發(fā)布時間：2017-08-17 18:32

  本文關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下CL2M系統(tǒng)中間件研究與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 閉環(huán)全生命周期管理 中間件 物聯(lián)網(wǎng) 消息隊列遙測傳輸 Netty

【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)、信息通信等技術(shù)的不斷發(fā)展,如何利用相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),消除產(chǎn)品全生命周期各階段間的信息壁壘,形成產(chǎn)品全生命周期信息流和知識流閉環(huán)管理,從而提升企業(yè)對產(chǎn)品的持續(xù)追蹤水平,改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計和制造能力,并提供創(chuàng)新性產(chǎn)品和服務(wù),已成為亟待解決的問題。閉環(huán)全生命周期管理(Closed-loop Lifecycle Management,CL2M)為解決該問題提供了新的思路和方法。但是,目前CL2M系統(tǒng)還不完善,沒有標(biāo)準(zhǔn)化的中間件規(guī)范,缺乏獨立且通用的CL2M系統(tǒng)中間件,而這些是解決產(chǎn)品全生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)問題的關(guān)鍵。本文在分析CL2M系統(tǒng)中間件特性的基礎(chǔ)上,引入消息隊列遙測傳輸(Message Queue Telemetry Transportation, MQTT)協(xié)議作為CL2M系統(tǒng)中間件標(biāo)準(zhǔn),通過對CL2M系統(tǒng)中間件相關(guān)問題的研究,給出了中間件的具體構(gòu)建方案,設(shè)計并實現(xiàn)了CL2M系統(tǒng)中間件。論文的主要工作內(nèi)容如下：1、針對CL2M系統(tǒng)中間件標(biāo)準(zhǔn),通過對PMI (PROMISE Message Interface)和QLM (Quantum Lifecycle Management)標(biāo)準(zhǔn)提議進(jìn)行解析,找出了其中存在的問題,如缺乏錯誤處理機(jī)制、沒有考慮安全和隱私以及不適合資源受限設(shè)備等。在此基礎(chǔ)上,將MQTT協(xié)議與PMI和QLM標(biāo)準(zhǔn)提議進(jìn)行了對比分析,并研究了MQTT協(xié)議擴(kuò)展問題,如規(guī)范客戶ID表達(dá)和消息負(fù)載格式,定義指定消息主題緊急因子功能。最后,提出引入MQTT協(xié)議作為CL2M系統(tǒng)中間件標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計思想。2、分析了CL2M系統(tǒng)中間件相關(guān)問題并提出了解決之策。定義了基于MQTT的中間件模型,并采用基于NIO模式的Netty框架設(shè)計,滿足了中間件并發(fā)性指標(biāo)。通過定義消息緊急因子來區(qū)分消息緊急性,實現(xiàn)中間件緊急消息優(yōu)先路由�；诙嗑S計數(shù)布隆濾波器進(jìn)行了中間件無效消息過濾算法設(shè)計。最后,為了將CL2M代理功能從中間件中解耦,設(shè)計了CL2M代理并集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集功能。3、在分析CL2M系統(tǒng)中間件相關(guān)問題、應(yīng)用目標(biāo)要求的基礎(chǔ)上,設(shè)計了中間件系統(tǒng)框架、各功能模塊及驅(qū)動機(jī)制。具體內(nèi)容包括：各功能模塊處理流程的設(shè)計：各功能模塊的編程實現(xiàn)：無效消息過濾算法：基于多優(yōu)先級隊列的緊急消息優(yōu)先路由策略：基于XML文件的消息負(fù)載內(nèi)容格式校驗算法等。4、為了測試CL2M系統(tǒng)中間件的性能,針對消息過濾有效性、并發(fā)性、消息處理時間、系統(tǒng)吞吐率和可用性等特性指標(biāo),搭建測試方案并進(jìn)行了詳細(xì)測試。測試結(jié)果表明,設(shè)計的CL2M系統(tǒng)中間件滿足具體應(yīng)用目標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：閉環(huán)全生命周期管理 中間件 物聯(lián)網(wǎng) 消息隊列遙測傳輸 Netty
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44;TN929.5;TB472
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 相關(guān)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 CL2M系統(tǒng)中間件的研究與發(fā)展14-15
• 1.2.3 CL2M系統(tǒng)中間件相關(guān)軟件研究與發(fā)展15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 1.4 本文章節(jié)安排17-18
• 第2章 CL2M系統(tǒng)概述和中間件標(biāo)準(zhǔn)研究18-36
• 2.1 CL2M系統(tǒng)概述18-21
• 2.1.1 傳統(tǒng)產(chǎn)品生命周期管理的問題18
• 2.1.2 CL2M系統(tǒng)內(nèi)涵18-19
• 2.1.3 CL2M研究內(nèi)容19-20
• 2.1.4 CL2M系統(tǒng)架構(gòu)20-21
• 2.2 CL2M系統(tǒng)中間件特性分析21-23
• 2.3 CL2M系統(tǒng)中間件標(biāo)準(zhǔn)研究23-34
• 2.3.1 PMI標(biāo)準(zhǔn)提議24
• 2.3.2 QLM標(biāo)準(zhǔn)提議24-27
• 2.3.2.1 O-DF24-26
• 2.3.2.2 O-MI26-27
• 2.3.3 PMI和QLM標(biāo)準(zhǔn)提議存在的問題分析27-28
• 2.3.4 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議MQTT28-30
• 2.3.5 MQTT與PMI/QLM對比分析30-31
• 2.3.6 MQTT協(xié)議擴(kuò)展研究31-34
• 2.3.6.1 連接包擴(kuò)展31-32
• 2.3.6.2 發(fā)布包消息內(nèi)容負(fù)載格式規(guī)范化32-33
• 2.3.6.3 訂閱包擴(kuò)展33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 CL2M系統(tǒng)中間件相關(guān)問題分析及解決方案36-52
• 3.1 中間件模型36-37
• 3.2 并發(fā)性問題37
• 3.3 消息緊急性定義37-38
• 3.4 無效消息過濾38-44
• 3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)布隆濾波器原理38-40
• 3.4.2 消息過濾算法設(shè)計40-44
• 3.4.2.1 算法描述42
• 3.4.2.2 哈希函數(shù)的設(shè)計42
• 3.4.2.3 哈希函數(shù)個數(shù)和計數(shù)器數(shù)組計算42-44
• 3.4.3 算法時間和空間復(fù)雜度44
• 3.5 CL2M代理44-50
• 3.5.1 CL2M代理的功能和結(jié)構(gòu)框圖44
• 3.5.2 CL2M代理的模塊設(shè)計44-48
• 3.5.2.1 微控制器模塊44-45
• 3.5.2.2 傳感檢測模塊45
• 3.5.2.3 RFID讀寫器模塊45-46
• 3.5.2.4 GPS模塊46-47
• 3.5.2.5 通信模塊47-48
• 3.5.3 CL2M代理的軟件設(shè)計48-50
• 3.5.3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計48-50
• 3.5.3.2 MQTT軟件實現(xiàn)50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第4章 CL2M系統(tǒng)中間件設(shè)計與實現(xiàn)52-76
• 4.1 需求分析52-53
• 4.1.1 應(yīng)用目標(biāo)52
• 4.1.2 功能性需求分析52-53
• 4.1.3 非功能性需求分析53
• 4.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計53-55
• 4.3 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)55
• 4.4 系統(tǒng)模塊化設(shè)計55-65
• 4.4.1 消息收發(fā)和消息過濾55-57
• 4.4.2 身份驗證57
• 4.4.3 ACL管理57-58
• 4.4.4 自動訂閱58
• 4.4.5 訂閱管理58-61
• 4.4.5.1 產(chǎn)品消息主題設(shè)計59
• 4.4.5.2 主題匹配59-60
• 4.4.5.3 訂閱請求處理60
• 4.4.5.4 發(fā)布消息處理60-61
• 4.4.6 消息緩存61-63
• 4.4.6.1 接收消息緩存池61-62
• 4.4.6.2 發(fā)送消息緩存池62-63
• 4.4.7 消息內(nèi)容校驗63-64
• 4.4.8 元數(shù)據(jù)管理和發(fā)現(xiàn)服務(wù)64
• 4.4.9 心跳機(jī)制64
• 4.4.10 web服務(wù)64-65
• 4.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計65-66
• 4.6 CL2M系統(tǒng)中間件實現(xiàn)66-75
• 4.6.1 CL2M系統(tǒng)中間件主程序66-68
• 4.6.2 消息收發(fā)實現(xiàn)68
• 4.6.3 消息過濾實現(xiàn)68-69
• 4.6.4 ACL驗證和身份驗證實現(xiàn)69-70
• 4.6.5 自動訂閱實現(xiàn)70
• 4.6.6 主題樹構(gòu)建與主題匹配實現(xiàn)70-71
• 4.6.7 消息緩存實現(xiàn)71-72
• 4.6.8 消息內(nèi)容校驗實現(xiàn)72
• 4.6.9 心跳機(jī)制實現(xiàn)72-73
• 4.6.10 Web服務(wù)實現(xiàn)73-75
• 4.6.10.1 用戶登錄注冊73
• 4.6.10.2 歷史數(shù)據(jù)查詢73-74
• 4.6.10.3 文件上傳和下載74-75
• 4.7 本章小結(jié)75-76
• 第5章 驗證實驗的設(shè)計與測試76-86
• 5.1 實驗測試場景76-78
• 5.1.1 基于等離子體設(shè)備測控系統(tǒng)的測試方案76-77
• 5.1.2 CL2M系統(tǒng)中間件客戶端開發(fā)77
• 5.1.3 CL2M系統(tǒng)中間件部署77-78
• 5.2 CL2M系統(tǒng)中間件實驗測試及結(jié)果分析78-83
• 5.2.1 消息過濾測試78-79
• 5.2.2 并發(fā)性測試79-81
• 5.2.3 消息處理時間測試81-82
• 5.2.4 系統(tǒng)吞吐率測試82-83
• 5.2.5 可用性測試83
• 5.3 實驗結(jié)論83-84
• 5.4 本章小結(jié)84-86
• 第6章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 工作總結(jié)86-87
• 6.2 下一步工作展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-94
• 附錄 數(shù)據(jù)表達(dá)格式示例94-96
• 致謝96-98
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：690471