智能电网信息通信专题讲座-第2讲-现代通信产业发展趋势

第二讲：现代通信产业发展趋势华北电力大学通信技术研究所孙毅第一部分：通信技术与业务的发展趋势网络的融合两化融合（工业化+信息化）三网融合新一代宽带无线移动技术-移动互联网传感器网络-物联网网格计算-云计算……第二部分：网络融合信息化与工业化的融合三网融合的思考宽带能力智能双向信令或协议交换或寻址计费、安全实时性电信网互联网广电网网络功能网络类型电信网互联网广电网三网融合-多网融合工业和信息化部：以FTTx带动电信网、互联网、广电网三网融合•FTTB(FibreToTheBuilding)光纤到大楼•FTTC(FibreToTheCurb)光纤到路边•FTTZ(FibreToTheZone)光纤到小区•FTTH(FibreToTheHome)光纤到家国家电网公司：•以PFTTH启动多网融合国网公司：电力光纤入户(PFTTH)支撑三网融合互动终端ONUOLTONU分光器电力通信网三网融合ONU互动终端家庭服务10Kv变压器家庭服务社区服务互动终端ODNOPLCOPPC全面的电力光纤入户实现难度大、费用高。光纤复合相线（OPPC）层绞式OPPC光缆中心式OPPC光缆传统导线(钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线)OPPC光缆铝包钢线铝线78理论上OPPC可应用于所有电压等级的新建线路或旧线路通信改造。但由于OPGW、ADSS的成熟应用，建议OPPC主要用于66kV、35kV以下,尤其是10kV线路。OPPC应用范围电压等级OPGWADSSOPPC10kV/YesYes35kVYesYesYes66kVYesYesYes110kVYesYesYes220kVYes不建议不建议500或330kVYes不建议不建议光纤纤膏PBT松套管铜导线绝缘层（聚乙烯）低烟无卤外护套玻璃纤维带撕裂绳填充绳外护套绕包带绝缘线芯铜导线光纤单元撕裂绳光纤复合低压电缆（OPLC)宽带无线接入技术方案互动终端无线网关基站分光器电力通信网三网融合互动终端家庭服务变电站家庭服务社区服务互动终端无线网关无线网关电力宽带无线接入专网，简单、经济、可靠。第三部分：移动互联网移动通信的发展1G（Analog）2G（Digital）3G（IMT2000）3G＋（LTE/AIE）2.4GHz5.8GHzWLAN高速WLANWPANWiMAX802.16eIMT-advanced4GCDMA2000EVDOTD-SCDMA/HSPAWCDMA/HSPAIS95/CDMA2000-1x/GSMAMPSETACSJTACSNMTRFIDZigBee……PAN802.11a/g/b～14.4kbps144kbps384kbps50Mbps100Mbps数据速率移动性低速中速高速1995200020052010+泛在异构网络SCDMASCDMA宽带无线BluetoothWiMAX802.16d国家宽带无线移动通信产业发展战略3G-TD-LTE-4G的长期演进宽带无线接入网（BWA)的行业化应用近距离无线通信（传感器网络）的推广国家科技支撑体系对无线通信产业的支持国家高技术研究发展项目计划（863计划）国家重点基础研究发展规划项目计划（973计划）科技重大专项“一主、一辅、一补充”战略的形成无线传感器网络宽带无线接入3G-4G移动互联网：开启通信新纪元移动互联网发展已势不可挡中国移动互联网市场用户规模已达到3亿以上其中50%用户使用智能终端上网3G+WiFi，使移动互联网用户很快超过固定互联网用户网速越来越快，移动终端越来越强运营商、终端商还是内容提供商纷纷布局移动互联网移动互联网发展的推手：应用移动互联应用层出不穷内容服务已变为运营商的主要服务内容微博等应用使互联网内容的主体变为用户本身基于3G的行业信息化业务不断涌现IP网络Internet网络管理系统企业综合业务专网TV调度指挥视频回传应急通信移动监控三表集抄视频监测配电自动化移动办公第四部分：传感器网络与物联网•4.1无线传感器网络•4.2物联网•4.3物联网的发展趋势4.1无线传感器网络概述无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN），简称传感网，是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。无线传感器网络概述•无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的、自组织的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。•构成WSN的三要素：传感器、感知对象、观察者。WSN的优势：成本优势——布线成本是制约系统应用的瓶颈问题•工程布线投资和使用成本过高–2001年全球工业用传感器的市场份额是110亿美元，而安装和使用成本（主要是布线成本）超过1000亿美元。有线无线硬件成本$1k$1.5安装成本$2k~20k$1k维护成本可忽略$0.5k(更换电池)合计$3k~21k$3k单个节点的成本WSN的网络结构结构入上图所示，传感器网络系统通常包括传感器节点（sensornode），汇聚节点（sinknode），和管理节点。大量传感器节点随机的部署在检测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点检测的数据沿着其它节点逐跳的进行传输，其传输过程可能经过多个节点处理，经过多跳后到达汇聚节点，最后通过互联网和卫星到达管理节点，用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布检测任务以及收集检测数据。传感器节点结构从右图我们可以看到一个典型的传感器节点由传感器模块，无线通信模块和能量供应模块四部分组成。每一个模块的功能如下所示：1)传感器模块：负责监视区域内信息的采集和数据转换。2)处理器模块：负责控制整个传感器节点的操作，存储处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据。3)无线通信模块：负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据。4)能量供应模块：为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。WSN的关键技术•网络的拓扑控制•网络协议•网络安全•时间同步•定位技术•数据融合•……无线传感器网络的特征•大规模网络•自组织网络•动态性网络•可靠性网络•应用相关网络•以数据为中心的网络（1）通信能力有限•节点带宽窄，而且经常变化•节点通信覆盖范围只有几十到几百米，•而且经常变化挑战之一•如何在如此有限通信能力的条件下,高质量地完成感知数据的查询、分析、挖掘与传输？•在传感器网络环境下，发现最小化算法通信复杂性的机理是我们面临的第一个挑战问题！WSN的局限与挑战（1）（2）多源、多跳是主要通信方式•多个传感器节点向一个目标传送信息•一次多源信息传输需要多条由多个传感器节点组成的路径挑战之二•如何为多源信息传输选择优化通信路径？•在传感器网络环境下，建立选择优化或近似优化通信路径的理论是我们面临的第二个挑战问题！WSN的局限与挑战（2）（3）节点移动、断接频繁•在移动网络中，节点移动频繁•节点间通信的断接频繁，导致通信失败.•经常受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响,因此传感器可能会长时间脱离网络,离线工作挑战之三•通信路径重构成为突出问题？路由算法必须具有自适应性？•如何建立网络随机连通性的数据理论，为通信路径重构和自适应路由算法设计奠定坚实理论基础是我们面临的第三个挑战问题？WSN的局限与挑战（3）（4）电源能量有限•传感器的电源能量极其有限•由于电源能量的原因经常失效或废弃•电源能量约束是传感器网络应用的障碍•现有电源部件不能满足传感器网络的需要•传感器传输信息比执行计算更消耗电能•传感器传输1位信息需要的电能足以执行3000条计算指令挑战之四：•如何传感器网络在工作过程中节省能，实现能源均衡，最大化网络生命周期？•建立能源复杂性和能源均衡理论是我们面临的第四个挑战性问题！WSN的局限与挑战（4）（5）计算能力有限•传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器，具有计算能力•但是，处理器性能、存储器容量和能源都很有限，导致传感器的计算能力十分有限挑战之五•如何使用大量具有有限计算能力的传感器设计能源有效的高性能分布式算法?•设计同时最小化能源、时间、空间和通信复杂性的分布式算法是我们面临的第五个挑战性问题！WSN的局限与挑战（5）彭明盛：智慧的地球智慧地球智慧地球IBMCEO彭明盛:世界不仅正变得更小、更扁平，而且“更智慧”。首先，高科技应用越发普遍；其次，世界将连为一体；最后，所有的事物都变得智能。从互联网到“物联网”(theInternetofthings)时代，世界的智慧化将实现“无所不在的连接”。4.2物联网传感网=物联网？•传感器网络：是利用各种传感器（光、电、温度、湿度、压力等）加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络。•是由多个具有有线/无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网络系统，它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换。是物联网末端采用的关键技术之一。物联网：是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力或执行能力的各种信息传感设备，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。其中末端网包括各种实现与物互联的技术，例如：传感器网络、RFID、二维码、短距离无线通信技术、移动通信模块等。物联网是继电信网和互联网实现人与人通信之后，着重连接物理世界的应用及相关产业。传感网=物联网？物联网离我们很远•英国生命信托基金会计划建设全智能化老年公寓，使老人在未来可以不受养老院束缚，在自己家中过上高质量生活。公寓将采用电脑技术、无线传输技术等手段，在地板和家电中植入电子芯片装置，使老人的日常生活处于远程监控状态。如果老人走出房屋或摔倒，地面安全传感器会立即通知医护人员或亲属；冰箱里的牛奶翻倒撒出，或是锅在炉灶上无人看管，冰箱和厨房的传感器也会发出警报；自动化“药剂师”会提醒老人准时吃药；娱乐传感器则在老人进门时自动播放主人喜爱的音乐，并适时调节暖气和灯光。•预计这种智能化老年公寓的雏形最早可在2028年问世，技术成熟则要到2048年。物联网离我们很近•物联网的部分应用已经存在在我们的生活之中。基于物体识别技术的应用M2M应用•二代身份证•ETC（ElectronicTollCollection），电子不停车收费系统•……•营运车辆监控和调度无线POS•……温总理：感知中国随后，温总理又在政府工作报告中指出，中国要大力培育战略性新兴产业，并特别提出要加强物联网的研发应用。“物联网=传感器网络+互联网”2009年8月，温总理指出，要尽快突破核心技术，把传感技术和TD-SCDMA等通信技术的发展结合起来，尽快建立“感知中国”中心；应用互联感知标识物联网应用的关键环节标识：身份标识（RFID、二维条码等）、位置标识（GPS等）……感知：面向生产、生活等各种应用的传感器……互联：广泛的物物相联，低成本、低功耗、小型化……应用：由感知延伸出来的各种信息处理及应用……物联网技术体系应用层信息应用智能电网……工业监控智能交通环境监测应用支撑（信息处理）子层信息开放平台服务支撑平台通信环境平台公共中间件网络层电信网增强云计算资源和存储管理异构网融合远程控制下一代承载网M2M无线接入移动通信网互联网感知/延伸层组网技术中间件信息处理无线/有线传输数据采集二维条码多媒体信息RFID传感器网络层与感知/延伸层互通公共技术业务需求网络架构标识解析安全技术QOS管理网络管理传感网-物联网-泛在网泛在网（UbiquitousNetwork）：是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络具有超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。4.3物联网的发展趋势泛在网、物联网和传感网的关系网络关键设备和技术对象传感