物联网关键技术介绍-中科院-沈强

1InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网关键技术介绍ConnectingThings:InternetofThings沈强博士后中国科学院声学研究所高性能网络实验室Email:[e-mail]~qshen/2010年4月27日2InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciencesOutline物联网应用前景分析五层结构三层结构1.物联网架构技术2.统一标识技术3.通信技术4.网络技术5.软件服务与算法6.硬件7.功率和能量存储8.安全和隐私技术9.标准关键技术分析物联网简介3InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciencesSession1:物联网简介物联网应用前景分析五层结构三层结构4InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网应用前景分析美国权威咨询机构FORRESTER预测：到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比１，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。5InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网简介泛在网五层结构感知层主要完成信息的收集与简单处理,部分学者将该层称为感知延伸层,该层由传统的WSN、RFID和执行器组成；接入层主要完成各类设备的网络接入,该层重点强调各类接入方式,比如3G/4G、Mesh网络、WiFi、有线或者卫星等方式；支撑层又称中间件,或者业务层对下需要对网络资源进行认知,进而达到自适应传输的目的;本层的完成信息的表达与处理,最终达到语义互操作和信息共享的目的;对上提供统一的接口与虚拟化支撑,虚拟化包括计算虚拟化和存储虚拟化等内容,较为典型的技术是云计算；应用层主要完成服务发现和服务呈现的工作。网络层为原有的互联网、电信网或者电视网,主要完成信息的远距离传输等功能；6InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences感知层智能嵌入式标识、感知协同、互动网络层融合接入信息存储应用层数据挖掘决策物联网简介三层结构7InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网简介中国移动定义的物联网结构8InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences•感知层自组织网络：物联网简介感知层介绍自组织网络示意图9InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网简介感知层介绍公共感知层10InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网简介网络层介绍城域网/虚拟VPN互联网（有线、WiFi、Mesh）2G,3G,4G网络卫星网广电电视网络、BWM网络11InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网简介应用层介绍12InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences（信息量）物联信息的海量化（设备接入）亿万异构设备的泛在接入（网络架构）信息和存储的物理边缘化（网络管理）网络管理的高度自治化（物物互联）物物互动的协同和智能化（物理安全）隐私的易泄露，面临更多安全（设备制造）设备的小型微型化（能量获取）能量自取、大容量。。。物联网简介物联网的特征13InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences1.物联网架构技术2.统一标识技术3.通信技术4.网络技术Session2：物联网关键技术5.软件服务与算法6.硬件7.功率和能量存储8.安全和隐私技术9.标准14InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences目标：信息互通框架达到健壮、可扩展性以及公平性目的挑战：开放的竞争环境，框架必须模块化和可扩展性SOA架构中，内容提供者和使用者之间如何进行便捷的交流，即语义的互操作性事件驱动结构使得无法采用一种办法解决所有的问题物体的离线特性非中心控制的分布式架构增加解决方案提供者的参与，形成一个竞争的市场1.物联网架构技术需求与研究内容需求分析存储和计算能力的边缘化物体具有存储、处理能力局部物体间协同工作物体间断性通信连接物体移动、无线链路动态变化分布式的缓存和信息融合支持物体的移动和环境变化物体移动带来信息的移动物体上下文不断变化网中网物体之间自治的、动态的组网已有多种网络的操作平台、信息结构、文档格式等都存在异构特征15InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences研究内容端到端的分布式开放架构，异构系统的互操作性；非中心控制的自治架构；边缘节点移动智能架构；云计算技术，事件驱动架构，掉线和同步操作；使用市场机制来增加竞争和参与；支持语义互操作的体系结构；事件驱动的体系结构；支持有效缓存、信息同步和分布式信息融合的体系结构。1.物联网架构技术需求与研究内容16InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences逻辑和功能模块概念、工具和服务的平台方法1.物联网架构技术参考结构聚合器/网关节点聚合器/网关节点聚合器/网关节点主机管理信息系统主机管理信息系统主机管理信息系统广域通信和网络以及互联网执行器执行器执行器17InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences1.物联网架构技术我们理解的参考结构CableNetWiFiZigbee区域服务器家庭网关IP/IPv6IP/ID/IPv6有线相对分布的集中式管理相对集中的分布式支撑18InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences1.物联网架构技术区域服务器参考结构19InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences1.物联网架构技术与云计算支撑平台的结合区域服务器分布式存储功能区域服务器分布式计算功能20InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences谁控制唯一识别符？2.统一标识技术标识概述标识的必要性?21InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences2.统一标识技术需求与研究内容挑战：如何处理物体的组合\合成\拆分\替换带来的UID变化如何处理UID与物体之间关系的映射关系，比如同一批次的产品编号是否相近如何确保国家、企业、个人均具有一定的UID分配权利不透明UID与匿名机制支持已有ID机制虚拟物体的ID分配问题需求分析目标：对物体进行统一标识进行物体的区分\查找标识基本需求对单个物体进行唯一标识支持一类物品的标识【某类物品的查询】复合物体：有多个组件，每个部件都有标识号【动态变化】安全需求非层次命名：标识应该独立于自身位置和上下文环境等信息层次结构22InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences研究内容标识的分配标识的管理标识加密解密标识存储匿名标识技术标识映射机制标识结构设计2.统一标识技术需求与研究内容23InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences物联网RFIDRFID的成功经验能否推广到物联网？RFID具有单向寻址的特点2.统一标识技术RFID标识分配的成功经验标签读写器中间件/支撑平台本地信息服务器ONS远程信息服务器Internet代码代码URL物品信息代码代码物品信息24InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences3.通信技术通信技术现状分析高层通信协议多样性SensorML；TransducerML；O&M；CAP；OASISEDXL-DE；ANSIN42.42；CBRNDataModel；NIEM。已有多种标准的无线技术包含有线（同轴电缆、光纤、ADSL、LAN等），无线（SMS、USSD、MMS、GPRS、CDMA、3G、WLAN、蓝牙、ZigBee、UMA、HSDPA、LTE等）。大量的通信需求物与物通信，物与人通信从物理世界的感知信息到数字世界的通信执行器完成物理世界动作的通信存储感知信息的分布式存储系统的通信数据挖掘和服务的通信、对实体跟踪和定位的通信25InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences需求分析目标：解决海量物体的通信问题挑战：提供一个完整的端到端系统网络连接的范围将成指数增长，可测量性，互操作性如何确保网络运营商的投资回报新的射频技术和需要满足新设备的连接需求研究内容物体间信息交换的通信技术底层无线协议之间的互操作分布式数据存储和传感数据收集，认证和跟踪系统相关的通信问题与物理世界用户的交互相关的通信问题数据挖掘和服务的通信与处理问题软件无线电技术和认知无线电通信技术无连接的通信问题3.通信技术需求与研究内容26InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences3.通信技术当前相关的解决方案ANSI42.2·校准·安装信息IEEE1451·校准·ID·元数据SensorML/OGC·元数据TransduceerML·校准·元数据信息本体交互·传感器相关数据类型·传感元数据·安装信息·转换功能数据·传感器位置信息·厂商定义信息多协议的互操作本体翻译27InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences传感器网络组网方式RFID组网方式DTN组网方式移动通信或者卫星等其他简单组网方式4.组网技术感知层组网技术现状分析28InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences4.组网技术接入组网现状分析传感网络之上建立IP网络IP网络之上建立传感网络29InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences4.组网技术接入组网现状分析基于普通网关的组网结构基于DTN网关的组网结构30InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences需求分析目标：集合有线和无线方式，实现物体无缝和透明接入挑战：支持现有网络结构组网系统间可扩展、跨平台兼容支持芯片级的组网减小开销并为物体提供有效连接的解决方案芯片通信结构中参数动态配置通信基础设施随网络负荷和变化通过功率感知来进行自适应可能以IP为基础研究内容开发“网络中的网络”的基础设施，支持动态区域组网匿名组网IP和后IP技术移动断续连接场景下的组网技术网络自治管理技术：自感知、自学习、自配置、自修复、自管理适用于固定、移动、有线、无线的多层次组网技术无连接的通信，甚至无IP的通信4.组网技术需求与研究内容31InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences4.组网技术当前相关的已有产品6LoWPAN：基于IPv6的传感器网络32InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences需求分析目标：实现不同软件的统一与互操作挑战：如何在大量无关软件模块中建立一个固有应用软件