1、.5.6小组组员：数据库 与 物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第1页2数据库起源与发展物联网数据特点物联网与数据库数据库 与物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第2页一.数据库起源和发展物联网导论数据库与物联网培训课件第3页数据库起源和发展新兴数据库新兴数据库 关系数据库关系数据库 早期数据库系统早期数据库系统物联网导论数据库与物联网培训课件第4页早期数据库系统 数据库起源于数据库起源于20世纪世纪60年代，年代，代表数据库主要有代表数据库主要有IBMSABRE、IMS，CullinetIDMS等。等。SABRE全称全称Semi-Automated Business Research
2、Environment，即半自动商用研究环境。即半自动商用研究环境。物联网导论数据库与物联网培训课件第5页SABRE起源美国航空企业乘客需求IBM企业物联网导论数据库与物联网培训课件第6页早期数据库系统数据存放结构依赖于数据类型数据存放结构依赖于数据类型因为数据都存放在磁带上，支持因为数据都存放在磁带上，支持“查找查找”操作得付出相当大代价操作得付出相当大代价312“导航式数据库”特点数据经过指针相互串联起来，为了访问到数据经过指针相互串联起来，为了访问到想要数据，可能需要遍历整个数据库想要数据，可能需要遍历整个数据库物联网导论数据库与物联网培训课件第7页数据库起源和发展新兴数据库新兴数据库
3、关系数据库关系数据库 早期数据库系统早期数据库系统物联网导论数据库与物联网培训课件第8页关系数据库 关系数据库（Relational database），是创建在关系模型基础上数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中数据。物联网导论数据库与物联网培训课件第9页关系数据库“关系数据库之父”理论基础1970年年刊物Communication of the ACM论文“A Relational Model of Data for Large Shared Data banks”（大型共享数据库关系模型）物联网导论数据库与物联网培训课件第10页关系数据库1974-1977年给数据库历史留下
4、了极为浓墨重彩一笔。在此期间，加州大学伯克利分校开发Ingres和IBM开发System R,引领了关系数据库数十年发展。物联网导论数据库与物联网培训课件第11页关系数据库SybaseOracleSQL ServerIBMDB2IngresSystem R物联网导论数据库与物联网培训课件第12页关系数据库关系数据库特点 以面向系以面向系统观点点组织数据数据 含有高度数据和程序独立性含有高度数据和程序独立性 数据含有共享性数据含有共享性关系数据关系数据库库允允许许多个用多个用户户同同时访问时访问4123物联网导论数据库与物联网培训课件第13页数据库起源和发展新兴数据库新兴数据库 关系数据库关系数
5、据库 早期数据库系统早期数据库系统物联网导论数据库与物联网培训课件第14页新兴数据库关系数据库关系数据库银行交易银行交易信息管理信息管理订单处理订单处理票务预定票务预定物联网导论数据库与物联网培训课件第15页新兴数据库计算机辅助设计（CAD）计算机辅助制造（CAM）地理信息系统（GIS）动态网页新挑战物联网导论数据库与物联网培训课件第16页新兴数据库缺乏对真实世界实体描述缺乏对真实世界实体描述缺乏对复杂查询有效处理缺乏对复杂查询有效处理缺乏对缺乏对Web应用有效支持应用有效支持关系数据库关系数据库缺点缺点物联网导论数据库与物联网培训课件第17页新兴数据库“NoSQL”数据库数据库不要求数据库含
6、有确定表模式经过防止连线操作提升数据库性能它针对非关系型、分布式数据存放物联网导论数据库与物联网培训课件第18页新兴数据库补充补充不可替换不可替换“NoSQL”数据库关系数据库关系数据库“NoSQL”数据库和关系数据库关系物联网导论数据库与物联网培训课件第19页20数据库起源与发展物联网数据特点物联网与数据库数据库 与物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第20页二.物联网数据特点物联网导论数据库与物联网培训课件第21页物联网数据处理数据存放数据存放数据查询数据查询数据融合数据融合物联网导论数据库与物联网培训课件第22页物联网数据存放传感器所产生数据能够存放在传感器内部 发送回网络网关集中式存
7、放分布式存放物联网导论数据库与物联网培训课件第23页物联网数据存放分布式汇聚点查询查询结果原始数据中缝节点存放节点节点传感器 实心存放 空心只传递 不存放数据汇聚点Sink数据传输方向 传回：白色箭头 分发：橙色箭头物联网导论数据库与物联网培训课件第24页汇聚点查询查询结果原始数据节点传感器 不存在存放节点 数据汇聚点Sink数据传输方向 传回白箭头 物联网数据存放集中式物联网导论数据库与物联网培训课件第25页分布式 VS 集中式优点：1.数据存放在节点上，降低无须要数据传输缺点：1.不利于长时间任务2.传感器故障时，内存中数据全部丢失3.通信开销大4.存在“热点”问题优点：1.数据能永久保留
8、，不存在历史数据丢失2.查询请求 X 网络缺点：1.数据不完整2.传感器能量损耗大物联网导论数据库与物联网培训课件第26页物联网数据查询方式快照3 快照1 快照2 基态快 照查 询连询查续物联网导论数据库与物联网培训课件第27页物联网数据查询案例公交车综合信息处理平台弯道互联网用户1用户2站牌站牌RFID标签RFID标签一个基于物联网公交车信息查询系统设计物联网导论数据库与物联网培训课件第28页29物联网数据融合数据流数据融合数据流：数据流：单个传感器产生数据数据融合：数据融合：利用计算机技术对时序取得若干感知数据，在一定准则下加以分析、综合，以完成所需决议和评定任务二进行数据处理过程。数据融
9、合需要处理问题：节点选择 融合时机 融合算法物联网导论数据库与物联网培训课件第29页院系工作全空间数据数据包含确定和含糊，全空间和子空间，同时和异步，数字和非数字；它是多维多源，覆盖全频段。不一样于组合组合：外部特征融合：内部特征 是系统动态过程中一个数据综合加工处理互补过程数据表示方式互补结构上互补功效上互补不一样层次互补数据融合关键物联网数据融合物联网导论数据库与物联网培训课件第30页传感器1传感器2 传感器n 传感器端存放 数据汇聚点端存放 连续查询 快照查询传感器物联网数据融合存放查询查询结果数据流管理系统(Data Stream Management System,DSMS)物联网导
10、论数据库与物联网培训课件第31页物联网数据特点海量性海量性多态性多态性关联性及语义性关联性及语义性物联网导论数据库与物联网培训课件第32页/10/21.单个物体连续地产生数据血压血糖浓度心率体温物联网数据特点海量性物联网导论数据库与物联网培训课件第33页/10/22.多个物体同时连续地产生数据物联网数据特点海量性物联网导论数据库与物联网培训课件第34页物联网数据特点多态性光照度海拔高度温度“绿野千传”森林检测项目物联网导论数据库与物联网培训课件第35页物联网数据特点多态性“绿野千传”森林检测项目不一样网络 不一样数据格式不一样设备 不一样数据精度不一样测量时间和条件 不一样数据值物联网导论数据
11、库与物联网培训课件第36页物联网数据特点关联性及语义性传感器传感器1传感器3传感器传感器2传感器传感器4描述同一个实体数据在时间上含有关联性描述不一样实体数据在空间上含有关联性描述实体不一样维度之间含有关联性不一样关联性组合会产生丰富语义物联网导论数据库与物联网培训课件第37页物联网数据特点关联性及语义性30 80时间关联性：该传感器发生故障/周围环境发生了特殊改变空间关联性：周围传感器温度都上升附近极大可能发 生了森林火灾 周围传感器温度保持不变该传感器温度测量装置很可能发生故障物联网导论数据库与物联网培训课件第38页123123123物联网导论数据库与物联网培训课件第39页数据查询数据融合
12、数据海量性数据多态性数据关联性数据存放物联网导论数据库与物联网培训课件第40页41数据库起源与发展物联网数据特点物联网与数据库数据库 与物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第41页/10/2CompanyL物联网与数据库物联网、大数据与数据库关系物联网与数据库物联网环境下数据库系统挑战物联网导论数据库与物联网培训课件第42页/10/2物联网发展人工互联网物联网信息处理演进过程在历史上，人们需要人工地去采集信息，然后以人工方式对信息处理，以文字后者口耳相传方式对信息进行传输；计算机以及互联网出现，将人们从繁重信息处理任务中解脱出来，实现了信息以及信息传输自动化；无线传感网络出现，使信息搜集变得
13、愈加全方面、愈加智能、愈加深入。物联网导论数据库与物联网培训课件第43页/10/2 城市交通信息处理演进在没有互联网之前，要想知道城市当前交通情况，只能经过实地勘察或像其它人问询方式得到答案有了互联网，相关信息会被志愿者或者交通观察员监测到，并放在网上供人们查阅有了无线传感网络，全部交通信息都会被传感器自动侦测，自动联网更新。实时交通情况被“一网打尽”举例说明：人工互联网物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第44页/10/2物联网基本概念物联网世界 物联网将使得工业、农业、节能环境保护、商贸流通、交通能源、公共安全、社会事业、城市管理、安全生产等关乎人们衣食住行方方面面都会变得智慧起来。比如
14、：在冷链物流中应用物联网技术，除了能够实现全程实时温度监控，还能在无需打开冷藏装置情况下，即可快速批量读取温度信息。另外，经过安装RFID电子标签，能够实现产品防伪追溯，而且在仓储步骤，实现自动移仓、盘仓等仓库管理，降低人工犯错率并节约大量时间。物联网导论数据库与物联网培训课件第45页/10/2物联网、大数据与数据库关系物联网产生大数据数据库支撑物联网大数据引发大数据引发数据库变革数据库变革与发展与发展.物联网导论数据库与物联网培训课件第46页/10/2物联网产生大数据据美国报导，物联网一分钟能够产生非常多东西，苹果下载2万余次，一分钟会上传10万条新微博，全世界物联网上虚拟网络上，产生了大量
15、数据。国外这些企业数据量不一定有中国大，中国淘宝网在双十一一天创收10.5亿，新浪微博晚上有100万以上响应请求，中国联通也进行大数据搜集，他们以前给用户每一个月发一个帐单，很多用户认为我没有上这么多，中国联通改制就详细统计客户上网统计一秒钟83万条。物联网、大数据与数据库关系物联网导论数据库与物联网培训课件第47页/10/2CompanyL物联网产生大数据物 联 网 应 用 版 图物 联 网 分 析 大 数 据文字、图片、音频、视频等数字化信息呈指数式增加，大数据时代已经降临。全球信息总量每两年约增加一倍，全球创建和复制数据总量有1.8ZB，预计年将到达35ZB，是现在50倍。*1TB(太字
16、节)=1024GB,1PB(拍字节)=1024TB,1EB(艾字节)=1024PB,1ZB(泽字节)=1024EB,物联网导论数据库与物联网培训课件第48页/10/2大数据引发数据库行业变革与发展大数据引发数据库行业变革与发展数据库市场成形于上个世纪80年代。近年来伴随云计算、大数据应用兴起，面对暴发式增加海量数据，传统数据库已难以应对;面对以视频、图片、文字等非结构化数据为主大数据，传统商业智能系统和数据分析软件缺乏有效地分析工具和方法。大数据引发数据库行业变革。物联网、大数据与数据库关系物联网导论数据库与物联网培训课件第49页/10/2大数据引发数据库行业变革与发展大数据引发数据库行业变革
17、与发展大数据引发数据库行业架构创新。美国著名数据库科学家迈克尔斯通布雷克(MichaelStonebraker)指出，行业技术发展趋势是由一个架构支持全部应用转变为用各种架构支持多类应用。在大数据和云计算背景下，这一理论造成了数据库市场大裂变：数据库市场分化为三大阵营，包含OldSQL(传统数据库)、NewSQL(新型数据库)和NoSQL(非关系型数据库)。物联网、大数据与数据库关系物联网导论数据库与物联网培训课件第50页/10/2CompanyL中国数据库软件市场现实状况与发展，中国数据库软件市场规模到达53.15亿元，同比增加14.84%。未来，在大数据等一系列原因影响下，中国数据软件市场
18、规模将以超15%增加率保持较为稳定增加，预计年中国数据库软件市场规划将到达83.44亿元，年复合增加率达16.22%。中国数据库软件市场发展规模与预测物联网导论数据库与物联网培训课件第51页/10/2数据库支撑物联网-数据库支撑物联网，数据库作用数据库作用包含包含搜集传感性数据，还有实物跟虚拟物要结合起来。比如，今天北京交通堵塞，不过并不知道堵塞原因，假如政府公布消息和市民微博公布消息结合起来就知道发生什么事，物联网要过滤，过滤要有一定模式。-要实现真正物联网，需要海量地址，海量带宽，海量存放，而且需要极高通信智能和管理智能。需要数据库支撑。物联网、大数据与数据库关系物联网导论数据库与物联网培
19、训课件第52页/10/2传感器传输机制应用层数据库五官、皮肤神经人体行为大脑数据库支撑物联网 物物联网联网人体人体物联网导论数据库与物联网培训课件第53页/10/2 无人驾驶汽车物联网据国外媒体报物联网据国外媒体报道，大数据分析师道，大数据分析师BigDataS创始人创始人马克马克冯冯里吉门纳里吉门纳姆（姆（Mark van Rijmenam）指出，）指出，无人驾驶汽车将配置无人驾驶汽车将配置有大量传感器，每秒有大量传感器，每秒钟可生成钟可生成1GB数据。数据。科斯洛斯基甚至预计，科斯洛斯基甚至预计，未来汽车生成数据将未来汽车生成数据将上传到云存放系统，上传到云存放系统，政府能够利用这些数政府
20、能够利用这些数据提升行车安全性。据提升行车安全性。物联网导论数据库与物联网培训课件第54页/10/2CompanyLogo物联网环境下数据库系统挑战数据挖掘数据挖掘数据处理数据处理数据存放数据存放数据搜集数据搜集数据库选择数据保护物联网导论数据库与物联网培训课件第55页数据库选择物联网导论数据库与物联网培训课件第56页附上时空标 志去伪存真 搜集异源甚至是异构数据与历史数据对照多角度验证数据全方面性和可信性数据搜集物联网导论数据库与物联网培训课件第57页Company L数据存放目标目标技术技术方法方法优化优化要到达要到达低成本、低成本、低能耗、低能耗、高可靠高可靠性目标性目标冗余配冗余配置、
21、分置、分布化和布化和云计算云计算技术技术必须建立必须建立标准存放标准存放方法。方法。将将分类存分类存放方式放方式应应用到详细用到详细使用场所。使用场所。经过过滤经过过滤和去重，和去重，降低存放降低存放量，同时量，同时加入便于加入便于日后检索日后检索标签。标签。物联网导论数据库与物联网培训课件第58页数据处理有些行业数据包括上百个参数，其有些行业数据包括上百个参数，其复杂性不但表达在复杂性不但表达在数据样本本身数据样本本身，更表，更表达在多源异构、多实体和多空间之间达在多源异构、多实体和多空间之间交交互动态性互动态性，难以用传统方法描述与度量，难以用传统方法描述与度量，处理复杂度很大，需要将高维
22、图像等多处理复杂度很大，需要将高维图像等多媒体数据媒体数据降维降维后度量与处理，利用后度量与处理，利用上下上下文关联进行语义分析文关联进行语义分析，从大量动态而且，从大量动态而且可能是模棱两可数据中可能是模棱两可数据中综合信息综合信息，并导，并导出可了解内容。出可了解内容。物联网导论数据库与物联网培训课件第59页 数据挖掘数据挖掘 当前，尽管计算机智能化当前，尽管计算机智能化有了很大进步，但还只能有了很大进步，但还只能针对小规模、有结构或类针对小规模、有结构或类结构数据进行分析，谈不结构数据进行分析，谈不上深层次数据挖掘，现有上深层次数据挖掘，现有数据挖掘算法数据挖掘算法在不一样行在不一样行业
23、中难以通用。业中难以通用。数据挖掘是使结果可视化展现，使结果更直观方便于洞察物联网导论数据库与物联网培训课件第60页Company Logo数据安全数据安全1应该既勉励面应该既勉励面向群体、服务向群体、服务社会数据挖掘，社会数据挖掘，又要预防侵犯又要预防侵犯个体隐私个体隐私2既提倡数据既提倡数据共享，又要共享，又要预防数据被预防数据被滥用。滥用。3还需要界定还需要界定数据挖掘、数据挖掘、利用权限和利用权限和范围。范围。大数据系统本身安全性也是值得尤其关注，要注意技术大数据系统本身安全性也是值得尤其关注，要注意技术安全性和管理制度安全性并重，预防信息被损坏、篡改、安全性和管理制度安全性并重，预防
24、信息被损坏、篡改、泄露或被窃，保护公民和国家信息安全。泄露或被窃，保护公民和国家信息安全。大数据系统本身安全性也是值得尤其关注，要注意技术大数据系统本身安全性也是值得尤其关注，要注意技术安全性和管理制度安全性并重，预防信息被损坏、篡改、安全性和管理制度安全性并重，预防信息被损坏、篡改、泄露或被窃，保护公民和国家信息安全。泄露或被窃，保护公民和国家信息安全。物联网导论数据库与物联网培训课件第61页62数据库起源与发展物联网数据特点物联网与数据库数据库 与物联网物联网导论数据库与物联网培训课件第62页参考文件【1】张洪岩;励惠国;数字地球时代地理信息科学A;年东北三省测绘学术与信息交流会论文集C;
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