物联网与云计算教学PPT.ppt

陈志奎 博士、教授、博士生导师 大连理工大学 ,,物联网与云计算,2019/4/6,1,目录,研究简介 物联网技术诞生的必然性 物联网的关键技术 云计算 物联网探讨,,2019/4/6,2,研究简介,网络科学理论 复杂网络 社会网络分析与挖掘 生物网络 网络数据处理 不确定信息 不完全信息 感知压缩与信息提取 泛在网络技术 物联网 移动互联网 网络安全与隐私保护 网络计算 云计算 社会计算 智能系统与应用,,3,2019/4/6,在研项目,物联网智能传输节点设备研发及产业化，大连市科技局，2011a17gx076，2011-2012. td-scdma增强型网络优化工具研发，工信部重大专项2010zx03001-001，2011-2012 飞行时序控制，火箭研究院，2010-2012 云计算中基于虚拟身份的用户和服务安全和私有信息管理技术研究信息安全分析、评估、加固，2010- 微波吸收材料的计算机优化设计及吸波性能可视化选择，2012-2013,,4,2019/4/6,近两年已完成的部分项目,海洋管道超声导波检测样机研发，科技部重大专项（2008zx05026-005-06）. 2008-2010 姿态控制系统辅助设计平台软件，火箭研究院，2010-2011 xbrl-rdb/xdb 数据库应用系统（日本东京going公司），2008-2011 基于物联网的地震灾情准实时评估系统（中央高校基本业务研究项目），2010-2011 无线传感网络基于室内的精确定位，（大连科技局，合作），2009-2011,,5,2019/4/6,平台建设,物联网与云计算 信息安全评估云安全 数字家庭与智慧社区云 物联网国际会议： www.ieee-i http:/ithings.univ-fcomte.fr/,,6,2019/4/6,部分成果,发明专利： 一种室内空间定位方法，授权号：200910011581.8，第一发明人，陈志奎 一种污水处理中的远程自动控制方法，授权号：200910306726.7，第一发明人，陈志奎 膜生物反应器膜污染优化控制专家系统，授权号：200910012528.x，第二发明人，陈志奎 一种智能家庭医保专家知识方法，受理号：200910303301.0，第一发明人，陈志奎 一种家庭医保网关装置及协议转换方法，受理号：201010522072.4，第一发明人，陈志奎 一种支持多通道多信道的物联网网关，受理号：cn201110281959.3，第一发明人，陈志奎 一种基于上下文感知技术的物联网节点节能路由方法，受理号：cn201110120372.4，第一发明人，陈志奎 一种支持多接口的即插即用传感器模块, 受理号：cn201210072665.4，第一发明人，陈志奎,,7,2019/4/6,部分成果,软件著作权： 数字家庭与社区联动信息管理系统软件1.0，授权号：2011sr064306，第一著作人, 陈志奎。 国际、国内标准： internet标准草案：因特网标准草案afec第一与第二版本：/pdf/draft-chen-afec-00.pdf，/pdf/draft-chen-afec-01.pdf 国家数字家庭标准副主任单位，一项数字家庭标准起草人，陈志奎。 物联网标准，参与一项物联网标准（物联网id标识），主要参与人，陈志奎。 著作与论文： 专著：xbrl技术及其在财务报告中的应用，陈志奎，王秀坤，朴勇，中国科学出版社，出版中（2012），并已获得科学出版社的基金支持。 论文： 每年sci、ei、核心期刊10多篇 正在编写物联网与云计算、物联网实验教程 产品 数字家庭产品： 物联网实验系列：,,8,2019/4/6,目录,研究简介 物联网技术诞生的必然性 物联网的关键技术 云计算 物联网探讨,,2019/4/6,9,技术、经济危机、社会危机,历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新突破和科技革命。根据经济长波理论，每一次的经济低谷必定会崔生一些具有全新使用价值的新技术，从而带动新一轮的消费增长和高额产业投资，以推动新经济周期的形成。 中国的改朝换代与技术的发展 欧美工业化革命 蒸汽机器代替手工 电动机器代替蒸汽机器：1857年的世界经济危机，引发了以电气革命为标志的第二次技术革命； 1929年的世界经济危机，引发战后以电子、航空航天和核能等技术突破为标志的第三次技术革命； 1998年亚州金融危机，是因为互联网和新经济的出现使当时的危机能够快速地度过。,,2019/4/6,10,新技术、新概念,信息高速公路 1992-克林顿 云计算或框计算 目前的计算 以设备为中计算 普适计算，1992（pervasive computing或者ubiquitous computing）这一概念强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线裡消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。,,2019/4/6,11,新技术、新概念,普适计算是一个涉及研究范围很广的课题，包括分布式计算、移动计算、人机交互、人工智能、嵌入式系统、感知网络以及信息融合等等多方面技术的融合。 特点：以人为本的计算 重要依据和手段：ubiquitous access （无处不在的网络） 例子：停车、旅行、学习,,2019/4/6,12,新技术、新概念,智慧地球 ibm 2009-奥巴马 感知中国 2009年8月-温家宝 2009年10月国务院批准 智慧网络：智慧网络的构建是一个伟大的过程，它必将改变我们的生存环境，也必将深刻地影响我们的生活、娱乐、工作、社交等几乎一切行为方式。,,2019/4/6,13,物联网被广泛认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略 2009年世界经济陷入衰退的泥潭，表象是金融行业过度创新引起国际金融秩序紊乱 本质是实体经济滞后于虚拟经济发展。 为摆脱金融危机，实现经济持续发展，主要国家均将培育新的经济增长点作为“治病良方”。 与互联网类似，物联网在生产生活中具有极强的渗透性，具备发展成为新经济增长点的巨大潜能，可为全球经济复苏提供技术动力。,物联网对国家战略的影响,2019/4/6,14,,物联网时代将带来全球第三次信息化浪潮,2019/4/6,15,,计算模式的演进,计算模式每隔15年发生一次变革，被称之为“十五年周期定律”。这一判断就像摩尔定律一样准确： 1965年前后是以系统性为特征的大型计算机时代； 1980年前后是以独立性为特征的个人计算机时代； 1995年前后是以共同性为特征的互联网时代； 2010年前后将以拟人性为特征的物联网时代。,2019/4/6,16,,物联网带给我们的问题,科技革命来到，可没有感受到？！ 第三次信息浪潮来到，可没有感受到？！ 部门多多，那个是权威？ 会议多多，那个是权威？ 大单位单位多多，那个是可信的引领者？ 国家利益如何保障？（协议，技术） 人人皆知，可又不知； 门槛不高，又摸不着北， 感觉物联网又远又近 对参与物联网又想又犹豫； 期待的效益在哪里？ 物联网是“云”？ 还是“晕”？,网络安全问题，从互联网的虚拟空间拓展到物联网的物理空间，通过网络就可能实现对现实世界的攻击，信息安全和危机处置将面临的更大的挑战。 对计算机病毒的控制需要新的技术和策略，当一个连接到物理世界的物联网的网络上爆发病毒，将可能对现实世界造成损害。 个人权益保护和相应法律法规健全问题，“物联网”的目标驱动是更有效的控制和管理，无所不在的连接，可能使每个“物”、每个人成为一个节点。海量的现实世界信息自动进入网络，一切都将越来越“透明”，信息管理的权限设定将涉及个人隐私、基本的法律问题，甚至道德伦理问题。,物联网时代将带来的挑战,2019/4/6,18,,目录,研究简介 物联网技术诞生的必然性 物联网的关键技术 云计算 物联网探讨,,2019/4/6,19,感知：id发布机制与识别 物联网宏观架构 通信与组网 软件平台、中间件（ osi网络层以上） 情报提炼数据挖掘，搜索引擎，数据融合 能源管理 安全 无线通信技术 时间同步，定位技术 操作系统 应用层技术 限制因素,物联网的核心技术,2019/4/6,20,,通过数字对“物”（人、物体、设备、网络、事件）分类、检索、识别、达到身份认证的目的，是物联网上各种信息资源共享和保护的前提。 物联网id使用的方案 局部方案：“物”的id只在局部范围唯一（如目前的传感器id）； 全球方案（uid）：“物”的id在全球唯一（如epc）； 不对称方案：一物有多id 或 多物共一id。 id发布机制 id发布上有产品家族树、批次、类别、等级等多种索引方案； 目前已存在多个物联网id发布机构，需建立相应的管理与映射机制。 研究前沿 id加密、匿（化）名技术； 身份鉴定技术：id查询、匿名破解； 与id关联的信息（如地址、属性）采集与保护：数据加密、关联分析、信息挖掘等； 全球/区域id存储与管理。,1）感知：id发布机制与识别,2019/4/6,21,,物联网应该具备面向服务的架构soa 服务提供方（业务、价格、质量）与客户方（需求）必须互相理解； 智能化的语义理解技术，使“物”之间可通过不同的通信协议或自然语言可以进行沟通。 智能语义理解是物联网soa架构的支柱 丰富的理解与表达力，实现“物-物”联通下分布式资源的使用； 模块化：可理解、构造复杂语句； 可扩展、兼容，被不同“物”使用； 学习能力：“物”与其他“物”交互，从而获得对自身、周围环境、任务、所在群体或网络状态等更全面、更新的认知。 研究前沿 纵向：建立跨领域、业务的物联网通用词库，如中文物联网商业通用动词集、物联网商务协议标准模板集等； 横向：发展物联网通用词汇/模板的编码方式，如 电子商务可扩充标识语言（ebxml）等。,2）物联网宏观架构,2019/4/6,22,,影响物联网通讯的主要因素： 节点的移动性、价格、尺寸、能源、功率、部署方式、维护需求等； 网络与应用环境：应用需求、基础设施、干扰、自扰因素。 物理层：频率分配、载波、编码与调制解调 多频点射频前端和相关协议； 通讯频带与频点定位； 基于软件/协议的频点商定技术； 认知雷达（cr），自适配频点/段技术； 信道编码、调制解调、纠/容错、信噪识别等。 链路层：信道使用 现有信道技术一般为争用（含侦听/回避，如wifi）和配给（含td/fd，如wimax）两个模式，各针对不同应用； 发展趋势：智能化、远距、抗干扰、根据环境与网络适配的信道使用模式，以及低功耗、高数据通量的跨层协议。,3）通讯（ osi物理与链路层）,2019/4/6,23,,组网要解决的问题 在不同网络拓扑下信息元（如数据包）的发送路径，尤其是大范围mesh拓扑、自身或其他节点移动时，路由能力需要高度智能化； 数据流的分布与管理：数据源节点、目标节点的分布，接入点位置； 利用跨层信息优化路径和系统各个指标（移动性、稳定性、寿命等）。 通用组网技术 条件组网（基于各种预设的索引信息）：支持较大网络容量，算法简单，但移动性差，鲁棒性差，安装维护严重依赖人工。如ip-v4、ip-v6、zigbee、hierarchical state routing、geographical routing、tora等； 无条件组网（完全自组模式）：支持移动节点，鲁棒性较强，但算法复杂，通讯需求较高，对节点功耗和运算能力也较高。如dsdv、aodv、dsr等。 研究前沿 高效、大规模、完全自组网算法和相关智能化算法：如功耗-流量均衡、链路优化、数据延时优化等； 多种接入方式兼容技术。目前网络多采用ip架构，需后ip时代的兼容技术； 异构网络发现、识别、网际语义理解技术。,4）组网（ osi网络层）,2019/4/6,24,,微设备的操作系统os 全功能协议栈：覆盖物联网的应用-传输-网络-链路-物理各层； 智能化信息预处理能力。 软件整合技术 通过物联网面向服务的架构，发现并利用分布式开发的软件模块，形成新的功能、业务模式与服务网络。 研究前沿 开放式中间件平台，满足低成本、可互动、模块抽象化等功能； 低功耗微型os； 分布式自适配软件，具备自优化、自配置、自愈功能； 资源和网络：虚拟现实、动态资源分配、各类数学模型等； 仿生算法：如通过自组、博弈进行风险控制、反恶意节点侵入等； 通过自治、自适配软件管理系统日益增加的复杂度； 密码管理系统，基于软件的安全、信息加密技术。,5）软件平台、中间件（ osi网络层以上）,2019/4/6,25,,物联网硬件的关键指标：尺寸、价格、功耗、数据预处理能力、传输速率，需要如下研究配合： 射频应用环境分析：天线的类型（定向、非定向）、尺寸、发射频率（ hf/uhf/shf/ehf）、功耗、敏感度、覆盖面等； 芯片技术：运行电压、电容、混合信号接口、门密度、存储（eeprom/frame/polymer）、整流器效率、功耗； 传感器技术：敏感度、尺寸、功耗、价格； 标准制定：id（128-256bits）分配、带宽、协议与复杂度、门密度、存储方式； 工作条件：普通/恶劣环境下工作效率，反监听/抗干扰与攻击的能力。,6）硬件,2019/4/6,26,,研究前沿 微电子机械mems； 微电子到纳米电子的桥梁技术； 通讯元件：低功耗射频前端、片上天线； 低功耗、分布式多处理器soc； 智能化的超大规模集成电路vlsi和自适配“片上网”； 纳米电子（nano-e）、高聚电子（polymer-e）、自旋电子（spintronics）等； 高集成度的嵌入式系统及os。,6）硬件,2019/4/6,27,,完成从信息元到情报的过程。 数据描述手段：以扩展标识语言（xml）为基础的通用信息元（词汇）定义、文件类型定义 (dtd)等。 基本标准：国际超数据（ metadata ）标准入口表（iso/iec 11179）。工业标准如： 广义数据元框架（udef）； 电子商务扩展标识语言（ebxml）：是一种高端协议栈（用户-用户、用户-厂商、厂商-厂商），在联合国商业与电子商务中心（un/cefact）指导下为b2b商业合作制定； 其他来自w3c的语义分析技术，如daml (darpa agent markup language), rdf (resource description framework) and owl (ontology working language) 研究前沿： 语义分析、语义传感网、服务发现； 异种设备识别等； 信息挖掘从海量信息迅速找到所需。,7）情报提炼,2019/4/6,28,,搜索功能将不仅为人类使用，也将被传感器使用，发现其临近的“物”，并识别其功能与身份。 通用搜索技术 “物” 分布式检索、查询、存储； “物”在物理/虚拟世界中的定位； 建立真实、数字、虚拟三个世界中同一“物”的映射； 物联网中相关联的“物”的搜索分析、关系数据库的建立。 研究前沿 分布式和全球性的数据库物联网数据库技术； 语义标签、关联发现和搜索引擎技术； 定位-识别技术； 关系网络管理：异种网间的数据流量管理、识别恶意攻击、网络声誉管理等。,8）搜索引擎,2019/4/6,29,,能量储存是目前物联网中“物”的尺寸、应用范围、寿命的瓶颈。 研究前沿： 微电池与储能技术：微能源ic、微型电池、高能电容等； 能量采集技术：利用电磁波、光照、声音、震动、温度变化等环境因素，产生支持物联网节点的能源； 智能化管理：结合“物”的硬件能耗特征，通过软件对微系统内能量使用进行调度，如根据事件优先级进行能量配给。,9）能源管理,2019/4/6,30,,海量的“物”与将挑战传统的安全、隐私保护措施和相关法律。 研究前沿 智能化事件监控与反应能力； 设备间隐私保护； 加密技术、针对物联网开发的智能隔离技术； 信息安全分级、评估与保护框架； 如何保护个人隐私，在什么样的层次上 社会层面：如何发挥市场、道德、法律方面的作用？,10）安全,2019/4/6,31,,目录,研究简介 物联网技术诞生的必然性 物联网的关键技术 云计算 物联网探讨,,2019/4/6,32,google云计算数据中心,user centric,data stored in the “cloud” data follows you & your devices data accessible anywhere data can be shared with others,云计算的技术背景,云计算是并行计算(parallel computing)、分布式计算(distributed computing)和网格计算(grid computing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。 云计算是虚拟化(virtualization)、效用计算(utility computing)、iaas(基础设施即服务)、paas(平台即服务)、saas(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。,云计算的特点,,36,2019/4/6,海量数据存储,海量数据存储,海量数据存储,虚拟化技术 动态可扩展：通过动态扩展虚拟化的层次达到对应用进行扩展的目的。实时将服务器加入到现有的服务器机群中 ，增加“云”的计算能力。 按需部署：云计算平台可以按照用户的需求部署资源和计算能力。 高灵活性：各种it资源，例如，软件、硬件、操作系统、存储网络等所有要素通过虚拟化，放在云计算虚拟资源池中进行统一管理。 高可靠性：虚拟化技术使得用户的应用和计算分布在不同的物理服务器上面，即使单点服务器崩溃，仍然可以通过动态 扩展功能部署新的服务器作为资源和计算能力添加进来，保证应用和计算的正常运转。 高性价比：云计算采用虚拟资源池的方法管理所有资源，对物理资源的要求较低。可以使用廉价的pc组成云，而计算性 能却可超过大型主机。,云计算的三大服务,海量数据存储 高性能计算 按需服务 按需服务一直是市场追求的目标。当前个人、企业及政府的软、硬件资源有限，然而面临的问题却越来越复杂。构建一套云计算平台，实现用户按需提供服务的模式。用户只需要提出存储以及处理要求，根据用户的要求自动协调、硬件资源，为用户提供廉价的计算平台、网络资源，同时避免传统计算模型的浪费。有助于推进市场发展，符合用户满意需求,,2019/4/6,37,云计算的关键技术,动态可重构、自动化部署、资源监控、虚拟化技术、高性能存储技术、处理器技术 当前已存的三大关键技术 数据存储技术 ：google的gfs（google file system，非开源）以及hdfs（hadoop distributed file system，开源）。 数据管理技术 ：google的bigtable，以及hadoop 开发团队正在开发类似bigtable的开源数据管理模块。 分布式编程与计算 ：map-reduce技术,,2019/4/6,38,云计算的应用领域,saas。2008年中国saas市场规模198.4亿元。其中工具型软件190.5亿元。管理型软件7.9亿元。 zoho与数字星空战略合作联手推出(百会)在线应用平台 中小企业信息化。（4200万，其中3800万个体户）八百客800app、阿里软件、用友伟库网、金蝶友商网。 金蝶友商网有15万注册用户。定位于在线管理服务专家，提供的“在线会计”，免费记账工具“储钱罐”。争取两年盈亏平衡。目前企业用户对saas认知度只有4.8%。 大企业 企业云/公共云？ 政府/地方信息化：电信运营商与地方政府的合作，三大运营商与各省政府签署战略合作协议，承诺在五年内投资总额将超过一万亿！ 云计算？ ibm“智慧地球” 云计算提供动态基础设施 新媒体的支撑环境,“智慧地球”应用,smart traffic systems,smart water management,smart energy grids,smart healthcare,smart food systems,intelligent oil field technologies,smart regions,smart weather,smart countries,smart supply chains,smart cities,smart retail,云计算支撑平台,云计算为物联网提供支撑平台,互联网,重叠网动态基础设施/虚拟化（云计算支撑）,物联网,43,物联网标准 物联网工作组 云计算标准 ietf工作组 itu-t标准工作组,标准,2019/4/6,44,http: