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物联网技术与应用2011-09-23InternetofThingsTechnology&Application朱云龙2报告内容物联网应用面临的挑战物联网在工业领域的应用分析各国政府的物联网战略物联网体系架构与技术发展物联网概念产生背景与内涵3一、物联网产生背景电子交易：电子商务电视传媒：VOD、Tivo（数字录像）电子钱包：手机支付、不停车收费物品定位：自动查找遗失物品智能建筑：钢筋混凝土+硅片+软件三维地图：……——《未来之路》·1995物联网概念提出：将所有物品通过RFID、传感器、智能嵌入技术等与互联网连接，实现物理世界与信息世界的整合；通过功能强大的计算机集群，对人、机、物实时动态管理；国际电信联盟突尼斯峰会发布报告，描绘了物联网时代的远景：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物品；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等。机器联网人与人联网物品联网《ITU互联网报告2005：物联网》KevinAshton·1998一、物联网产生背景5物联网A元素允许任何人与任何物，在任意时间和任意地点，通过任意网络和任意服务相连接；物联网C元素涉及到信息的捕获、通信、聚合、内容、计算和连接等处理方法；物理世界和虚拟世界的共存交互物理实体有数字对象、虚拟的表示；二、物联网概念内涵移动RFID阅读器标示管理目录服务云计算平台/中间件智能控制传感网管理上下文感知联动互联网管理数据存储、检索、搜索数字集群G/C网LTE网WLAN/WiMAX感知传感网络物理环境泛在接入应用/服务NGN/IPv6LAN/PSTN/Cable医疗健康军事国防智能农业防灾减灾安全监控物流仓储交通运输智能家居中间件平台超级计算平台数据中心泛在Web服务平台管理平面计算服务平面RFID读卡器传感器网关传感网网关传感器节点传感网网关智能感知接入与传输处理与决策1998年MIT的KevinAshton：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”2005年ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络2008年IBM：把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”以互联为特征以智能服务为特征以标识为特征科学内涵：以“全面的感知、可靠的传输、智能化处理”为特征，连接现实世界和虚拟世界，以安全优质、随时随地提供可运营、可管理的信息服务为目标的全球化网络。二、物联网概念内涵8“十五年周期定律”IBM前CEO郭士纳：计算模式每隔15年发生一次变革1965年——大型机的商业应用1980年——个人计算机的普及1995年——互联网革命2010年——物联网？？？9欧盟网络企业和RFID司物联网总监Peter.Friess预测：2015年到2020年间显现对经济发展刺激作用；美国权威咨询机构forrester预测到2020年：(物物互联业务：人与人通信业务)比将达到30:1；物联网将拥有30万亿元通信大市场；物联网前景预测IBM前CEO郭士纳预测：计算模式每隔15年发生一次变革；2010年以物联网为标志；易观国际分析：物联网最主要的推动力只有两个：政府与电信运营商；未来物联网产业的最关键环节是应用层面的行业用户；各国政府行动战略未来信息产业发展：信息网络--全面感知和智能应用1011美国：智慧的地球智慧的银行智慧的交通智慧的医疗智慧的城市智慧的电力智慧的供应链智慧的地球通过超级计算机、云计算整合物联网与互联网构建智慧的地球12日本：“U-Japan”战略13韩国：“U-Korea”计划FriendlyGovernment友好的政府IntelligentLand智能的建筑RegenerativeEconomy可再生经济Secure&SafeSocialEnviroment安全的社会环境Tailoredu-lifeService定制化生活服务FIRST五大重点应用领域四项关键建设BalancedGlobalLeadership均衡的全球领导地位BEcologicalIndustrialInfrastructure生态型产业基础设施EStreamliningSocialInfrastrcture现代化的社会基础设施STransparentTechnolo-gicalInfrastructure透明化的技术基础设施T先进的韩国在全球最优的泛在基础设施上建成第一个泛在社会14欧盟：物联网行动计划通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展；提出物联网的三方面特征：作为新的独立系统，建立在特有基础设施上；物联网将伴随新的业务共同发展；物联网包括多种通信形式；欧盟物联网行动计划物联网管理安全性保证标准化研究开发开放和创新达成共识国际对话污染管理未来发展管理体制制定立法保证政策框架制定芯片沉默权利关键资源发展强制标准化制定研究资助研究项目整合创新项目试点定期汇报加强国际对话RFID循环统计数据进行监督15物联网技术发展路线信息汇集协同感知泛在聚合主要目标将多种感知技术所采集的分布式、异构信息进行汇聚；通过网络将感知信息汇聚到业务应用系统，集中进行信息的处理与共享，并提供信息应用服务。以事件、任务和目标为驱动，实现感知、网络和应用各个层面的协同工作；具备分布式、跨层次、自学习的协同处理能力，提供智能、精确的多元化信息服务。将海量信息进行聚合，产生出新的有应用价值的信息；实现任何人、任何物体、任何时间、任何地点互联互通；引发应用和服务模式创新。关键技术传感器设计与实现短距离无线传输技术低功耗技术电磁兼容技术等上下文感知技术海量信息处理技术任务驱动的大规模自治组网技术多种通信网络融合技术等信息聚合理论模糊控制技术泛在异构网络人工智能仿生学传感器纳米材料、生物芯片等发展趋势：智能化、协同化、泛在化、服务个性化计算与处理、关键技术分布图16智能嵌入式系统技术智能图像识别及处理图像压缩及合成物理世界感知自适应信号提取及调理启发式跨层能量优化自适应优化通信协议高维海量信息整合自组网并行计算自配置拓扑及覆盖控制网络服务质量控制泛在接入实时动态信号分析后台支撑应用行业应用移动网络(如TD)Internet无线网络(如WLAN)卫星网络Post-IP网络云计算技术海量存储技术数据管理系统专家系统数据挖掘自组织泛在设备互联分布式智能处理多传感器多源信息融合异构异质系统协同效能评估与反馈信息建模与描述分布式数据存储与查询协同泛在计算泛在接入高性能信息处理分布式信息处理智能人机交互情景感知KBMBGBTBPB数据量处理能力MIPS10MIPS102MIPS103MIPS109MIPS•标示和地址等基础资源管理与服务平台•物理实体的实时定位跟踪服务平台•基于物理位置的服务发现和推介平台•可运营可管理的物联网云计算服务平台•超级计算物理平台•海量感知数据存储物理平台•超大规模网络分布式管理平台•基于形式化语义的信息分类、关联与识别共性平台•后台海量数据并行计算与并行挖掘技术•基于Web的海量数据的检索和知识挖掘共性平台•上下文感知的普适环境•具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库•并行化处理的操作系统平台•面向物联网的共性服务中间件平台•面向物联网的一体化开发平台计算与处理、关键技术分布图服务物流仓储交通运输智能家居安全监控军事国防智能农业防灾减灾医疗健康协作感知接入传输计算处理综合决策智能控制RFID并发服务质量保障跨层拥塞控制技术高能效MAC与路由技术精确同步与定位传感器网络行业与技术标准化、规范制定认知无线电通信技术机会通信技术精细化频谱监测管控多体制无线接入技术专业微型传感器集成射频的片上系统基于MIMS的一体化设备事件驱动专用处理器1.组网体系2.短距离通信3.软件工具4.专用器件基于特性语义的匿名标示、隐私安全微型低功耗、可泛在接入与传感物理环境Cyber空间嵌入式软件设计技术多模态智能人机交互技术共性服务中间件技术专用一体化开发测试工具物理世界智能感知—Cyber空间重建物联网组网体系NGN/IPv6骨干网云计算平台SensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensor城市城镇城镇监控中心IPv4/IPv6网关IPv6节点IPv6节点IPv6节点五自特征1.自组织（self-organizing)2.自管理（self-Administering）3.自维护（self-Maintaining）4.自配置（self-Configurating）5.自适应(Adaptation)短距通信海量用频设备需要精细化频谱监测管控物联网终端需要支持多体制无线接入，实现无缝泛在接入网络认知无线电技术和机会通信技术物联网软件系统嵌入式软件协同系统优化设计技术上下文感知的系统自适应设计技术软硬协同技术多模态智能人机交互技术人、机、物协调的互操作环境人机交互技术嵌入式网络的中间件技术可运营可管理的云计算服务中间件技术中间件技术并行化处理的操作系统平台开发、编译、调试、测试一体化开发工具开发测试工具专用器件与设备•具有多种射频接入能力的物联网网关SOC芯片•传感事件驱动的低功耗安全芯片•具有频谱环境感知功能的低功耗射频前端处理芯片物联网核心芯片•三维空间感知位置传感器•低成本微型专业传感器面向行业的微型高精度传感器设计与研制技术•多模式互联网无缝接入能力•基于SOC和MIMS的微功耗、微型一体化终端•适应环境的自治安全的协作控制技术物联网专用微型智能终端宽带移动通信G网/C网共存技术LTE技术WiFi/WiMax技术IMT-Advanced技术NGN与IPv6产业化、业务拓展和技术革新多体制接入共存技术多媒体高速接入技术v4到v6的平滑过渡技术6LowPAN技术V6下P2P重叠网络技术移动IPv6网络规模无限扩展技术超高速骨干交换高速桌面接入1.无线宽带2.宽带接入3.IPv6技术4.NGN技术疆域覆盖、宽带接入无限扩展、高速交换、质量可控采集信息融合信息泛在接入与传输信息处理技术基础软件技术超算平台技术•海量感知数据分布式存储、检索技术•物理实体的匿名标识与映射技术•人性化服务发现与信息发布技术•具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库设计技术•并行化处理的操作系统设计技术•面向物联网的共性服务中间件系统设计技术•面向物联网的一体化开发和评测工具•并行处理计算结构新体系研究•多核阵列超级计算系统研发智能控制技术•分布式协作控制•分布式安全控制算法与协议•移动计算与移动控制模型计算、处理与控制2010年前2010-20152015-20202020以后标识与感知技术多种标识机制共存区域性ID、局部方案物联网统一标识框架开放式架构和URIID管理、语义支持、隐私保护类DNA的ID物联网体系结构架构标准制订、内容敏感中间件和智能平台与未来的互联网结合自适应的、基于上下文的架构具认知能力和经验积累的架构通信技术RFID,UWB,Wi-Fi,WiMax,Bluetooth,ZigBee,RuBee,ISA100,WirelessHart,6LoWPAN超低功套片、片上天线、毫米波单片、超低功单片天线和超低功片上系统宽频段和频段感知的通讯协议统一的宽频段通讯协议组网技术固定式传感网有自组-定位功能、抗延迟、有存储-电源网、有-无线混合的网络上下文感知网络有网络认知、自我学习、自我修复功能的网络软件和算法关系数据库、事件驱动平台、传感器中间件、传感网中间件、代理（服务）机制和定位算法大容量、开放式语义的软件模型，组合算法，新的企业级应用软件面向目标的软件、分布式智能和解决方案、物-物交互面向用户的软件、不可见的物联网、物-人交互硬件RFID、传感器、内置于移动设备的传感器