1、物聯(lián)網(wǎng)概念關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用Connecting Things: Internet of Things,Outline,物聯(lián)網(wǎng)的起源 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的特征 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景分析 五層結(jié)構(gòu) 三層結(jié)構(gòu),1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù) 2. 統(tǒng)一標識技術(shù) 3. 通信技術(shù) 4. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 5. 軟件服務(wù)與算法 6. 硬件 7. 功率和能量存儲 8. 安全和隱私技術(shù) 9. 標準,關(guān) 鍵 技 術(shù) 分 析,物 聯(lián) 網(wǎng) 起源簡 介,Session1: 物聯(lián)網(wǎng)的起源,物聯(lián)網(wǎng)起源 物聯(lián)網(wǎng)的定義 物聯(lián)網(wǎng)的特征,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的起源,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的定義,廣義的物聯(lián)網(wǎng)涵義,利用條碼、射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位

2、系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接（anything、anytime、anywhere），從而進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,各國物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略或計劃,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）提出的背景,十五年周期定律,IBM前首席執(zhí)行官郭士納提出一個重要的觀點：計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。,每一次這樣的技術(shù)變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。,從Internet到IOT,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征,全面感知,可靠傳輸,智能處理,

3、利用RFID、傳感器、二維碼等 能夠隨時隨地采集物體的動態(tài) 信息。,通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種 信息進行實時傳送。,利用計算機技術(shù)，及時地對海量的 數(shù)據(jù)進行信息控制，真正達到了 人與物的溝通、物與物的溝通。,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征,全面感知,可靠傳輸,智能處理,利用RFID、傳感器、二維碼等 能夠隨時隨地采集物體的動態(tài) 信息。,通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種 信息進行實時傳送。,利用計算機技術(shù)，及時地對海量的 數(shù)據(jù)進行信息控制，真正達到了 人與物的溝通、物與物的溝通。,Session 2: 物聯(lián)網(wǎng)簡介,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景分析 五層結(jié)構(gòu) 三層結(jié)構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景分析,美國權(quán)威咨詢機構(gòu)FORRESTER預(yù)測：到202

4、0年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達到30比，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務(wù)。 “物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。,物聯(lián)網(wǎng)簡介泛在網(wǎng)五層結(jié)構(gòu),感知層主要完成信息的收集與簡單處理, 部分學(xué)者將該層稱為感知延伸層, 該層由傳統(tǒng)的WSN、RFID和執(zhí)行器組成；,接入層主要完成各類設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入, 該層重點強調(diào)各類接入方式, 比如3G/4G、Mesh網(wǎng)絡(luò)、WiFi、有線或者衛(wèi)星等方式；,支撐層又稱中間件, 或者業(yè)務(wù)層 對下需要對網(wǎng)絡(luò)資源進行認知, 進而達到自適應(yīng)傳輸?shù)哪康? 本層的完成信息的表達與處理, 最終達到語義互操作和信息共享的目

5、的; 對上提供統(tǒng)一的接口與虛擬化支撐, 虛擬化包括計算虛擬化和存儲虛擬化等內(nèi)容, 較為典型的技術(shù)是云計算；,應(yīng)用層主要完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)呈現(xiàn)的工作。,網(wǎng)絡(luò)層為原有的互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)或者電視網(wǎng), 主要完成信息的遠距離傳輸?shù)裙δ埽?感知層 智能嵌入式 標識、感知 協(xié)同、互動,網(wǎng)絡(luò)層 融合接入 信息存儲,應(yīng)用層 數(shù)據(jù)挖掘 決策,物聯(lián)網(wǎng)簡介三層結(jié)構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)簡介中國移動定義的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),感知層自組織網(wǎng)絡(luò)：,物聯(lián)網(wǎng)簡介感知層介紹,自組織網(wǎng)絡(luò)示意圖,物聯(lián)網(wǎng)簡介感知層介紹,物聯(lián)網(wǎng)簡介網(wǎng)絡(luò)層介紹,互聯(lián)網(wǎng)（有線、WiFi、Mesh） 2G, 3G, 4G網(wǎng)絡(luò) 衛(wèi)星網(wǎng) 廣電電視網(wǎng)絡(luò)、BWM網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)簡介應(yīng)用層介紹,

6、（信息量）物聯(lián)信息的海量化 （設(shè)備接入）億萬異構(gòu)設(shè)備的泛在接入 （網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）信息和存儲的物理邊緣化 （網(wǎng)絡(luò)管理）網(wǎng)絡(luò)管理的高度自治化 （物物互聯(lián)）物物互動的協(xié)同和智能化 （物理安全）隱私的易泄露，面臨更多安全 （設(shè)備制造）設(shè)備的小型微型化 （能量獲?。┠芰孔匀?、大容量 。,物聯(lián)網(wǎng)簡介物聯(lián)網(wǎng)的特征,1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù) 2. 統(tǒng)一標識技術(shù) 3. 通信技術(shù) 4. 網(wǎng)絡(luò)技術(shù),Session 3：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù),5. 軟件服務(wù)與算法 6. 硬件 7. 功率和能量存儲 8. 安全和隱私技術(shù) 9. 標準,目標：信息互通 框架達到健壯、可擴展性以及公平性目的 挑戰(zhàn)： 開放的競爭環(huán)境，框架必須模塊化和可擴展性

7、 SOA架構(gòu)中，內(nèi)容提供者和使用者之間如何進行便捷的交流，即語義的互操作性 事件驅(qū)動結(jié)構(gòu)使得無法采用一種辦法解決所有的問題 物體的離線特性 非中心控制的分布式架構(gòu) 增加解決方案提供者的參與，形成一個競爭的市場,1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)需求與研究內(nèi)容,需 求 分 析,存儲和計算能力的邊緣化 物體具有存儲、處理能力 局部物體間協(xié)同工作 物體間斷性通信連接 物體移動、無線鏈路動態(tài)變化 分布式的緩存和信息融合 支持物體的移動和環(huán)境變化 物體移動帶來信息的移動 物體上下文不斷變化 網(wǎng)中網(wǎng) 物體之間自治的、動態(tài)的組網(wǎng) 已有多種網(wǎng)絡(luò)的操作平臺、信息結(jié)構(gòu)、文檔格式等都存在異構(gòu)特征,研究內(nèi)容,端到端的分布式開放架構(gòu)

8、，異構(gòu)系統(tǒng)的互操作性； 非中心控制的自治架構(gòu)； 邊緣節(jié)點移動智能架構(gòu)； 云計算技術(shù)，事件驅(qū)動架構(gòu)，掉線和同步操作； 使用市場機制來增加競爭和參與； 支持語義互操作的體系結(jié)構(gòu)； 事件驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)； 支持有效緩存、信息同步和分布式信息融合的體系結(jié)構(gòu)。,1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)需求與研究內(nèi)容,邏輯和功能模塊 概念、工具和服務(wù)的平臺方法,1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)參考結(jié)構(gòu),1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)我們理解的參考結(jié)構(gòu),相對分布的集中式管理 相對集中的分布式支撐,1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)區(qū)域服務(wù)器參考結(jié)構(gòu),1. 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)與云計算支撐平臺的結(jié)合,區(qū)域服務(wù)器 分布式存儲功能,區(qū)域服務(wù)器 分布式計算功能,誰控制唯一識別符

9、？,2. 統(tǒng)一標識技術(shù)標識概述,標識的必要性?,2. 統(tǒng)一標識技術(shù)需求與研究內(nèi)容,挑戰(zhàn)： 如何處理物體的組合合成拆分替換帶來的UID變化 如何處理UID與物體之間關(guān)系的映射關(guān)系，比如同一批次的產(chǎn)品編號是否相近 如何確保國家、企業(yè)、個人均具有一定的UID分配權(quán)利 不透明UID與匿名機制 支持已有ID機制 虛擬物體的ID分配問題,需求分析,目標：對物體進行統(tǒng)一標識 進行物體的區(qū)分查找 標識基本需求 對單個物體進行唯一標識 支持一類物品的標識【某類物品的查詢】 復(fù)合物體：有多個組件，每個部件都有標識號【動態(tài)變化】 安全需求 非層次命名：標識應(yīng)該獨立于自身位置和上下文環(huán)境等信息 層次結(jié)構(gòu),研究內(nèi)容,標

10、識的分配 標識的管理 標識加密解密 標識存儲 匿名標識技術(shù) 標識映射機制 標識結(jié)構(gòu)設(shè)計,2. 統(tǒng)一標識技術(shù)需求與研究內(nèi)容,物聯(lián)網(wǎng)RFID RFID的成功經(jīng)驗?zāi)芊裢茝V到物聯(lián)網(wǎng)？ RFID具有單向?qū)ぶ返奶攸c,2. 統(tǒng)一標識技術(shù)RFID標識分配的成功經(jīng)驗,3. 通信技術(shù)通信技術(shù)現(xiàn)狀分析,高層通信協(xié)議多樣性 SensorML；TransducerML；O&M；CAP；OASIS EDXL-DE；ANSI N42.42；CBRN Data Model；NIEM。 已有多種標準的無線技術(shù) 包含有線（同軸電纜、光纖、ADSL、LAN等），無線（SMS、USSD、MMS、GPRS、CDMA、3G、WLAN、藍

11、牙、ZigBee、UMA、HSDPA、LTE等）。 大量的通信需求 物與物通信，物與人通信 從物理世界的感知信息到數(shù)字世界的通信 執(zhí)行器完成物理世界動作的通信 存儲感知信息的分布式存儲系統(tǒng)的通信 數(shù)據(jù)挖掘和服務(wù)的通信、對實體跟蹤和定位的通信,需求分析,目標：解決海量物體的通信問題 挑戰(zhàn)： 提供一個完整的端到端系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)連接的范圍將成指數(shù)增長，可測量性，互操作性 如何確保網(wǎng)絡(luò)運營商的投資回報 新的射頻技術(shù)和需要滿足新設(shè)備的連接需求,研究內(nèi)容,物體間信息交換的通信技術(shù) 底層無線協(xié)議之間的互操作 分布式數(shù)據(jù)存儲和傳感數(shù)據(jù)收集，認證和跟蹤系統(tǒng)相關(guān)的通信問題 與物理世界用戶的交互相關(guān)的通信問題 數(shù)據(jù)挖掘

12、和服務(wù)的通信與處理問題 軟件無線電技術(shù)和認知無線電通信技術(shù) 無連接的通信問題,3. 通信技術(shù)需求與研究內(nèi)容,3. 通信技術(shù)當前相關(guān)的解決方案,多協(xié)議的互操作,本 體 翻 譯,傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式 RFID組網(wǎng)方式 DTN組網(wǎng)方式 移動通信或者衛(wèi)星等其他簡單組網(wǎng)方式,4. 組網(wǎng)技術(shù)感知層組網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀分析,4. 組網(wǎng)技術(shù)接入組網(wǎng)現(xiàn)狀分析,傳感網(wǎng)絡(luò)之上建立IP網(wǎng)絡(luò),IP網(wǎng)絡(luò)之上建立傳感網(wǎng)絡(luò),4. 組網(wǎng)技術(shù)接入組網(wǎng)現(xiàn)狀分析,基于普通網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),基于DTN網(wǎng)關(guān)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),需求分析,目標：集合有線和無線方式，實現(xiàn)物體無縫和透明接入 挑戰(zhàn)： 支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 組網(wǎng)系統(tǒng)間可擴展、跨平臺兼容 支持芯片級的組網(wǎng)

13、 減小開銷并為物體提供有效連接的解決方案 芯片通信結(jié)構(gòu)中參數(shù)動態(tài)配置 通信基礎(chǔ)設(shè)施隨網(wǎng)絡(luò)負荷和變化 通過功率感知來進行自適應(yīng) 可能以IP為基礎(chǔ),研究內(nèi)容,開發(fā)“網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)”的基礎(chǔ)設(shè)施，支持動態(tài)區(qū)域組網(wǎng) 匿名組網(wǎng) IP和后IP技術(shù) 移動斷續(xù)連接場景下的組網(wǎng)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)自治管理技術(shù)：自感知、自學(xué)習(xí)、自配置、自修復(fù)、自管理 適用于固定、移動、有線、無線的多層次組網(wǎng)技術(shù) 無連接的通信，甚至無IP的通信,4. 組網(wǎng)技術(shù)需求與研究內(nèi)容,4. 組網(wǎng)技術(shù)當前相關(guān)的已有產(chǎn)品,6LoWPAN：基于IPv6的傳感器網(wǎng)絡(luò),需求分析,目標：實現(xiàn)不同軟件的統(tǒng)一與互操作 挑戰(zhàn)： 如何在大量無關(guān)軟件模塊中建立一個固有應(yīng)用軟件

14、 將不同的環(huán)境下的軟件整合成一個系統(tǒng) 面向服務(wù)的計算松耦合組織網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并建立一個虛擬網(wǎng)絡(luò) 互聯(lián)網(wǎng)之上，定義一個新的協(xié)議來描述和解決服務(wù)實例 分布式智能，解決可擴展性的關(guān)鍵,研究內(nèi)容,服務(wù)發(fā)現(xiàn)和組合 語義互操作性和語義傳感Web 人機交互 自管理技術(shù)來克服增加的復(fù)雜度和節(jié)能 分布式自適應(yīng)軟件 開放性中間介 能量有效的微操作系統(tǒng) 虛擬化軟件 數(shù)據(jù)挖掘等數(shù)學(xué)模型和算法,5. 軟件服務(wù)與算法參考結(jié)構(gòu),5. 軟件服務(wù)與算法當前相關(guān)熱點介紹,參考架構(gòu)中的研究內(nèi)容,TinyOS 特點：事件驅(qū)動, NetC 加州大學(xué)伯克利分校 uCLinux 特點：與Linux兼容 Lineo公司產(chǎn)品,5. 軟件服務(wù)與算法

15、當前相關(guān)熱點介紹微操作系統(tǒng),Contiki OS 支持IPv6，即6LoWPAN MANTISOS (MOS) 特點：支持快速、靈活的搭建WSN 美國科羅拉多大學(xué),其他還有：SOS, TinyDB, MagnetOS、SenOS、PEEROS、AmbitentRT、Bertha等,需求分析,目標： 低功耗多處理系統(tǒng)中的自適應(yīng)硬件和并行處理相關(guān)研究 挑戰(zhàn)： 對配置進行動態(tài)修改和設(shè)置 處理自適應(yīng)和自配置設(shè)計時的不可預(yù)測問題 根據(jù)具體應(yīng)用和上下文的通信需求按需調(diào)整基礎(chǔ)設(shè)施之間的互聯(lián)情況,研究內(nèi)容,納米技術(shù)-小型化 傳感技術(shù)-嵌入式傳感器執(zhí)行器 橋接納米技術(shù)和微系統(tǒng)(SOC)解決方案 通信-天線，能量

16、有效RF前端技術(shù) 自配置，自優(yōu)化，自愈合電路結(jié)構(gòu) 聚合電子 低功耗微處理器微控制器，硬件加速器 自旋電子 抗干擾技術(shù),6. 硬件需求與研究內(nèi)容,6. 硬件當前相關(guān)的已有產(chǎn)品,SoC產(chǎn)品,CC 2430,CC 2431,需求分析,目標： 讓傳感設(shè)備從環(huán)境中獲取能量，這些物體的電池可以自動地進行充電 挑戰(zhàn)： 能量收集技術(shù)仍然不夠 微功率技術(shù)的應(yīng)用 大能量存儲設(shè)備的小型化問題 能源高效利用,研究內(nèi)容,微能源技術(shù) 光電池、微燃料電池和微反應(yīng)堆、微高容量能量存儲等技術(shù) 靜電、壓電和電磁能量轉(zhuǎn)化機制 印刷電池、熱電系統(tǒng)、微型制冷器和微燃料發(fā)電機 基于微機電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)備的能量獲取技術(shù) 能量感知協(xié)議,

17、7. 物聯(lián)網(wǎng)能量技術(shù)需求與研究內(nèi)容,太陽能電池,7. 物聯(lián)網(wǎng)能量技術(shù)相關(guān)的已有產(chǎn)品,需求分析,目標：保護個人隱私、商業(yè)機密、國際安全 挑戰(zhàn)： 阻止非授權(quán)實體的識別和跟蹤 阻止未授權(quán)信息的訪問 物體位置、數(shù)據(jù)所有性等需要考慮,研究內(nèi)容,非集中式的認證和信任模型 數(shù)據(jù)所有權(quán)關(guān)系 責(zé)任和義務(wù) 異構(gòu)設(shè)備間的隱私保護技術(shù) 離散認證和可信模型 能量高效的加密和數(shù)據(jù)保護 云計算的安全和信任 隱私策略管理,8. 安全和隱私技術(shù)需求與研究內(nèi)容,需求分析,目標：異構(gòu)設(shè)備通過標準接口和數(shù)據(jù)模型來確保不同系統(tǒng)間的信息交互 挑戰(zhàn)： 物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)（接口標準與數(shù)據(jù)模型） 已有多個標準（硬件、組網(wǎng)、通信等技術(shù)都存在各

18、種各樣的標準，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)該向支持多協(xié)議，多頻段發(fā)展） 信息產(chǎn)生和收集（完整、可信）,研究內(nèi)容,互操作方面：語義數(shù)據(jù)模型 無線方面：頻譜分配、發(fā)射功率及通信協(xié)議的標準化 數(shù)據(jù)方面：數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)可追溯的質(zhì)量和完整性 研究物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)設(shè)備接口的標準化和標識技術(shù)的標準化,9. 標準需求和研究內(nèi)容,9. 標準現(xiàn)有的國際相關(guān)標準工作,Overall Framework,Telecommunications Network,ITU-T Ubiquitous Networks(UN) USN networks requirements and arch design ETSI M2M TC M2M Requ

19、irements and functional structure ISO/IEC JTC1 SC6 SGSN SN research report,3GPP SA1/SA2/RAN2 M2M optimization demand M2M optimization technology of network and wireless access GSMA/SCAG: smart SIM card OMA DM,9. 標準網(wǎng)絡(luò)智能化傳感器（Smart Transducers）IEEE 1451,9. 標準低速無線個域網(wǎng)（LR WPAN）IEEE 802.15,IEEE802.15.4c （中

20、國國家標準） 基于中國780MHz頻段，制定低速率物理層通信標準，2009年報批。 IEEE802.15.4e：上海微系統(tǒng)所、無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院、華為等作為主要的聯(lián)合提案單位，制定面向傳感網(wǎng)在工業(yè)無線監(jiān)控等應(yīng)用中的低功耗、實時MAC層標準，提案已接受，進入文檔編輯階段。無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院正在設(shè)計、開發(fā)15.MAC測試、運行平臺，爭取在全球第一個發(fā)布IEEE802.15.4g：針對智能電網(wǎng)等應(yīng)用，200Kbps1Mbps數(shù)據(jù)速率的物理層標準提案，可變增益的DSSS方案。,9. 標準低速無線個域網(wǎng)（LR WPAN）IEEE 802.15,9. 標準Zigbee聯(lián)盟（Zigbee Alliance）,9. 標準基于IP