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物联网发展趋势2015.5华中科技大学计算机学院武汉光电国家实验室信息存储部秦磊华教授目录物联网产生的背景、概念及其演进发展物联网系统架构及技术发展态势物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战•农业革命:改变生存方式,种植和养殖,稳定地获得食物和衣物,改善生存条件(物质的生产)•工业革命:利用能量工具,扩大人的体能(蒸汽机、内燃机、发电机等)(物质+能量转化及工具的生产)•信息革命:利用信息工具,扩展人的感知能力和智能(物质+能量+信息及工具的生产)三次技术革命给人类带来了什么?信息技术的过去、现在和未来4ICT的演进:变革的几次浪潮主机1980年以前PC和局域网1980-1990年代移动通信和互联网1990-2000年代智能设备和物联网2000年之后1234IT能力局限在主机和后台计算中心IT从后台移向前台和桌面,支撑作业处理和分析能力。IT从对人的支撑扩展到对物体的支撑,能够实现物体之间的通信和协作。IT从桌面扩展到支撑价值链和商业合作伙伴,支撑协同与自服务。网络已经成为人际沟通的重要基础设施5目前,我国已有近12.86亿移动电话用户,使用互联网的人数也超过了6.86亿(工信部2014)互联网和无线通信网络已成为人们获取信息和人际沟通的不可或缺的基础设施物联网概念6物联网最早由美国麻省理工学院(MIT)于1999年首次提出,国际电信联盟ITU)在2005年的年度报告中对概念的涵义进行了扩展,但没有对物联网进行明确的定义。初期的概念:物联网是将把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术,通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享,其关键在于身份的识别。在我国的政府工作报告中注释:物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。在国内较为普遍的一种观点是物联网就是“传感网”,至少传感网是物联网的关键性技术所在。中国移动的认知:物联网是通过装置在各类物体上的电子标签(RFID),传感器、二维码采集信息,并通过通信网络将物-物、物-人相连,协同工作,从而给物体赋予智能。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的特征。在中国移动的认知中,“可靠传送”和“智能处理”应是物联网的重要特征。物联网时代将创造一个无限可能的未来7实现“无所不在,无所不能”传感器技术智能嵌入技术•万物相连成为可能射频识别技术RFID纳米技术•万物相连的世界得以升华•使各类设备越来越小,为各类应用创造了无限可能实现各种技术的有效融合,建立创新平台无所不在的网络,无所不能的应用物联网现阶段最普遍的应用形式—M2M8M2M定义狭义:机器到机器的通信;广义:以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务;M2M内涵基于智能机器终端,以多种通信方式为接入手段,为客户提供的信息化解决方案,用于满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M分类通信对象:机器对机器、人对机器服务对象:行业应用、家庭应用、个人应用接入方式:无线:短距通信(蓝牙、ZigBee、WLAN)、移动通信(SMS、USSD、GPRS、3G)等有线:同轴、ADSL、LAN、光纤等M2M应用M2M技术是一种无处不在的设备互联通信新技术,它让机器之间,人与机器之间实现超时空无缝连接,从而孕育出各种新颖的应用与服务。绿色农业工业监控公共安全智能交通电子广告远程医疗环境检测智能家居M2M-MachinetoMachine/Man——以机器终端智能交互为核心、网络化的应用与服务物联网三大要素9–终端感知•将传感器嵌入需要关注和采集的地点、物体以及系统中,实时获取关键的特征值和信息流–网络连接•建设无处不在的网络连接,支持IPv6,以便给各种移动终端提供巨量的IP地址–后台运算•借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策服务提供商系统集成商通信运营商IT设备厂商积极研发物联网关键技术,创新各类业务应用物联网支撑技术各国信息化战略以不同的概念向物联网发展11共同点:融合各种信息技术,突破互联网的限制,将物体接入信息网络,实现“物联网”在网络泛在的基础上,将信息技术应用到各个领域,从而影响到国民经济和社会生活的方方面面未来信息产业的发展在由信息网络向全面感知和智能应用两个方向拓展、延伸和突破。日本:2009年8月i-Japan战略中国:2009年8月感知中国欧盟:2009年6月物联网行动计划美国:2008年底IBM向美国政府提出的”智慧的地球”战略强调传感等感知技术的应用,提出建设智慧型基础设施具体而务实,强调RFID的广泛应用,注重信息安全在u-Japan的基础上,强调电子政务和社会信息服务应用对我国启示依靠技术革命,调整产业结构,转变经济增长方式,应对世界新技术革命的挑战学习和借鉴发达国家的各种泛在网络战略,进一步推进信息化战略,在下一轮信息化革命中占据制高点0501001502002503003504002010201120122013201420152016百万据多家研究机构预测,2016年物联网终端数量将超过3.5亿,年均复合增长率将达到27.2%[3,4]全球物联网产业发展初具规模12物联网市场增长预期良好数据来源:1:《物联网“十二五”发展规划》,2:BergInsightM2mGlobalForecast3:ABIResearch(2011年12月),4:BERGInsight(2012年4月)•到2015年底,全球物联网终端数量将接近11亿。•2015年,我国智慧城市物联网终端数量已接近1.1亿,形成全球最大的物联网市场之一。•在欧美主要市场,物联网终端的ARPU值在$2-8美元之间,不同的垂直行业会有所区别。物联网在多个行业领域形成了一定规模13物联网主要应用收入占比情况[1]数据来源:1:Pyramidresearch(2011年10月)物联网应用规模日趋成熟,在移动物品管理、智能电网、车联网、个人消费电子等领域得到了规模化应用。物联网主要应用规模占比情况[1]2014-2018年中国物联网行业应用市场规模预测(单位:亿元,%)据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》显示,预计至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%。预计未来几年我国物联网行业将持续快速发展,年均增长率30%左右,到2018年,物联网行业市场规模将超过1.5万亿元。目录物联网产生的背景、概念及其演进发展物联网系统架构及技术发展态势物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战物联网系统架构16传感器网络RFID二维码物联网网关物联网网关应用集成云计算解析服务网络管理Web服务M2M应用中间件应用层网络层感知层嵌入式系统手机/电话上网卡等智能处理全面感知可靠传输物联网各层的功能17感知层是实现物联网全面的感知的核心能力是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分关键在于具备更精确、更全面的感知能力,并解决低功耗、小型化和低成本的问题广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分关键在于为物联网应用特征进行优化和改进,形成协同感知的网络提供丰富的基于物联网的应用,是物联网发展的根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合,实现广泛智能化应用的解决方案集关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层18信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用信息化薄弱环节:传感器智能化、芯片与传感器集成制造、微能源等工程技术新方向:新型敏感材料、纳米技术、生物技术、仿生技术、新型储能技术、极低能耗物联网领域发展态势信息技术服务存储处理传输获取19信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理信息化基础较好:3G、TD、TD-LTE、窄带接入、宽带接入、WSN等新问题:异构网络融合、多网协同、环境自适应切换、智能网络管理、面向特定应用的专网信息技术物联网领域发展态势服务存储处理传输获取应用材料器件网络系统20信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理信息化薄弱环节:异构数据海量存储和管理、分布式高性能计算平台、可靠性和工程化新问题:智能信息处理态势分析和融合物物关系链管理情报挖掘主动决策物联网领域发展态势信息技术服务存储处理传输获取应用材料器件网络系统21信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用信息化已有基础:信息化新问题:在信息化基础上向“智能化”提升。新业务模式的建立。信息技术物联网领域发展态势服务存储处理传输获取22信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理信息化新问题:万亿量级节点的标识、发现资源管理与服务发现异构网络融合自治认知能力事件驱动特性物联网领域发展态势信息技术服务存储处理传输获取应用材料器件网络系统23信息获取与识别网络与传输行业示范应用信息处理材料器件网络系统应用服务存储处理传输获取信息化新问题:安全架构认证信用管理电子取证轻量级加密机制信息技术物联网领域发展态势目录物联网产生的背景、概念及其演进发展物联网系统架构及技术发展态势物联网业务应用物联网与大数据物联网面临的挑战25物联网是信息化发展从“数字化”向“智能化”提升的新阶段中国国家“三金工程”启动1993年底成立国家信息化领导小组1996年初1997年初制定国家信息“九五”规划2000年国务院颁布国家信息化发展战略2006年信息化成为国家战略举措—十五届五中全会以重点大型企业信息化应用,带动中小企业电子商务发展2004年提出促进电子政务建设的意见2002年国家组建工业与信息化部2007年提出信息化促进工业化“两化”融合——十七大2008年提出感知中国概念,发展物联网2009年基础建设阶段数字应用阶段智能化阶段基础设施建设网络改造升级互联网兴起电子商务发展数字城市建设物联网、云计算为突破开展智惠城市建设国家战略和政府带动下催生信息化建设新的高潮,信息化规模几何级增长两化融合。三网融合、智能应用物联网广泛应用于公共服务、行业生产和个人与家庭等领域26工业制造农业行业服务金融自然灾害监测与预防环境监测交通监控公共服务公共设备管理智能家庭医疗护理个人与家庭服务生活娱乐电力能源动物溯源系统27内容–以各类动物耳标为追溯标识,利用信息网络技术把动物养殖、防疫、检疫、物流和监督各个环节贯穿起来,全程记录并跟踪,消费者可以在超市通过扫描标识码,查询动物性食品的来源;应用–全国已经有10亿存栏动物贴上了二维码,纳入到动物溯源系统。追溯系统管理平台出生运输加工饲养零售安全生产监控系统28内容–在煤矿等危险作业区,通过在机械设施和员工衣服上配置传感器和电子标签,管理中心能够实现在线监控,集中管理;应用–江西、黑龙江通过建立安全生产监控系统,实现煤矿深井的瓦斯传感器信息采集和预警,为矿工生命安全提供了重要保障。电梯运行智能系统29GPRS网络电梯监控终端服务器互联网电梯运行状态数据上传通过PC进行电梯运行管理手机进行电梯安全管理质监局质监局电梯运行管理平台互联网方式手机方式物业用户维保单位物业用户终端状态监控电梯内容–通过安装在电梯外围的传感器采集电梯冲顶、蹲底、停电、关人等故障以及电梯维保信息,通过无线GPRS传输到电梯运行管理平台,实现物业、维保和政府管理部门对电梯故障和维保管理;应用–重庆目前已有1200部电梯具备运行智能管理系统,方便进行管理和维护长江流域水资源污染监测30M2M服务器数据库服务器数据收集远程管理事故预警位置业务数据同步数据分析GSM(SMS,GPRS)NetworkGGSNSMS-G水质及时监控水质及时监控
本文标题:物联网技术及其发展--2015-讲座第一部分秦磊华
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