网络管理讲义

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,一、网络架起通桥,自从十九世纪末第二次工业革命的开始，人们之间的联系发生了质的变化，从使用书信的异地异步通讯进入了异地同步实时联系的时代：电话的出现让世界第一次有了通信网络，第一次打破了因空间产生的联系障碍。二十世纪上半叶，战争中报话机和电台的使用第一次呈现了移动通信网络的雏形。二十世纪下半叶，手机的全球推广和,INTERNET,的立体建设（传输介质有太空卫星、海底电,2,缆、地下光纤、无线基站）使人们的联系进入了平民化和大众化时代。明显标志是,提供了低成本联系的实时性、平滑性、适应性服务，即,3A,特点（,anywhere anytime anyway,手机、,QQ,、,MSN,等即时通讯方式）。更具有划时代和革命性的进步作用是：快速地推动了科学技术、社会经济的发展，很大程度上改变了人们的生产和生活方式，显而易见地丰富和便利了人们的学习内容和学习途径，极具震撼性地将知识的发展推动到爆炸时代。,3,二十一世纪刚刚开始，网络的发展又掀起了新一轮技术发展高潮。在此，美国军方又像在互联网的发展过程中一样一马当先，随着美军快速、成熟、有效地将传感网应用于作战场地的物理探测、信息搜集、行动执行，人们敏锐地发现了传感网在民用技术上的广阔天地，接踵而来的是物联网思想的形成，概念的提出，技术的研发、应用、推广风靡全球。它通过射频技术、传感技术、无线通信、因特网、超高速大规模集中和分布式计算（云计算），,4,将物与物联系起来。通过存有“物”自己属性的信息标签，通过短距离的信息识别，将物与物由陌生变为相识，由交流而产生互动。如果说因特网使人类进入了平凡、频繁、广泛的联系时代，那么现在的物联网将世间人类设计和可控的,万物,进入了初步的联系时代。最终结果，人类通过互联网和物联网，将进入一个对整个世界联系的崭新的时代。,5,1.,电话使实时通信成为可能,1875,年，世界上第一台电话机问世。这台电话机的发明人，是一位苏格兰青年，名叫亚,贝尔。,于,1878,年。贝尔在波士顿 和纽 纽约 间进行了首次长途电话通话。成功。,它的简单原理：,一端，,将不同频率,和振幅,的声音转化为不同强弱和频 率的电 流，另一端，将电流转化为声音。,从次，频率和振幅在以后的科技发展中成为无处不在的物理量。,6,2.,电台、报话机开启了移动通信的先河,1893,年，尼科拉,特斯拉（,Nikola Tesla,）在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信。在为“费城富兰克林学院”以及全国电灯协会做的报告中，他描述并演示了无线电通信的基本原理。他所制作的仪器包含电子管发明之前无线电系统的所有基本要素。古列尔莫,马可尼（,Guglielmo Marconi,）拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利，英国专利,12039,号，“电脉冲及信号传输技术的改进以及所需设备”。从此，无线电台产生。,在当时，爱迪生已经是大发明家和资本家。,7,1940,，第一个无线电接收器,/,发射器名为“,对讲机”,，核心部件是摩托罗拉可控硅,- 300 The first walkie-talkies were developed for military use.,第一个无线对讲机被开发用于军事用途。,Major characteristics include a half-duplex channel (only one radio transmits at a time, though any number can listen) and a push-to-talk switch that starts transmission.,主要特点包括一个半双工通道在一个时间（只有一个无线电发射，但可以听到任何数字）和按键通话开关，启动传输。,8,The typical physical format looks somewhat like a telephone handset, possibly slightly larger but still a single unit, with an antenna sticking out of the top.,典型的样式看起来有点像电话手机，一露出顶部的天线，可能稍大，但仍然是一个独立的单元。,Where a phones earpiece is only loud enough to be heard by the user, a walkie-talkies built-in speaker can be heard by the user and those in his immediate vicinity.,凡有手机的听筒声音很小，只是要由用户，,对讲机的内置扬声器可以听到由用户和那些听到他的附近,。,9,3. 3G,时代的悲欢离合,3G,（第三代）网络的开通，使可视电话成为可能，地球如此之大，世界又如此之小，可视电话最终的效果要让使用者达到身临奇景（其景）。第三代与前两代的主要区别是在,传输声音和数据的速度,上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。相对第一代模拟制式手机,(1G),和第二代,GSM,、,TDMA,等数字手机,(2G),。,西门子,和大唐电信联合制定中国,3G标准TD-SCDMA,，,2000年5月，在土耳其召开的国际电联全会上，经投票表决，由中国提出的,TDD,模式的TD-SCDMA系统，与欧洲提出的WCDMA和美国提出的,CDMA2000,同列为国际3G三大标准之一。,10,2008年06月10日，工业和,信息化,部部长李毅中正,和八位来自电信领域的专家以及中移动董事长,王建宙,就,TD标准的发展展开讨论,，提出于当年,4月1日推广TD试商用。,此前，2007年12月中移动曾向TD终端企业下发了约3万部手机和1万部无线上,网卡,的采购标书。直到奥运会后，该采购协议才断断续续完成。,最终，,中国呈现给世界的是一张,TD-SCDMA的试验网络。这与参与北京奥运会的国际官员、媒体、运动员所用的手机都不相容,。,TD-SCDMA的专利主要分布在诺基亚(32%)、爱立信(23%)、西门子(11%)、大唐(7%)手中。,11,当国际社会从,2005年开始纷纷转入3G网络应用之时。中国的3G,牌照，晚至,2008年底才正式发放。,2009年1月，工信部正式宣布向中国移动、中国联通、中国电信三大运营商同时发放3G牌照。,作为TD-SCDMA标准运营商的中移动，由于上市太晚，像诺基亚这样的国际手机终端制造巨头已经在3G的WCDMA模式下生产多款手机。目前国际流行3G手机没有一款是TD模式的，这直接导致了TD-SCDMA的推广乏力。,而就在TD尚未全面推广之时，已经有消息传出，中国移动正在力推未来的3.5G和,4G,标准，也就是说，TD将在2012年以后面临升级换代。,号称中国特有的,TD标准，经历10年,挣扎之后，或将成为历史。,TD-SCDMA是一面镜子，它映照出了一个国家的决策能力、,研发能力,以及,市场环境,。,12,国家的决策必须有先决条件，那就是成熟、可靠、成本可接受的技术；市场环境的搭建和培育也有先决条件，那就是人们可接受和需要的商品。所以，中国3G TD-SCDMA的失败是技术的失败，归根结底是中国原创研发能力的失败。,13,4,、计算机是二十世纪科学技术发展的世界先锋,计算机作为二十世纪的伟大发明之一，首先带给人们的是快速的计算速度，其次在空间上拉平了人们之间的距离，所谓“天涯若比邻”。,计算机是一把锐利的武器，给人们战胜科学难题增添了勇气和力量；计算机是一双飞翼，使人们能无限地翱翔在知识的天空中；计算机是多彩世界的设计师，它能给人类带来科技的梦幻。从大中小微型到嵌入式，从计算、通信、控制，计算机在各行业独立风骚。,计算机是网络，网络就是计算机。,14,5.,美国军方对因特网的发展功勋卓著,在网络的发展历史上，美国的多个行业和组织，包括军方、企业、大专院校等在局域网、城域网、广域网的研发过程中可谓百花齐放、百家争鸣，有各自不同的操作系统、不同网络结构（比如令牌网、以太网等）、不同的网络协议，只有在美国军方的,TCP/IP,模型出现以后，各异构网络才统一连通，统一通信才成为可能，所以说，,TCP/IP,协议是网络的灵魂，也是因特网的灵魂。当然，浏览器也是打开因特网多媒体大门的金钥匙。上一世纪末，美国总统克林顿从国家发展战略出发，推动美国高速公路全面发展，从而掀起全球化的互联网建设。,15,6.1美军首先提出传感网计划,1978,年美国军方提出无线传感器网络的构想，美国国防部高级研究所计划署（,DARPA,）开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。从此，类似的项目在全美高校间广泛展开，著名的有,UC Berkeley,的,Smart Dust,项目，,UCLA,（加州,大学,洛杉矶分校,University of California, Los Angeles,）的,WINS,（无线网传感器）项目，以及多所机构联合攻关的,SensIT,计划，等等。,16,6.2美军传感网的分布式概述,美军分布式传感网络由各个节点构成，每个节点集成有传感器、数据处理单元和通信模块，再加上执行器。各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。可以说无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。,17,特点1：自适应性，传感器网络 中，所有节点地位都是平等的，没有预先指定的中心，各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没 有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。,特点2：网络拓扑动态性，节点是处于不断变化的环境中，它的状态也在相应地发生变化，加之无线通信信道的不稳定性，网络拓扑因此也在不断地调整变化，而这种变化方式是无人能准确预测出来的。,18,特点3：传输能力的有限性，无线传感器网络通过电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。,特点4：能量有限性，为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。,19,特点5：安全受限性，无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。,20,6.3无线传感网的技术概述,1.,物理层,ISO规定，为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的功 能和规程性的模块就叫做物理层。,无线,传感器,网络,就 是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术。输介质自然要选电磁波了。不过，源信号要依靠电磁波传输必需要通过调制技术变成高频 信号，当抵达接受端时，又通过解调技术还原成原始信号。信号仅经过调制是不行的，还需要进行扩频。扩频，顾名思义，就是将待传输数据进行频谱扩展的技术。它的好处是：增强了抗干扰能力，可进行多地址,通信,，保密性提高。,21,6.3无线传感网的技术概述,传感器,网络,遵从的主要是,IEEE 802.15.4标准,，,2.4GHz频段的物理层可提供250Kb/s的数据传输率，适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场 合；工作在869/915MHz频段的物理层则能提供20Kb/s的数据传输率，适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合。依据IEEE 802.15.4标准的协议被称为Zigbe e，其传输带宽虽然没有Wi-Fi和Blue Tooth大，但是能耗较低，非常适合,无线,传输。 同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。,22,6.3无线传感网的技术概述,2.MAC层协议,信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的,MAC子层要解决的问题了。,无线,传感器,网络,经常使用的有三种,MAC协议：传感器协议（S-MAC），分布式能量意识协议（DE-MAC）和协调设备协议,（,MD,）。,S-MAC协议通过调 配节点的休眠方式来有效地分配信道；DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制，避免空闲监听和串音，其目的是减少能耗和增加,网络,的生存周期；,MD协议则能 为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠,通信,。,。,23,6.3无线传感网的技术概述,总体来说，,无线,传感器,网络,的,MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低,。,MAC,子层的主要功能包括数据帧的封装,/,卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。,MAC,子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性,24,6.3无线传感网的技术概述,3.路由,在具备底层传输协议的保障后，信息怎样快速地从源传输到目的地就是由路由协议来解决了。简单来说，,路由要实现两个基本功能：确定最佳路径和通过,网络,传输信息。数据传输的途径存于路由表，由路由算法初始化并负责维护,。,无线,传感器,网络,与普通的,网络,不同，它有自己的特点：比如能量受限，,通信,方式以数 据为中心，相邻节点的数据有着相似性，拓扑结构也在不断的变化等。与此对应，常规,网络,的路由并不一定能适应,无线,传感器,网络,。,25,6.3无线传感网的技术概述,4.能量管理,能耗是,无线,传感器,网络,所面临的最大问题，因为节点长期处于无人值守的状况下，有效的能耗策略必不可少。,目前最常使用的策略是,休眠机制,，即在节点空闲时，使其处于休眠状态，此时其能耗降到最低。但是休眠的节点在转回正常状态的时候，往往会消耗大量的能量，因此寻找合理的状态转换策略是确保休眠机制成功的关键。,数据融合,是另一项节能技术。多个邻近节点经常会采集同样的信息，发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担。因此，通过本地计算和筛选，确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务。,实行逻辑并集运算。,26,6.3无线传感网的技术概述,操作系统,TinyOS。,这个系统不同于传统意义上的操作系统，它更像一个编程构架，在此构架下，搭配一组必要的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系统。,TinyOS由众多组件组成，包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、,通信,组件和硬件抽象组件。每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序，它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件。调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作。,Crossbow公司生产的MICA传感器平台上就使用了TinyOS系统。实践证明，其基本应用只占用很少的系统资源，能圆满的完成数据采集、处理和,通信,组网以及数据传输等任务。,27,7.1美国在无线传感器网络军事应用方面的主要研究,信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统,“,看得明、反应快、打得准,”,，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势,(,取得制信息权,),，谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。,28,未来战争毫无质疑的是高科技战争，作战方式是陆海空天电五维空间，涉及卫星发射技术、遥感技术、电子信息技术、新材料加工技术、自动控制技术、激光技术、电磁技术、卫生与生命保障技术等等；从太空和天空准确投射化学炸药载体（导弹、火箭弹、炮弹）到发射强激光、电磁能炸弹到网络黑客攻击，决战于太空、天空、海面、海下，要求决战本土境外。其中，电战包括电磁干扰和对抗、网络攻击、信息欺骗。,29,无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量,“,知己知彼,”,的要求。典型设想是用飞行器将大量,微传感器,结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供,“,各取所需,”,的情报服务。由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用,于恶劣的战场环境中,，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。友军兵力、装备、弹药调配监视,;,战区监控,;,敌方军力的侦察,;,目标追踪,;,战争损伤评估,;,核、生物和化学攻击的探测与侦察等。,30,7.2 美军传感器研究类型,1.,智能微尘,(smartdust),是一个,具有电脑功能的超微型传感器，它由微处理器、无线电收发装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。,将一些微尘散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。双向无线通信模块和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到,了沙粒般大小,，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息，它能够仅依靠微型电池工作多年。,智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的流动自然一清二楚,。,31,2.,目标定位网络嵌入式系统技术,目标定位网络嵌入式系统技术,NetworkdSystemTechnology),是战场应用实验,美国国防高级研究计划局主导的一个项目，它将实现系统和信息处理融合。项目的定量目标是建立包括,10100,万个计算节点的可靠、实时、分布式应用网络。这些节点包括连接传感器和执行器的物理和信息系统部件。基础嵌入式系统技术节点采用现场可编程门阵列,(FPGA),模式。该项目应用了大量的微型传感器、微电子、先进传感器融合算法、自定位技术和信息技术方面的成果。,项目的长期目标是实现传感器信息的网络中心分布和融合，显著提高作战态势感知能力,。,2003,年该项目成功验证了能够准确定位敌方狙击手的传感器网络技术，,它采用多个廉价音频传感协同定位敌方射手并标识在所有参战人员的个人计算机中，三维空间的定位精度可达到,1.5,米，定位延迟达到,2,秒，甚至能显示出敌方射手采用跪姿和站姿射击的差异。,32,3.,灵巧传感器网络,“,灵巧传感器网络,(SSW:SmartSensorWeb),是美国陆军提出的针对网络中心战的需求所开发的新型传感器网络。其基本思想是,在战场上布设大量的传感器以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅战场全景图。,包括通过有人和无人驾驶的地面车辆、无人驾驶飞机、空中、海上及卫星中得到的,高分辨率数字地图、三维地形特征、多重频谱图形等信息。,系统软件将采用预先制定的标准来解读传感器的内容，将它们与诸如公路、建筑、天气、单元位置等前后相关信息，以及由其他传感器输入的信息相互关联，从而为交战网络提供诸如开火、装甲车的行动以及爆炸等触发传感器的真实事件的实时信息。,SSW,系统是关于传感器基于网络平台的集成，这种集成是通过主体交互作用来实现的。例如，一个被触发的传感器主体可能会要求在其范围内激活其他传感器，达到对前后相关信息的澄清和确认，该要求信息同来自气候或武器层的,SSW,中的信息相结合，就生成一幅有关作战环境的全景图。,33,4),无人值守地面传感器群,美国陆军近期确立了,“,无人值守地面传感器群,”,项目,其主要目标是使基层部队指挥员具有在他们所希望部署传感器的任何地方灵活地部署传感器的能力,.,该项目是支持,陆军,“,更广阔视野,”,的多个个项目之一。,34,5.,战场环境侦察与监视系统,美国陆军最近确立了,“,战场环境侦察与监视系统,”,项目,.,该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽、准确地探测到精确信息,如一些特殊地形地域的特种信息,(,登陆作战中敌方岸滩的,翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度、干湿度,),等,为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据,.,它通过,“,数字化路标,”,作为传输工具,为各作战平台与单位提供,“,各取所需,”,的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃,.,该系统组由撒布型微传感器网络系统、机载和车载型侦察与探测设备等构成。,MINI,地理信息系统,。,35,6.,传感器组网系统,美国海军最近也确立了,“,传感器组网系统,”,研究项目,.,传感器组网系统的,核心是一套实时数据库管理系统,.,该系统可以利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,而,管理工作只需通过一台专用的商用便携机即可,不需要其他专用设备,.,该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息,.,该系统可以部署到各级指挥单位。,36,7.,防生化网络,美国,Sandia,国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的,生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统,.,该研究属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环,.,该系统融检测有毒气体的化学传感器和网络技术于一体,.,安装在车站的传感器,一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等,.,该系统除了能够在专用管理中心进行监视之外,还可以通过,WWW,进行远程监视,.,37,8),网状传感器系统,CEC,美国海军最近开展的网状传感器系统,CEC(cooperativeengagementcapability),是一项革命性的技术,.CEC,是一个无线网络,其感知数据是原始的,雷达数据,.,该系统,适用于舰船或飞机战斗群携带的电脑进行感知数据的处理,.,每艘战船不但依赖于自己的雷达,还依靠其他战船或者装载,CEC,的战机来获取感知数据,.,例如,一艘战船除了从自己的雷达获取数据以外,还从舰船战斗群的,20,个以上的雷达中获取数据,也可以从鸟瞰战场的战机上获取数据,.,空中的传感器负责侦察更大范围的低空目标,这些传感器也是网络中重要的一部分,.,利用这些数据合成图片具有很高的精度,.,由于,CEC,可以从多方面探测目标,极大地提高了测量精度,.,利用,CEC,数据可以准确地击中目标,.,CEC,还可以快速而准确地跟踪混乱战争环境中的敌机和导弹,使战船可以击中多个地平线或地平线以上近海面飞行的超声波目标,.,因此,即使是今天最先进的反舰巡航导弹也会被实时地监测到并被击中。,38,9.,沙地直线,(ALineintheSand),2003,年,8,月，俄亥俄州开发,“,沙地直线,”,(ALineintheSand),，在美国防高级研究计划局的资助下，这个系统能够散射电子绊网到任何地方，也就是到整个战场，,以侦测运动着的高金属含量目标。这种能力意味着一个特殊的军事用途，例如侦察和定位敌军坦克和其他车辆。,这项技术有着广泛的应用可能，正如所提及的这些现象，它不仅可以感觉到运动的或静止的金属，而且可以感觉到声音、光线、温度、化学物品，以及动植物的生理特征。,39,10. C4ISRT,系统,传感器网络将会成为,C4ISRT(command,，,controlcommunication,computing,，,intelligence,，,surveillance,，,reconnaissanceandtargeting),系统不可或缺的一部分,.,C4ISRT,系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计一个,集命令、控制、通信、计算、,智能、监视、侦察和定位,于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视,.,因为传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，这一点是传统的传感器技术所无法比拟的，也正是这一点，使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括监控我军兵力、装备和物资，监视冲突区，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标，评估损失，侦察和探测核、生物和化学攻击,.,在战场，指挥员往往需要及时准确地了解部队、武器装备和军用物资供给的情况，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至指挥所，再转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据形成我军完备的战区态势图,.,40,在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要当然，也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集利于作战的信息,.,传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息,.,在生物和化学战中，利用传感器网络及时、准确地探测爆炸中心将会为我军提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡,.,传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中,.,在军事应用中，与独立的卫星和地面雷达系统相比，传感器网络的潜在优势表现在以下几个方面：,41,(1),分布节点中多角度和多方位信息的综合有效地提高了,信噪比,，,这一直是卫星和雷达这类独立系统难以克服的技术问题之一,.,(2),传感器网络低成本、高冗余的设计原则为整个系统提供了,较强的容错能力,.,(3),传感器节点与探测目标的近距离接触大大,消除了环境噪声对系统性能的影响,.,(4),节点中多种传感器的混合应用有利于,提高探测的性能指标,.,(5),多节点联合，形成,覆盖面积较大,的实时探测区域,.,(6),借助于个别具有移动能力的节点对网络拓扑结构的调整能力，可以,有效地消除探测区域内的阴影和盲点,.,42,空军：美国空军正在改进特克斯特朗系统公司生产的对陆攻击集束弹药，使之具有攻击海上目标的能力。,传感器引爆武器,（,Sensor Fuzed Weapon,，,SFW,）。,陆军：当前的遥控自动地面传感器大致可以分为四类：,简易传感器、激发式组合传感器、智能节点传感器和网络传感器阵,。简易传感器是其中最简单的装置，只具备单一类型媒介转换的能力，即只能对声、震波、光、磁或热能中的某一种进行转换。激发式组合传感器是最近才进行野战部署的系统装置，采用声音或震波探测器来激发照相机，减少了不必要的持续记录或传输。,43,智能节点传感器有,3,个以上的扩音器或地音探听器来确定方向，由于各种操作需要或设计的原因，这些智能节点传感器具有多种样式，并且能和声音、震波、磁场和电光学装置进行组合。当前的狙击步枪探测装置就通常具有多个声音扩音器来进行方向判断。最新型的网络传感器阵目前已成功研发，由许多相互分离的节点通过短程无线电与地域信号处理器连结，信号处理器对各节点的报告进行分析，并进一步进行远程连结。最强大的网络传感器阵还包括一些智能节点传感器,。,44,海军：,MacroStrain,公司为开发一套采用微型震动机构的,能源收获器,（,energy harvester,），,为海军飞机使用的无线传感器提供能源,。,开发工作将涉及到传感器、微处理器和射频（,RF,）通信。,45,二、谈谈物联网,前面我们说过，物联网,(The Internet of Things),就是将物与物通过射频技术（,RFID radio frenquence identication,）、传感技术、无线传输、,INTERNET,、云计算联系起来，将人们对世界的认识和控制推向新的阶段。我们现在慢慢深入了解它。,46,1、奥巴马是物联网的巨大推手,克林顿的美国信息高速公路奠基了今天互联网的基石；小布什的美国“每个家庭应有一套房”造就了,2008,的全球金融海啸，但作为反证，为今天全球金融改革和监管提供了刻骨铭心的参照。,2009,年月日，奥巴马与美国工商业领袖举行了一次,“,圆桌会议,”,，作为仅有的两名科技界代表之一，首席执行官彭明盛首次提出,“,智慧地球,”,这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。,此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有人分析认为公司的这一构想极有可能成为美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。加上美国的“,绿色能源”,计划，将再一次掀起新一轮技术革命。,“智慧地球”就是我们所说的物联网。,如果说以前的,“数字地球”重点关注的是信息提炼和应用，,那么今天的,智慧地球就是信息和物的深入融合,。,47,2,、物联网作用和应用范围,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，按约定的协议，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。,物联网的应用十分广泛，遍及智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、病人护理、花卉栽培、水系监测、食品溯源、和情报搜集等多种领域，其应用广泛、前景广阔。,48,3.,物联网数据处理过程,信息采集（,RFID,、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备）,按统一标准协议 无线路由器,可转换协议,（ 无线传输）,基站,公共信息搜集器,INTERNET,云计算中心,49,4.现代无线电子学鼻祖,麦克斯韦（,1831-1879),1873,年,电磁理论,，预言了电磁波的存在，提出光的电磁说。,麦克斯韦方程组五大公式是现代电子学的基石。,赫兹,(1857-1894),1888,年实验证实了电磁波的存在。,有了他们，才有今天的无线技术。,50,5.RFID技术简介,RFID射频识别是一种,无线的自动识别技术。,RFID技术的基本工作原理：,电子标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得能量发送出存储在芯片中的产品信息（,Passive Tag，,无源标签或被动标签,），或者主动发送某一频率的信号（,Active Tag，,有源标签或主动标签,）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。,一套完整的,RFID系统, 是,由阅读器,(Reader)与,电子标签,(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及,应用软件系统,三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动,Transponder电路将内部的数据,（,电子标签,）送出，此时,Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。,51,RFID的原理可以追溯到二战期间的敌我识别系统，但,RFID的雏形却是在1977年诞生于美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室,。,20世纪90年代，低功耗的CMOS制造工艺被引入RFID，为RFID规模化商用奠定了技术基础。,1999年,，欧美两大标准化组织,EAN和UCC联合推进,RFID标准化,。同年，麻省理工学院,Auto-ID中心成立，如今全球影响最大的EPC编码便源自该中心。尽管自动识别技术的种类很多，但应用在商业自动识别中的主要还是条形码技术以及RFID，其他识别技术并没有进入商业.,52,6.,电磁频谱,53,7.RFID主要频段标准及特性,54,55,8.RFID工作过程示意图,56,9.RFID与物联网的差异,在物联网提出之前，,RFID,就广泛应用。,RFID在零售、铁路、军事等领域已经得到应用。,以零售业为例，当一个商品从生产线下线时，,已经被贴上,RFID标签，并记录下各种商品信息,。有了,RFID，商品可以直接运入超市，而不用人工清点;摆在货架上的RFID读出器可以对商品进行实时监控，并及时提醒工作人员补货;顾客选好所需的各种商品后，可以推着购物车进入RFID读写器区域直接付款。,57,此时，无论是从物流企业还是最终用户的角度上看，这个,RFID应用与未来的物联网应用没有多大的差别，,但是从信息的存储方式和系统的开发性上看，则大相径庭,。当前的,RFID应用大多是在特定领域的闭环应用，分属不同领域有着自己的协议和标准，不同领域的闭环应用很难兼容，信息也难以共享。而物联网则是基于通用的协议和标准的开环应用，从而实现物品在全球范围内按照权限的信息共享。,58,与现有的,RFID应用中数据主要是存放在RFID芯片中或者是闭环系统中不同的是，,物联网中物品的所有信息都存储在云端，,RFID中的信息只是备份或是在网络故障时做应急之用。,理论上，如果网络无处不在且安全可靠，,RFID芯片中只需存储ID信息，所有RFID读写器也可以简化为RFID读出器。,这种物联网的云计算模式不仅简化了,RFID的标签和读写设备，进而显著降低成本，而且还使得跨领域的信息共享成为可能。,59,以超市为例,：,条形码：逐一扫描条码,+,结账,RFID,：一次性扫描（你可以推着购物车迅速通过,RFID,阅读器）,+,结账；,物联网：一次性扫描和结账同时完成（超市和 银联网），超市终端没有收银员，你可以推着 车直接从阅读器走出去。并且消费者可以知道 每 件 物 品 的 历 史 。,60,10.,传统无线传感网与物联网的区别,传统无线传感器网络是随机分布的大量的传感器节点，以无线自组织的方式构成网络，通过节点中内置的各种类型的传感器，对网络分布区域内的各种环境对象信息探测、感知，并通过多跳路由的方式将采集到的数据传输到数据处理中心。虽然也是人与物、物与物的交互方式，但本质上是一个闭环系统。而物联网接入因特网，物信息全球共享，是一个开放系统。,61,11.物联网的判断标准,1.,是一个开放系统。,2.INTERNET,是数据传输介质。,3.,有云计算数据处理中心。,4.,可识别的全球统一标准的唯一电子代码（或用,IPV6,）。,5.,元器件符合绿色环保标准。,注意,：未来开放的,传感网（,WSN,）也在物联网内，,RFID,与,WSN,无关。,62,三、谈谈云计算,以后物联网数据处理中心采用的计算模式就叫云计算。,云计算（cloud computing）呢？云计算是一种基于因特网的超级计算模式，在远程的数据中心里，成千上万台电脑和服务器连接成一片电脑云。因此，云计算甚至可以让你体验每秒10万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算,。,63,1.,概念：,狭义的,云计算,是指,IT基础设施的交付和使用模式,，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源,(,硬件、平台、软件,)。提供资源的网络被称为,“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用,IT基础设施。 广义的,云计算,是指,服务的交付和使用模式,，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是,IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务。,64,。,2.,原理：,云计算,(Cloud Computing)是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。,云计算的基本原理是，通过使计算分布在大量的分布式计算机上,（而非本地计算机），或远程服务器中。个人或企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机、存储系统和请求服务。,65,3.,云时代：目前，,PC依然是我们日常工作生活中的核心工具我们用PC处理文档、存储资料，通过电子邮件或U盘与他人分享信息。如果PC硬盘坏了，会因为资料丢失而束手无策。,而在“云计算”时代，“云”会替我们做存储和计算的工作。“云”就是计算机群，每一群包括了几十万台、甚至上百万台计算机。“云”的好处还在于，其中的计算机可以随时更新，保证“云”长生不老。,Google就有好几个这样的,“云”，其他,IT巨头，如微软、雅虎、亚马逊（Amazon）也有或正在建设这样的,“云”。,66,届时，我们只需要一台能上网的电脑，不需关心存储或计算发生在哪朵,“云”上，但一旦有需要，我们可以在任何地点用任何设备，如电脑、手机等，快速地计算和找到这些资料。我们再也不用担心资料丢失,。,67,4.,云计算的几大形式,：,A:,SAAS（软件即服务）,这种类型的云计算通过浏览器把程序传给成千上万的用户。在用户眼中看来，这样会省去在服务器,（需要购买时如大量计算）和软件授权上的开支；从供应商角度来看，这样只需要维持一个程序就够了，这样能够减少软件载体制作、包装、销售成本。,S是迄今为止这类服务最为出名的公司。SAAS在人力资源管理程序和ERP中比较常用。,Google Apps和Zoho Office也是类似的服务,。,68,B:实用计算（Utility Computing）,这种思想很早就有了，但是知道最近才在,A、Sun、IBM和其它提供存储服务和虚拟服务器的公司中新生。这种云计算是为IT行业创造虚拟的数据中心使得其能够把内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池来为整个网络提供服务。,69,C: 网络服务,同SAAS关系密切，网络服务提供者们能够提供API让开发者能够开发更多基于互联网的应用，而不是提供单机程序。,D:平台即服务,另一种,SAAS，这种形式的云计算把开发环境作为一种服务来提供。你可以使用中间商的设备来开发自己的程序并通过互联网和其服务器传到用户手中。,70,E:MSP（管理服务提供商）,最古老的云计算运用之一。这种应用更多的是面向,IT行业而不是终端用户，常用于邮件病毒扫描、程序监控等等。,F:商业服务平台（如：,）,SAAS和MSP的混合应用，该类云计算为用户和提供商之间的互动提供了一个平台。比如用户个人开支管理系统，能够根据用户的设置来管理其开支并协调其订购的各种服务。,G:互联网整合,将互联网上提供类似服务的公司整合起来，以便用户能够更方便的比较和选择自己的服务供应商。,71,5.,应用举例,目前通过云计算技术实现比较实用产品的主要有：微软的WindowsAzure、谷歌的云计算、IBM的蓝云、中国移动的大云、杀毒领域的瑞星、趋势科技。,72,微软,WindowsAzure,WindowsAzure是微软基于云计算的操作系统，和AzureServicesPlatform一样，是微软,“软件和服务”技术的名称。,WindowsAzure的主要目标是为开发者提供一个平台，帮助开发可运行在云服务器、数据中心、Web和PC上的应用程序。云计算的开发者能使用微软全球数据中心的储存、计算能力和网络基础服务。Azure服务平台包括了以下主要组件：WindowsAzure；MicrosoftSQL数据库服务，Microsoft.Net服务；用于分享、储存和同步文件的Live服务；针对商业的MicrosoftSharePoint和MicrosoftDynamicsCRM服务。,73,谷歌,Chrome浏览器,Google云计算无疑是该领域的领跑者之一，作为互联网行业的巨擘，其早早的就展开的相关研究。现在Google云计算是通过Chrome浏览器来部署的。谷歌希望用过在云计算领域的领先地位，挑战传统的微软模式。现在，谷歌已经计划好了相关的服务模式以及收费模式。,74,IBM蓝云,蓝云建立在IBM在领先的大规模计算领域的专业技术，将基于由IBM软件、系统技术和服务支持的开放标准和开源软件。全球超过200名IBM研究人员参与开发的蓝云，将帮助客户快速和简便的探索云计算基础架构以实现极限规模运算。,75,中国移动的大云,中国移动的“大云”计划开始于,2007年3月，在2007年7月份，中国移动研究院用15台PC基于开源Hadoop系统搭建云计算研究环境；到了2008年10月份，我建立了256个节点的运算平台，开始类似于数据挖掘等等方面应用开发和一些研究工作；2009年8月份，中国移动研究院发布了一个0.5版本的,“大云”系统；,76,瑞星,“云安全”,瑞星“云安全（,CloudSecurity）,”计划是网络时代信息安全的最新体现，它融合了并行处理、网格计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念，通过网状的大量客户端（瑞星卡卡用户）对网络中软件行为的异常监测，获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，推送到,Server端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端,。,77,6.,再谈云计算（,网格技术继承性,）,其实质，云计算技术就是软件即服务,SaaS、网格计算、虚拟化三个概念的结合体。,云计算技术的虚拟化,(Virtualization),虚拟化即基础设施的虚拟化(Virtualization)，核心是传统已经成熟的集群技术和分区技术的结合。集群计算(ClusterComputing)是将多台服务器虚拟为一台服务器的技术，目的是提高计算能力和提升设备的容错、实现负载均衡。集群技术已经广泛应用于操作系统、数据库和中间件等系统软件平台。而分区计算(PartitionComputing)是大型主机和UNIX小型机上一种成熟的技术，就是将一台服务器虚拟为多台服务器，每个虚拟单元叫一个分区，各分区之间是相互隔离的，目的是提高资源利用率。只不过，现在低端的INTEL架构的PC服务器也支持虚拟化而已。,78,网格计算(GridComputing),云计算是网格计算(GridComputing)的另一种表现形式，是相似技术的两种表现形式。,网格计算是一种计算能力提升的方式，其原理是依据并行计算理论，通过任务分解，将子任务分布式提交到其他服务器上运行，以获得更强大计算能力。应用场景：科学计算，天气预报，地震分析、地质勘探、石油勘探等,; 任务特色：重计算，弱流程，少交互;这种计算任务需要消耗大量的CPU计算，对网络流量不大，存储和硬盘访问量不大。,计算模式：任务通过服务分解，分布式计算。,因此，网格计算尽管在IBM等公司大力推动下，实际商业应用并不成功，主要在一些高校、科研机构等建设有这样的实验环境，因为这种计算场景并不普遍。,79,云计算,（,cloud computing,）：,就是解决商业应用环境下的计算资源的虚拟提供更强大计算能力和资源利用率。,应用场景：企业管理，电子政务，电子商务等;,任务特色：弱计算，强流程，多交互,;这种应用很难进行分解，频繁的人机交互，CPU消耗并不大，但存储和硬盘访问量很大，因此网络的访问流量也非常大。,计算模式：资源的虚拟提供更强大的计算能力。,80,云计算和网格计算的技术基础：,网格计算的基础技术就是WebServices，通过任务分解为服务，这些服务可以在分布式的计算环境中，实现和设备无关的标准交互，通过服务的封装，可以实现并行的事务处理。,云计算的平台技术，主要是依赖于SOA，而我们知道SOA的主要实现技术体系也就是WebServices，因此云计算和网格计算的核心技术基础是相似的。,但云计算不再主要依赖并行和分布式细颗粒计算的方法来分解任务。原因是现在硬件速度的提高，加快了任务的执行。,因此，云计算的商业用途将非常广泛，能够得到厂商和用户的大力支持.,云计算是网格技术的飞跃。,81,dell,82,ibm,83,Ms,84,Wuxi cloud computing centre,85,86,Worldwide Marketplace,Your Subtitle Goes Here,最后结束,87,