星瑞格数据库在物联网的应用

　1 物联网　

物联网 (Internet ofThings, IoT) 是近期受到高度关注的话题, 主要理念是"物物联网"或是"万物联网", 也就是将全球对象包括各式各样的传感器 (sensors) 等等连上网络, 除了数据的收集与分析外, 也可以进行各种控制的回馈, 这对于未来生活的便利性将有极大的影响。 物联网的应用极为广泛, 例如智能生活 (穿戴式装置, 智能手环, 智能手表),   智慧城市, 智能交通 (大众运输, 车载通讯, 自动车), 智能医疗 (居家看护), 智慧物流 (快递), 智慧农业 (温室或农场之温湿度环境), 智能安全 (安保监控系统), 智能电网 (智能电表与电力输送), 智能绿色建筑等等。 而最近热烈讨论的第五代行动通讯 (5G) 也以实现物联网物物相连为目标, 包含无线传输要更快, 通讯时间延迟要更短, 基地台手机通讯密度要更高, 联网对象要更多等等, 以上这些都是物联网的应用范围。

物联网的架构相映于星瑞格数据库主要分为四层:

1）感知层 (Sensors and Sensor networks)；

2）网络层 (SmartGateway)；

3）应用分析层 (各种应用的云端服务)；

4）大数据分析层。

感知层主要探讨各式有线或是无线传感器 (如温度、湿度、亮度、陀螺仪、三轴加速器、心跳、血压、脉搏等等) 以及如何建构感测网络 (sensornetworks) 将传感器收集到的数据可以传送出来。 传感器要做到低功耗 (电池续航力要高)、低成本、小体积、无线传输距离长等等, 是极具挑战的任务。网络层主要探讨如何利用现有无线或是有线网络来有效的传送收集到的数据, 例如利用现有的 3G/4G 无线传输技术, 或是未来的 5G 无线传输技术等等。应用层主要是探讨各种应用领域如何使用分析的结果来回馈并控制传感器或是控制器的调节等等。大数据分析层进而通过星瑞格大数据分析平台，分析得到更具价值有意义的数据。 整体来说, 物联网是一个活的生态体系, sensors 收集数据, 透过手机或是其他设备网络回传到云端处理中心, 通过分析后再将控制讯息回传给控制器, 进行各种精细或是细腻的调控, 或是通过大数据分析模型, 将这些采集到的信息分析成具有特殊意义的数据, 提供作为智能调控或决策的依据。星瑞格数据库在物联网的应用在数据处理上不管是哪一层都扮演着重要的角色。

　2 嵌入式设备　

星瑞格数据库在嵌入式设备上非常容易实现和部署, 星瑞格工程师具备多年嵌入式设备的经验, 目前实验室已有数台嵌入式主板成功安装SinoDB, 更有许多合作伙伴提供自行研发传感设备安装星瑞格数据库, SinoDB在这些嵌入式设备上需要的存储空间很小, 同时还拥有非常好的性能表现, 除了具备一般的关系型数据库的事务处理以外, 也提供Mongo API, REST API等非结构化数据的处理, 数据库引擎还内置了TimeSeries 时间序数据的处理, 不单是运行上有高性能的表现, 也能缩短开发时程与成本。

SinoDB 安装在树梅派单板上：

登入画面呈现Linux 操作系统版本与SinoDB 运行状态。

　3 NOSQL　

在互联网快速发展的时代, 客户、网页、行动装置以及传感器之间传递的信息往往不是固定结构的数据, 数据结构经常发生改变, 在这样的环境下成就NOSQL的流行, 因为NOSQL缩短了开发时间和在非常高负载情况下降低了查询响应时间, SinoDB具备传统关系型数据库引擎可以处理结构化数据，也内置支持非结构化类型数据处理引擎, 提供处理JSON类型数据与MongoAPI,REST API等应用程序开发API, 方便开发者对非结构化类型数据开发的便利性, JavaScript Object Notation（JSON）是用于在数据库和应用程序之间的数据交换的通用格式,它是用于编码，或串行化，结构化对象作为文本一个非常简单的交换格式。

　4 时间序列（TimeSeries）

时间序列（TimeSeries）是星瑞格数据库解决海量数据处理的一项重要技术。该技术采用特殊数据存储方式，极大提高了时间相关数据的处理能力，相对于关系型数据库它的存储空间减半，查询速度提高。高效存储和处理大量数据的能力对于SinoDB时序解决方案来说至关重要。比如，如果没有时序解决方案，就无法对一些能源和公用事业单位的数据库系统中的几万亿行数据进行高性能处理。所有的时间序列功能都是为了提高大数据系统的性能和可管理性。在各种传感器或嵌入设备对数据的采集纪录时，都会相关于时间，用户在纪录这类数据时可以采用一个时间序列列中设定固定时间间隔的数据，并通过使用时间序列函数（TimeSeries Function）实现对这些数据的实时查询、更新、删除等操作。这类型的时间序列函数优越的查询性能远超过关系型数据库。SinoDB数据库内置时间序列数据处理引擎, 在性能上有很好的表现, 应用程序开发上也相当便捷。

　5 应用案例　

5.1 智能铁道管理

这是一个铁道公司的应用案例，利用数据库建立一个的物联网解决方案。该解决方案在轨道上和一些车厢都装上传感器并嵌入SinoDB, 采集来自传感器的数据,通过无线网络传送至云端数据库, 云端数据库收集所有来自各地点的数据加以分析找出重要信息, 该解决方案要求用数据来分析找出可能的损坏关键组件, 包括轮子毁损，高振动地区，轨道故障等问题。这样的应用需要数据库具备JSON文件与TimeSeries的处理能力并能运行数据分析找出问题, 最终达到降低维护成本,保障更安全的通勤。

5.2 智能车辆管理

一个大型物流运输业者, 利用物联网架构作为智能化车两管理平台, 透过车辆上的感知数据采集,包括车速、座标、气温、冷藏室温度等信息通过无线网络传送到管理中心, 管理中心建置星瑞格大数据分析平台, 透过数据分析与地理位置信息的结合可以清楚知道每一辆车的行驶路径与位置, 如果车辆停止, 引擎也没有发动表示车辆故障, 将迅速通知邻近维修人员前往排除故障, 或是驾驶人员超速或不按照排定路程行驶, 可立即对驾驶员发出警告, 有冷藏设备车辆也可以监控冷藏室温度变化如有异常可立即发出警告通知, 建构一个车辆智能管理网络。

5.3 医疗管理

穿戴式装置应用，不仅呼应智能医疗为基础的物联网应用，同时也刺激各种智能医疗的穿戴电子医疗科技持续增温，由嵌入式运算平台加上物联网、云服务、大数据运算的整合架构，正驱动医疗应用的智能化目标逐步成真。穿戴式应用、智能医疗等产品话题，在Apple、Google与小米等硬件与业者相继推出健康云服务、智慧手环、智能手表。。。等应用下，持续为穿戴式装置甚至智能医疗的物联网应用市场加温，加上各式消费性生理监控硬件产品价格持续探底，以用户生理体征进行Real time实时持续记录、搭配健康云端服务的应用架构俨然建构成型，甚至已具备具体而微的穿戴医疗的应用生态系(Eco System)，持续炒热智能健康、医疗与嵌入式运算平台的整合市场。

一个医疗中心，将感知设备发给每个住院病人, 利用传感器采集病人血压、脉搏、呼吸、心跳等信息定期将数据传送到云端数据中心, 有些类型病人甚至加入血糖监测等信息。 这些信息将集中到云端数据中心可立即判断是否有超出危险临界值的病人需要马上关注, 系统可以直接发出警告和提出建议给医护人员, 医师也可以调用这些数据来作为诊疗和用药调整的依据, 这些病人所采集数据通过大数据分析将来也可以作为医院对病人的健康综合判断与医疗建议, 甚至可以作为医疗研究。 利用物联网技术可以降低医护人员的工作量与节省人力成本,将来势必会有更多的应用蓬勃发展。

　6 总结　

SinoDB 数据库软件集成的设计理念特别适合于挑战当前的物联网环境, 可以安装在非常小的嵌入式设备, 以极高的性能和高可用架构，支持结构化与非结构化混合型数据, 提供各种开发API及特殊数据复制能力和可扩展性，以及极小的管理开销。包括以下特性：

• 容易安装于嵌入设备

• 内存要求仅需64MB

• 无须管理

• 内置时间序列数据处理引擎

• 支持JSON/BSON 及各类开发API

• 支持云端大数据分析平台

• 支持水平扩充多个设备

• 支持高可用

星瑞格数据库在物联网上的应用结合云端、大数据分析架构，由前端感知设备收集数据, 透过网络回传到云端处理中心, 通过分析后再将控制讯息回传给控制器或发出警告, 进行各种精细或是细腻的即时处理, 或是通过大数据分析模型, 将这些采集到的信息分析成具有特殊意义的数据, 物联网是未来改变人类生活的重要科技, 星瑞格数据库是在物联网应用上的最佳选择。