大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術中應用
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摘要：針對物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展情況，融入大數(shù)據(jù)嵌入式軟件，解決過往數(shù)據(jù)管理效果不理想、無法歸納有效信息的情況。首先，闡述大數(shù)據(jù)技術對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的影響，掌握大數(shù)據(jù)技術對人們目前生活的影響及與物聯(lián)網(wǎng)技術融合的必要性；隨后，提出物聯(lián)網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)嵌入式軟件技術，包括（射頻識別技術、傳感技術、智能化技術）；再次，自系統(tǒng)架構、需求分析探索大數(shù)據(jù)技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用。最后，給出大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的應用前景，為未來的研究提供方向。
關鍵詞：大數(shù)據(jù)；嵌入式軟件；物聯(lián)網(wǎng)技術
0引言
近幾年，我國物聯(lián)網(wǎng)技術取得突破性進展，信息傳遞速度加快，使嵌入式系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)中運行更為快捷。但傳統(tǒng)嵌入式設備具有局限性，對網(wǎng)絡支持不足，伴隨我國進入5G時代，嵌入式設備與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過5G高速網(wǎng)絡技術，改變過往延遲問題，開發(fā)更多的網(wǎng)絡接口[1]。嵌入式設備獲得的數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)平臺連接后，可以實時交換數(shù)據(jù)，形成物聯(lián)網(wǎng)結構。伴隨計算機CPU處理功能增強，計算機數(shù)據(jù)處理能力得以飛速發(fā)展，間接推動大數(shù)據(jù)技術產生與發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)體系中，每個嵌入式設備中接受各種數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術建設平臺，有利于對數(shù)據(jù)進行智能劃分，及時對數(shù)據(jù)進行管理及控制，使物聯(lián)網(wǎng)技術將各類數(shù)據(jù)連接，為人們的生活提供便利。
1大數(shù)據(jù)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的影響
現(xiàn)階段，社會上每天都會產生大量的數(shù)據(jù)，智能化技術發(fā)展是數(shù)據(jù)形態(tài)朝向多樣化發(fā)展，數(shù)據(jù)處理工作較為困難。但并非所有的數(shù)據(jù)均具有存在意義，無用的數(shù)據(jù)只會占用網(wǎng)絡內存，對設備運行產生干擾，使人們的工作量增加。大數(shù)據(jù)技術出現(xiàn)將此問題解決，減輕數(shù)據(jù)處理負擔，讓數(shù)據(jù)處理人員在海量的數(shù)據(jù)中及時提取有用的信心。比如，在抖音軟件中，每天有數(shù)千萬人發(fā)表視頻，伴隨視頻發(fā)布與人們?yōu)g覽，其中會產生大量的數(shù)據(jù)，甚至一天能達到PB級[2]。人們在瀏覽視頻時，軟件會推薦給用戶喜愛觀看的視頻，出現(xiàn)這種情況便是大數(shù)據(jù)技術的應用，大數(shù)據(jù)技術下，對人們喜愛瀏覽的信息進行匹配，從而掌握用戶喜好。根據(jù)用戶使用軟件的頻繁程度及時間。自眾多的信息中找到共性，逐漸完善數(shù)據(jù)信息，最終用戶每天都能觀看到自己喜愛的視頻，導致人們“刷視頻”無法停下來，這也是大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化的一種形態(tài)，商業(yè)化已經(jīng)是推動大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵性因素。
2物聯(lián)網(wǎng)領域中的大數(shù)據(jù)嵌入式軟件技術
對嵌入式技術進行分析，通過嵌入式軟件技術可達到信息高速傳遞目標，為人們的工作及生活提供便利。大數(shù)據(jù)視角下，物聯(lián)網(wǎng)領域對嵌入式技術的應用主要是通過三大技術實現(xiàn)，包括傳感器技術及射頻識別技術及智能化技術。
2.1射頻識別技術
大數(shù)據(jù)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)嵌入式軟件應用常見射頻識別技術，該技術在應用后，物聯(lián)網(wǎng)具有感知能力，射頻識別技術與傳感器融合后，可快速識別信息及對數(shù)據(jù)進行處理。將射頻識別技術融入物聯(lián)網(wǎng)體系后，射頻識別中含有讀寫器及電子標簽，對特定的物體信息進行解讀，為每個物體張貼標簽，通過讀寫器掃描識別碼，可以對其中的數(shù)據(jù)快速解讀[3]。射頻識別技術具有較大的優(yōu)勢，無需對電子標簽供電，有利于節(jié)約企業(yè)的生產成本。在物流上，貨物運輸也會變得更為快捷，通過射頻識別技術對貨物進行分揀，合理控制運輸流程。
2.2傳感技術
在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，任何物品均能利用數(shù)據(jù)表示，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中不同物體以數(shù)據(jù)體現(xiàn)關系[4]。傳感器技術的功能在于感知，人們通過傳感器獲得大量的感知信息，將信息傳遞后，建立起不同物體間的聯(lián)系，構建物物相連的網(wǎng)絡。將傳感器作為基礎，我國已經(jīng)開發(fā)出智能化傳感設備，智能傳感器已經(jīng)在較多的領域應用，成為世界上作為常見的信息傳輸設備。智能傳感器在各個領域廣泛應用原因是傳感器的處理功能較為強大，利用智能傳感器可高效、快速的傳遞信息，也能完善嵌入式軟件。在數(shù)據(jù)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)領域中使用傳感器技術具有重要意義。
2.3智能化技術
大數(shù)據(jù)環(huán)境下，嵌入式軟件的智能化技術在物聯(lián)網(wǎng)領域廣泛應用，該技術顯著的優(yōu)勢是避免外界產生巨大的干擾。伴隨智能化技術發(fā)展，人們生活中已經(jīng)廣泛應用智能化技術，比如，在居民小區(qū)中安裝監(jiān)控錄像，該監(jiān)控體系應用嵌入式軟件，可以監(jiān)控小區(qū)情況，也能在小區(qū)發(fā)生違法盜竊事件時，物業(yè)人員通過回放視頻的方式找到嫌疑人[5]。小區(qū)中發(fā)生火災及煤氣泄漏問題時，嵌入式軟件技術及時報警，將信息發(fā)送到戶主手機上，使房主及時處理事件。嵌入式軟件在人們生活中應用，極大地方便了人們的生活。
3大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術中的應用
在本研究中，將智慧消防平臺作為案例，通過該案例中的嵌入式軟件應用方法，為大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)技術中的應用分析提供幫助。
3.1系統(tǒng)架構
智能消防平臺系統(tǒng)（見圖1），主要是對城市中發(fā)生火災概率較大的區(qū)域放置物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設備。選擇STM32單片機進行開發(fā)，將單片機連接到各個功能模塊中，制作集成電路，利用TCP協(xié)議完成網(wǎng)絡傳輸，在系統(tǒng)設計過程中，包括監(jiān)控火災的燃氣體設備、電氣檢測設備及煙感器設備、消防設備等，將火災監(jiān)測設備利用5G網(wǎng)絡進行傳輸，最終傳送到Strom平臺，平臺使用Kafka及flume技術對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。
3.2需求分析
大數(shù)據(jù)平臺中，前端平臺可以提供準確的數(shù)據(jù)，在平臺建設中，在城市火災高發(fā)區(qū)域放置物聯(lián)網(wǎng)設備，包括故障電弧檢測設備及火災監(jiān)控設備、可燃氣體檢測設備等。設備每天運行24h，將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絪trom平臺，實時性處理數(shù)據(jù)[6]。物聯(lián)網(wǎng)設備在監(jiān)測火災過程中，及時向監(jiān)控人員反饋信息。大數(shù)據(jù)分析平臺對前端設備進行監(jiān)控及管理，以免在設備發(fā)生故障時，平臺無法順利運行。在平臺運行過程中，嵌入式技術建設在物聯(lián)網(wǎng)檢測設備中，保證火災監(jiān)測的及時性及準確性，持續(xù)性將數(shù)據(jù)傳輸。Strom大數(shù)據(jù)分析技術針對物聯(lián)網(wǎng)設備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行監(jiān)測，對火災進行分析，一旦發(fā)生異常，將信息發(fā)送到消防人員手中，完成報警。前端物聯(lián)網(wǎng)設置受損的情況下，及時將警報信息發(fā)送到管理人員手中，具有應急處理功能，此類功能均是智慧消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本需求。
3.3大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在智慧消防系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
3.3.1前端消防數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件設計。前端嵌入式設備在設計過程中（見圖2），可選擇ARM11核心處理器，使用RS485及CAN、RJ45等接口，通過RJ45網(wǎng)口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_中，通過模塊化設計電源盤及直接控制盤、消防廣播系統(tǒng)、消防電話，將各個系統(tǒng)分離達到抗干擾能力，在火災發(fā)生初期，將煙霧、熱量、光輻射等反應，通過感溫及感光等探測器轉變電信號，將信號傳輸?shù)綀缶髦校到y(tǒng)中含有晶振顯示屏及LED等及蜂鳴器、PID控制電壓，包括四個控制按鈕，檢測可燃氣體及直流電、電容設備，并利用3極管進行斷電保護，電源為3.3V。在平臺建設中，傳感器包括敏感設備、處理電路、轉換元件。敏感元件是監(jiān)測物理量的結構，轉換元件則是分析被測量關系的物理量，將元件轉變?yōu)殡娏窟M行輸出，處理電路則是將元件轉變?yōu)楸阌诒O(jiān)測的電量，完成傳輸處理。單片機驅動蜂鳴器包括兩種形式，通過PWM輸出口直接驅動，使用I/O定時翻車電平對蜂鳴器進行驅動。PWM輸出口直接驅動通過輸出方波進行驅動比較麻煩，通過定時器進行定時，通過翻轉電平產生波形，從而滿足蜂鳴器要求，一旦可燃氣體濃度過高，容易發(fā)生蜂鳴聲進行報警。直流電機具有四個輸出，包含四個電機，單片機體積小，也是直流電控制的重點，并利用PID算法合理控制，型號是TC1508S。前端設備對城市環(huán)境進行監(jiān)測，在網(wǎng)絡技術發(fā)展下，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)量較大。Flume單位對數(shù)據(jù)進行處理，為避免flume壓力較大，將Kafka框架為數(shù)據(jù)進行暫存處理，作為消息暫存處理系統(tǒng)，降低項目耦合度[7]。3.3.2智慧消防數(shù)據(jù)分析平臺。智慧消防數(shù)據(jù)分析過程中，通過Strom大數(shù)據(jù)計算群，系統(tǒng)前端對嵌入式設備進行監(jiān)測，對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行處理，Strom平臺將數(shù)據(jù)進行處理，設置AdultLogTopic步驟，利用AdultLog傳輸數(shù)據(jù)情況。消防檢測各項數(shù)據(jù)會進入Strom集群中的Nimbus節(jié)點，nimbus節(jié)點將消防監(jiān)測數(shù)據(jù)中的各項數(shù)據(jù)根據(jù)火災防控標準分發(fā)到子節(jié)點，進行大數(shù)據(jù)拆分活，編輯大量的Topology，對前端設備傳輸?shù)臏囟燃翱諝鉂穸?、圖片信息進行檢查，對目前的消防數(shù)據(jù)結果進行匯總，傳輸?shù)街腔巯老到y(tǒng)平臺中[8]。在智慧系統(tǒng)中，Zookeeper技術有利于保證嵌入式數(shù)據(jù)及時傳輸及處理，若前端嵌入設備發(fā)生故障，或者智慧平臺進入集群，部分SuperVisior前端嵌入式數(shù)據(jù)量較大，導致系統(tǒng)發(fā)生故障。Zookeeper有利于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，針對特定的問題，Topology消防監(jiān)測設備可以將數(shù)據(jù)處理。在智慧消防平臺數(shù)據(jù)化模塊呈現(xiàn)中，Strom集權將AdultLog主題中的Topology數(shù)據(jù)進行匯總，處理后放在Json對象中，為制作圖表提供依據(jù)。通過智能消防系統(tǒng)可以調查用戶行為，通過SetOption方法傳輸數(shù)據(jù)，后臺接收到數(shù)據(jù)請求后，通過視頻函數(shù)計算數(shù)據(jù)，并發(fā)送到前端，使用Echarts模板呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。
4大數(shù)據(jù)嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的應用前景
現(xiàn)階段，信息技術高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)市場前景較為可觀，但物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)若想獲得長足發(fā)展，應當對大數(shù)據(jù)技術進行完善。若大數(shù)據(jù)技術無法支撐，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)無法更上一層樓。未來，大數(shù)據(jù)嵌入式軟件將在物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)廣泛應用，形成全面的物聯(lián)網(wǎng)體系，伴隨市場發(fā)展而不斷成熟。物聯(lián)網(wǎng)也將不斷擴展應用范圍，迎接更多的機遇與挑戰(zhàn)。為將社會中各個產業(yè)鏈接，達到多方共贏目標，應當將大數(shù)據(jù)技術、嵌入式軟件、物聯(lián)網(wǎng)及人們的社會生活連接，形成全新的商業(yè)模式，推動物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)長遠發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術支撐的物聯(lián)網(wǎng)帶給人們最大的便利便是改善人們的生活方式。在社會經(jīng)濟發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)技術帶給社會的經(jīng)濟效益是巨大的，日后，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)也將在人們的衣食住行各個領域體現(xiàn)，比如，在交通領域，汽車已經(jīng)呈現(xiàn)智能化發(fā)展，通過物聯(lián)網(wǎng)技術與汽車連接，汽車自動駕駛、自動規(guī)避風險，選擇最佳的行走路線，為人們的出行提供方便。在物流行業(yè)中，代表產業(yè)是網(wǎng)購，人們通過網(wǎng)購實現(xiàn)娛樂及消遣，物流是網(wǎng)購中的重要環(huán)節(jié)，通過嵌入式軟件對貨物進行快速分揀，達到快速輸送目標。物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)廣泛應用在物流體系中，包括運輸、配送、包裝及裝卸等各個環(huán)節(jié)，逐漸形成智能物流系統(tǒng)。在醫(yī)療領域，通過嵌入式軟件，實現(xiàn)醫(yī)療信息電子化及智能化，這也是醫(yī)療行業(yè)發(fā)展的大趨勢。未來，人們會通過二維碼看病，醫(yī)生掃碼觀看患者信息，具有完善的病歷資料，便于診斷及治療疾病，減輕醫(yī)生工作負擔，提升診療效率[9]。
5結束語
信息化時代背景下，高新技術進入人們的生活，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)與大數(shù)據(jù)技術發(fā)展具有相關性，大數(shù)據(jù)技術便于處理物聯(lián)網(wǎng)產生的信息，嵌入式軟件在使用后對信息進行分組，通過智能處理選擇最佳的信息。嵌入式軟件在物聯(lián)網(wǎng)中應用，有利于改善人們的生活水平，為人們生活提供便利，日后，物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展前景更為廣闊，大數(shù)據(jù)嵌入式軟件也將在物聯(lián)網(wǎng)領域應用，搭建更為完善的物聯(lián)網(wǎng)架構。
作者:郭福洲 單位:黃岡職業(yè)技術學院電子信息工程學院
