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智能家居的数据库研究
摘要：随着物联网概念的提出，各国政府、企业和科研机构纷纷加入物联网的研究和建设
工作，智能家居成为了我们实现物联网的主要方式。但是数据库技术是一项综合性的技术，其结合了已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构建的一个由大量联网的阅读器和
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无数的移动标签组成，这使得数据库管理问题成为了物联网的关键技术。同时物联网的建
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设与发展却受到数据存储的制约，怎样构建一个高效、便捷的数据库存储系统，已经成为学术界研究的焦点，可以说如果数据库技术取得重大突破，那么我们的社会将发生很大的变化。为了实现物联网存储的高效，安全，本文在Eucalypts在线云服务的基础上设计与实现了基于Eucalyptus的Walrus智能家居数据库存储系统方案。
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关键词：物联网、云存储、Eucalyptus、智能家居、数据库
Abstract:With the developing of Internet of things, governments and research institutions have
studied this field for long time. But the construction and development of the Internet of things is restricted by the data store, how to build an efficient and convenient storage system, has become the focus of academic research. In order to achieve the iot storage efficient, safe, in this paper, on the basis of Eucalypts online cloud storage service design and implementation of the intelligent household storage system scheme based on Eucalyptus.
Key words: Internet of things, storage system, Eucalyptus, intelligent household storage system
引言
2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电联（ITU）发布了ITU Iternet
Reports 2005: The Internet of Things。报告证实提出了物联网的概念，此时对物联网
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的定义和范围已经发生了改变，覆盖范围有了较大的拓展，不在局限于RFID技术的物联网[6][7]
。有专家指出，物联网具有全面感知、可靠传递和智能处理的3个特征：其中智能处理
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需要对海量的信息进行分析和处理，对物体实时智能化的控制，这就需要信息技术的支持。物联网的结构特性决定了数据的特性，即：异构的、混杂的、大规模的实时流感知数据,这
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也就对物联网的数据库结构提出了更高的要求。同时感知数据还具有一个显著地特征就是时空特性，也就是感知数据在也定的时间和特定的空间内才有意义，如果不在这个空间或超过了这个时间，数据的意义可能就不大了，这也对物联网的数据库提出了要求。
近年以来云计算正从分布式处理技术走向成熟，云计算的超大规模、虚拟化、多用户啊、
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高可靠性、高可扩展性等特点正是物联网规模化、智能化发展所需的技术。如果将现在的云计算存储技术运用到现在智能物联网的数据库设计中，将会起到很好的效果。在本文中，基于本地和高速网络为基础，设计了一个具有瘦内核、小内存占用的数据库。
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当前主流云存储技术介绍
当前工业界和学术界已经开发了若干典型的基础设施云存储，如Amazon EC2、Microsoft Azure等，但是由于绝大多数的商业并没有披露其设计思路、体系结构和实现方案，因此在
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本文之中主要对目前常用的云技术，进行对比分析。下图1是本文对若干典型的开元基础设施云存储基础信息、虚拟运行环境、操作系统、管理接口、可扩展性以及模块互联等进行详细分析： 系统名 开发语言 操作系统 Linux 开原协议 管理接口 可扩展性 支持多集群 模块互联 SOAP Eucalyptus C,Java Proprietary 基于Web和命GPL v3 令行客户端 OpenStack Python Linux Apache v2 基于Web的客户端 支持最多100万台物理服务器 依赖于Apache axis 支持多个资源池 SOAP Nimbus Python Java C,C# python Python haskell Linux Apache v2 基于Web和命令行客户端 基于Web的客户端 Ganeti Web Manager ganeti-rapi SOAP Xen Cloud Platform Ganeti Linux GPL v2 XAPI Linux GPL v2 每个集LUXI 群的物API，RPC 理服务建议为1~25台 SOAP OpenNebula C++ Ruby JAVA Phyon Linux Apache v2 EC2 支持数API,SunStone 千虚拟GUI 机，多集群 基于Web的客户端 支持5~10台物理服务器 EnomalyECP Linux LGPL SOAP 图1 基础运设施信息表
Eucalyptus是全球广泛使用的用于构建私有基础设施云的软件平台，其基于文件接口的存储接入节点Walrus，它是一种开源的软件基础结构，用来直接通过计算机群或工作站实现
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弹性的、实用的云计算，目前全球20%的公司都在使用它。如果使用Walrus来构建物联网的智能存储系统，将会对物联网的发展产生很大的影响。
Eucalyptus 概述
Eucalyptus实现了亚马逊基于Web的服务AWS(Amazon Web Services)的主要功能，即提供虚拟机和存储服务，并与现有的AWS服务和工具兼容。Eucalyptus的系统主要包括云控制节点，基于文件接口的存储接入节点Walrus，集群控制节点(CC)，存储控制节点（SC）,虚拟机控制节点（NC）五个部分，其体系结构如下图2所示：
CLC和Walrus公有网CCCC私有网私有网NCNCNCNCNCNCNCNCCluster ACluster B
图2 Eucalyptus 体系结构
基于文件接口的存储接入节点Walrus是采用面向对象的存储模式，提供类似于亚马逊[1]
S3的接口，即以Get和Put的方式提供对虚拟镜像的一致性存储，并将对用户数据提供访问控制机制。Walrus 体系结构如下图所示：Walrus主要完成三个部分的存储管理任务，对普通文件的存储管理，对镜像文件的存储管理，对快照文件的存储管理。
智能家居存储模型
虽然现在学术界已经出现了许多不同的智能家居系统存储模型，但是随着用户接入的不
断增多，其可靠性和处理数据的能力的不足已经凸显。尤其是现在随着用户数据的增多，数据库处理器需要处理的数据也越来越多，已经远远超出了单个处理机的处理能力。但是云计算的超大规模、虚拟化、多用户啊、高可靠性、高可扩展性等特点正是物联网规模化、智能化发展所需的技术，因此在本文中提出了将Eucalyptus的存储接入节点Walrus与智能家居模型相结合的思路，提出了一个新型的智能家居存储模型，其模型框架如下图3所示。在系统进行服务之前需要进行云计算，在考虑远程数据库管理之前，必须从哪来获取数据，并且使得其他数据库能对其进行安全访问。
图3物联网数据库结构
在进行数据库整体模块介绍之前首先一个介绍一下本数据库的安全登入模式，本数据库设计中采用的是二次登录连接方式。所谓的二次登录就是客户端应用程序需要分两次登录到数据库。第一次连接数据库时需要使用一个具有基本权限的数据库账号登录数据库。在验证系统用户身份之后，应用程序需要获得系统用户对于的数据库主账户名以及其口令，所谓主账户，指的是以后该系统用户进行的所有数据库操作都是在此数据库账号基础上进行的，是被授予了此系统用户应有的权限的数据库账户。然后系统用户以主账户的身份再次登录数据库，执行正常的数据操作，如下图4所示：
基本权限账号登录用户标识D B M S应用程序返回查询结果主账号登录登录成功数据库操作数据库 图4 安全账号登录流程
物联网数据库的主要存储模型主要由搜索模块、分析模块、以及底层的存储模块四大部分组成，各部分的详细介绍如下。
1. 搜索模块
传统的搜索引擎模块搜索速度较慢，如果将其运用到云系统中，这样的搜索速度显然不能满足现在智能家居的大数据的需求，同时，搜索引擎仅靠本地服务器的性能去实现对搜索范围的快速搜索，也是个艰巨的任务，对服务器的性能也要求较高。
基于Walrus的智能存储系统，利用了Eucalyptus云平台的的高效计算能力。在数据库搜索引擎接到搜索需求后，可以将搜索需求发送给云控制器（CLC），CLC能通过网络进一