物联网技术及其发展-讲座第一部分秦磊华

物联网开展趋势2021.5目录物联网产生的背景、概念及其演进开展物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战•农业革命：改变生存方式，种植和养殖，稳定地获得食物和衣物，改善生存条件〔物质的生产〕•工业革命：利用能量工具，扩大人的体能〔蒸汽机、内燃机、发电机等〕〔物质+能量转化及工具的生产〕•信息革命：利用信息工具，扩展人的感知能力和智能〔物质+能量+信息及工具的生产〕ICT的演进：变革的几次浪潮主机1980年以前PC和局域网1980-1990年代移动通信和互联网1990-2000年代智能设备和物联网2000年之后1234IT能力局限在主机和后台计算中心IT从后台移向前台和桌面，支撑作业处理和分析能力。IT从对人的支撑扩展到对物体的支撑，能够实现物体之间的通信和协作。IT从桌面扩展到支撑价值链和商业合作伙伴，支撑协同与自效劳。网络已经成为人际沟通的重要根底设施目前，我国已有近12.86亿移动用户，使用互联网的人数也超过了6.86亿(工信部2021)互联网和无线通信网络已成为人们获取信息和人际沟通的不可或缺的根底设施物联网现阶段最普遍的应用形式—M2MM2M定义狭义：机器到机器的通信；广义：以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与效劳；M2M内涵基于智能机器终端，以多种通信方式为接入手段，为客户提供的信息化解决方案，用于满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M分类通信对象：机器对机器、人对机器效劳对象：行业应用、家庭应用、个人应用接入方式：无线：短距通信〔蓝牙、ZigBee、WLAN〕、移动通信〔SMS、USSD、GPRS、3G〕等有线：同轴、ADSL、LAN、光纤等M2M应用绿色农业工业监控公共平安智能交通电子广告远程医疗环境检测智能家居M2M-MachinetoMachine/Man

——以机器终端智能交互为核心、网络化的应用与效劳物联网三大要素终端感知将传感器嵌入需要关注和采集的地点、物体以及系统中，实时获取关键的特征值和信息流网络连接建设无处不在的网络连接，支持IPv6，以便给各种移动终端提供巨量的IP地址后台运算借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策服务提供商系统集成商通信运营商IT设备厂商积极研发物联网关键技术，创新各类业务应用各国信息化战略以不同的概念向物联网开展日本：2009年8月i-Japan战略中国：2009年8月感知中国欧盟：2009年6月物联网行动计划美国：2008年底IBM向美国政府提出的”智慧的地球”战略具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息平安在u-Japan的根底上，强调电子政务和社会信息效劳应用据多家研究机构预测，2021年物联网终端数量将超过3.5亿，年均复合增长率将到达27.2%[3,4]全球物联网产业开展初具规模物联网市场增长预期良好数据来源:1:?物联网“十二五〞开展规划?，2：BergInsightM2mGlobalForecast3：ABIResearch(2021年12月),4:BERGInsight(2021年4月)到2021年底，全球物联网终端数量将接近11亿。2021年，我国智慧城市物联网终端数量已接近1.1亿，形成全球最大的物联网市场之一。在欧美主要市场，物联网终端的ARPU值在$2-8美元之间，不同的垂直行业会有所区别。物联网在多个行业领域形成了一定规模物联网主要应用收入占比情况[1]数据来源:1:Pyramidresearch(2021年10月)物联网应用规模日趋成熟，在移动物品管理、智能电网、车联网、个人消费电子等领域得到了规模化应用。物联网主要应用规模占比情况[1]2021-2021年中国物联网行业应用市场规模预测〔单位：亿元，%〕目录物联网产生的背景、概念及其演进开展物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战物联网系统架构传感器网络RFID二维码物联网网关物联网网关应用集成云计算解析服务网络管理Web服务M2M应用专用网络互联网/通信网中间件应用层网络层感知层嵌入式系统手机/电话上网卡等智能处理全面感知可靠传输物联网各层的功能广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的根底设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的局部关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络物联网应用层物联网网络层物联网感知层系统架构与基础资源管理信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用信息化物联网领域开展态势感知中国效劳存储处理传输获取信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理信息化系统架构与基础资源管理根底较好:3G、TD、TD-LTE、窄带接入、宽带接入、WSN等新问题：异构网络融合、多网协同、环境自适应切换、智能网络管理、面向特定应用的专网感知中国物联网领域开展态势效劳存储处理传输获取应用材料器件网络系统信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理信息化薄弱环节：异构数据海量存储和管理、分布式高性能计算平台、可靠性和工程化新问题：智能信息处理态势分析和融合物物关系链管理情报挖掘主动决策系统架构与基础资源管理物联网领域开展态势效劳存储处理传输获取应用材料器件网络系统系统架构与基础资源管理信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用信息化已有根底：信息化新问题：在信息化根底上向“智能化〞提升。新业务模式的建立。感知中国物联网领域开展态势效劳存储处理传输获取信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理信息化系统架构与基础资源管理新问题：万亿量级节点的标识、发现资源管理与效劳发现异构网络融合自治认知能力事件驱动特性物联网领域开展态势感知中国效劳存储处理传输获取应用材料器件网络系统系统架构与基础资源管理信息获取与识别安全新技术网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用效劳存储处理传输获取信息化新问题：平安架构认证信用管理电子取证轻量级加密机制感知中国物联网领域开展态势目录物联网产生的背景、概念及其演进开展物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战物联网是信息化开展从“数字化〞向“智能化〞提升的新阶段中国国家“三金工程”启动1993年底成立国家信息化领导小组1996年初1997年初制定国家信息“九五”规划2000年国务院颁布国家信息化发展战略2006年信息化成为国家战略举措—十五届五中全会以重点大型企业信息化应用，带动中小企业电子商务发展2004年提出促进电子政务建设的意见2002年国家组建工业与信息化部2007年提出信息化促进工业化“两化”融合——十七大2008年提出感知中国概念，发展物联网2009年基础建设阶段数字应用阶段智能化阶段基础设施建设网络改造升级互联网兴起电子商务发展数字城市建设物联网、云计算为突破开展智惠城市建设国家战略和政府带动下催生信息化建设新的高潮，信息化规模几何级增长两化融合。三网融合、智能应用物联网广泛应用于公共效劳、行业生产和个人与家庭等领域工业制造农业行业效劳金融自然灾害监测与预防环境监测交通监控公共效劳公共设备管理智能家庭医疗护理个人与家庭效劳生活娱乐电力能源动物溯源系统追溯系统管理平台管理平台监控产品从产地到餐桌的全过程，并对食品追溯信息进行整理、分析、评估、预警出生运输加工饲养零售消费者在超市可利用扫描枪扫描标识追溯码进行查询平安生产监控系统内容在煤矿等危险作业区，通过在机械设施和员工衣服上配置传感器和电子标签，管理中心能够实现在线监控，集中管理；应用江西、黑龙江通过建立平安生产监控系统，实现煤矿深井的瓦斯传感器信息采集和预警，为矿工生命平安提供了重要保障。电梯运行智能系统GPRS网络电梯监控终端服务器互联网电梯运行状态数据上传通过PC进行电梯运行管理手机进行电梯安全管理质监局质监局电梯运行管理平台互联网方式手机方式物业用户维保单位物业用户终端状态监控电梯内容通过安装在电梯外围的传感器采集电梯冲顶、蹲底、停电、关人等故障以及电梯维保信息，通过无线GPRS传输到电梯运行管理平台，实现物业、维保和政府管理部门对电梯故障和维保管理；应用重庆目前已有1200部电梯具备运行智能管理系统，方便进行管理和维护长江流域水资源污染监测M2M效劳器数据库效劳器数据收集远程管理事故预警位置业务数据同步数据分析GSM(SMS,GPRS)NetworkGGSNSMS-G水质及时监控水质及时监控水质及时监控通过传感器对长江流域水质实时监测，利用无线网络将监测数据发送到效劳器，并对这些数据进行分析处理，从而帮助政府了解长江流域污染状况，并以此进行科学合理的决策。电力远程抄表应用为彻底解决电表安装点分散，人员抄表误差大，给电力部门带来管理难和本钱高的问题，开发基于物联网M2M应用的省电力远程抄表系统，通过无线方式彻底提升了省电力的生产和管理效率，提升了信息化应用水平。系统应用概述完全摆脱人工抄表、数据不准、难以控制等缺点，实现自动化；提高抄表速度，保证收费管理的合理性、科学性、严谨性；全面提升省电力生产管理效率，目前抄表终端规模已达5万台。电力远程抄表工程应用构架移动支付应用支付应用已成为将物联网和移动互联网融合而成熟的商业模式。手机现场支付手机讯息服务手机远程购物手机空中充值方便出行：不再需要携带市民卡、城市通卡、月票卡、银行卡，携带方便，出行便利。方便充值：无需在指定时间到指定地点进行现场充值。方便支付：实现购买各类标准商品，如彩票、电影票、景点门票等的远程支付。方便查询：帐户消费主动提醒、实时查询钱包余额查询、自行车归还等信息提醒。公交、出租车定位调度系统系统应用概况有效提升对公交车的集中调度管理能力，节省10%管理成本；为公交提供车辆实时位置、行驶车速、车内温度等信息；公交车已全部纳入该系统调度管理。1、公交车智能调度管理工程系统应用构架系统应用概况专用APN，安全性高，为交管部门提供出租车位置等信息，方便叫车、调度安排等管理；支持乘客通过市民卡进行付费；出租车已全部纳入该系统调度管理。2、出租车交通卫星定位工程系统应用构架公交二维码信息查询系统用户可通过安装在手机内的二维码拍码软件对公交站牌上的二维码进行拍照，即可获取到该站点换乘信息、自行车租赁点、周边商家、标志性建筑等各类海量信息，全面实现便捷出行的服务理念。一期已完成对市区核心区域范围内超过500个站点的移动二维码布设工作，未来将逐步实现对全市9000多个公交和自行车站点的全覆盖。

智慧药监之“透明厨房〞应用行业背景及需求方案概述餐饮效劳单位通迅平台、人员管理；产品进消存、平安；消费网站管理等；远程视频监控市场需求：社会治安监控系统结合现有的交警路面监控、分散的社会监控等不同的视频监控系统，实现公共平安视频网络管理系统的数字化、网络化。到达县、镇、乡、社区等各级相关单位网络用户可以在线监控实时图像及调阅录像资料，形成统一协调的动态视频指挥系统。可靠传递智能处理全面感知农业物联网382021-2021年中国物联网产业市场规模开展趋势数据来源：?中国物联网产业开展蓝皮书?2021年版中国物联网整体市场开展预期?物联网“十二五〞规划?解读：以全球视野，立足于国家战略需求制定五个方面目标营造五方面良好开展环境布署六方面主要任务来源：工业与信息化部无锡上海杭州广东深圳武汉中关村物联网产业联盟上海电子标签与物联网产学研联盟北京“感知中国〞中心中国物联网研究开展中心国家推动RFID产业推动运营商推动重庆中国无线传感网ID中心中国移动全国M2M运营中心全国M2M产业基地南京南京云计算中心北京云计算中心“给机器注入思想〞的M2M产业联盟无锡云计算中心广东云计算中心东营黄河三角洲云计算中心中国物联网开展呈现出不同的群体特征目录物联网产生的背景、概念及其演进开展物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战何为大？—数据度量1Byte=8Bit1KB=1,024Bytes1MB=1,024KB=1,048,576Bytes1GB=1,024MB=1,048,576KB=1,073,741,824Bytes1TB=1,024GB=1,048,576MB=1,099,511,627,776Bytes1PB=1,024TB=1,048,576GB=1,125,899,906,842,624Bytes1EB=1,024PB=1,152,921,504,606,846,976Bytes1ZB=1,024EB=1,180,591,620,717,411,303,424Bytes1YB=1,024ZB=1,208,925,819,614,629,174,706,176Bytes

大数据想驾驭这庞大的数据，我们必须了解大数据的特征。地球上至今总共的数据量：在2006年，个人用户才刚刚迈进TB时代，全球一共新产生了约180EB的数据；在2021年，这个数字到达了1.8ZB。而有市场研究机构预测：到2021年，整个世界的数据总量将会增长44倍，到达35.2ZB〔1ZB=10亿TB〕！1PB=2^50字节1EB=2^60字节1ZB=2^70字节

大数据大数据产生的背景未来：物联网每天产生的数据将会是海量的。大数据产生的实例分析大数据=海量数据+复杂类型的数据大数据包括：交易数据和交互数据集在内的所有数据集海量交易数据：企业内部的经营交易信息主要包括联机交易数据和联机分析数据，是结构化的、通过关系数据库进行管理和访问的静态、历史数据。通过这些数据，我们能了解过去发生了什么。海量交互数据：源于Facebook、Twitter、LinkedIn及其他来源的社交媒体数据构成。它包括了呼叫详细记录CDR、设备和传感器信息、GPS和地理定位映射数据、通过管理文件传输ManageFileTransfer协议传送的海量图像文件、Web文本和点击流数据、科学信息、电子邮件等等。可以告诉我们未来会发生什么。海量数据处理：大数据的涌现已经催生出了设计用于数据密集型处理的架构。例如具有开放源码、在商品硬件群中运行的ApacheHadoop。大数据的构成1.Volume2.Variety3.value4.Velocity结构化数据、半结构化数据和非结构化数据如今的数据类型早已不是单一的文本形式，订单、日志、音频，对处理能力提出了更高的要求沙里淘金，价值密度低以视频为例，一部一小时的视频，在连续不间断监控过程中，可能有用的数据仅仅只有一两秒。如何通过强大的机器算法更迅速地完成数据的价值“提纯”是目前大数据汹涌背景下亟待解决的难题实时获取需要的信息大数据区分于传统数据最显著的特征。如今已是ZB时代，在如此海量的数据面前，处理数据的效率就是企业的生命大数据是指无法在一定时间内用传统数据库软件工具