物联网的机遇与挑战

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1、物联网的机遇与挑战 2010,一. 物联网的概念 二. 物联网的背景与中国发展物联网的战略意义 三. 物联网的技术特点及带来的挑战 四. 应用案例 五. 观点分享,目 录,1. 物联网的概念,物联网-the Internet Of Things，简称IOT，顾名思义是把所有物品通过互联网连接起来，实现任何物体、任何人、任何时间、任何地点（4A）的智能化识别、信息交换与管理。,物联网的本质,物联网的本质就是将IT基础设施融入到物理基础设施中，也就是把感应器嵌入到电网、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，实现信息的自动提取。,一. 物联网的概念 二. 物联网的背景与

2、中国发展物联网的战略意义 三. 物联网的技术特点及带来的挑战 四. 应用案例 五. 观点分享,目 录,物联网时代将带来全球第三次信息化浪潮,公文包会提醒主人忘带来什么东西； 衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求； 不住在医院，只要通过一个小小的仪器，医生就能24小时监控病人的体温、血压、脉搏； 下班了，只要用手机发出一个指令，家里的电饭煲就会自动加热做饭，空调开始降温； ,物联网对人们日常生活的影响,物联网被广泛认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略 2009年世界经济陷入衰退的泥潭，表象是金融行业过度创新引起国际金融秩序紊乱 本质是实体经济滞后于虚拟经济发展。 为摆脱金融危机，实现经济持续

3、发展，主要国家均将培育新的经济增长点作为“治病良方”。 与互联网类似，物联网在生产生活中具有极强的渗透性，具备发展成为新经济增长点的巨大潜能，可为全球经济复苏提供技术动力。,物联网对国家战略的影响,麻省理工学院1999: Auto-ID Center提出物联网 (IoT）。 2005年国际电信联盟（ITU）：“物联网”通信时代即将来临。 2008年11月IBM公司发表智慧地球：下一代领导人议程、智慧地球赢在中国。 2009年，欧洲物联网研究项目工作组 (CERP-IoT)，在欧盟资助下制订了物联网战略研究路线图、RFID与物联网模型等意见书 2009年日本制定i-Japan计划,强调电子政务和

4、社会信息服务等信息化应用。 2009年中国科学院发布2050技术发展路线图，提出传感网未来发展趋势预测。,代表性的物联网事件,2009年12月中央经济工作会议: 发展战略性新兴产业，推进产业结构调整。要抓紧研究提出培育我国战略性新兴产业的总体思路，强化政策支持，加大财政投入，培育新的经济增长点。,中国发展物联网的战略意义,2009年6月，就“智慧地球”做出批示，要求认真研究。 2009年7月，视察中科院长春光机所，强调抓住物联网发展机遇。 2009年8月，视察无锡“中科院传感网工程中心”，指示建设“感知中国”中心。 2009年11月3日，在首都科技界讲话指出加强物联网发展，使其成为推动产业升级

5、、迈向信息社会的“发动机”。,“我们需要早点谋划未来，早点攻破核心技术。”,温家宝总理针对“物联网”发展连续4次明确指示:,国 家： 科技部2006：973、863“无线传感器网络” 2006：国家中长期科学与技术发展规划纲要,一. 物联网的概念 二. 物联网的背景与中国发展物联网的战略意义 三. 物联网的技术特点及带来的挑战 四. 应用案例 五. 观点分享,目 录,1. 物联网的系统架构,特点之一： 学科综合性强 物联网是联接数字世界和物理世界的桥梁，通过互联网、云计算和应用，使信息的产生、获取、传输、存储、处理形成有机的全过程。 物联网技术涉及到计算机、半导体、网络、通信、光学、微机械、化

6、学、生物、航天、医学、农业等众多学科领域，发展物联网将对相关学科发展起到极强的带动作用。,2.物联网的技术特点,特点之二： 产业链条长 一方面，发展物联网将加快信息材料、器件、软件等的创新速度，使信息产业迎来新一轮的发展高潮，大大拓展信息产业发展空间。 另一方面，发展物联网将带动传感器、芯片、设备制造、软件、系统集成、网络运营以及内容提供和服务等诸多产业发展。,特点之三： 渗透范围广 物联网将物理基础设施和IT基础设施整合为一体，将使全球信息化进程发展重要转折，即从“数字化”阶段向“智能化”阶段迈进。 物联网将大大加快信息化进程，拓展信息化领域，其各种应用将快速渗透到经济、社会、安全等各个方面

7、，并极大地提高社会生产效率。,网络安全问题，从互联网的虚拟空间拓展到物联网的物理空间，通过网络就可能实现对现实世界的攻击，信息安全和危机处置将面临的更大的挑战。 对计算机病毒的控制需要新的技术和策略，当一个连接到物理世界的物联网的网络上爆发病毒，将可能对现实世界造成损害，这也许就是迈向“黑客帝国”的开端。 个人权益保护和相应法律法规健全问题，“物联网”的目标驱动是更有效的控制和管理，无所不在的连接，可能使每个“物”、每个人成为一个节点。海量的现实世界信息自动进入网络，一切都将越来越“透明”，信息管理的权限设定将涉及基本的法律问题，甚至道德伦理问题。,3.物联网时代将带来的挑战,感知：ID发布机

8、制与识别 物联网宏观架构 通讯（ OSI物理与链路层） 组网（ OSI网络层） 软件平台、中间件（ OSI网络层以上） 硬件 情报提炼 搜索引擎 能源管理 安全,4. 物联网的核心技术,通过数字对“物”（人、物体、设备、网络、事件）分类、检索、识别、达到身份认证的目的，是物联网上各种信息资源共享和保护的前提。 物联网ID使用的方案 局部方案：“物”的ID只在局部范围唯一（如目前的传感器ID）； 全球方案（UID）：“物”的ID在全球唯一（如EPC）； 不对称方案：一物有多ID 或 多物共一ID。 ID发布机制 ID发布上有产品家族树、批次、类别、等级等多种索引方案； 目前已存在多个物联网ID发

9、布机构，需建立相应的管理与映射机制。 研究前沿 ID加密、匿（化）名技术； 身份鉴定技术：ID查询、匿名破解； 与ID关联的信息（如地址、属性）采集与保护：数据加密、关联分析、信息挖掘等； 全球/区域ID存储与管理。,1）感知：ID发布机制与识别,物联网应该具备面向服务的架构SOA 服务提供方（业务、价格、质量）与客户方（需求）必须互相理解； 智能化的语义理解技术，使“物”之间可通过不同的通信协议或自然语言可以进行沟通。 智能语义理解是物联网SOA架构的支柱 丰富的理解与表达力，实现“物-物”联通下分布式资源的使用； 模块化：可理解、构造复杂语句； 可扩展、兼容，被不同“物”使用； 学习能力：

10、“物”与其他“物”交互，从而获得对自身、周围环境、任务、所在群体或网络状态等更全面、更新的认知。 研究前沿 纵向：建立跨领域、业务的物联网通用词库，如中文物联网商业通用动词集、物联网商务协议标准模板集等； 横向：发展物联网通用词汇/模板的编码方式，如 电子商务可扩充标识语言（ebXML）等。,2）物联网宏观架构,影响物联网通讯的主要因素： 节点的移动性、价格、尺寸、能源、功率、部署方式、维护需求等； 网络与应用环境：应用需求、基础设施、干扰、自扰因素。 物理层：频率分配、载波、编码与调制解调 多频点射频前端和相关协议； 通讯频带与频点定位； 基于软件/协议的频点商定技术； 认知雷达（CR），自

11、适配频点/段技术； 信道编码、调制解调、纠/容错、信噪识别等。 链路层：信道使用 现有信道技术一般为争用（含侦听/回避，如WiFi）和配给（含TD/FD，如WiMAX）两个模式，各针对不同应用； 发展趋势：智能化、远距、抗干扰、根据环境与网络适配的信道使用模式，以及低功耗、高数据通量的跨层协议。,3）通讯（ OSI物理与链路层）,组网要解决的问题 在不同网络拓扑下信息元（如数据包）的发送路径，尤其是大范围MESH拓扑、自身或其他节点移动时，路由能力需要高度智能化； 数据流的分布与管理：数据源节点、目标节点的分布，接入点位置； 利用跨层信息优化路径和系统各个指标（移动性、稳定性、寿命等）。 通用

12、组网技术 条件组网（基于各种预设的索引信息）：支持较大网络容量，算法简单，但移动性差，鲁棒性差，安装维护严重依赖人工。如IP-v4、IP-v6、Zigbee、Hierarchical State Routing、Geographical Routing、TORA等； 无条件组网（完全自组模式）：支持移动节点，鲁棒性较强，但算法复杂，通讯需求较高，对节点功耗和运算能力也较高。如DSDV、AODV、DSR等。 研究前沿 高效、大规模、完全自组网算法和相关智能化算法：如功耗-流量均衡、链路优化、数据延时优化等； 多种接入方式兼容技术。目前网络多采用IP架构，需后IP时代的兼容技术； 异构网络发现、识

13、别、网际语义理解技术。,4）组网（ OSI网络层）,微设备的操作系统OS 全功能协议栈：覆盖物联网的应用-传输-网络-链路-物理各层； 智能化信息预处理能力。 软件整合技术 通过物联网面向服务的架构，发现并利用分布式开发的软件模块，形成新的功能、业务模式与服务网络。 研究前沿 开放式中间件平台，满足低成本、可互动、模块抽象化等功能； 低功耗微型OS； 分布式自适配软件，具备自优化、自配置、自愈功能； 资源和网络：虚拟现实、动态资源分配、各类数学模型等； 仿生算法：如通过自组、博弈进行风险控制、反恶意节点侵入等； 通过自治、自适配软件管理系统日益增加的复杂度； 密码管理系统，基于软件的安全、信息

14、加密技术。,5）软件平台、中间件（ OSI网络层以上）,物联网硬件的关键指标：尺寸、价格、功耗、数据预处理能力、传输速率，需要如下研究配合： 射频应用环境分析：天线的类型（定向、非定向）、尺寸、发射频率（ HF/UHF/SHF/EHF）、功耗、敏感度、覆盖面等； 芯片技术：运行电压、电容、混合信号接口、门密度、存储（EEPROM/FRAME/Polymer）、整流器效率、功耗； 传感器技术：敏感度、尺寸、功耗、价格； 标准制定：ID（128-256bits）分配、带宽、协议与复杂度、门密度、存储方式； 工作条件：普通/恶劣环境下工作效率，反监听/抗干扰与攻击的能力。,6）硬件,研究前沿 微电子

15、机械MEMS； 微电子到纳米电子的桥梁技术； 通讯元件：低功耗射频前端、片上天线； 低功耗、分布式多处理器SoC； 智能化的超大规模集成电路VLSI和自适配“片上网”； 纳米电子（Nano-e）、高聚电子（Polymer-e）、自旋电子（Spintronics）等； 高集成度的嵌入式系统及OS。,6）硬件,完成从信息元到情报的过程。 通用技术：以扩展标识语言（XML）为基础的通用信息元（词汇）定义、文件类型定义 (DTD)等。 基本标准：国际超数据（ Metadata ）标准入口表（ISO/IEC 11179）。工业标准如： 广义数据元框架（UDEF）； 电子商务扩展标识语言（ebXML）：是

16、一种高端协议栈（用户-用户、用户-厂商、厂商-厂商），在联合国商业与电子商务中心（UN/CEFACT）指导下为B2B商业合作制定； 其他来自W3C的语义分析技术，如DAML (Darpa Agent Markup Language), RDF (Resource Description Framework) and OWL (Ontology Working Language) 研究前沿： 语义分析、语义传感网、服务发现； 异种设备识别等； 数据共享和传播：人机互动、前沿处理、过滤、融合、数据流处理。,7）情报提炼,搜索功能将不仅为人类使用，也将被传感器使用，发现其临近的“物”，并识别其功能与身份。 通用搜索技术 “物” 分布式检索、查询、存储； “物”在物理/虚拟世界中的定位； 建立真实、数字、虚拟三个世界中同一“物”的映射； 物联网中相关联的“物”的搜索分析、关系数据库的建立。 研究前沿 分布式和全球性的数据库； 语义标签、关联发现和搜索引擎技术； 定位-识别技术； 关系网络管理：异种网间的数据流量管理、识别恶意攻击、网络声誉管理等。,8）搜索引擎,能量储存是目