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物联网关键技术介绍物联网关键技术介绍Connecting Things:Internet of Things物联网关键技术介绍Connecting Things:I1Outlineq物联网应用前景分析q五层结构q三层结构q1.物联网架构技术q2.统一标识技术q3.通信技术q4.网络技术q5.软件服务与算法q6.硬件q7.功率和能量存储q8.安全和隐私技术q9.标准关关键技技术分分析析物物联网网简介介Outline物联网应用前景分析1.物联网架构技术关物2Session 1:物物联网网简介介q物联网应用前景分析q五层结构q三层结构Session 1:物联网简介物联网应用前景分析3物联网应用前景分析q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，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。q“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。物联网应用前景分析美国权威咨询机构FORRESTER预测：到4物联网简介泛在网五层结构q感知感知层主要完成信息的收集与主要完成信息的收集与简单处理理,部分学者将部分学者将该层该层称称为为感知延伸感知延伸层层,该层该层由由传统传统的的WSN、RFID和和执执行器行器组组成；成；q接入接入层主要完成各主要完成各类设备的网的网络接入接入,该层该层重点重点强强调调各各类类接入方式接入方式,比如比如3G/4G、Mesh网网络络、WiFi、有、有线线或者或者卫卫星等方式；星等方式；q支撑支撑层又称中又称中间件件,或者或者业务层业务层q对下需要下需要对网网络资源源进行行认知知,进进而达到自适而达到自适应传输应传输的目的的目的;q本本层层的完成信息的表达与的完成信息的表达与处处理理,最最终终达到达到语义语义互操作和信息共享互操作和信息共享的目的的目的;q对对上提供上提供统统一的接口与虚一的接口与虚拟拟化支撑化支撑,虚虚拟拟化包括化包括计计算虚算虚拟拟化和存化和存储储虚虚拟拟化等内容化等内容,较为较为典型的技典型的技术术是云是云计计算；算；q应用用层主要完成服主要完成服务发现和服和服务呈呈现的的工作。工作。q网网络层为原有的互原有的互联网、网、电信网或者信网或者电视网网,主要完成信息的主要完成信息的远远距离距离传输传输等功等功能；能；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5感知感知层n智能嵌入式n标识、感知n协同、互动网网络层n融合接入n信息存储应用用层n数据挖掘n决策物联网简介三层结构感知层网络层应用层物联网简介三层结构6物联网简介中国移动定义的物联网结构物联网简介中国移动定义的物联网结构7感知层自组织网络：物联网简介感知层介绍自自组织网网络示意示意图感知层自组织网络：物联网简介感知层介绍自组织网络示意图8物联网简介感知层介绍公共感知公共感知层物联网简介感知层介绍公共感知层9物联网简介网络层介绍城域网城域网/虚虚拟VPNVPNq互联网（有线、WiFi、Mesh）q2G,3G,4G网络q卫星网q广电电视网络、BWM网络物联网简介网络层介绍城域网/虚拟VPN互联网（有线、WiF10物联网简介应用层介绍物联网简介应用层介绍11q（信息量）物联信息的海量化q（设备接入）亿万异构设备的泛在接入q（网络架构）信息和存储的物理边缘化q（网络管理）网络管理的高度自治化q（物物互联）物物互动的协同和智能化q（物理安全）隐私的易泄露，面临更多安全q（设备制造）设备的小型微型化q（能量获取）能量自取、大容量q。物联网简介物联网的特征（信息量）物联信息的海量化物联网简介物联网的特征12q1.物联网架构技术q2.统一标识技术q3.通信技术q4.网络技术Session2Session2：物：物联网关网关键技技术q5.软件服务与算法q6.硬件q7.功率和能量存储q8.安全和隐私技术q9.标准1.物联网架构技术Session 2：物联网关键技术5.13目目标：信息互通信息互通q框架达到健壮、可扩展性以及公平性目的挑挑战：q开放的竞争环境，框架必须模块化和可扩展性qSOA面向服务的体系结构（Service-OrientedArchitecture）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q事件驱动结构使得无法采用一种办法解决所有的问题q物体的离线特性q非中心控制的分布式架构q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需 求求 分分 析析存储和计算能力的边缘化q物体具有存储、处理能力q局部物体间协同工作物体间断性通信连接q物体移动、无线链路动态变化q分布式的缓存和信息融合支持物体的移动和环境变化q物体移动带来信息的移动q物体上下文不断变化网中网q物体之间自治的、动态的组网q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目标：信息互通1.物联网架构技术需求与研究内容需 求 分14研究内容研究内容q端到端的分布式开放架构，异构系统的互操作性；q非中心控制的自治架构；q边缘节点移动智能架构；q云计算技术，事件驱动架构，掉线和同步操作；q使用市场机制来增加竞争和参与；q支持语义互操作的体系结构；q事件驱动的体系结构；q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研究内容端到端的分布式开放架构，异构系统的互操作性；1.物15q逻辑和功能模块q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逻辑和功能模块1.物联网架构技术参考结构聚合器聚合器聚合161.物联网架构技术我们理解的参考结构CableCableNetNetWiFWiFi iZigbeeZigbee区域区域 服服务器器家庭网关家庭网关IP/IPvIP/IPv6 6IP/ID/IPv6IP/ID/IPv6有有线相相对分布的集中式管理分布的集中式管理相相对集中的分布式支撑集中的分布式支撑1.物联网架构技术我们理解的参考结构Cable NetW171.物联网架构技术区域服务器参考结构1.物联网架构技术区域服务器参考结构181.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1.物联网架构技术与云计算支撑平台的结合区域服务器区域服19q谁控制唯一识别符？2.统一标识技术标识概述q标识的必要性?银银行卡行卡行卡行卡会会会会员员卡卡卡卡交通卡交通卡交通卡交通卡社保卡社保卡社保卡社保卡公园公园公园公园门门票票票票小小小小额额支付卡支付卡支付卡支付卡单单位位位位门门禁卡禁卡禁卡禁卡谁控制唯一识别符？2.统一标识技术标识概述标识的必要性202.统一标识技术需求与研究内容挑挑战：q如何处理物体的组合合成拆分替换带来的UID变化q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q如何确保国家、企业、个人均具有一定的UID分配权利q不透明UID与匿名机制q支持已有ID机制q虚拟物体的ID分配问题需求分析需求分析目目标：对物体物体进行行统一一标识q进行物体的区分查找标识基本需求基本需求q对单个物体进行唯一标识q支持一类物品的标识【某类物品的查询】q复合物体：有多个组件，每个部件都有标识号【动态变化】安全需求安全需求q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q层次结构2.统一标识技术需求与研究内容挑战：需求分析目标：对物体21研究内容研究内容q标识的分配q标识的管理q标识加密解密q标识存储q匿名标识技术q标识映射机制q标识结构设计2.统一标识技术需求与研究内容研究内容标识的分配2.统一标识技术需求与研究内容22q物联网RFIDqRFID的成功经验能否推广到物联网？qRFID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物联网RFID2.统一标识技术RFID标识分配的成功233.通信技术通信技术现状分析q高层通信协议多样性qSensorML；TransducerML；O&M；CAP；OASIS EDXL-DE；ANSI N42.42；CBRN Data Model；NIEM。q已有多种标准的无线技术q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）。q大量的通信需求q物与物通信，物与人通信q从物理世界的感知信息到数字世界的通信q执行器完成物理世界动作的通信q存储感知信息的分布式存储系统的通信q数据挖掘和服务的通信、对实体跟踪和定位的通信3.通信技术通信技术现状分析高层通信协议多样性24需求分析需求分析目目标：解决海量物体的通信问题挑挑战：q提供一个完整的端到端系统q网络连接的范围将成指数增长，可测量性，互操作性q如何确保网络运营商的投资回报q新的射频技术和需要满足新设备的连接需求研究内容研究内容q物体间信息交换的通信技术q底层无线协议之间的互操作q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q与物理世界用户的交互相关的通信问题q数据挖掘和服务的通信与处理问题q软件无线电技术和认知无线电通信技术q无连接的通信问题3.通信技术需求与研究内容需求分析目标：解决海量物体的通信问题研究内容物体间信息交换的253.通信技术当前相关的解决方案多协议的互操作本本本本体体体体翻翻翻翻译译3.通信技术当前相关的解决方案多协议的互操作本26q传感器网络组网方式qRFID组网方式qDTN组网方式(DTN 时延容忍网络Delay Tolerant Networks)。q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传感器网络组网方式4.组网技术感知层组网技术现状分析274.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4.组网技术接入组网现状分析传感网络之上建立IP网络IP284.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4.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D29需求分析需求分析目目标：集合有线和无线方式，实现物体无缝和透明接入挑挑战：q支持现有网络结构q组网系统间可扩展、跨平台兼容q支持芯片级的组网q减小开销并为物体提供有效连接的解决方案q芯片通信结构中参数动态配置q通信基础设施随网络负荷和变化q通过功率感知来进行自适应q可能以IP为基础研究内容研究内容q开发“网络中的网络”的基础设施，支持动态区域组网q匿名组网qIP和后IP技术q移动断续连接场景下的组网技术q网络自治管理技术：自感知、自学习、自配置、自修复、自管理q适用于固定、移动、有线、无线的多层次组网技术q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研究304.组网技术当前相关的已有产品q6LoWPAN：基于IPv6的传感器网络4.组网技术当前相关的已有产品6LoWPAN：基于IPv31需求分析需求分析目目标：实现不同软件的统一与互操作挑挑战：q如何在大量无关软件模块中建立一个固有应用软件q将不同的环境下的软件整合成一个系统q面向服务的计算松耦合组织网络服务，并建立一个虚拟网络q互联网之上，定义一个新的协议来描述和解决服务实例q分布式智能，解决可扩展性的关键研究内容研究内容q服务发现和组合q语义互操作性和语义传感Webq人机交互q自管理技术来克服增加的复杂度和节能q分布式自适应软件q开放性中间介q能量有效的微操作系统q虚拟化软件q数据挖掘等数学模型和算法5.软件服务与算法参考结构需求分析目标：实现不同软件的统一与互操作研究内容服务发现和组325.软件服务与算法当前相关热点介绍q参考架构中的研究内容5.软件服务与算法当前相关热点介绍参考架构中的研究内容33qTinyOSTinyOSq特点：事件驱动,NetCq加州大学伯克利分校quCLinuxuCLinuxq特点：与Linux兼容qLineo公司产品5.软件服务与算法当前相关热点介绍微操作系统qContikiOSContikiOSq支持IPv6，即6LoWPANqqMANTISOS(MOS)MANTISOS(MOS)MANTISOS(MOS)MANTISOS(MOS)q特点：支持快速、灵活的搭建WSNq美国科罗拉多大学qq其他其他其他其他还还有：有：有：有：SOS,TinyDB,SOS,TinyDB,SOS,TinyDB,SOS,TinyDB,MagnetOSMagnetOS、SenOSSenOS、PEEROSPEEROS、AmbitentRTAmbitentRT、BerthaBertha等等等等TinyOS5.软件服务与算法当前相关热点介绍微操作34需求分析需求分析目目标：低功耗多处理系统中的自适应硬件和并行处理相关研究挑挑战：q对配置进行动态修改和设置q处理自适应和自配置设计时的不可预测问题q根据具体应用和上下文的通信需求按需调整基础设施之间的互联情况研究内容研究内容q纳米技术-小型化q传感技术-嵌入式传感器执行器q桥接纳米技术和微系统(SOC)解决方案q通信-天线，能量有效RF前端技术q自配置，自优化，自愈合电路结构q聚合电子q低功耗微处理器微控制器，硬件加速器q自旋电子q抗干扰技术6.硬件需求与研究内容需求分析目标：研究内容纳米技术-小型化6.硬件需求与研究356.硬件当前相关的已有产品SoC产品CC 2430CC 24316.硬件当前相关的已有产品SoC产品CC 2430CC 36需求分析需求分析目目标：让传感设备从环境中获取能量，这些物体的电池可以自动地进行充电挑挑战：q能量收集技术仍然不够q微功率技术的应用q大能量存储设备的小型化问题q能源高效利用研究内容研究内容q微能源技术q光电池、微燃料电池和微反应堆、微高容量能量存储等技术q静电、压电和电磁能量转化机制q印刷电池、热电系统、微型制冷器和微燃料发电机q基于微机电系统（MEMS）设备的能量获取技术q能量感知协议7.物联网能量技术需求与研究内容需求分析目标：研究内容微能源技术7.物联网能量技术需求与37q太阳能电池7.物联网能量技术相关的已有产品太阳能电池7.物联网能量技术相关的已有产品38需求分析需求分析目目标：保护个人隐私、商业机密、国际安全挑挑战：q阻止非授权实体的识别和跟踪q阻止未授权信息的访问q物体位置、数据所有性等需要考虑研究内容研究内容q非集中式的认证和信任模型q数据所有权关系q责任和义务q异构设备间的隐私保护技术q离散认证和可信模型q能量高效的加密和数据保护q云计算的安全和信任q隐私策略管理8.安全和隐私技术需求与研究内容需求分析目标：保护个人隐私、商业机密、国际安全研究内容非集中39需求分析需求分析目目标：异构设备通过标准接口和数据模型来确保不同系统间的信息交互挑挑战：q物联网的异构设备互联（接口标准与数据模型）q已有多个标准（硬件、组网、通信等技术都存在各种各样的标准，物联网设备应该向支持多协议，多频段发展）q信息产生和收集（完整、可信）研究内容研究内容q互操作方面：互操作方面：语义数据模型q无无线方面：方面：频谱分配、发射功率及通信协议的标准化q数据方面：数据方面：数据生成、数据可追溯的质量和完整性q研究物联网异构设备接口接口的标准化和标识技技术的标准化9.标准需求和研究内容需求分析目标：异构设备通过标准接口和数据模型来确保不同系统间409.标准现有的国际相关标准工作OverallFrameworkTelecommunicationsNetworkITU-TUbiquitous Networks(UN)USN networks requirements and arch designETSI M2M TCM2M Requirements and functional structureISO/IEC JTC1 SC6 SGSNSN research report3GPPSA1/SA2/RAN2M2MoptimizationdemandM2MoptimizationtechnologyofnetworkandwirelessaccessGSMA/SCAG:smartSIMcardOMADMSmartGrid/MeasurementNIST:U.S.smartgridstandardsIEEEP2030:smartgridguide802.15.4g:smartgridshort-rangewirelessstandardCEN/CENELEC/ETSIEuropeansmartmeteringstandardWSN/RFIDNIST:IEEE1451IEEE802.15Low-speedshortdistancewirelesscomm.technologystandardIETF6LoWPANROLLBasedonIPv6ofIEEE802.15.4Routingoverlow-PowerandlossynetworksEPCGlobalGS1:RFIDstandard9.标准现有的国际相关标准工作Overall Frame419.标准网络智能化传感器（SmartTransducers）IEEE14519.标准网络智能化传感器（Smart Transduce429.标准低速无线个域网（LRWPAN）IEEE802.159.标准低速无线个域网（LR WPAN）IEEE 843qIEEE802.15.4c（中国国家标准）q基于中国780MHz频段，制定低速率物理层通信标准，2009年报批。qIEEE802.15.4e：上海微系统所、无锡物联网产业研究院、华为等作为主要的联合提案单位，制定面向传感网在工业无线监控等应用中的低功耗、实时MAC层标准，提案已接受，进入文档编辑阶段。无锡物联网产业研究院正在设计、开发15.MAC测试、运行平台，争取在全球第一个发布IEEE802.15.4g：针对智能电网等应用，200Kbps1Mbps数据速率的物理层标准提案，可变增益的DSSS方案。9.标准低速无线个域网（LRWPAN）IEEE802.15IEEE802.15.4c（中国国家标准）9.标准低速449.标准Zigbee联盟（ZigbeeAlliance）9.标准Zigbee联盟（Zigbee Alliance459.标准基于IPv6的LoWPANIETF6LoWPAN9.标准基于IPv6的LoWPAN IETF 6Lo46q2007年国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感器网络工作组q首届ISO/IECJTC1传感器网络研究组（SGSN）会议在中国召开(2008年6月)q第四次会议于2009年召开，中、美、德、韩、英等主要成员国代表达成了关于在JTC1下成立传感器网络标准化工作组，10月份在JTC1大会上递交该倡议。9.标准ISO/IECJTC1SGSN2007年国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感器网络工作479.标准国内现状20092009200720072008200820062006全国信标委开始组织相关单位进行传感器网络标准方面的研究工作国标委正式批准在全国信标委下成立无线传感器网络工作组准备工作的管理文件，在11月的无锡会议上初步得到工作组内的认可分为8个项目组，召开工作组全会，开展具体国家标准的制定工作q中国传感器网络标准化工作组，现有成员单位近80余家，工信部电子工业标准化研究所为组长单位，中科院微系统所为秘书处挂靠单位。q目前工作组分为PG1（国际标准化）、PG2（标准体系与系统架构）、PG3（通信与信息交互）、PG4（协同信息处理）、PG6（安全）、PG7（接口）、PG8（行业应用调研）等8个项目组。9.标准国内现状2009200720082006全国信标489.标准国内现状q2010年4月1日CCSA成立泛在网工作组(TC10)成立qWG1：总体工作组qWG2：应用工作组qWG3：网络工作组qWG4：感知延伸工作组q泛在网论坛筹备会议于2010年4月28日召开q中国物联网研究发展中心于2010年6月入住无锡，该中心由江苏省、中科院和无锡市共同发起。9.标准国内现状2010年4月1 日 CCSA成立泛在网49全面感知、无缝互联、高度智能全面感知、无缝互联、高度智能物联网形成新的网络形态物联网形成新的网络形态结语全面感知、无缝互联、高度智能结语50Thanks!Thanks!51
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