1、信息科學(xué)發(fā)展趨勢,金海 服務(wù)計算技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室 華中科技大學(xué)計算機學(xué)院,參考文獻,目 錄,1、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌 2、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知 3、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破 4、我國的戰(zhàn)略機遇 5、總結(jié),一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息技術(shù)的發(fā)展水平影響著國家的核心競爭力,信息技術(shù)是當今世界經(jīng)濟社會發(fā)展的重要驅(qū)動力 信息技術(shù)由計算機技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、信息安全技術(shù)、智能技術(shù)與軟件技術(shù)等組成 計算機技術(shù)與通信技術(shù)作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，在微電子技術(shù)的推動下，引領(lǐng)著信息技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，成為推動當今世界經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要動力,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,在推進

2、信息化的過程中需要大量的計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備與各種軟件，需要有信息服務(wù)業(yè)的技術(shù)支持，這促使信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展 到了21世紀，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)和電力、電話、高速公路一樣，成為一個國家或地區(qū)重要的基礎(chǔ)設(shè)施 今天人類所享受的一切現(xiàn)代文明，無一不直接或間接地與信息技術(shù)相關(guān) 當代的經(jīng)濟與社會發(fā)展在很大程度上都取決于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,當代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新性研究在很大程度上依賴于信息技術(shù) 2005年，美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會提交了一份題為計算科學(xué)確保美國的競爭力的報告 這份報告將計算科學(xué)提升到影響國家核心競爭力的高度 報告指出：利用計算科學(xué)先進的計算能力和方法來理解和解決復(fù)雜問題，是

3、提高科學(xué)研究水平、增強產(chǎn)業(yè)競爭力和確保國家安全的關(guān)鍵,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息科學(xué)技術(shù)取得了輝煌的成就 從2006年起，信息產(chǎn)業(yè)成為世界第一大產(chǎn)業(yè) 信息改變著人類的生產(chǎn)方式、工作方式、學(xué)習(xí)方式與思維方式。離開計算機、網(wǎng)絡(luò)、手機、電視等電子信息產(chǎn)品人們將無法生活和工作 信息成為最活躍的生產(chǎn)要素和戰(zhàn)略資源 信息論、控制論、系統(tǒng)論、圖靈機、馮諾依曼、計算理論等理論支撐了信息科學(xué)技術(shù)幾十年的輝煌,圖靈計算模型,基本假設(shè) 信息可編碼到紙帶上 度量指標 時間復(fù)雜度 空間復(fù)雜度 變形與推廣 Oracle圖靈機 概率圖靈機,.,.,有限轉(zhuǎn)移函數(shù),計算,輸入：編碼后的未著色地圖,輸出：編碼后的四色地圖,20

4、世紀下半葉信息技術(shù)發(fā)展迅猛,21世紀上半葉信息科學(xué)將取得突破性發(fā)展,21世紀下半葉將出現(xiàn)一次新的 信息技術(shù)革命,20-21世紀信息科學(xué)與技術(shù)發(fā)展態(tài)勢示意圖,信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是1960年代以前完成的，近40年信息科學(xué)沒有取得重大突破,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1945年，“計算機之父”馮諾伊曼提出的計算機體系結(jié)構(gòu)，仍然是今天我們設(shè)計計算機必須遵從的基本設(shè)計原則 1950年，“人工智能之父”圖靈提出了人工智能的基本概念，以及判斷計算機是否具有智能的“圖靈測試”方法。人工智能技術(shù)誕生的時間可追溯到20世紀

5、50年代中期,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1969年，光計算機的研究出現(xiàn)。量子計算的概念是20世紀70年代提出的。1983年開始了生物計算機的研制 20世紀60年代末出現(xiàn)的Pascal語言是計算機語言發(fā)展史上的一個重要里程碑。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言是20世紀70年代初出現(xiàn)的 可穿戴計算的概念是20世紀60年代提出的。嵌入式系統(tǒng)的研究開始于20世紀70年代,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 計算機網(wǎng)絡(luò)的核心概念“分組交換”是1964年

6、提出的?；ヂ?lián)網(wǎng)的雛形ARPANET于1969年開始組建和運行。TCP/IP協(xié)議在1980年開始正式成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準。無線分組網(wǎng)的研究開始于1972年 移動通信技術(shù)的研究開始于20世紀20年代。1978年蜂窩移動通信網(wǎng)問世 1945年，科學(xué)家提出了利用衛(wèi)星進行通信的設(shè)想。1962年，第一顆可以用于電話和電視傳輸?shù)耐ㄐ判l(wèi)星發(fā)射成功,一、信息科學(xué)技術(shù)的輝煌,信息技術(shù)的基礎(chǔ)理論大部分是20世紀60年代以前完成的，近40年來信息科學(xué)沒有取得重大突破 1833年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體性質(zhì)，1931年提出了能帶理論，1939年發(fā)明了純凈晶體的生長技術(shù)和摻雜技術(shù)。1947年第一個點接觸型晶體管誕生。1950年單

7、晶鍺結(jié)型晶體管誕生。1958年世界上第一塊集成電路問世 1966年光導(dǎo)纖維通信理論提出。1981年第一個光纖通信系統(tǒng)問世,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,1、從重視信息科學(xué)技術(shù)的內(nèi)涵轉(zhuǎn)向更重視其外延 信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為一種通用技術(shù)，而且是與很多學(xué)科相關(guān)的交叉型科學(xué)技術(shù) 與社會、健康、能源、材料等領(lǐng)域的聯(lián)系更加緊密 二十一世紀，信息科學(xué)技術(shù)更像能源一樣，成為人類社會的基礎(chǔ)之一。就像水、電、油一樣，與所有行業(yè)、所有人都相關(guān)，成為一種基礎(chǔ)資源、基礎(chǔ)設(shè)施,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,美國工程院列出21世紀工程科技14項重大挑戰(zhàn) 建立人體健康信息系統(tǒng) 提升虛擬世界的實體感 利用核聚變能量 提高人類自學(xué)能力

8、 太陽能的普遍應(yīng)用 可持續(xù)發(fā)展的城市規(guī)劃 捕捉與儲存溫室效應(yīng)氣體 這都不是單純的信息處理和通信技術(shù)，而是信息領(lǐng)域與其它領(lǐng)域的交叉,控制氮循環(huán)，有效利用廢棄物 對人腦的逆向工程 開發(fā)基因藥物 防止核恐怖事件發(fā)生 保障網(wǎng)絡(luò)空間安全 推動自然科學(xué)的發(fā)展 使全球民眾喝上潔凈水,信息科學(xué)技術(shù)更加重視惠及大眾 重視對生態(tài)和環(huán)境的影響 重視與人類健康的信息技術(shù) 重視信息科學(xué)與納米、生命、認知的交叉研究 重視與人文藝術(shù)的結(jié)合 重視信息科學(xué)技術(shù)的倫理道德，法制管理與監(jiān)督,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,2、從狹義工具論轉(zhuǎn)向計算思維 長期以來，計算機和信息網(wǎng)絡(luò)被社會看成是一種高科技工具，計算機科學(xué)技術(shù)這門學(xué)科也被構(gòu)造

9、成一門專業(yè)性很強的工具學(xué)科 “高科技”意味著認知門檻高、成本高，“工具”意味著它是一種輔助性學(xué)科，并不是能夠滿足國家經(jīng)濟社會發(fā)展、滿足人民經(jīng)濟文化需求的主業(yè) 這種狹隘的認知是信息科技向各行各業(yè)滲透的最大障礙，對信息科技的全民普及極其有害,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,需要在全社會傳播和普及“計算思維”（Computational Thinking) 計算思維是一種普適思維，計算是每個人的基本技能 計算思維強調(diào)一切皆可計算，從物理世界到人類社會模擬，再到智能活動，都可計算 計算思維是概念化思維，不是純數(shù)學(xué)思維；是面向所有人的思維，不僅僅是計算機科學(xué)家的思維,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,3、從人機共

10、生思想轉(zhuǎn)向基于三元世界模式的新信息世界觀 目前的信息系統(tǒng)基于40年前提出的人機共生思想 人做直覺的、無意識的事 計算機做有意識的、確定的、機械的操作 今天是多人、多機、多物組成的動態(tài)開放網(wǎng)絡(luò)社會 物理世界、信息世界、人類社會組成三元世界 這是一種新的信息世界觀,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,物理世界、信息世界、人類社會組成三元世界新信息世界觀,人 類 社 會 ,物理世界,人機界面（終端設(shè)備） 腦機界面,傳感器網(wǎng) CPS,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的服務(wù)器 和其他資源,虛擬信息世界,三元信息世界給我們提出一系列的新問題： 萬維網(wǎng)可看成一臺計算機系統(tǒng)嗎？ 萬維網(wǎng)的可計算性是什么？ 三元世界中的“計算”如何定義？ 三元

11、世界中的計算模型還是圖靈機嗎？ 今后幾十年內(nèi)計算機科學(xué)將面臨重大挑戰(zhàn)，同時也面臨著重大突破的機遇！,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,4、研究重點發(fā)生重大轉(zhuǎn)變 長期以來的主要目標是提高信息器件和系統(tǒng)的性能 摩爾定律：集成度的提高 吉爾德定律：通信速率的提高 用戶陷入不斷地購買“升級”之中,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,CPU芯片上的零件密度每18個月增加1倍 1971年Intel 4004芯片 2300個晶體管 目前Intel酷睿2雙核芯片晶體管數(shù)量達到上億數(shù)量級 CPU的性能每18個月提高一倍，價格下降一半 性能越來越快，價格越來越便宜；應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,摩爾定律,摩爾定律：即將失效？,摩爾定律將

12、可能在2014年到達極限，芯片制造的成本越來越高，尺寸已處于極限小，可能是導(dǎo)致摩爾定律失效的最大威脅,大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的核心定律,吉爾德定律(Gilders Law)：在未來25年，主干網(wǎng)的帶寬每6個月增長一倍，其增長速度是摩爾定律預(yù)測的CPU增長速度的3倍,未來學(xué)家和分析家喬治吉爾德,隨著帶寬的增加，將會有更多的設(shè)備以有線或無線的方式上網(wǎng) 這些設(shè)備本身并沒有什么智能，但大量這樣的“傻瓜”設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起時，其威力將會變得很大,4、研究重點發(fā)生重大轉(zhuǎn)變 今后將主要致力于 降低功耗 信息領(lǐng)域已成為世界第六大能耗源 提高易用性 性能,二、對信息科學(xué)技術(shù)的新認知,1、信息科學(xué)技術(shù)面臨新革命 信息

13、論、控制論、系統(tǒng)論、圖靈機、馮諾依曼、計算理論等理論支撐了信息科學(xué)技術(shù)幾十年的輝煌 許多信息科學(xué)的基本理論沒有解決 這些理論已經(jīng)呈現(xiàn)出一些局限性 不能解釋網(wǎng)絡(luò)中的許多問題 沒有研究信息處理的安全問題 現(xiàn)在信息領(lǐng)域普遍存在技術(shù)超前理論滯后的現(xiàn)象,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,目前的主流計算機科學(xué)教科書認為：圖靈機不能做的事情將來的計算機也不能做 圖靈計算被看作是從輸入到輸出的函數(shù)，不終止的計算被認為是沒有意義的 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，計算主體（進程）在與外界不斷交互的過程中完成所指定的計算任務(wù)。對于這類交互式的并發(fā)計算，傳統(tǒng)的基于函數(shù)的計算理論不再適用 如何為實際并發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計與分析提供堅實的理論基礎(chǔ)，

14、在今后幾十年內(nèi)是計算機科學(xué)面臨的重大挑戰(zhàn) 算法研究的重點應(yīng)從單個算法的設(shè)計分析轉(zhuǎn)向多個算法的交互與協(xié)同,改變圖靈計算模型不可突破的觀念,根據(jù)前蘇聯(lián)經(jīng)濟學(xué)家康德拉季耶夫提出經(jīng)濟長波理論，預(yù)測 二十一世紀上半葉信息科學(xué)將取得突破性進展 下半葉將出現(xiàn)一次基于這種突破的新的信息技術(shù)革命 我們的教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)應(yīng)當迎接和順應(yīng)這種信息科學(xué)的突破,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,康德拉季耶夫經(jīng)濟長波示意圖,R. Fremann et al.“Principle Concepts of Technology and Innovation Management“，2008,信息技術(shù)不會像機械和電力技術(shù)一樣，經(jīng)

15、過半個世紀的高速發(fā)展后，變成以增量為主的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)。而是要面臨一次新的革命 21世紀，信息科學(xué)技術(shù)將與生物、納米、認知等科學(xué)交織在一起，繼續(xù)煥發(fā)蓬勃生機，引領(lǐng)和支撐國民經(jīng)濟，改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕罘绞?信息、生物、納米、認知中任兩個或多個交叉融合，都將產(chǎn)生意想不到的突破！,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,2、突破的癥候 不論是集成電路、高性能計算機、互聯(lián)網(wǎng)、存儲器，2020年前后都會遇到僅靠現(xiàn)有技術(shù)難以逾越的障礙(信息技術(shù)墻)。這孕育著新的重大科學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)和原理性突破 信息技術(shù)墻 挖掘并行性和可擴展性的困難 信息處理的高能耗 復(fù)雜信息系統(tǒng)安全可靠性低,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,硬件困難：到

16、2020年，摩爾定律不再有效，CMOS技術(shù)遇到嚴重挑戰(zhàn)。超級計算機的千倍定律也不再有效，2030年前無法造出1021flop級的超級計算機 大規(guī)模并行和三元世界編程困難：今后的PC就是并行計算機，現(xiàn)有的軟件理論和方法大多是面向串行計算的，不適合表達三元世界 海量數(shù)據(jù)存儲處理困難：存儲硬件的能力增長到2020年會逐漸停止。而數(shù)據(jù)量的增長卻與日俱增 信息網(wǎng)絡(luò)成本困難：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，能耗高 安全可靠困難：安全，可靠，可信,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,信息技術(shù)必須有以下突破 在擴展性方面，要可擴展到億級甚至百億級、千億級的并行度 在易用性方面，要惠及數(shù)十億用戶 在低功耗方面，性能功耗比要提高幾個

17、數(shù)量級 在安全可靠方面，要有獲得安全可靠的高可信系統(tǒng)的理論與技術(shù),三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,突破過程中將陸續(xù)產(chǎn)生一些新的研究方向 擴展并行性產(chǎn)生量子計算、DNA計算、光計算、分子計算 普惠性產(chǎn)生普適計算、云計算 低功耗產(chǎn)生綠色計算 安全可靠性產(chǎn)生可信計算，自律計算,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,3、突破的癥候 信息與物理學(xué)的交叉：量子信息論與量子計算機 量子計算具有天然并行性，一個操作執(zhí)行2n個狀態(tài)，具有指數(shù)級處理能力，所以可以用多項式時間解決指數(shù)復(fù)雜度問題 2007年2月加拿大的D-Wave System公司宣布研制出世界上第一臺商用16量子位(qubit)的量子計算機 2008年5月，

18、又提高到48qubit，而且公布了量子處理器、設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備外形的照片 D-wave公布了128qubit的量子處理器的CAD圖,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,量子計算機,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,如果量子計算機可以實用，則可攻破許多現(xiàn)有密碼 1024位的量子計算機可以攻破256位的ECC 2048位的量子計算機可以攻破1024位的RSA 量子計算攻擊算法 1994 年Shor 提出了著名的Shor 算法，能以多項式時間攻擊所有能夠轉(zhuǎn)換為廣義離散傅里葉變換的公鑰密碼，包括RSA、ElGamal 和ECC 最近的研究擴展到一般情況下的隱藏子群問題HSP求解 ，HSP求解方法的有效攻擊范圍比S

19、hor算法更寬 量子計算機的出現(xiàn)是偉大的，位數(shù)的提升只是時間問題 量子計算時代我們用什么密碼？是擺在我們面前的緊迫戰(zhàn)略需求！,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,信息與生物學(xué)交叉：生物信息論與DNA計算機 1994年美國加州大學(xué)的L.Adleman提出DNA計算的思想，并在液體中進行實驗 DNA計算的基本思想 以DNA堿基序列為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，在控制酶的作用下，進行DNA序列反應(yīng)。反應(yīng)前的DNA為輸入，反應(yīng)后的DNA為輸出 DNA計算的特點 高度并行：運算速度快，1.21018次/s，是目前最快的計算機1.2106倍 節(jié)能：能耗是目前超級計算機的1/1018 存儲密度高：每（

20、納米）3存儲1bit，而現(xiàn)在的存儲介質(zhì)每（納米）12存儲1bit,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,2003年以色列研制出可玩游戲的人機交互DNA計算機 L.Adleman用DNA計算機求解了一個24個未知數(shù)、100萬種可能性的數(shù)學(xué)難題 注意: 能求解數(shù)學(xué)難題，就可能破譯密碼 DNA計算與量子計算類似，具有天然并行性，具有指數(shù)級處理能力，所以可以用多項式時間解決指數(shù)復(fù)雜度問題 DNA計算機對現(xiàn)有密碼同樣構(gòu)成嚴重挑戰(zhàn) 我國學(xué)者提出DNA密碼（對稱和非對稱），DNA密碼基于生物學(xué)困難問題，不依賴于計算，所以對計算機的進步是免疫的,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,光計算機 光通信和光存儲已經(jīng)十分成功，廣泛

21、應(yīng)用 光計算技術(shù)尚不成熟 如果光計算突破，則可構(gòu)成光計算機 分子計算機 科學(xué)家用碳納米材料制成邏輯電路，為分子計算機準備了一些基礎(chǔ) 邏輯電路是計算機的基本部件，能制造邏輯電路，就有可能制造分子計算機,三、信息科學(xué)技術(shù)面臨重大突破,藍色大腦計劃,2005年瑞士洛桑高等理工學(xué)院（EPFL) 啟動了一項雄心勃勃的科研計劃Blue Brain。該計劃使用了IBM的 Blue Gene計算機(每秒22.8萬億次浮點運算)，模擬老鼠的大腦新皮層單元中10000個神經(jīng)元行為 人類大腦中復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)以及隨時變化的化學(xué)成分增加了模擬的難度，模擬記憶“液態(tài)計算”技術(shù)也許會為硅片電路帶來新的發(fā)展方向 IBM以采用

22、藍色基因超級計算機對大腦皮層II/III 層的22,000,000神經(jīng)細胞和 110,000,000,000 突觸進行模擬。今年IBM從DARPA得到490萬美元的資助，與斯坦福等大學(xué)合作研制類腦計算機,基于腦科學(xué)成果的片上神經(jīng)計算機,德國海德堡大學(xué)正在協(xié)調(diào)歐盟支持的FACETS項目，該項目匯集了來自7個國家15個研究院所的科學(xué)家，構(gòu)建一臺像大腦一樣工作的神經(jīng)計算機 第一步就是在單個芯片上建立一個由300個神經(jīng)元和50萬個突觸組成的網(wǎng)絡(luò)。第二期的新網(wǎng)絡(luò)中將包含了20萬個神經(jīng)元和5000萬個突觸，用模擬電路實現(xiàn)神經(jīng)元、數(shù)字電子實現(xiàn)通信。研究小組在20厘米的單硅片上建立了該網(wǎng)絡(luò) 這個系統(tǒng)要比生物等

23、效法快10萬倍，比軟件模擬快1000萬倍,1、形勢 2020年前探索攻克“信息技術(shù)墻” 20202035年將是信息科學(xué)技術(shù)改天換地的大變革期 20352050年新的信息網(wǎng)絡(luò)體系將逐步形成,四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 構(gòu)建“普惠泛在的信息網(wǎng)絡(luò)體系(U-INS)” 從e社會發(fā)展到u社會 Universal 普及全民、惠及全民 User-Oriented 面向用戶 Ubiquitous 服務(wù)無處不在,四、我國的戰(zhàn)略機遇,普惠泛在的信息網(wǎng)絡(luò)體系（U-INS),這一體系體現(xiàn)了21世紀上半葉我國要全面進入信息社會的重大戰(zhàn)略需求，也包含了信息領(lǐng)域需要重點發(fā)展的科學(xué)技術(shù),2、總目標 構(gòu)建“普惠泛在的信息網(wǎng)

24、絡(luò)體系(U-INS)” U-INS 支撐網(wǎng)絡(luò)，具有變革性的器件與系統(tǒng) 普及全民的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 安全可信、個性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 支持數(shù)據(jù)知識產(chǎn)業(yè) 新的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和信息科學(xué) 國家與社會信息網(wǎng)絡(luò)安全體系,四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 信息科學(xué)理論的變革 20世紀中期的理論，支持了如何設(shè)計、構(gòu)造、應(yīng)用計算機 21世紀將產(chǎn)生新的理論，支持如何設(shè)計、構(gòu)造、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。因此新的理論可能是網(wǎng)絡(luò)論(Net Theory) 把網(wǎng)絡(luò)看成一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律,四、我國的戰(zhàn)略機遇,小世界現(xiàn)象 無標度：二八定律和長尾分布 不均勻性（高集聚性） 脆弱性和魯棒性并存 級聯(lián)失效和連鎖崩潰,網(wǎng)絡(luò)科學(xué)告訴我們，互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)等現(xiàn)實

25、世界中的網(wǎng)絡(luò)具有下列特性,2、總目標 信息科學(xué)理論的變革 網(wǎng)絡(luò)論(Net Theory) 歷史上沒有人設(shè)計互聯(lián)網(wǎng)，它是自己演化涌現(xiàn)(emerge)形成的。未來的網(wǎng)絡(luò)論建立在對網(wǎng)絡(luò)的深刻理解上，不僅要理解網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議層，更要理解網(wǎng)絡(luò)的動力行為、可控性、安全性、健壯性（這就是可信網(wǎng)絡(luò)），及其演化規(guī)律 網(wǎng)絡(luò)論是研究人機物三元世界的網(wǎng)絡(luò)規(guī)律、表達模型和計算理論的新興學(xué)科，是經(jīng)濟、社會等和信息科學(xué)交叉形成的新理論體系,四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 信息科學(xué)理論的變革 美國未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計計劃FIND，著眼未來網(wǎng)絡(luò)，提出5個問題 網(wǎng)絡(luò)是否要繼續(xù)使用分組交換 端對端原理是否要改變。端對端原理提出者Clark教

26、授2009年又提出，把E2E改為T2T(Trust to Trust)，應(yīng)用的智能不一定在終端，而是放在足夠可信的能正確完成任務(wù)的設(shè)備上 路由和包轉(zhuǎn)發(fā)是否要分開 擁塞控制和資源管理 身份認證和路由問題 未來網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計不是一個具體的人造物品，而是設(shè)計一個環(huán)境，使之能引發(fā)出我們希望出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品與服務(wù),四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things） 物聯(lián)網(wǎng)：把物聯(lián)成網(wǎng) 感：感知物理世界和社會，獲取信息 傳：傳輸信息 知：組織、管理和應(yīng)用信息 RFID和傳感器感知物理世界和社會，網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，物聯(lián)網(wǎng)組織、管理和應(yīng)用信息 物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字世界與物理世界交互的網(wǎng)絡(luò)，

27、主要功能是監(jiān)視和控制,四、我國的戰(zhàn)略機遇,物聯(lián)網(wǎng)的三個特征,2、總目標 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things） 物聯(lián)網(wǎng)的起源 1999年，麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心首次提出 2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布年度報告The Internet of things,四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things） 美國，“智慧地球”國家發(fā)展戰(zhàn)略 歐盟，物聯(lián)網(wǎng)行動方案“Internet of Things -An action plan for Europe”,四、我國的戰(zhàn)略機遇,2、總目標 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)（Internet o

28、f Things） 我國，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)已成為國家戰(zhàn)略 2009年8月，溫總理提出“感知中國”理念 2010年3月，政府工作報告將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興 2010年國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃和國家重大科學(xué)研究計劃將物聯(lián)網(wǎng)作為重點支持的研究方向,四、我國的戰(zhàn)略機遇,物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用,移動POS,金融,供應(yīng)鏈,智能運輸,工業(yè)自動化,智能建筑,消防,公共安全,環(huán)境保護,氣象,數(shù)字化醫(yī)療,遙感勘測,軍事,農(nóng)業(yè),林業(yè),水務(wù),電力,煤炭,石化,物流、零售、自動服務(wù),設(shè)備、安全、節(jié)能,生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣,防火、勘察、報警,污染檢測、報警,水質(zhì)、水量、污染、安全,大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟蹤,抄表、監(jiān)控、節(jié)能,設(shè)備、臨床、輔助診斷、病程,險情、油井、運輸、管線,聯(lián)動、消防栓、定位、調(diào)度,照明、信號、應(yīng)急、災(zāi)害、識別,大地勘測、森林、地震、海洋,偵查、監(jiān)控、定位、評估,降水、防洪、遠程設(shè)備,交易、訂單、跟蹤、識別,通風(fēng)、瓦斯、救災(zāi)定位,庫存、車隊、監(jiān)