从物联网谈嵌入式软件的发展

从物联网谈嵌入式软件的发展2010.4物联网中的嵌入式软件发展背景嵌入式软件发展几点思考一、背景1、物联网（IOT）1999年美国麻省理工学院（MIT）首次提出物联网的概念InternetofThingsITU2005年的年度报告：信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，而万物的连接就形成了物联网物联网物联网目标总体目标：实现信息世界和物理世界的完全融合功能目标：使得物理设备系统具有计算、网络通信、精确控制、远程协作和自治五大功能物联网系统构成环境感知部分计算部分通信网络部分控制器/执行器部分物联网孕育着巨大的商机和市场空间预测到2010年，此类市场可超过7000亿美元–InformaGroup从全球市场来看，无线机器互联通信市场将从2004年的199亿美元增长到2010年的2700亿美元。-AlexanderResources.尽管手机市场以每年10%的速率增长，但无线机器互联应用是一个高速发展的市场，到2010年底将以每年40%的速率增长。-ABIResearch:May26,2004数据来源:ABIResearch$55B增值应用和服务实时监控网络、集成和服务硬件到2010年，全球将有超过4000亿台机器装设行动传输功能，让机器与机器进行数据传输，取代人力控制、操作的成本，整体市场规模，将远远超过以个人移动市场。-NTTDoCoMo.8可联Internet设备：巨大市场前景9说明：–目前的因特网技术只联结了2-5%的计算装置；–“深度”联网需要“深度”嵌入技术：嵌入式软件将利用网络公用资源/服务来深度设计嵌入式系统；–“动态自组”的传感器网络物联网的体系架构2G网络公共安全绿色农业工业监控城市管理远程医疗智能家居智能交通环境监测物联网感知层物联网应用层物联网网络层3G网络RFID读写器RFID标签M2M终端传感器摄像头传感器网络传感器网络物联网管理中心（编码、认证、鉴权、计费）4G网络传感器网关传感器网关物联网信息中心（算法库、样本库、信息库）物联网的三大要素信息采集信息传递信息处理将传感器或RFID等采集设备嵌入需要关注和采集的地点、物体以及系统中，实时获取其状态及状态的变化建设无处不在的无线网络，对采集到的数据进行安全、有效的传递。借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策2．智慧的地球在奥巴马就任美国总统后与美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念。得到了奥巴马的积极回应,“智慧的地球”已经上升至美国的国家战略把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”AgilebusinesseswillembracetherealityandthepossibilitiesOurworldisbecomingINSTRUMENTEDOurworldisbecomingINTERCONNECTEDAllthingsbecomingINTELLIGENTSensorsEventProcessing&IntegrationVisualization&TuningLeaderstodayarebenefitingfromnewsensordatawhencombinedwithIBM’sbusinessprocessmanagement,eventprocessing&businessoptimizationcapabilitiesNewDataNewInsightsProcessInnovationNew&OptimizedBusinessProcesses3．“感知中国”8月7日下午，温家宝来到中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察在展板前，温家宝驻足许久，听取我国传感网发展和运用的汇报。他不时问道，我们的传感网核心技术处于什么样的水平？与世界先进水平有多大差距？中心负责人回答道，我们起步比较早，标准化和技术有一定优势，但不是最领先的。总理听后说，当计算机和互联网产业大规模发展时，我们因为没有掌握核心技术而走过一些弯路。在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术。“感知中国”一是把传感系统和3G中的TD技术结合来二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展三是尽快建立中国的传感器心中心，或者叫“感知中国”中心“感知中国”的相关技术“感”的技术：－物理设备的嵌入式技术，使物理设备有“感”的功能－无线传感器网：信息采集和融合－现场总线ＣＡＮ：信息采集和传输“知”的技术－后台信息处理、控制和服务－云计算4．CPS（Cyber-PhysicalSystem）简介信息融合物理系统CPS2006年2月，基于美国国会要求评估美国的技术竞争力和维持提高这种竞争力的要求，美国科学院发布的《美国竞争力计划》将CPS列为重要的研究项目美国总统科学与技术顾问委员会(PCAST)2007把CPS作为在网络与信息技术领域的第一项提案2008年成立的美国CPS指导小组（CPSSteeringGroup）在Cyber-PhysicalSystemsExecutiveSummary中，把CPS应用放在交通、国防、能源、医疗、农业和大型建筑设施等方面Cyber-PhysicalSystems信息融合物理系统CPS（Cyber-PhysicalSystem）融合了Computation、Communication和Control等的3C技术把嵌入式的物理设备（已具有Computation）通过无线宽带通信（Communication）与后台数据处理系统相连来达到自治的控制（Control）和信息服务。也就是在嵌入式的物理设备要建立信息采集与处理的信息平台，来达到Lowend(嵌入式的物理设备)与Highend(后台数据处理系统)的连接CPS的3C1.物理设备的信息化PhysicalCyber（LowEnd:passivedataactiveinformation）2.网络和IT系统与物理世界的连接（LowEndHighEnd）3.Autonomy，通过互联网组成各种相应的信息服务系统(ReliableserviceLowEnd)物理设备的Computation物理设备的嵌入式，使其具有ComputationPassivedataActiveinformation嵌入式的设计：面向对象面向角色——即:要软硬件协同设计CPSTrendSensorNetworksMedicalSmartSpacephysicalinfrastructuresCargo,LogisticsRFIDDisasterRescueCommunication嵌入式设备（孤岛型）联成网络，使其提高功能和可靠性嵌入式设备一般无浏览器，需建立信息平台，实现Lowend和Highend的连接无线传感器网、无线宽带网和互联网的融合网络和IT系统与物理世界的连接TheLowend:ubiquitousembeddeddevicesTheHighend:complexsystemswithglobalintegrationservicesGIG,CloudcomputingEmbeddedSystems？Control（信息服务）云计算、海量计算、非结构化数据管理passivedata-activeinformation-reliableserviceAutonomy，突破传统嵌入式系统的框框，通过互联网组成各种相应自治的控制系统和信息服务系统物联网物联网：从广义上来理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统；它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。物联网本质内涵3C（Computation,Communication,Control）融合基于计算进程与物理进程深度融合的新计算模式计算、物理和控制等多学科的交叉与融合无线转感器网与互联网的服务融合系统-viasensorsnetworkWorldWideSensorWebPollutionDetectionComputerGridInstrumentWeatherForecastTsunamiDetectionResearcherCollaboratorsSoftware,Model,WorkflowSensorNetsHistoricalDataAnadhocnetworkofvehicleswithsensorsApplications:-RoadTrafficMonitoring-On-boardAutomotiveDiagnostics&Notification-RoadSurfaceDiagnostics-OpportunisticDataTransport智能交通由CANBus把汽车电子个ECU的信息收集至车载的TCU通过无线通信后台的TSP组成汽车远程信息服务系统据权威机构和相关采样监测数据表明，中国健康服务市场目前规模在100亿以上数字医疗用配电环节，电能信息采集市场规模分析为各种类型医疗机构、社区医疗服务的医护人员快速、客观地判断病人的健康状况提供依据为一些需要长期监护的病人提供可携带的监护装置实现健康信息的“个人化”和“家庭化”，有利于疾病的早发现和早治疗通过各种传感器检测身体健康状况---躯体网络BAN（BodyAreaNetwork）通过定期的检查，减小发作的可能性随时随地可以诊断和治疗通过网络有效地健康管理减小医疗费用应付紧急情况健康的生活•ECG•HeartbeatBloodpHPercentBodyFatTemperatureDissolveO2GlucoseBodymovementCholesterol•ECG•HeartbeatBloodpHPercentBodyFatTemperatureDissolveO2GlucoseBodymovementBodymovementCholesterol•血压•ECG•溶解氧•葡萄糖•体温•肥肪的%•患者的动向•胆股村l由无线传感器网络和互联网组成的健康管理面向社区医院健康管理面向个人的健康管理数字出版与发行（电子书）系统“智能电网”融合和集成了新的测量、通讯、控制和决策技术，智能性体现在：智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，包含发、输、变、配、用和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现电力流、信息流、业务流高度一体化融合。智能电网•可观测：测量、传感技术•分布智能：嵌入式处理技术•自适应•可控制：对观测状态进行控制•高级分析：数据到信息的转换•自愈二、嵌入式软件发展37MainframeClient/ServerComputingNetworkComputingEvolutionofComputing&ApplicationParadigmsMakestheresourcesnetworkaccessibleMaketheapplicationsmorefeasibletosuitthenetworkcomputingenvironment•Network-andembedded-enabledSoftwareStructuredConnectedUser-centricOn-demandServiceWhatsoftware-enabledtechnologiesshouldbefocusedon?Cyber-PhysicalSystem物联网对嵌入式软件的要求物联网三要素：信息采集、信息传递、信息处理智慧地球的3I：Instrumented、Interconnected、Intelligent信息融合物理系统CPS中3C：Computation、Com