物联网前沿技术

物联网前沿技术2019北京水务信息化技术交流会报告人：韩红桂单位：北京工业大学日期：2019年12月11日主要内容物联网技术简介几项关键技术典型案例分析主要内容物联网技术简介几项关键技术典型案例分析一、物联网技术简介物联网技术概念物联网技术指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。——《ITU互联网报告2005物联网》射频识别技术(RFID)：在物联网中主要起“使能”(Enable)作用。技术支撑传感网：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的网络。互通互联(M2M)：末端设备的互联和集控管理。两化融合：工业信息化和自动化互通互容。物联网传感器M2MRFID两化融合•IBM提出的“智慧地球”概念（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）已上升至美国的国家战略。2008年-美国智慧地球•2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。2009年-欧盟物联网行动•2004年，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC）提出2006～2010年间IT发展任务——u-Japan战略。该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接。2009年-日本u-Japan战略•韩国在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitoussociety），也就是在民众的生活环境里，布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用（如DMB、Telematics、RFID）等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。2009年-韩国u-Korea战略•2019年温家宝总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中强调要着力突破传感网、物联网关键技术。2009年-中国物联网物联网备注关注一、物联网技术简介一、物联网技术简介加快云计算、物联网应用，以新技术新业态新模式，推动传统产业生产、管理和营销模式变革。——2018年政府工作报告物联网在中国受到了全社会重视和发展。2013年2月国务院印发《国务院关于推进物联网有序健康发展指导意见》2013年9月国家发改委印发《物联网发展专项行动计划（2013-2015）》2017年1月国家发改委印发《物联网十三五发展规划》2017年6月工信部印发《关于全面推进移动物联网建设发展的通知》物联网备注关注一、物联网技术简介感知层主要完成信息的收集与简单处理,部分学者将该层称为感知延伸层,该层由传统的WSN、RFID和执行器组成；接入层主要完成各类设备的网络接入,该层重点强调各类接入方式,比如4G/5G、Mesh网络、WiFi、有线或者卫星等方式；支撑层又称中间件,或者业务层对下需要对网络资源进行认知,进而达到自适应传输的目的;本层的完成信息的表达与处理,最终达到语义互操作和信息共享的目的;对上提供统一的接口与虚拟化支撑,虚拟化包括计算虚拟化和存储虚拟化等内容,较为典型的技术是云计算；网络层为原有的互联网、电信网或者电视网,主要完成信息的远距离传输等功能；物联网技术体系构架应用层主要完成服务发现和服务呈现的工作。一、物联网技术简介产品质量工况运行态势场及形态工况预测可视化产品粒度分布、浓度、品位……温度场、浓度场、熔池形态……能耗、效率、故障/异常……单步/多步预报运行态势安全态势不确定多源（图像、数据、知识）大数据对物体静态数据及属性的感知-RFID,红外感应器、激光扫描等对物体固定属性的动态感知-传感器网、GPS等对环境模糊信息的感知-视频探头等物联网技术-感知层一、物联网技术简介互联网（有线、WiFi、Mesh）3G,4G,5G网络卫星网广电电视网络、BWM网络•SaaS•PaaS•IaaS云平台移动互联网物联网技术-网络层网络系统协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用物联网技术-应用层一、物联网技术简介主要内容物联网技术简介几项关键技术典型案例分析二、几项关键技术2.1物联网架构技术目标：信息互通框架达到健壮、可扩展性以及公平性目的挑战：开放的竞争环境，框架必须模块化和可扩展性SOA面向服务的体系结构（Service-OrientedArchitecture）架构中，内容提供者和使用者之间如何进行便捷的交流，即语义的互操作性事件驱动结构使得无法采用一种办法解决所有的问题物体的离线特性非中心控制的分布式架构增加解决方案提供者的参与，形成一个竞争的市场需求分析存储和计算能力的边缘化物体具有存储、处理能力局部物体间协同工作物体间断性通信连接物体移动、无线链路动态变化分布式的缓存和信息融合支持物体的移动和环境变化物体移动带来信息的移动物体上下文不断变化网中网物体之间自治的、动态的组网已有多种网络的操作平台、信息结构、文档格式等都存在异构特征2.1物联网架构技术二、几项关键技术典型架构设计二、几项关键技术需求分析目标：解决海量物体的通信问题挑战：提供一个完整的端到端系统网络连接的范围将成指数增长，可测量性，互操作性如何确保网络运营商的投资回报新的射频技术和需要满足新设备的连接需求研究内容物体间信息交换的通信技术底层无线协议之间的互操作分布式数据存储和传感数据收集，认证和跟踪系统相关的通信问题与物理世界用户的交互相关的通信问题数据挖掘和服务的通信与处理问题软件无线电技术和认知无线电通信技术无连接的通信问题2.2物联网通信技术二、几项关键技术2.2物联网通信技术传感网络之上建立IP网络IP网络之上建立传感网络典型通信网络设计基于DTN网关的组网结构二、几项关键技术2.3安全和隐私保护技术需求分析目标：保护个人隐私、商业机密、国际安全挑战：阻止非授权实体的识别和跟踪阻止未授权信息的访问物体位置、数据所有性等需要考虑研究内容非集中式的认证和信任模型数据所有权关系责任和义务异构设备间的隐私保护技术离散认证和可信模型能量高效的加密和数据保护云计算的安全和信任隐私策略管理安全管理APP安全接入设备安全能力云平台设备配置管理数据安全储存数据链路管理系统安全配置安全存储共享数据链路选择设备管理模块数据采集模块安全管理模块安全决策模块数据推送模块安全审计模块安全知识模块URL过滤模块安全接口模块安全管理员访问控制VPN通道加密通信2.3安全和隐私保护技术二、几项关键技术主要内容物联网技术简介几项关键技术典型案例分析三、典型案例分析案例一：智慧水务支撑与应用服务数据活化水务数据呈现服务水务运行管理数据分析业务应用社会公众服务水务数据互联、互通与安全共享标准政策体系打破数据孤岛，在统一框架和技术标准下建系统，数据互联。对水务业务运行管理数据进行高性能分析、精确追踪水务决策支持服务将静态数据和动态融合，以多维度、多形式呈现出来面向社会公众提供以人为本的便民服务和全面的信息公开。利用数据为政府、局领导、局属单位提供规划、执行、管理、应急层面的决策辅助三、典型案例分析管：实现生态环境全面监管治：提升生态环境治理水平服：提高社会大众服务能力测：落实生态环境智慧监测构建“测-管-治-服”四位一体的现代化生态环境综合管理体系，利用大数据、AI、模型等技术分析污染成因、预报未来环境质量，实现环境问题快速精准溯源分析，并启动管控措施，实现精准打击。按照环境质量改善的目标提供科学、合理的改进措施，实现生态环境决策科学化，提升生态环境状况。“测-管-治-服”四位一体测得准调得动说得清管得好三、典型案例分析重庆市生态环境智能监管大数据平台三、典型案例分析水污染防治业务逻辑架构三、典型案例分析水污染防治大数据平台三、典型案例分析针对不同管理对象建立不同应用场景三、典型案例分析会商指挥调度大厅三、典型案例分析案例二：固废智能回收与再利用典型城市再生资源固定回收回收站回收网点再利用企业等回收流程未实现优化调度物流成本高回收装备分类识别率低，隐私数据存隐患回收比例低用户交投意愿不高分级识别与价格评估准确率低价格难确定移动回收线上回收线下回收固定回收商业模式交易匹配率低线上线下交易订单无法快速对接增值空间不高智能化水平低数据未实现共享、缺乏高效商业运行模式技术瓶颈技术瓶颈回收全流程云计算平台回收全流程大数据平台基于大数据的互联网+典型城市再生资源一体化回收模式突破大数据融合技术研发一体化模型迁徙技术特征关联数据挖掘深度融合……事件驱动技术封装协同优化……云平台增值服务物流配置、分级定价等再利用回收全流程数据深度共享融合回收全流程技术协同运行专用功能库案例二：固废智能回收与再利用三、典型案例分析长虹信息收集和派单系统示范应用线上线下耦合回收系统与线上渠道（京东、天猫等）和线下渠道（商城、沃尔玛、生产企业等）深度合作，建立家电回收多渠道信息收集系统。结合自主研发的派单系统，构建典型城市再生资源信息综合数据库和线上线下回收体系，有效减少了回收过程中的物流成本，拓宽了信息获取渠道。派单系统后台运行手机客户端派单三、典型案例分析团队情况简介研究团队:共18人，包括：教授7人，副教授5人，讲师6人。研究条件■北京工业大学控制科学与工程学科是北京市高精尖学科，具有一级博士学位授予权和博士后流动站。■依托城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室，计算智能与智能系统北京市重点实验室、北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心、数字社区教育部工程技术研究中心等。■拥有教育部污水处理优化运行控制研究生联合培养实践基地，在北京市水务局、北京市自来水集团、北京市城市排水集团等单位和企业有良好的合作关系。与北京市交通委、规委、经信委等单位有良好的大数据合作平台团队情况简介韩红桂教授、博导，荣获国家优青、北京高校卓越青年科学家、中国科协青年托举人才、香江学者计划、北京市科技新星计划等承担的水务相关的科研项目主持国家重点研发计划项目“基于大数据的互联网+典型城市再生资源回收技术”主持国家自然科学优秀青年项目“城市污水处理智能优化控制”主持国家自然科学基金项目“污泥膨胀动力学特性分析与智能特征建模”主持北京市科技计划项目“基于数据挖掘技术的污水总磷智能检测系统研制及示范”主持北京市科技新星计划项目“基于数据驱动的污泥膨胀识别方法研究”主持北京市自然科学基金项目“污泥膨胀机理分析与智能特征模型研究”研究成果发表学术论文60余篇、获美国/中国发明专利40余项、授权软件著作权40余项，先后获得国家科学技术进步二等奖、教育部科学技术进步一等奖、吴文俊人工智能科学技术进步一等奖和中国产学研合作创新成果一等奖等。团队情况简介指标20172018研究成果论文发表学术论文（含部分录用论文）82篇，其中SCI、EI收录的期刊论文50篇发表学术论文（含部分录用论文）131篇，其中SCI、EI收录的期刊论文85篇专利形成具有自主知识产权的实用技术，获得（含初审通过）国际专利4项，国家发明专利（已授权）88项，软件著作权24项形成具有自主知识产权的实用技术，获得（含初审通过）国际专利3项，国家发明专利（已授权）45项，软件著作权16项获奖获得省部级以上科技奖励3项获得国家科技进步二等奖1项团队情况简介指标20172018科研项目与人才培养科研项目共主持和承担科研项目53项，总经费3071.5万元。其中国家科技计划项目、国家自然科学基金委员会项目共计26项，经费共计2072.50万元，省部级科技计划项目21项，经费共计749万元，企事业委托项目6项，经费共计250万元共主持和承担科研项目70项，总经费8588.6万元。其中国家科技计划项目、国家自然科学基金重大项目等共计33项，经费共计7480.2万元，省部级科技计划项目29项，经费共计827.4万元，企事业委托项目8项，经费共计281万元人才培养北京市“高创计划青年拔尖