《物联网和云计算》PPT课件.ppt

物联网和云计算 侯自强 物联网雾里看花云计算人云亦云 一 物联网是未来互联网的一部分 未来互联网FI 4 社会 FutureInternet IoT 物联网IoM 媒体网IoS 服务网IoE 企业网 未来互联网 二战期间 英国的雷达网冷战时期 SOSUS 水声监视系统 NORAD 北美空间防御司令部 1970 REMBASS 远程战场传感器系统 1980 分布式传感网 DistributedSensorNetworks DSN 项目确定了其技术构架 包括传感器 声学 通信 处理技术和算法 分布式软件 军方很快意识到传感网的优点 成为网络中心战的核心组成部分 物联网的发展历程 早期军用传感网 随着集成电路 MEMS 计算机 网络与通讯等信息技术的的高速发展 传感网已从有限范围的信息感知扩展到各个信息网络系统的智能感知 1999年后得到快速发展 DAPAR1998 SensorInformationTechnology麻省理工学院1999 Auto IDCenter提出物联网 IoT 中科院1999 知识创新工程试点领域方向研究 中科院2002 无线传感网及演示系统科技部2006 973 863 无线传感器网络 2006 国家中长期科学与技术发展规划纲要 美国NSF2006 数字物理系统 CyberPhysicalSystems 重要的研究领域现在的物联网是传感网和电子标签等技术的发展和演进 物联网的发展历程 21世纪的现代传感网 物联网 2005年国际电信联盟 ITU 物联网 通信时代即将来临 2008年11月IBM公司发表 智慧地球 下一代领导人议程 智慧地球赢在中国 2009年 欧洲物联网研究项目工作组 CERP IoT 在欧盟资助下制订了 物联网战略研究路线图 RFID与物联网模型 等意见书2009年日本制定i Japan计划 强调电子政务和社会信息服务等信息化应用 2009年中国科学院发布2050技术发展路线图 提出传感网未来发展趋势预测 现在 物联网 概念内涵已远远超出以往的定义 涵盖了当初的物联网 传感网 电子标签等概念 关键词 信息化物联网是全球信息化发展的新阶段 从信息化向智能化提升 目前公众所说的物联网就是带有传感 标识器的智能感知信息网络系统 涵盖了当初的物联网 传感网等概念 通过传感 识别器和网络将管理对象连接起来 实现信息感知 识别 情报处理 态势判断和决策执行等智能化的管理和控制 是在传感 识别 接入网 无线通讯网 互联网 计算技术 信息处理和应用软件 智能控制等信息技术集成基础上的新发展 对物联网的理解 以物联网为契机 中央公开提出培育战略性新兴产业的国家战略 2006年1月9日 胡锦涛主席在全国科技大会提出 抓住信息科技更新换代和新材料科技迅猛发展的难得机遇 把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权作为提高我国产业竞争力的突破口 2009年12月中央经济工作会议 发展战略性新兴产业 推进产业结构调整 要抓紧研究提出培育我国战略性新兴产业的总体思路强化政策支持 加大财政投入 培育新的经济增长点 对 物联网 发展连续4次明确指示 2009年6月 就 智慧地球 做出批示 2009年7月 视察中科院长春光机所 强调抓住物联网发展机遇 2009年8月 视察无锡 中科院传感网工程中心 指示建设 感知中国 中心 2009年11月 发表 让科技引领可持续发展 的讲话 着力突破传感网 物联网等关键技术 及早部署后IP时代相关技术的研究 使信息网络产业成为推动产业升级 迈向信息社会的 发动机 2008年 智慧地球2009年 智能电网2005年 GENI FIND2009年 NETSE 2004年 U Japan2009年 i Japan2006年 AKARI 欧盟提出了类似计划ITU2005年度技术报告 指出 物联网 时代即将来临2007年 欧盟FIRE2009年 ITU成立FG FN 以美国 欧盟 日本为代表的发达国家把物联网和未来网络提高到国家战略的高度 部署了相应的国家级研究计划 并将之作为发展战略新型产业的重要方向和应对国际金融危机的利器我国应抓住机遇 做出近 中 远期系统部署 欧盟 新加坡 中国台湾都提出了类似计划 物联网已成为世界热点 物联网的定义 物联网是指通过信息传感设备 按照约定的协议 把任何物品与互联网连接起来 进行信息交换和通讯 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种网络 它是在互联网基础上延伸和扩展的网络 摘自2010年 政府工作报告 注释 互联网向物联网的演进 连接万亿个设备 M2M 对象互联网融合物理和虚拟世界 网络成为数据库从信息到知识 推理和解决问题 服务互联网 地理位置成为嵌入能力多重服务网络 多重网络服务 云计算 摘自中国科学院江绵恒副院长2004年院工作会报告 物联网信息化新阶段 智慧地球 物联网时代将带来全球第三次信息化浪潮 二 物联网技术的特点 智慧地球 物联网技术的特点与一般领域纵向划分不同 物联网是一个横向延伸的领域 具有学科综合性强 产业链条长 渗透范围广的特点 物联网的特点 特点之一 学科综合性强 物联网是联接数字世界和物理世界的桥梁 通过互联网 云计算和网络应用 使信息的产生 获取 传输 存储 处理形成有机的全过程 物联网技术涉及到计算机 半导体 网络 通信 光学 微机械 化学 生物 航天 医学 农业等众多学科领域 发展物联网将对相关学科发展起到极强的带动作用 物联网的特点 特点之二 产业链条长 一方面 发展物联网将加快信息材料 器件 软件等的创新速度 使信息产业迎来新一轮的发展高潮 大大拓展信息产业发展空间 另一方面 发展物联网将带动传感器产业 芯片业 设备制造业 软件业 系统集成业 网络运营业 以及内容提供和服务产业等诸多产业发展 带来大量的创业发展空间 引自北京市经信委 物联网发展战略建议报告 物联网的特点 特点之三 渗透范围广 物联网将物理基础设施和IT基础设施整合为一体 将使全球信息化进程发展重要转折 即从 数字化 阶段向 智能化 阶段迈进 物联网将大大加快信息化进程 拓展信息化领域 其各种应用将快速渗透到经济 社会 安全等各个方面 并极大地提高社会生产效率 感知中国 覆盖的应用领域 智慧地球 物联网与现有传感网和信息化技术的差异更加大规模的节点覆盖更加综合的系统集成更加智能的信息处理 物联网的工作环境 物联网与互联网 物联网IoT 服务互联网IoS 闭环控制 开放的物联网架构 物联网的横向整合概念 三 应用推动物联网发展 我国物联网产业发展现况 RFID发展已经有一定规模 2009年110亿元传感器网络尚处于发展初期零散地应用于独立于核心网络的领域依托科研项目 科研成果示范应用采用私有协议 部分基于IEEE802 15 ISA等标准尚无完善的标准体系 标准缺乏 制约了产业发展运营商开始提供M2M业务 物联网初期运营商在物联网产业链中定位最终实现无处不在的传感器网络尚需解决大量问题 依赖于传统行业 社会的信息化 核心网络的发展传感器网络多项关键技术尚需突破现有产业存在升级换代的问题 中国移动已经开展的物联网业务 射频标签RFID应用2009年中国RFID产业市场规模达110亿元相比2008年增长36 8 高速公路ETC系统 美国防部规定所有军需物资都要使用RFID标签美国FDA建议制药商利用RFID跟踪最常造假的药品美国社会福利局使用RFID技术追踪各种表格和手册 非接触业务的终端方案有13 56M贴片卡 SWP 2 4GRFID SIM卡 RFIDSIM卡是将RF 无线射频 模块嵌入到手机智能卡 SIM 中 从而使SIM卡同时具有射频识别卡的功能 使手机可以与读卡器 POS 之间进行非接触式数据交换 RFSIM技术广泛应用于门禁 考勤 公交支付 VIP卡 消费积分 电子优惠券 门票销售等日常生活领域 一张RFIDSIM卡内可同时存放128张虚拟卡 如停车卡 驾驶证 公交卡 VIP卡 电子优惠券以及各类门票等 RFID SIM近场手机移动支付 移动支付产业链分析 基于RFID的药品防伪监督管理系统是中国移动广东公司联合广东省食品药品监督管理局 采用国际先进水平的信息技术 包括RFID技术 数据安全技术 网络技术 移动通信技术等 构建一个涵盖药品制造 批发 零售等各个环节的药品防伪监督管理系统 RFID与移动信息化的结合 药品防伪监督管理 天气信息服务 医疗保健服务 机场入侵检测系统 智能楼宇 江西山洪灾害预警系统 山洪灾害预警系统 满足山洪灾害防御及中小流域防洪需求 重点建立全省山洪灾害易发区域暴雨洪水监测 预报和山洪灾害预警 应急响应以及人员应急转移指挥调度系统一期工程系统自2007年6月基本建成并投入试运行后 各监测站点数据能实时准确进入数据中心并及时发布预警响应信息 为防御山洪灾害提供了科学的决策依据 发挥了良好的避灾减灾效益 据政府相关部门初步统计 2007 2008两年内 仅一期工程13个建设县 发生山洪灾害1705处 倒塌房屋14299间系统共预警1128次 发出预警信息3 6万余条提前转移群众137191人 避免人员伤亡2 66万人避免直接经济损失达4 92亿元 物联网节能减排 提高能源效率和减少温室气体排放量到2020年有可能推动全球能源节省一万亿美元 1000B 智能物流 智能建筑 341B 工业自动化 107B 智能电网 125B 442B 绿色输电网络为可持续发展的未来提供能源 煤 水电 核电 传统电网 智能电网 煤水电太阳能 存储核电风电 用户功率流间断信息流连续信息流 四 物联网的体系结构 物联网的体系结构 使用开放协议的体系结构 支持各种基于互联网的应用 虚拟和物理世界的结合 标记 传感器 执行器的事件处理 发展可扩展 安全和语义丰富的中间件推动现实世界数据进入各种互联网应用分布智能的优化技术 网络边缘和中央信息系统的角色 业务平台和对象生命周期数据的互用性和集成体系结构模型 体系结构模型推进物联网及其实现的开放治理 建立开放治理方法不需要网守去锁定重要业务 处理功能对象为中心或位置中心应用 物联网体系结构 互联网 中间件 数据采集大部分应用中都包含了冗余信息 为缩小通信开销和能量消耗 需要研究高效 简洁的数据聚合 融合方法设备管理由于物联网节点数目庞大 加上所处环境的限制 人工部署 维护也相对困难 所以应该提供透明 容错 自适应和自维护机制能量管理由于传感器的能量主要消耗在通信上 因而在数据采集阶段需要高效的传感器工作的轮转调度机制 在传感器间通信阶段需要研究高效无冗余的路由QoS支持由于物联网独特特点 数量巨大 拓扑高动态变化 所以要提供合适的QoS机制 在性能 延时和能量使用之间达到一个平衡处理感知数据采集 按规则和策略过滤 数据聚合 数据的比较和分析 数据挖掘 上下文知识建模 上下文知识处理 上下文知识决策和估计 服务一体化等 互联互通和路由协议 互联互通两种情况 非IP传感器网和IP传感器网之间传感器网和IP接入网 v4 v6 之间应用协议 消息格式的互操作选路传感器网要求有专门的路由协议 能量效率路由协议 在多数时间处于休眠状态的节点的路由协议 数据知识路由协议等 实时信息处理 实时数据库 实时数据库系统是开发实时控制系统 数据采集系统 CIMS系统等的支撑软件在流程行业中 大量使用实时数据库系统进行控制系统监控 系统先进控制和优化控制 并为企业的生产管理和调度 数据分析 决策支持及远程在线浏览提供实时数据服务和多种数据管理功能 我国运营商的M2M业务平台 五 我国物联网发展态势和问题 物联网发展态势 全国主要地区积极响应 掀起物联网发展热潮 江苏 北京 上海 广东等十几个省市推出了自己的发展规划 总体判断 现阶段的信息技术在3 5年内尚可以支持物联网的集成和应用 随着物联网进入大规模应用 未来10 20年的发展将给各种信息技术带来 质 的改变 催生新的技术解决方案 物联网发展态势 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 薄弱环节 传感器智能化 芯片与传感器集成制造 微能源等工程技术新方向 新型敏感材料 纳米技术 生物技术 仿生技术 新型储能技术 极低能耗 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 基础较好 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 物联网发展态势 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 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 物联网发展态势 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 已有基础 信息化新问题 在信息化基础上向 智能化 提升 物联网发展态势 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 新问题 万亿量级节点的标识 发现资源管理与服务发现异构网络融合自治认知能力事件驱动特性 物联网发展态势 信息获取与识别 网络与传输 行业示范应用 信息处理 信息技术 材料 器件 网络 系统 应用 服务存储处理传输获取 信息化 感知中国 新问题 安全架构认证信用管理电子取证轻量级加密机制 物联网发展态势 物联网技术带来的挑战 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 这也许就是迈向 黑客帝国 的开端 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基本的法律问题 甚至道德伦理问题 中国物联网产业发展需要重点解决的问题 物联网概念不统一 需要定义和规范 物联网产业发展战略尚不明晰 需要加强顶层设计和战略规划 核心技术亟待突破 需要高度重视知识产权和产业标准化 产业链亟待健全和整合 需要培育龙头企业 商业模式尚不明晰 有待积极探索 亟需加快国家法律法规和相关配套政策制定 网络信息安全问题应引起足够重视 六 物联网的标准 物联网体系结构 两种核心网 ISO IECJTC1 SC6 SC6及其工作组负责考虑传感器未来标准倡议相关事宜SC6涵盖所有传感器网络问题SC31只负责传感器辅助的RFID和由IEEE1451制定的传感器接口 SC6与ITU TSG13 SG16 SG17以及JCA NID交换联络报表以便就USN协同工作2009年10月成立传感器网络标准化工作组 WP7 ITU T传感器网标准化工作 SG11成立Q 12 11 NIDandUSNTestSpecification SG13通过Q 5 13 PrinciplesandfunctionnalarchitectureforNGN includingubiquitousnetworking 继续开展USN工作 Y 2221 currentlyinAAP RequirementsforsupportofUbiquitousSensorNetwork USN applicationsandservicesinNGNenvironmentSG16成立Q 25 16 USNapplicationsandservices draftRec F USN MW ServicedescriptionandrequirementsforUSNmiddleware SG17成立Q 6 17 Securityaspectsofubiquitoustelecommunicationservices draftRec X unsec 1 SecurityframeworkforUSN draftRec X unsec 2 GuidelinesforUSNmiddlewaresecurity draftRec X unsec 3 Secureroutingmechanismsforwirelesssensornetworks IEEE1888 UGGCnet体系结构 标准化工作的各个环节 体系结构框架要求能反应异构联网下总体结构和接口关系 传感器网络 non IP或IP 各种IP方案 6LoWPAN 普通的IPv4 修改的IPv4 等 各种非 IP方案 ZigBee TinyOS 等 接入网络 IPv4或IPv6 不同的v4 v6转换 选路协议 移动性要做的工作 系统好网络的参考模型配置好接口关系 体系结构框架 IEEE1451标准 ZigBee协议栈 现有非IP传感器网络标准 现有IP传感器网络标准 IEEE802 15 4c 中国国家标准 基于中国780MHz频段 制定低速率物理层通信标准 2009年报批 IEEE802 15 4e 上海微系统所 无锡物联网产业研究院 华为等作为主要的联合提案单位 制定面向传感网在工业无线监控等应用中的低功耗 实时MAC层标准 提案已接受 进入文档编辑阶段 无锡物联网产业研究院正在设计 开发15 MAC测试 运行平台 争取在全球第一个发布IEEE802 15 4g 针对智能电网等应用 200Kbps 1Mbps数据速率的物理层标准提案 可变增益的DSSS方案 ISO IECJTC1SGSN ISO IECJTC1SGSN 2007年国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感器网络工作组首届ISO IECJTC1传感器网络研究组 SGSN 会议在中国召开 2008年6月 2009年在JTC1下成立传感器网络标准化工作组 WP7 传感器网络信息处理服务和接口规范 提案与2010年3月通过新工作立项 NP 投票 IEEE1451智能换能器 IEEE802 15 4LRWPAN ZigBee IETF6LoWPAN ITU TUSN 标准化 从研究组到工作组 七 云计算 物联网支撑平台 绿色数据中心向云计算演化 75 76 云计算模式数据中心 云计算业务 八百客 阿里软件 金蝶 用友 世纪互联 云安全 IBM无锡云计算中心 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 云计算业务 二 阿里软件于2009年年初宣布在南京建立首个 电子商务云计算中心 百度的 阿拉丁 计划 旨在解决现有搜索引擎无法抓取和检索 暗网 的信息 其实质被外界看做成云计算的一种体现方式 金蝶的 KingdeeK 3项目 利用微软的云计算 Azure 平台 全面将ERP计算服务进行了模块化 服务化 使得企业可以按需选择云服务 金算盘的云计算全程电子商务平台则是基于微软的 NET技术体系而开发的 国内软件服务提供商八百客 800APP 是 中国式Salesforce 在价格方面的明显优势 其服务器设在中国 并拥有中国北京和美国硅谷的两大研发团队 世纪互联 在09年1月推出CloudEx服务产品线 将包括完整的互联网弹性主机服务 CloudExComputingService 基于在线存储虚拟化的 CloudExStorageService 供个人及企业进行互联网云端备份的数据保全服务等 类似美国亚马逊提供的EC2云计算服务 云安全 趋势科技2008年5月推出的 SecureCloud 云安全 技术 2008年10月 瑞星又推出了其 云安全 2 0版 在2009年 瑞星将推出其 云安全 3 0版卡巴斯基 江民 金山也纷纷在发布自家2009杀毒软件的同时 将 云安全 纳入宣传的重点200