物联网与云计算-Part.ppt

物联网与云计算 第一部分 周洪波周洪波 北京市政府特聘专家北京市政府特聘专家 北京交通大学兼职教授北京交通大学兼职教授 中国电子学会物联网专业委员会委员中国电子学会物联网专业委员会委员 物联网与云计算 讲座分五部分： 物联网 详细介绍 云计算 简要介绍 物联云 物联网与云计算的融合 物联网 典型行业应用 汽车物联网 物联网与云计算 讲座分五部分： 物联网 详细介绍 云计算 简要介绍 物联云 物联网与云计算的融合 物联网 典型行业应用 汽车物联网 感知中国，M2M, 传感网络，智慧地球（Smart Planet)，两化融合 (Digital Convergence)，Pervasive Computing(普适计算）, Ambient Intelligence，Haptic和Ubiquitous Computing、X-internet（可执行的 互联网），Building2.0，Smart Grid（智能电网） “Internet of Things” 在美国并未成为一个像中国一样“家喻户晓” 的“buzzword”，美国更关注一些具体行业应用，如M2M， Smart Grid， Telematics, Telehealth。 物联网及相关技术与术语 Telematics和Telemetry Telematics和Telemetry是最“古老”的物联网技术与 应用，最早的应用可以追溯到1874年法国工程师 实现了把Mont Blanc地区的气候和积雪深度遥感数 据实时传输到巴黎 Telematics和Telemetry早期本来是同义词，主要指 基于通信和信息（Telecommunication和Informatics ）技术实现远距离监测和信息上报 目前Telematics基本上就是特指结合GPS定位和GIS 技术的车载电子通讯和信息服务系统，局限于车辆 的管理和信息服务 SCADA与工业控制 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）即数据采集与监视控制系统 ，是以计算机为基础的生产过程控制与 调度自动化系统，它可以对现场的运行 设备进行监视和控制，以实现数据采集 、设备控制、测量、参数调节、报警以 及报表等各项功能 国外：TAC Vista和系列控制器， Wonderware及其inTouch HMI等产品，Delta ORCA软件及控制器，Loytec Lweb， Advantech WebAccess， PcVue，Tridium Niagara/Sedona等等 国内：同方ezIBS/ezM2M系统,上海旭 纬SmartIBMS，西安协同SynchroBMS ，太极智能建筑管理系统，深圳敢为 IBMS系统,东方电子（InduView SCADA/HMI)，和利时MACS-SCADA(综 合监控)，国电南瑞（OPEN 3000 SCADA 集成平台）等等 CPS与智能系统 物联网理念陈述 物联网(Internet of Things)理念指的是将无处不在（Ubiquitous ）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智 能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、 视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种 资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或 动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距 离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（ Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网 （Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下 ，采用适当的信息安全保障机制，提供安全(可控乃至个性化的实时 在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制 、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌 面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“ 万物”(Things)的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一 体化。 物联网在2010年两会期间被正式提 升为国家战略，写入政府工作报告 ，国家物联网标准联合工作组成立 ，2011年物联网被列入“十二五”规 划国家级重点项目。 物联网上升为国家战略 物联网受到高度重视 物联网发展背景 各国政府均将基于物联网的深度信息化提升为国家战略 2 3 4 韩国、日本 欧洲 中 国 美国 n韩国通过物联网基础设施构建基本规划，并确立到2012年“通过构建世 界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国”。 n日本提出U-JAPAN战略，总务省编制了独立预算。其中40被用于部署泛 在网络，使日本成为全球创造新技术和商业模式的最先进的温床 n美国奥巴马在能源 变革中明确提出发展 智能电网 ，并将信息 技术视为21世纪基础 设施的关键组成部分 n欧盟：制定水、电、煤气抄表规范并 强制推动 n英国：09年试验“新社区网络”，互联 网和电表相联，互联网控制电灯开关， 并将其纳入“数字英国”战略。 1 国家驱动力 n温家宝总理在无锡考察传感网产 业时对促进物联网发展做重要指示 ， n中国政府将物联网通信技术列入 “十二五”规划国家级重点通信项目 。 n中国已成立了传感器网络标准工 作组，推动物联网行业标准化进程 物联网理念的发展 物联网(Internet of Things)这个词，国内外普遍公认的是MIT Auto-ID 中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电 信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化 ，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网 自2009年8月温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大 新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全 社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比 拟的 物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造 ”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授， 2005年ITU报告（CASAGRAS，CERP-IoT)以及EPoSS物联网2020报告 所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签，范围更广 说起云计算或物联网的话题，很多有些资历的ICT人士往往会说：这个东 西我早就做过，没什么新鲜，皇帝的新衣，新瓶装旧瓶。 VC会说：有模 式吗？ 赚到钱了吗? 都是一帮没商业经济头脑的教授和官员在那里瞎掰 意淫。 的确，火药我们早就发明了，但我们用来放鞭炮就到头了，人家 却发明了导弹原子弹。 典型的物联网应用场景 噪音 地下水动态监测 粉尘监测器 二氧化硫监测器 空气负离子监测 天 空 地 表 地 下 常规气象监测 3G网络 各级环保部门 国家财政 数据上报 气象局 城市环境监测中心 应急联动 应急 数据共享 3维效果显示 影响效果模拟分析 数据采集与分析 在线实时监控 实时报警 数据上报 物联网应用遍及几乎所有行业 物联网应用遍及几乎所有行业 到2020年，世界上“物与物互联”的物的数量跟“人与人通信”的人 的数量相比，将达到30:1的比例，将来可达到100:1甚至1000:1 ，总数达到万亿级（如下图）， 其发展前景巨大，对经济和社 会的影响是不言而喻的，因此物联网被称为下一个“万亿蛋糕”产 业，是世界各国必争的战略性新兴产业之一 美国独立市场美国独立市场 研究机构（研究机构（ ForresterForrester） 预测预测 物联网产业规模 控制器、传感器、测量仪、微处理器、微控制器 建筑物、零售、自动贩卖 机、POS、ATM、工业机械 、医疗器械、能源分配系统、基础设施建设设备 乘用车、商用车、非公路机械、飞行器/ 轨道运输器/ 船只 导航系统、移动医疗设备 移动电话 、智能电话、笔记本电脑、多媒体播放器 移动动 终终端 固定信息设备设备 嵌入式设备设备 固定终终端 移动动信息设备设备 台式电脑、服务器、存储器、路由器、网关、打印机、游戏机 、多媒体设备 14亿亿 20亿亿 25亿亿 50亿亿 共计：500亿亿 2010年全球“物与物互联联”的物的数量已超过过500亿亿，预计预计 到2020年将达到千亿级亿级 ，产值产值 可达万 亿亿（美元）级级，是世界各国必争的新兴战兴战 略产业产业 之一 。 物联网规模(续） 400亿亿 16 +50B of Smart Meters 6B of Mobile phones 美国Unified Smart Grid将最终使1.3亿电表实现联网，创造近$1000B USD的市场；中国 “Interactive Smart Grid” 将在2015前大规模推广，涉及近5亿家庭、4000万家企业超10 亿块电表智能化改造及联网，仅电表智能化升级就有10000亿RMB的市场； 智能电网、城市智能管理、电子医疗、智能交通、环境监测，将在2-3年内形成近 $3000亿USD市场，并在未来10年内最终形成超过$ 800B USD巨大的M2M通信市场。 2009年全球已经有超过1000B设备（仪表、 传感器等）-The Economist，2009 2010年，全球将有超过400B 机器具备数据 传输功能，M2M成为驱动移动通讯发展的 关键因素，尤其是3G；- NTT DoCoMo/Ericsson，2009 2015年，全球将有超过500亿台仪表设备连 接到无线网络，通过无线方式发送数据，实 现M2M通信；- M2M Forum，2009 全球汽车超11亿，CAGR 7%，未来10年ITS 成建设热点，市场规模将达$ 500B USD. 据工信部电信研究院发布的白皮书显示：预计“十二五”期末我国物联网相关产业规模将 达到5000多亿元，形成万亿级规模的时间节点预计在“十三五”后期。而中国市场情报中 心预测，2013年我国物联网产业的整体规模将达8000亿元，2020年将超过5万亿元. 物联网规模（续） 物联网技术共性 物联网的技术和理念以及 应用早已在各行业存在， 但共性特征未被总结、提 炼出来，目前时机已成熟 物联网之所以目前被认为 是一个产业，主要缘于各 行业应用的技术共性 使生产资料能思考， 能与外界沟通 公共通信网、物联网、 互联网，确保生产资料 和行业应用的泛在连接 行业智能应用和控制系 统（计算、存储、应用 ） 透彻的感知和度量透彻的感知和度量泛在的接入及互联泛在的接入及互联深入的智能分析及控制深入的智能分析及控制 物联网业务共性 3I和5A共性 3I: Instrumented（工具植入化，40亿手机用户、300 亿RFID、庞大的传感网络和工业信息化系统等）， Interconnected（互联化）和Intelligent（智能化）； 5A: （Anywhere（任何地点），Anything（任何事物 ），Anytime（任何时间），Anyway（任何方式）， Anyhow（任何原因）化的物联网世界 物联网四大支柱产业群 中国物联网有四大“Pillar”支 柱产业群，各有侧重： RFID: 物联网概念是1999年 MIT Auto-ID中心主任Ashton 教授提出来的，中国股票市场 “横空出世”的物联网概念股5 虎都是做RFID或智能卡的公司 传感网：以研究人员为主体， 也包括一些仪器仪表业界的公 司，这也是温总理“感知中国 ”提法的主要依据 M2M：中国三大通讯营运商早 已开展M2M业务，关注末端设 备的互联和集控管理 两化融合：自动控制，工业信 息化行业相关产业群 RFID应用和架构 RFID市场规模 传感网和WSAN 传感网（Sensor Networks)有很多种， BSN，OSN，ISN, VSN等， WSN（Wireless SN)是最重要的一类，温总理的讲话起始于传感网 WSN研究最成功的成果可能要数加州大学伯克利分校Culler教授研 究小组提出的Mote/TinyOS的概念和他们研制成功的Mote节点产品 ，相关成员2003年在硅谷成立了一个名为MoteIV的公司销售Mote 产品和推广WSN应用 传感网市场规模 M2M（Machine to Machine) M2M的范围很广，和WSN的区别是M2M侧重长距离通讯，末端一般是智 能终端，主要还是从集成和运营的角度来提出来的概念 M2M的主要推动者是通讯营运商（移动和固网）和移动虚拟营运商（ MVNO，国内还未开放这个市场），主打营运概念，也就是M2M的SaaS 服务 M2M市场规模 两化融合 HMI（Human Machine Interface）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition），Smart Systems ERP、MES、CIMS、SIS、PDM、PLM、SCM、IDM（Intelligent Device Management，智能设备运行管理） 两化融合市场规模 物联网产业链之DCM划分 业界四类人群对物联网解读不同，但对物联网系统构成的划分趋于一 致，即DCM三层体系，或三层架构：感知层，网络层，和应用层 同方于2005年提出M2M/物联网DCM发展战略 Devices末端设备，资产，或子系统 Connect有线或无线通讯连接系统 Manage 总控管理和应用系统 物联网之“Devices”和“Connect” Devices (末端设备，数量是“人”的 数百倍): 各种（移动或非移动）的资产（Assets ）: 传感器、控制器、执行器、手持机 、摄像头 基于微处理器做成的各种应用子系统: 电梯，HVAC，仪器仪表，流水线 有些末端设备本身也具有通讯功能: RFID、智能卡、RTU、DTU、PLC、 DCS Connect (各种通讯方式和协议): 有线通讯: 短距离的现场总线（如 ModBus、DeviceNet等）以及PLC电 力线载波等和长距离支持IP协议的网络 （三网融合） 无线通讯: （伪）长距离的 GPRS/CDMA、GPS卫星移动通信等和 短距离的Zigbee、蓝牙、RFID等 传传感器现现状 传感器本身不属于物联网产业，好比PC不是互联网一样 2009年的一个中国传感器市场研究报告指出，我国有 1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其 中从事MEMS（因为iPhone和Wii）研制生产的企业已经 有50多家 我国的传感器同国外水平相比，新品研制仍落后国际水 平510年，而规模生产技术则落后1015年 三（四）网融合 物联网之“Manage” 管理软件 软件是M2M应用的核心和灵魂， 各大软件企业都投入巨资研发相关软 件和中间件（现有ESB,SOA,SaaS，云计算等技术将有新的发展）， 例 如IBM宣布投资50亿美元开发Smart Planet技术 物联网中间件可包含RFID中间件（Edgeware, ALE, EPC-IS等），物流 生产行业中间件如RosettaNet，M2M通讯网关等 应用是硬道理，软件是灵魂 在英文中，Internet(硬件和基础设 施）和Web（软件和应用）是硬币 的两面，Internet是Cerf发明的， Web是Berners-Lee发明的。在中文 中，只有一个词：互联网，偏重于 硬的“网”，大家都认为互联网是 Berners-Lee发明的； 文化和文字的差异也可能是造成一 部分国人“重硬轻软”的原因之一， 物联网也是这样，很多人更关注网 路和传感器。 基本的基础设施建好 后，个人认为物联网和互联网一样 ，在很长时间段内发展物联网Web 应用是关键，也就是说软件和中间 件是关键； 软应用、软实力价值持续增长，这 是一场没有硝烟的战争，不是战场 的硝烟，而是工厂的硝烟。 HTML和中间件是互联网革命的核心和关键 n HTML/HTTP标准在Mosaic/Netscape的推动下一统互联网数据交换格式的江山， 制定基于XML的统一物联网数据交换标准是占领物联网制高点的关键 n C/S架构不再适用于浏览器客户端，基于三层（three-tier）架构的应用服务器（ application server）中间件技术兴起，并形成一个巨大的产业， IBM，微软， Oracle等美国公司独占鳌头 数据交换标准是核心 n 物联网发展的动力是应用，应用的核心是业务逻辑和“物”的大集成（Grand Integration)，提前关注物联网信息孤岛问题 n 大集成的主体是数据交换，数据交换的核心是数据的表达、交换、和处理标准 ，以及基于这个标准的业务基础中间件平台 n 在物联网DCM三层架构中，其他标准都是解决“点”的问题，而统一的数据交 换标准解决的是“面”的问题 n 统一数据交换标准贯穿DCM三层，影响面大，可行性强，见效快 n 当年HTML的出现一统互联网文本交换格局，目前已存在很多物联网行业标准， 没有“融合”的统一标准，RFID/PML值得借鉴和推广 物联网标准可行性分析 物联网业务基础中间件是关键 n 中国应有具体措施扭转“重硬轻软”状况，学会做软件标准和中间件 n 欧洲已开始Hydra物联网中间件计划，美国有SODA, SOA,WebServices等标 准仍适用 n 美国处于领先地位， IBM等都已推出产品，还有一批小企业专注 DRM,MDM,IDM等Niche新业务 n 无统一数据标准，无物联网中间件明确定义，“产业惯性”定律对我们有利， 中国有机会领先 物联网之嵌入式软件 嵌入式系统也越来越多地以中间件的形式出现，由专业的第三方软件厂商提供， 而不是直接由嵌入式设备提供商的一个内部软件部门开发提供，这种更明确的产 业分工方式更有利于发挥软硬件专业厂家的优势和产业化发展，做大做强 BI与数据挖掘 数据大集成（Grand Integration)以后的数据存储管理和数据挖掘应用是物联网业 务的重点之一 包括数据挖掘和Data Warehousing，决策支持（Decision Support），商业智能（ Business Intelligence），报表（Reporting），ETL（数据抽取，转换和清洗等）， OLAP在线数据分析，Dashboard，平衡计分卡（Balanced Scoreboard）等技术和 应用 广电系统中间件 广电营运商因为其机顶盒已入户千家万户，有天然的直接面向普通消费者开展基 于家庭网关（Home Gateway）的增值物联网智能化服务业务的优势 Globally Executable MHP (GEM) 是一个在MHP（Multimedia Home Platform，基于 Java技术的中间件标准）的基础上发展起来的面向DVB广播电视接受器，IPTV终 端，和 Blu-Ray 播放器等等末端设备和头端系统的数字电视中间件标准，GEM 也 是欧洲 ETSI 标准和ITU推荐标准 ezM2M物联网业务基础平台案例 ezM2M平台提供基于oMIX数据交换标准的标准化、构件化的运行环境和快速开发 工具，可为新IOT业务系统的二次开发减少最高70%的工作量，在国家应急系统、 虹桥交通枢纽综合管理、中移动e物流车辆管理、中影集团放映机监控、央视和新 加坡UBS大楼智能楼宇管理、伊朗地铁、辽河油田远程监控等众多项目中得到应用 。 物联网目前 所处阶段 (Current Stage of IoT) Gartner热度周期论 物联网系统安全问题 n 物联网系统的安全问题很重要，但不必被夸大，现有解决办 法可用 n 物联网系统的安全和一般IT系统的安全基本一样，主要有8个 尺度： 读取控制，隐私保护，用户认证，不可抵耐性，数据 保密性，通讯层安全，数据完整性，随时可用性 n 物联网应用因为“物”的“所有权”和“泛在”等特性，比 一般IT系统更易受侵扰的安全问题有如下几种： 1. Skimming：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取 2. Eavesdropping: 在一个通讯通道的中间，信息被中途截取 3. Spoofing：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中 4. Cloning: 克隆末端设备，冒名顶替 5. Killing:损坏或盗走末端设备 6. Jamming: 伪造数据造成设备阻塞不可用 7. Shielding: 用机械手段屏蔽电信号让末端无法连接 物联网的“误区”和“瓶颈”？ n 物联网是一个新“蓝海”：物联网技术和应用早已存在，（任何）产业的 发展永远都只可能走“螺旋上升”的模式，绝对的“蓝海”不存在 n 物联网技术不是全新的颠覆性技术，Internet也不是，Web/Web2.0技术 可以算是颠覆性的，基于物联网的Web3.0乃至4.0应用可能是颠覆性的 n 物联网安全问题被夸大,甚至提出“美国阴谋论”:这个说法没有依据，妄自 菲薄，物联网安全问题和一般IT系统安全问题基本类似 n 物联网的最大瓶颈是IP地址不足：这个说法不成立，寻址可以通过 OID/UID等多种方式解决，有的物联网（传感网）并不在IP网络上运行 n 物联网必须攻破传感器关键技术，才能有大发展： 传感器和控制器等末端 很可能是物联网产业对GDP贡献的大头，但不是障碍，物联网产业大发展 最关键的应该是HTML式的统一数据交换标准和中间件 IP V6与V9及OID 业界常说的“三网合一”，乃至和电力网的“四网 合一”，在物联网时代，“合”变得愈发重要，而 且不是要求简单地“组合”，而是“融合”（ Convergence），不但网络层要融合，应用层也 要融合（两化融合） IPv6标准的提出，使世界上每一粒沙子理论上都 可以分到一个IP地址，在很大程度上已经“预计” 到了物联网的发展，并为其做好了准备。电信 运营商们最关注IP融合和IPv6，认为IP地址不足 是物联网发展最大的瓶颈 中国于2008年1月宣布基于十进制IPv9技术构建 的互联网投入使用。IPv9没有十进制二进制互 译过程与网址IP地址互译过程，所有网址都 以一串十进制的绝对数字存在，正如电话号码 一般。关于IPv9，业界一直还存在争议，有人认 为它是中国在互联网技术上取得的重大自主创 新成果，可以摆脱美国对现有互联网的控制和 垄断，为建设中国可自主掌控并向世界推广的 新一代互联网提供了技术支持和发展机遇。但 也有人认为IPv9是个笑话和骗局 物联网需统一产业统计规范 物联网在国内其实目前还没有大家一致认同的定义，有些 人主要关注RFID, 有的强调应用和系统，有的关注末端和传 感层标准。 本人认为，应首先关注系统和集成，这是“面”的问题， 物（勿）联网的关键是“联”和HTML式的统一数据交换标 准，末端和传感层标准是“点”的问题 物联网如果要被当成“一个产业”，需要有一个一致认同 的定义和规范的统计标准，如果不统一，将无法准确统计 产业规模 有人说物联网产业“看不清楚”，正在中国“野蛮生长“, 物联网是一个“已经探明储量的巨大金矿”，但矿产资源 很分散，遍布世界各个角落，眼下还难以集中开采, 物联网 ”万亿蛋糕”很大，但可能被切得很细 互联网造就一百个千亿级企业