协商交换等问题。

(5) 动态异构设备在异构互联网络切换时带来的安全问题，如漫游、切换过程中的设备切除接入控制、认证切换等。

2.说明物联网各个层次在数据安全方面所采用的主要机制答：(1) 在感知层，通过冗余传感节点配置自我修复网络以保证物联网的物理安全。

通过安全认证机制，密码学技术、入侵防护系统和双因子认证等方案，来增强数据认证访问安全性。

(2) 在网络层，通常采用加密和认证技术来解决传输安全问题。

加密主要分为对称加密和非对称加密，前者具有更高的效率但存在安全隐患，后者可消除前者的安全隐患，但引入大量高复杂度计算。

(3) 在存储层，通常采取数据加密、访问控制和备份恢复策略保证安全。

使用加密技术以安全模式存储数据或直接存储加密后的数据。

对系统用户进行身份管理和访问权限控制，保证数据和服务的完整性和机密性。

在意外或故意灾难发生时，对系统数据进行备份和恢复。

(4) 在数据处理层，主要采取保护分布式框架内的数字资产、数据库文件系统访问控制、网络异常行为检测、使用同态加密技术等机制保证安全。

(5) 在数据销毁层，针对不同的存储介质或设备，使用不同的不可逆销毁技术，实现针对磁盘、光盘等不同数据存储介质的不同销毁流程，建立销毁监察机制，严防数据销毁阶段可能出现的数据泄露问题。

3.介绍物联网访问控制的几种常用模型，以及各个模型的特点答：(1) 自主访问控制模型自主访问控制模型根据主体的身份和他所属的组限制对客体的访问。

物联网平台中间件技术与应用物联网平台中间件技术对于实现物联网的应用具有重要意义。

本文将回顾物联网平台中间件技术的发展历程，并探讨其在物联网应用中的重要性和应用前景。

一、物联网平台中间件技术的发展历程物联网平台中间件技术起源于分布式系统和网络管理领域。

随着物联网概念的提出和发展，物联网平台中间件技术也得到了广泛关注和应用。

以下是物联网平台中间件技术发展的三个阶段：1. 第一阶段：传统分布式系统技术的应用在物联网发展初期，物联网平台中间件技术主要借鉴了传统的分布式系统技术。

这些技术包括消息传递、远程过程调用、分布式缓存等。

然而，这些技术并不完全适用于物联网应用的需求，因为物联网应用需要满足实时性、可靠性和安全性等方面的要求。

2. 第二阶段：物联网专用中间件技术的出现为了满足物联网应用的需求，研究人员开始研发物联网专用的中间件技术。

这些技术主要包括数据聚合、设备管理、安全认证等功能。

物联网专用的中间件技术一方面提供了更好的支持物联网应用的功能，另一方面也提高了系统的可靠性和安全性。

3. 第三阶段：云计算和大数据的应用随着云计算和大数据技术的快速发展，物联网平台中间件技术也开始引入这些新的技术。

云计算和大数据技术能够提供更强大的计算和存储能力，为物联网应用提供更好的支持。

物联网平台中间件技术结合云计算和大数据技术，可以实现更高效的数据分析和管理。

二、物联网平台中间件技术在物联网应用中的重要性物联网平台中间件技术在物联网应用中的重要性不可忽视。

以下是物联网平台中间件技术在物联网应用中的几个重要方面：1. 设备连接和管理物联网应用通常涉及大量的设备，这些设备需要与物联网平台进行连接和管理。

物联网平台中间件技术能够提供设备连接和管理的功能，简化了物联网应用的开发和部署过程。

2. 数据聚合和处理物联网应用产生的数据通常分散在不同的设备和系统中，物联网平台中间件技术能够实现数据的聚合和处理。

通过物联网平台中间件技术，用户可以方便地访问和处理物联网应用生成的数据。

物联网的中间件在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，简称IoT）已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

从智能家居到工业自动化，从智能交通到医疗保健，物联网的应用无处不在。

然而，要实现这些复杂的物联网系统的高效运行，中间件起着至关重要的作用。

那么，什么是物联网的中间件呢？简单来说，物联网中间件就像是一个桥梁，连接着物联网设备和应用程序。

它位于物联网的感知层和应用层之间，负责处理和协调设备之间的通信、数据的采集、传输、转换和分析等任务，使得不同类型、不同品牌、不同协议的物联网设备能够相互协作，为用户提供有价值的服务。

为了更好地理解物联网中间件的作用，让我们来想象一个场景。

假设您拥有一个智能家居系统，其中包括智能灯泡、智能插座、智能门锁、智能摄像头等各种设备。

这些设备可能来自不同的制造商，使用不同的通信协议和数据格式。

如果没有中间件，您的手机应用程序要直接与每个设备进行通信和控制，那将是一项极其复杂和繁琐的任务。

而有了中间件，它可以将这些设备的通信协议和数据格式进行统一转换，使得您的手机应用程序能够轻松地与它们进行交互，实现对整个智能家居系统的集中管理和控制。

物联网中间件通常具有以下几个主要功能：首先是设备管理功能。

它能够自动发现和识别新接入的物联网设备，并对其进行注册、配置和监控。

中间件可以获取设备的基本信息，如设备类型、型号、序列号、位置等，并将这些信息存储在数据库中，方便后续的查询和管理。

同时，它还可以对设备的状态进行实时监测，如设备是否在线、电量是否充足、是否发生故障等，并及时向用户发送警报。

其次是数据采集和处理功能。

物联网设备会产生大量的数据，这些数据的格式和类型各不相同。

中间件需要能够采集这些数据，并对其进行清洗、转换和整合，将其转换为统一的格式，以便于后续的分析和应用。

例如，将温度传感器采集的温度数据从摄氏度转换为华氏度，或者将多个传感器采集的数据进行融合，生成更有价值的信息。

物联网中间件技术【正文】一、引言物联网中间件技术是连接物联网设备和应用程序的关键技术之一。

它提供了一种可靠、安全、高效的通信机制，使物联网的各个组件能够相互交互、共享数据和实现智能化操作。

本文将对物联网中间件技术进行详细介绍，并对其各个方面进行细化。

二、物联网中间件的定义和概念⒈物联网中间件的概念物联网中间件是一种位于物联网系统架构中的软件层，负责管理物联网设备和应用程序之间的通信。

它提供了一套通用接口和协议，使得不同类型的设备能够互相交互和共享数据。

⒉物联网中间件的作用和功能- 设备连接管理：物联网中间件提供了设册、发现、连接和管理的功能，可以管理大规模的设备网络。

- 数据传输和通信：物联网中间件支持不同的通信协议，包括物联网专用协议和标准协议，用于设备之间的数据传输和通信。

- 数据处理和分析：物联网中间件可以对设备的数据进行处理和分析，提供实时监测、数据存储和分析报告等功能。

- 安全和权限管理：物联网中间件提供了安全认证、权限控制和数据加密等机制，保障物联网系统的安全性。

三、物联网中间件技术的分类⒈消息队列中间件消息队列中间件是一种基于消息传递的通信模式，它通过消息队列将设备和应用程序解耦，并提供了可靠的消息传递机制。

常见的消息队列中间件包括MQTT、AMQP等。

⒉远程过程调用（RPC）中间件RPC中间件是一种基于函数调用的通信模式，它允许应用程序通过网络调用远程的函数或方法。

RPC中间件可以实现设备和应用程序之间的高效通信，常见的RPC中间件包括gRPC、Thrift等。

⒊数据中心（DC）中间件DC中间件是一种用于管理大规模数据中心的中间件技术，它可以管理分布式的物联网设备和应用程序，并提供高可用、高可靠的数据服务。

常见的DC中间件包括Hadoop、Spark等。

四、物联网中间件技术的应用场景⒈工业物联网工业物联网中间件技术可以实现设备监测、设备管理、生产调度等功能，帮助企业提高生产效率和管理能力。

面向物联网的中间件技术研究与应用随着人工智能和5G网络的不断发展，物联网技术应用越来越广泛。

而物联网的构建离不开中间件技术，作为物联网的核心技术之一，中间件技术对于构建更加智能、高效、稳定的物联网体系具有重要的作用。

本文将介绍面向物联网的中间件技术研究与应用。

一、中间件技术的概念中间件技术是指运行在计算机系统中，为多个应用程序之间的通信提供支持的软件。

常见的中间件技术包括消息队列、远程方法调用、对象请求代理等。

物联网中，中间件技术不仅要支持应用程序之间的通信，还需要支持设备与设备之间、设备与服务器之间的通信。

二、物联网中间件技术的特点1. 大规模、异构性物联网系统中存在大量的设备和应用程序，这些设备和应用程序又具有不同的操作系统、编程语言、通信协议等异构性。

中间件技术需要支持大规模、异构性的设备和应用程序之间的通信。

2. 低功耗、低带宽物联网中的设备通常运行在低功耗、低带宽的环境中，中间件技术需要在保证通信稳定的前提下，尽可能减少能耗和带宽的消耗。

3. 安全性物联网中的设备和数据往往具有很高的安全风险，中间件技术需要支持加密传输、身份验证等安全机制。

三、面向物联网的中间件技术1. MQTTMQTT是一种轻量级的、基于发布/订阅的消息传输协议，支持大量的连接，适用于低带宽、不稳定网络环境。

在物联网中，MQTT被广泛应用于设备与服务器之间的通信。

2. CoAPCoAP是一种轻量级的、基于RESTful的通信协议，适用于低功耗、低带宽的物联网设备之间的通信。

CoAP支持UDP和DTLS加密传输，具有较高的安全性。

3. OPC UAOPC UA是一种基于面向对象的通信协议，可以支持在不同平台、不同操作系统上进行通信。

OPC UA支持多种加密算法、身份验证、授权等安全机制，适用于对安全性要求较高的物联网应用场景。

4. AMQPAMQP是一种面向企业级应用的消息传输协议，支持多种编程语言和操作系统环境下的跨平台、跨语言通信。