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物联网:技术、应用、标准和商业模式周洪波北京市政府特聘专家北京交通大学兼职教授中国电子学会物联网专业委员会委员10.云计算，SaaS和SOATaaS——物联网产业发展的“最高境界”云计算与效用计算云计算支撑物联网XaaS服务SODA:物联网与SOA及EAI物联网信息安全的五大挑战物联网SaaS模式与云计算物联网的两种存在形式：NetworksofThings(内网和专网）InternetofThings(外网或公网）对应两种业务模式MAI（M2MApplicationIntegration),内部MaaSMaaS（M2MAsAService),MMO,Multi-Tenants(多租户模型）随着业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将带来对“云计算”能力的要求云计算：从计算中心到数据中心在物联网的初级阶段，COWs（牛计算）即可满足需求在物联网高级阶段，需要虚拟化云计算技术，SOA等技术的结合实现物联网泛在服务：TaaS（everyTHINGAsAService)物联网发展的三个阶段初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合等应用系统，主要以NetworksofThings（物连网）的方式存在中级阶段：在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式的M2M数据中心营运系统，初步走向InternetofThings（物联网）高级阶段：基于物联网统一数据标准，SOA,WebService,云计算虚拟服务的onDemand系统，最终实现“ThingasaService”云计算和效用计算云计算技术发展的主线可以总结为如下两点：网格计算（包括分布式计算，机群和集群，并行与超级计算，HPC等）体系架构提供基础设施（计算节点，存储资源等），即IaaS；中间件（包括SOA,WebServices，Multi-Tenancy，Hypervisor单机虚拟化等技术和GridMiddleware，DRM,PFS，多机虚拟化，Utility计算等技术）提供可互操作的业务集成平台（PaaS）和在其上建立的应用软件（SaaS）。美国国家标准和技术研究院（NIST)的定义：云计算是一种能够通过网络以便利的、按需付费的方式获取计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务等）并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最省力和无人干预的方式获取和释放。这种模式具有五个关键功能，还包括三种服务模式和四种部署方式。效用计算云计算的“理想”之一是把计算能力作为一种像水和电一样的公用事业提供给用户，让计算机的服务像开水龙头一样打开就用，用完关上，然后按使用量收费，用户需要多少计算能力，就给多少，不必考虑计算机在哪个国家、哪个城市。就好像面对大海，你不需要了解这些海水从哪里流进来，也不需要担心海水会干这也就是早在1961年图灵奖获得者McCarthy提出过的效用计算（UtiltiyComputing）期望实现的愿景，效用计算和物联网密切相关，物联网技术可以实现更精细的效用计算和系统监控功能SOASOA（ServiceOrientedArchitecture)和EAI（EnterpriseApplicationIntegration）,M2M乃至物联网等技术的焦点都是信息集成，目标是消除信息孤岛，实现泛在的互联互通。物联网技术的要点是要消除“物-物相联的信息孤岛”，而SOA的目标是要消除所有的IT信息孤岛SODASODA（ServiceOrientedDeviceArchitecture)提供标准接口，把硬件设备功能转换成与硬件无关的可调用的软件服务，实现如下目标：实现应用集成商与设备和传感器制造商的无缝对接；Integrateonce,deployeverywhere,使用户专注于整体应用方案而不是陷于设备连接工作；在应用和众多（泛在）设备协议之间建立一个通用接口和DDL，形成统一数据交换标准；作为一个中间件平台，为众多行业应用提供应用支持云计算云计算是单机和多机虚拟化加SOA（大S)和SaaS（小S)的组合。单机虚拟化（VMWare,Xen等Hypervisors)是把一个机器变成多个机器来使用，多机虚拟化（支持HPC/Grid的MPI/PVM/DRS/WLM等技术，可选用Hypervisor实现同构）是把多个机器当成一个机器来使用（Hadoop的MapReduce是MPI中相关API，如Scatter/Reduce的拓展）。Hadoop只是一个小众（Niche)应用，不具备通用性，云中间件才是通用基础软件一虚多vs.多虚一-云计算架构与服务模式ASP,SaaS,IaaS,PaaSSaaS技术SaaS（SoftwareasaService),SaaS模式和技术的需求主要是要实现多租户（multi-tenants）模式，这是一个面向大集成应用的物联网业务基础中间件平台必须实现的基本功能，只有实现了Multi-Tenants功能的系统才能高效地实现物联网/M2M大集成应用和运营PaaS（PlatformasaService)和IaaS(InfrastructureasaService)NIST规范云中间件基于集群或机群的多机虚拟化是云计算的基础，MMT（大规模多租户）中间件是关键；基于Hypervisor的单机虚拟化可有可无，Checlpointing，vMotion云计算的“3-4-5-6”要素笔者归纳为下列3-4-5-6要素：三层SPI架构（下图）：Iaas，PaaS和SaaS三种服务模式；四种部署方式：共有云、私有云、社区云和混合云四种部署方式；五大关键功能：按需自助服务，泛在的网络访问方式，动态的资源池，快速伸缩性，可计量的服务；六大基本特性：可修复能力、同质性、广泛的地理分布、面向服务特性、低费用和先进的安全措施。云计算全景图融合云计算的物联网体系架构物联网安全与IT安全物联网系统的安全问题很重要，但不必被夸大，现有解决办法可用物联网系统的安全和一般IT系统的安全基本一样，主要有8个尺度：读取控制，隐私保护，用户认证，不可抵耐性，数据保密性，通讯层安全，数据完整性，随时可用性物联网系统安全特有问题物联网应用因为“物”的“所有权”和“泛在”等特性，比一般IT系统更易受侵扰的安全问题有如下几种：1.Skimming：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取2.Eavesdropping:在一个通讯通道的中间，信息被中途截取3.Spoofing：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中4.Cloning:克隆末端设备，冒名顶替5.Killing:损坏或盗走末端设备6.Jamming:伪造数据造成设备阻塞不可用7.Shielding:用机械手段屏蔽电信号让末端无法连接11.物联网典型应用汇集物联网360行及应用全景图物联网与智慧城市汽车物联网据有关资料统计，从物联网的市场来看，2010年中国物联网产业市场规模将达到2000亿元，至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30.0%汽车制造农业行业金融自然灾害监测与预防环境监测交通物流公共城市管理智能家庭医疗护理个人家庭生活娱乐电力能源学习教育………360行都需要物联网物联网应用“全景”“终端”是固定的“终端”是移动的电力设备运行监控，智能电网电力大用户、家庭用户的远程抄表路灯管理，楼宇BMS与节能联网监控消防与安防联网水文、气象、环境检测自动售票机管理无人值守监控（如仓库﹑办公楼﹑街铺等）油田生产监控，油库与加油站联网监控管理城市轨道交通智能管理市政设施管理远程设备管理与维护铁路运输车辆的定位指挥调度火车指挥调度船舶定位跟踪与港口综合管理交警移动执法移动应急指挥与调度防伪与物流串货机动车违章行驶监测病人远程监控公安人员户外执法环保联网与监测重要、危险物资运输追踪车载防盗设备RFID应用22物联网“全景图”定位（GPS）控制（自动化）监视（视频）感测（感应器）智能城管车载服务智能景区智能防灾应急指挥家庭安防数字大棚三表远抄联城市物综合平台物联网与智慧城市智能景区自助播报导游旅游导航和信息查询团队协作位置查询报警求助紧急事件上报及处理指挥调度信息上传下达小区短信短/彩信服务三打一查经营管理、决策支持各类人员时空上分布管理任务制定,预设运行轨迹/区运行域告警处理,统计管理游客服务景区管理应急/调度人员车辆定位工作轨迹考勤管理自助导游管理服务物联城市应用之一：智能景区智能防灾气象灾害预警地质灾害预警加油站监控厂房环境监控危险水体监控危险物品监控……系统业务功能应急联动指挥中心SMS政府网站电视广播灾害信息发布职能部门联动物联城市应用之二：智能防灾数字城管市容环境管理绿地保洁管理公共安全管理公共设施管理物联城市应用之三：数字城管应急指挥指挥中心业务运管系统信息数据库系统应急业务系统任务分发系统案情上报旱灾、涝灾消防防火市民冲突地震其它疫情应急指挥中心网络电话无线显示屏对讲机摄像机跨部门协同能源/水利供应应急响应军队医疗医务存储指挥中心预案管理系统地理信息系统电话会议系统决策支持系统视频监控系统综合通讯系统系统业务功能物联城市应用之四：应急指挥企业排污监测预警改变传统的污染源监测的单一监控为多样监控；提高系统软硬件设备的性能和在线监控系统的开放性，进一步加强系统自动化处理能力，并扩展数据监控平台的功能；构建集污染源排放现场数据和治污设施运行情况监控、数据自动化与智能化分析处理、可视化表现和指挥调度为一体的污染源远程监控平台，并实现环境事件处理应急指挥调度的现代化。系统业务功能排污子系统污染物处理费模块排污处理业务系统排污地理信息系统烟水排污厂GPRS/3G物联城市应用之六：环保监测湖泊环境监测预警视频监测温度传感器藻类传感器含磷量传感器阳光强度传感器……..传感器网关无线传感网络RRR现场自动监测系统监测中心3G网络现场自动监测系统现场自动监测系统部署无线传感网，动态监测湖泊藻类数量、温度、风向、水质、水文、污染等参数，实时汇报数据；通过GIS,GPS,RS展示监测结果，对藻类等污染事故发生做到提前预测，爆发评估，爆发措施实施；为各水厂、环保局提供数据；形成历史数据仓库。系统业务功能物联城市应用之七：水资源监测放射源放射源地理位置监控历史轨迹回放视频监控放射源监测预警通过集成遥感技术（RS）、地理信息技术（GIS）、定位技术（GPS）、数据库技术、通信技术、网络技术等，减少由于放射源应用单位的管理能力参差不齐而导致放射源的丢失、被盗等事故的发生，实现对放射源的监控与管理降低对社会公众健康和社会安定的危害，同时提高环保部门的放射源监控管理水平和效率；方便监管部门及时、直观、形象地了解辖区内各放射源基本信息；实现放射源的远程定位、视频监控、自动报警。系统业务功能物联城市应用之八：放射源监测心血管疾病患者排队挂号排队候诊排队候检排队缴费检查结果问询回家检查结果现状：出现不适去医院。缺点：•费时•费力•费钱•错失疾病心电信号•限于医生上班时间•限于邻近医院采用远程心电诊断：•省时、省力、省钱•及时捕捉疾病心电信号，准确诊断•不受时间、地域限制•增加病人对医院粘度•增加用户对运营商粘度医院医院远程监护中心出发•计划•计费•结算•电子病历物联城市应用之九：健康物联一键求助急救叫救护车通知紧急呼叫病人救护车位置@地图家庭社区呼叫中心健康记录急救信息现状：拨打120救助，存在：病人•记不住救助号码•无能力拨出号码•无能力说出地点•无能力说出病情•走失救助者•不知道地点•不知道病史•不知道健康资料•措施不及时采用紧急救助服务：物联城市应用之十：紧急救援瑞典立法要求在2009年之后完成440万家庭电表改造，实现联网抄表计费（每月一次）。沃达丰（瑞典）公司与电表仪器制造企业Actaris合作开发一种新式智能电表（内置SIM