中間件在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析

1、 中間件在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用 董永朋 楊勛 物聯(lián)網(wǎng)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已有一些探索和初步應(yīng)用。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展， 展方式的革命性變革。但與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制和電子商務(wù)等領(lǐng)域發(fā)展相比，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還正處于起步階段，迫切需要對其進(jìn)行深入探索和研究，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平。鑒此，編輯部將近期與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的文章集中到一起，以期為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)研究人員提供參考。物聯(lián)網(wǎng)( The Internet of Things) 是通過無線射頻識別( RFID) 裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)

2、網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)改變了人與自然界的交互方式，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián)，把虛擬的信息世界與現(xiàn)實的物理世界鏈接起來，融為一體，擴(kuò)展了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識改造世界的能力。其概念是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域。1、我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀 我國對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高度重視，國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃( 2006 2020 年) 和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項中均將物聯(lián)網(wǎng)列入重點研究領(lǐng)域。國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定( 2009 年) 已將包括物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的新一

3、代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)被列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2009 年以來，溫家寶總理多次強(qiáng)調(diào)要“著力突破物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后 IP 時代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的發(fā)動機(jī)”。我國將物聯(lián)網(wǎng)作為推薦產(chǎn)業(yè)信息化進(jìn)程的重要策略，在實際發(fā)展中落實物聯(lián)網(wǎng)于各個產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。農(nóng)業(yè)作為關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化的程度尤其受到重視。我國發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨著資源緊缺與生態(tài)環(huán)境惡化的雙重約束，面臨著資源高投入和粗放式經(jīng)營的矛盾以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，迫切需要加強(qiáng)以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為代表的農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對動植物、土壤、環(huán)境等從宏觀到微觀的實時監(jiān)測，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營精

4、細(xì)化管理水平，達(dá)到合理使用農(nóng)業(yè)資源、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)采用純?nèi)斯す芾?，缺乏有效的技術(shù)手段采集農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù); 采用手工控制實現(xiàn)對灌溉、水簾、遮陽網(wǎng)、抽風(fēng)機(jī)等的控制，耗費人力時間，且出錯率較高。目前，國家大力提倡智能農(nóng)業(yè)傳感數(shù)據(jù)多樣，集傳感、分析、聯(lián)動于一體，實現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測和控制，進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)處理并實現(xiàn)多樣化報警方式。盡管國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作推進(jìn)比較快，但其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。從產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)和智能算法是物聯(lián)網(wǎng)計算環(huán)境的“神經(jīng)中樞”，是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺是各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)軟件設(shè)

5、施和共性軟件平臺，是物聯(lián)網(wǎng)“神經(jīng)中樞”的核心，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用層“應(yīng)用子集”大規(guī)模發(fā)展的戰(zhàn)略性支撐。中創(chuàng)軟件中間件有限公司通過自主研發(fā)推出了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺，用于支撐企事業(yè)單位的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。中間件股份有限公司以物聯(lián)網(wǎng)信息聚合技術(shù)為理論基礎(chǔ)，研發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間InforSuiteIOTEdgeServer( IIES) 系列產(chǎn)品，能夠在實時采集農(nóng)場各種傳感設(shè)備原始信息的同時進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理和計算，從海量的、雜亂無章的原始數(shù)據(jù)中提煉出對智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)具有特定意義的數(shù)據(jù)，并智能地對各種突發(fā)情況進(jìn)行實時處理，極大地節(jié)省了人力物力，提高了經(jīng)濟(jì)效益，且有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2、中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間

6、件及智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)2 1中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件特點IES 提供廣泛的傳感設(shè)備支持并可以通過其靈活可擴(kuò)展的框架迅速支持各種感知設(shè)備，為企業(yè)降低對感知設(shè)備依賴的風(fēng)險; 提供強(qiáng)大的事件處理引擎，將海量的傳感信息過濾、分組、關(guān)聯(lián)和聚合生成透明的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了傳感數(shù)據(jù)的通透性; 提供傳感設(shè)備模擬工具、壓力測試工具、設(shè)計工具以及 SDK 開發(fā)包，基于 RFID 與傳感器應(yīng)用解決方案的開發(fā)部署提供可視化開發(fā)支持; 為傳感設(shè)備管理和監(jiān)控提供工具，便于設(shè)備的規(guī)劃和管控。2 1 1自主可控、安全可靠?；诤烁呋熬W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)支撐運行平臺”的技術(shù)成果，具有構(gòu)件化、服務(wù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、動態(tài)性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展等優(yōu)勢，支持

7、隨需應(yīng)變快速構(gòu)建。2 1 2 無限感知、兼容普適。嚴(yán)格遵循 EPCGloble 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn); 支持國際業(yè)界所有主流的 RFID 與傳感器設(shè)備; 并提供靈活可擴(kuò)展的資源適配器框架，可快速無縫集成新型的各種類型感知設(shè)備資源，并實現(xiàn)上層應(yīng)用系統(tǒng)對感知設(shè)備資源管理的零編程。2 1 3 靈活易構(gòu)、性能卓越。采用 Loong 基礎(chǔ)平臺，即插即用; 企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可按需定制分布式或集中式部署模型;通過內(nèi)部先進(jìn)的事件處理引擎，能夠在前端對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行任意的復(fù)雜處理和業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)換，以應(yīng)用提煉有效的業(yè)務(wù)信息; 測試證明產(chǎn)品能夠達(dá)到每秒百萬級的事件處理能力，并確保 7 × 24 h 穩(wěn)定運行。2 1 4開發(fā)

8、便捷、助力實施。為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)提供了可Eclipse 中調(diào)試的 SDK 以及整套設(shè)計、開發(fā)、測試工具，為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實施提供了高效快速的開發(fā)測試方法，既縮短了開發(fā)周期又降低了開發(fā)成本; 為上層應(yīng)用提供可擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，降低應(yīng)用使用數(shù)據(jù)服務(wù)的復(fù)雜度，提供開發(fā)效率; 可視化管理控制臺幫助用戶實現(xiàn) RFID設(shè)備的快速配置部署，并進(jìn)行日常的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控管理。2 2中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件是介于感知硬件設(shè)備層與應(yīng)用層之間的中間件，負(fù)責(zé)實現(xiàn)與前端感知硬件設(shè)備的信息交互和管理，將采集到的海量原始感知信息提煉為有效的結(jié)果信息，并完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信

9、息交換。針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)和測試的自身特點，系統(tǒng)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的不同階段提供不同的工具，并且提供了統(tǒng)一的感知設(shè)備監(jiān)管工具 IES Console，通過它實現(xiàn)對紛繁復(fù)雜感知設(shè)備的可視化配置和監(jiān)控管理以及感知信息的實時觀測。運行平臺是整個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件的核心，其基于核高基“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)支撐運行平臺”的技術(shù)成果，遵循核高基“JEE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”、“微內(nèi)核集成框架”和“一體化管理框架”規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件是一個基礎(chǔ)軟件設(shè)施和共性軟件平臺，位于物理感知設(shè)備和上層應(yīng)用系統(tǒng)之間，負(fù)責(zé)采集物理數(shù)據(jù)并進(jìn)行過濾解析以及處理，形成有效的信息傳給上層應(yīng)用，支撐整個智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的互聯(lián)，為應(yīng)用提供快速構(gòu)建

10、的架構(gòu)支撐和工具手段 ?；?InforSuite IOT EdgeServer 的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)。在農(nóng)場的每個大棚或者其他種植農(nóng)作物的地方部署各種用途的傳感設(shè)備，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、土壤水分傳感器等，用來采集農(nóng)作物生長環(huán)境的各種因素。這些傳感設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)( 如 RS485)或者無線網(wǎng)絡(luò)( 如 Zigbee) 等傳給中間層 IIES，IIES 將采集到的信息進(jìn)行過濾、分組、關(guān)聯(lián)、聚合等負(fù)載操作，形成用戶所需的有效信息上傳給上層應(yīng)用，以便用戶能及時感知農(nóng)作物生長環(huán)境的變化，采取相應(yīng)的措施。另外，用戶可以在上層系統(tǒng)中給各個參數(shù)設(shè)定安全閾值，當(dāng)中間件采集過來的數(shù)據(jù)

11、超過或者低于一定閾值時，系統(tǒng)會自動報警，并自動啟動或關(guān)閉相應(yīng)物理設(shè)備( 如水簾) ，采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。 該物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺的核心部件由 IIES 產(chǎn)品族組成，包括 InforSuite IOT EdgeServer、IES SDK、IES Designer、IES Senor Emulator、IES Sensor Streamer 、IES Console 以及 IOT De-vice Agent 等。2 3中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要功能2 3 1信息采集和控制系統(tǒng)。實現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境( 包括二氧化碳、光照度、溫濕度和土壤參數(shù)等) 的信號采集、傳輸、接收。2 3 2 物理傳感設(shè)

12、備監(jiān)控。遠(yuǎn)程地對部署在自然環(huán)境中的各種傳感設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。2 3 3環(huán)境監(jiān)控管理平臺。實現(xiàn)對物理傳感設(shè)備采集到的各種信息的過濾、分組、關(guān)聯(lián)、聚合等操作，形成對用戶有效的信息; 提供閾值設(shè)置功能; 對異常信息提供智能分析、檢索、告警以及對異常情況自動處理功能，如當(dāng)土壤濕度低于5002。2 4強(qiáng)度分析采用軟件打開圖像，點擊通道面板，選擇所需要分析的熒光標(biāo)記通道，將其復(fù)制成副本點擊“圖像 調(diào)整 閾值”，設(shè)置合適的閾值將目標(biāo)區(qū)域劃分出，點擊“濾鏡 其他 最大值與最小值”，先最大值后最小值可填充內(nèi)孔;先最小值后最大值可去除雜點。根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)“半徑”的具體數(shù)值，注意最大值與最小值的半徑數(shù)值

13、需相等。點擊“選擇 載入選區(qū)”，這時點擊“窗口 直方圖”面板，默認(rèn)情況下，“直方圖”面板將以“緊湊視圖”形式呈現(xiàn)，可點擊面板菜單選項中的“擴(kuò)展視圖”和“顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)”選項; 然后選擇下拉菜單中的“明度”選項，從中可讀出“平均灰度值、標(biāo)準(zhǔn)差和面積”的具體數(shù)值。需注意面板中“高速緩存級別”數(shù)值應(yīng)為 1，若不為 1 需點擊面板菜單選項中的“不使用高速緩存的刷新”選項。2 5誤差分析2 5 1 熒光圖像疊加與拆分。采用 Nikon A1 激光共聚焦顯微系統(tǒng)及 NIS Elements 軟件分別獲得小鼠傳代培養(yǎng)細(xì)胞單標(biāo)記熒光圖像( 熒光染料分別為 DAPI、Texas Red 和 AlexaFluor

14、488) 、明場圖像與疊加圖像( 圖 2) ; 采用 Photoshop 軟件按前述方法對單標(biāo)記熒光圖像與明場圖像分別進(jìn)行拆分與疊加處理。采用 Image pro plus 軟件對這些處理后的圖像進(jìn)行差值運算，所得圖像為完全黑色，即它們是完全相同的圖像。2 5 2 熒光圖像強(qiáng)度分析。利用 Photoshop 與 Image pro plus 軟件按前述方法分析圖 2 中“藍(lán)”通道細(xì)胞核區(qū)域熒光強(qiáng)度( 表 1) ，結(jié)果顯示無顯著性差異( P 0 05) 。表 1熒光強(qiáng)度誤差分析096 50Image pro plus36 571 像素22 016 503、結(jié)論 該研究中圖像處理試驗結(jié)果顯示，經(jīng)過

15、 Photoshop 軟件處理過的熒光顯微圖像圖形清晰、色彩逼真、結(jié)果準(zhǔn)確。與國外高校與科研院所相比，目前國內(nèi)大中專院校與科研院所關(guān)于科學(xué)圖像處理技能的訓(xùn)練仍然比較缺乏，而在科學(xué)研究中，對試驗結(jié)果圖像進(jìn)行相關(guān)處理是重要的實踐環(huán)節(jié)，否則試驗人員很難將研究結(jié)果較好地呈現(xiàn)出來，而這其中應(yīng)用最廣泛的便是 Photoshop 軟件。因此就試驗教學(xué)與科學(xué)研究而言，上述處理技術(shù)是值得推廣的。實踐表明利用 Photoshop 軟件對熒光顯微圖像進(jìn)行處理，操作方法簡便快捷，結(jié)果可靠、受主觀影響小，該技術(shù)可在教學(xué)及科學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。設(shè)定閾值時，自動啟動水簾等設(shè)備進(jìn)行澆水?；诰W(wǎng)頁的數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

16、用戶可以在網(wǎng)頁上瀏覽檢測的數(shù)據(jù)，掌握農(nóng)作物各個時期的生長情況，也可以將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出，進(jìn)行分析對比，便于尋找規(guī)律，作出正確的決策。4、結(jié)語 InforSuite IOT EdgeServer 采用業(yè)界領(lǐng)先的 OSGI 微內(nèi)核框架，該框架具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、動態(tài)性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展等特性，結(jié)合先進(jìn)的插件化開發(fā)技術(shù)保障了 InforSuite IOT EdgeServer 對紛繁復(fù)雜的感知設(shè)備的快速支撐，同時為多種備之間的橋梁和紐帶，涉及物聯(lián)網(wǎng)感知層海量感知設(shè)備的監(jiān)控管理問題，是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的核心通道和國家信息安全的咽喉，不可受制于人。中創(chuàng)軟件物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件及支撐平臺的出現(xiàn)，打破了國外軟件廠商在該領(lǐng)域的壟斷，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件產(chǎn)品和平臺，從而奠定我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石。在新的科技浪潮中，助力我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，提高國家工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技的發(fā)展水平，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點。應(yīng)用服