第1章全球网络化.ppt

工业化计算机网络,授课人：东南大学自动化学院黄东电话：0258379343513382400395邮件地址：hd71771课程简介1课程内容（1）计算机网络基础；（2）工业化计算机网络技术及应用。,2本课程学习特点（1）学习内容广泛，应注重基本概念和基本方法的学习。（2）不断了解网络最新技术的发展。（3）学习内容具有较强的应用性和工程性。,3课程要求（1）先修课程：计算机原理,计算机通信，数据库基本概念,控制理论等。（2）掌握计算机网络的组成，分类，拓扑结构，软硬件的工作原理及WEB技术等。（3）了解现场总线网技术以及网络在工业控制系统中的应用。（4）掌握网络体系结构中的OSI参考模型，各主要层次的工作协议原理。,4参考资料（1）下一代Internet网络技术人民邮电2001，3（2）信息网络技术原理电子工业2002，8（3）工业数据通信与控制网络清华大学2003，6（4）广域网教程清华大学2004，2（5）计算机网络协议和实现技术清华大学2000，7（6）过程控制现场总线（译）清华大学2003，7（7）工业网络技术北京邮电大学2007年8月,第一部分计算机网络基础,第1章计算机网络导论第2章数字数据通信基础第3章网络体系结构第4章计算机网络结构与互连第5章局域网络第6章因特网第7章Internet接入技术第二部分工业化计算机网络技术及应用,第一章计算机网络导论,信息高速公路的延伸全球网络化全球网络化的特征全球网络的作用信息高速公路的基本结构全球网络的关键技术网络标准化Internet物联网,1信息高速公路的延伸全球网络化,信息高速公路的概念是1992年月美国总统发表的国情咨文中提出的，即计划用年时间，耗资2000-4000亿美元，以建设美国国家信息基础结构（），作为美国发展政策的重点和产业发展的基础。倡议者认为，它将永远改变人们的生活、工作和相互沟通的方式，产生比工业革命更深刻的影响。而将寓意于信息高速公路（），更令人联想到二十世纪前期欧美国家兴起的高速公路的建设，在振兴经济中的巨大作用和战略意义。,全球信息高速公路计划,1994年3月美国副总统戈尔在国际电信联盟（ITU）大会上发布建立“全球信息基础设施”（GII），俗称“全球信息高速公路”的倡议。,信息高速公路的延伸,全球网络化是全球信息高速公路的延伸。全球信息高速公路使得人们对信息化、数字化的需求更加强烈，这就引导了信息高速公路向更广泛和更细致的方向发展，从而导致了全球网络化。例如：人们希望知道任意一个地方的气候和环境信息的变化；希望在全球范围寻找符合要求的设备零部件的制造商；,2全球网络化的特征,信息高速公路的特征（1）完善的网络结构（2）技术水平高（3）覆盖面广（4）多媒体信息传输（5）服务面广（6）资源共享全球网络化的特征：网络深入到人类生活的每一个细节；网络覆盖了全球的每一个角落；网络参与了每一项任务；网络涉及到每一个学科；全球网络化将在主干网和底层网两方面发展。一句话：网络无处不在！只要有信息，就有网络。,韩国首尔成全球网络化程度最高城市,四名年轻女子矗立在Gangnam大道多媒体显示台前。这个公共电话亭式样的设备提供地图和其他有用的信息。,监控室：依赖RFID卡循迹于公共汽车、地铁和小车上的乘客。,城市大动脉Gangnam大道沿线，公交车的到达在一LED上显示。,监视器：公共汽车信息管理系统跟踪城市公交车的位置，计算驾驶距离和时间、发布紧急交通事件信息。,这个城市的RFID卡是智能的，能够计算乘车距离和相应的费用。,呼叫中心：这个城市保持24小时在线回答城市服务方面的问题。图中显示一工作人员与呼叫者视频连线用手语交流。,首尔进一步的数字扩张计划是一被称为处处首尔或U-都市的项目。该项目将使市民通过电话、便携式电脑和公共触摸屏查看空气质量和交通状况。照片中，两位女性正在对CheonggyeStream沿线试验区进行彻底检验。,这个系统保证城市的2000万居民生活在一个人口聚集的大都市当中。在这里的任何地方都能以很小的花费无线接入。,3全球网络的作用,信息高速公路具有巨大的社会经济效益。据美国预计，到年即美国建成信息高速公路之际，国民生产总值将因信息高速公路建成而增加亿美元；实现家庭办公等将减少铁路公路和航运的工作量的，也相应减少能源消耗和减少污染；光是汽车的废气排放量每年减少万吨，通过远距教学和医疗诊断，节省大量时间和资金；劳动生产率将提高-。全球网络的作用则更延伸到环境监测、防灾减灾、生产协调等等数不清的方面。重点解决“车少(信息服务的内容)”、“车多(带宽)”的问题,以网络为中心的机制给美国军队带来了强大动力。正如他们在美国商业中所产生的作用一样。在战略级，对军事和商业两者的关键因素都是详细了解特定的竞争空间(所有作战空间与作战时间因素)。以网络为中心的战争及其所有相关的军事变革使得胜负在硝烟未起之前就已经确定！,4信息高速公路的基本结构,信息高速公路由四个基本要素组成：（）信息高速通道。这是一个能覆盖全国的以光纤通信网络为主的，辅以微波和卫星通信的数字化大容量，高速率的通信网。（）信息资源。把众多的公用的、专用的数据、图像库连接起来，通过通信网络为用户提供各类资料，影视，书籍，报刊等信息服务。（）信息处理与控制。主要是指通信网路上的高性能计算机和服务器，高性能个人计算机和工作站对信息在输入输出，传输，存储，交换过程中的处理和控制。（）信息服务对象。使用各种应用系统的用户进行相互通信，可以通过通信终端享受丰富的信息资源，满足各自的需求。,5全球网络的关键技术,信息高速公路的关键技术（）通信网技术；（）光纤通信网（）及异步转移模式交换技术；（）信息通用接入网技术；（）数据库和信息处理技术；（）移动通信及卫星通信，数字微波技术；（）高性能并行计算机系统和接口技术；（）图像库和高清晰度电视技术；（）多媒体技术。全球网络的关键技术：增加底层网络技术、智能传感技术、低能耗通信技术、宽带无线通信技术等等。,6网络标准化,网络标准确定了要遵循的特定准则，遵循这些准则的厂商生产的硬件和软件产品具有互操作性。网络标准要定义与网络相关的硬件接口、通讯协议和网络体系结构等多方面的内容。网络标准按照产生的方式可分为：法定标准（legalstandards)、事实标准(defactostandards)、专用标准(proprietarystandards)和合作标准(cooperativestandards),法定标准由正式的、公认的标准化组织认可。下页是主要的标准化组织。事实标准是指那些已经存在但是没有经过标准化组织正式规划的标准。通常是由某个厂商制定并向公众开放的标准。专用标准是那些以特定厂商专用的方式开发的协议。这样的标准虽然不受欢迎，但仍然存在。合作标准类似于法定标准，不同的是这些标准的开发不是在标准化组织的支持下进行的，通常是由为实现相同目标而结盟的厂商共同制定的。这种标准的例子有很多，比如著名的快速以太网和千兆以太网标准。,7Internet,因特网时代70年代中期,美国国防部高级研究中心(DARPA)为了实现异种网络的互联与互通,大力资助网间网技术的开发,导致了TCP/IP的出现与发展。美国国家科学基金会NSF认识到TCP/IP对科学研究的重要性，因此从1985年起，美国国家科学基金会就围绕其六个大型计算机中心建设基于TCP/IP的访问网。1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNET。NSFNET后来接管了ARPANET，并将网络改名为Internet，即因特网。,（1）实验研究阶段（1969-1985）1969年DARPA（国防部高级研究项目局）建立了ARPANET最早出现的计算机网络之一。70年代初，在最初建网实践经验基础上，开始了第二代网络协议设计工作，称为网络控制协议NCP。70年代中，国际信息处理联合会进一步补充和完善了NCP的开发工作，从而导致了TCP/IP协议的出现。19771979年，推出目前形式的TCP/IP体系结构和协议规范。1980年前后，建造了以ARPANET为主干的计算机网络的代表性产品Internet。1983年，BSD（伯克利加州大学）推出了内含TCP/IP的第一个BSDUNIX。1983年美国国防部DOD宣布，将ARPAnet的NCP完全过渡到TCP/IP，成为正式的军事标准。,因特网发展过程,因特网发展过程,（2）学术性网络（1986-1995）1986，美国国家科学基金会（NSF）资助建立了以ARPANET为基础的学术性网络，即NSFNET。1990，NSFNET最终代替ARPANET，成为Internet的主干。速率为1.544Mbps(T1)。1992，NSFNET的主干网速度提高到45Mbps(T3)1995年NSFNET结束了作为Internet主干网的历史使命，从学术性转化为商业网络。与此同时，SUN等公司将TCP/IP引入了广泛的商业领域。（3）商业化网络（1996年以后）20世纪90年代中期WWW的流行更带来了Internet用户爆炸性的增长。今天以TCP/IP为基础的Internet已经成为世界范围内连接不同专业、不同领域的组织机构的强有力的手段。Internet已发展成为世界上最大的国际性计算机互连网络。,TCP/IP（TransmissionContolProtocol/InternetProtocol）是传输控制协议/互连网络协议的缩写，当初是为美国国防部高级研究计划局（DARPA）设计的，其目的在于能够让各种各样的计算机都可以在一个共同的网络环境中运行。TCP/IP体系常简称为TCPIP。TCPIP并非国际标准，但它在计算机网络体系结构中占有非常重要的地位。这是因为尽管OSI的体系结构从理论上讲是比较完整，其各层协议也考虑得很周到，但实际上，完全符合OSI各层协议的商用产品却极少进入市场，不能满足各种用户的需求。在这种情况下，使用TCPIP协议的产品却大量涌入市场，几乎所有的工作站都配有TCPIP协议，这就使得TCP/IP成为计算机网络的事实上的国际标准，有人也称它为工业标准。,TCP/IP简介,TCP/IP成功的原因,TCP/IP是最早出现的网络协议之一，是最早出现的互联网协议，它的成功得益于顺应了社会的需求DARPA为推广TCP/IP，采用开放策略，以低价出售TCP/IP使用权，鼓励厂商开发TCP/IP产品。TCP/IP与当时流行操作系统UNIX的结合是其成功的一个重要原因。TCP/IP技术来源于实践，并在实践中得到不断的改进与完善。,关于因特网的标准化工作1992年，因特网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫做因特网协会ISOC(InternetSociety)，以便对因特网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。ISOC下面有一个技术组织叫做因特网体系结构研究委员会IAB(InternetArchitectureBoard)，负责管理因特网有关协议的开发。IAB下面又设有两个工程部。因特网工程部IETF(InternetEngineeringTaskForce)因特网研究部IRTF(InternetResearchTaskForce),从一个普通文档上升到因特网的正式标准要经过四个阶段:（1）因特网草案(InternetDraft)。（2）建议标准(ProposedStandard)。（3）草案标准(DraftStandard)。（4）因特网标准(InternetStandard)。,8物联网,物联网（TheInternetofthings）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，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。物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。,物联网（TheInternetofthings）通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心。,物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。,感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体采集信息，与人体中皮肤和五官的作用相似。网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。,与互联网相比，物联网的鲜明特征,它是各种感知技术的广泛应用。它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。,“物”的涵义,这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有数据传输通路；2、要有一定的存储功能；3、要有CPU；4、要有操作系统；5、要有专门的应用程序；6、遵循物联网的通信协议；7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。,物联网的涵义,从两化融合这个角度分析物联网的涵义：其一：随着现代大型工业生产自动化营运而生的DCS控制系统，是否有办法做到分散控制，集中优化管理？物联网根据所有监控信息，通过分析与优化技术，找到最优的控制方法，是物联网可以带给DCS控制系统的。其二：当为人服务的信息孤岛问题解决后，是要在更大范围解决信息孤岛问题。就是要将物与人的信息打通。如何从信息中获得最优的决策？如何让物在获得了信息之后具有决策能力？智能分析与优化技术是解决这个问题的一个手段，在获得信息后，依据历史经验以及理论模型，快速做出最优决策。数据的分析与优化技术在两化融合的工业化与信息化方面都有旺盛的需求。,物联网本质,物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。,物联网分类,1.私有物联网：一般面向单一机构内部提供服务；2.公有物联网：基于互联网向公众或大型用户群体提供服务；3.社区物联网：向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务；4.混合物联网：是上述的两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体。,物联网4大关键领域,三种基本应用模式,对象的智能标签。环境监控和对象跟踪。对象的智能控制。,物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。国际电信联盟2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求，等等。,应用案例,物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。上海世博会也与中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心签下订单，购买防入侵微纳传感网1500万元产品。,ZigBee路灯控制系统点亮济南园博园。ZigBee无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee无线技术达成的无线路灯控制。首家手机物联网落户广州。手机物联网购物其实就是闪购。广州闪购通过手机扫描条形码、二维码等方式，可以进行购物、比价、鉴别产品等功能。,与云计算的结合。物联网的智能处理依靠先进的信息处理技术，如云计算、模式识别等技术，云计算可以从两个方面促进物联网和智慧地球的实现：首先，云计算是实现物联网的核心。其次，云计算促进物联网和互联网的智能融合。与门禁系统的结合。无线物联网门禁将门锁的设备简化到了极致：一把电池供电的锁具。无线物联网门禁系统的安全与可靠首要体现在以下两个方面：无线数据通讯的安全性和传输数据的安稳性。,与TD结合。TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信系统，是宽带无线通信网络，TD的发展需要数据业务的拉动，物联网应用是需求最迫切的增强型数据业务，具有广阔的应用前景，能够充分发挥TD网络优势，有助于促进TD产业链的成熟。,认识误区,误区之一：把传感网或RFID网等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。误区之二：把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸。物联网与互联网会有很大不同，类似智能物流、智能交通、智能电网等专业网；智能小区等局域网才是最大的应用空间。,误区之三：认为物联网就是物物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是很难实现的技术。事实上物联网是实实在在的，很多初级的物联网应用早就在为我们服务着。误区之四：把物联网当成个筐，什么都往里装；基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。如，仅仅嵌入了一些传感器，就成为了所谓的物联网家电；把产品贴上了RFID标签，就成了物联网应用等等。,物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。,物联网-步骤,（1）对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；（2）需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；（3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。,物联网应用领域,(1)智能家居将各种家庭设备通过智能家庭网络联网实现自动化、远程操控(2)智能医疗对家中病人或老人的生理指标进行自测，并传送到护理人或有关医疗单位(3)智能城市对城市的数字化管理和城市安全的统一监控(4)智能环保实施地表水水质的自动监测(5)智能交通包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务,(6)智能司法集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统(7)智能农业实时采集温室、智能粮库内环境参数，自动或远程控制开启或者关闭指定设备(8)智能物流打造集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保、海关保税等功能为一体的物流园区综合信息服务平台(9)智能校园校园手机一卡通和金色校园业务,(10)智能文博运行在移动终端的导览系统。移动设备终端通过其附带的RFID读写器，得到相关展品的EPC编码后，可以根据用户需要，访问服务器网站并得到该展品的文字、图片语音或者视频介绍等相关数据。该产品主要应用于文博行业，实现智能导览及呼叫中心等应用拓展。(11)M2M平台机器到机器(MachineToMachine)的数据采集、传输等，任意应用系统和终端设备，只要遵循规定的接口规范，即可接入M2M平台，由M2M平台统一管理。采用先进的消息路由技术，具有实时性和效率高的特点,IBM智慧地球,智慧的地球是指我们能把智慧嵌入系统和流程之中，使服务的交付、产品开发、制造、采购和销售得以实现，使从人、资金到石油、水资源、乃至电子的运动方式都