物联网系统中的软件(何积丰)32

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1、物联网系统中的软件物联网系统中的软件何积丰 什么是物联网什么是物联网?l 物联网定义物联网定义 我们认为，物联网，从广义上来理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统，它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。l 物联网本质内涵物联网本质内涵n3C（Computation,Communication,Control）融合 n基于计算进程与物理进程深度融合的新计算模式n计算，物理和控制等多学科的交叉与融合 什么是物联网什么是物联网?l物联网

2、目标物联网目标n总体目标：实现信息世界和物理世界的完全融合 n功能目标：使得物理设备系统具有计算、网络通信、精确控制、远程协作和自治五大功能 l 物联网系统构成物联网系统构成n环境感知部分n计算部分n通信网络部分n控制器/执行器部分物联网应用物联网应用农业生产农业生产食品安全食品安全农牧林渔农牧林渔工业生产工业生产供应链管供应链管理理节能减排节能减排工业生产工业生产服务业服务业智能交通智能交通智能电网智能电网智能水利智能水利环境监测环境监测基础设施基础设施/社会管理社会管理医疗健康医疗健康智能家居智能家居安全监控安全监控数字生活数字生活国防军事国防军事零售零售物流物流金融金融来自工业和信息化部

3、科技司世界范围内世界范围内2010年年M2M市场容量估计达市场容量估计达2200亿欧元亿欧元,年增长率为年增长率为49%.美国：美国：RFID第一大应用国，应用案例占全球第一大应用国，应用案例占全球59%。五大电信运营商都加。五大电信运营商都加速开拓速开拓“智能电网智能电网”、M2M等智能等智能欧盟：应用大多围绕欧盟：应用大多围绕RFID和和M2M展开，如医疗、能源、物流、生产、零展开，如医疗、能源、物流、生产、零售等领域售等领域日本：移动支付、电网、远程监测、智能家居和汽车联网等已初具规模日本：移动支付、电网、远程监测、智能家居和汽车联网等已初具规模中国：我国中国：我国M2M用户超过用户超过

4、400万，成为全球第万，成为全球第3大大RF ID市场，传感器网络市场，传感器网络及应用在局部行业开始应用及应用在局部行业开始应用,整体发展规划列入整体发展规划列入2020年为止的国家中长期发年为止的国家中长期发展规划展规划物联网应用处于起步阶段，我国基本与国外同步物联网应用处于起步阶段，我国基本与国外同步来自工业和信息化部科技司我国物联网应用情况我国物联网应用情况传感器应用传感器应用基于传感器的物联网应用基于传感器的物联网应用开始出现在各个领域开始出现在各个领域 浦东机场防入侵应用浦东机场防入侵应用 世博会应用世博会应用 太湖水文及排污监测应用太湖水文及排污监测应用 浙江天目山森林管理浙江天

5、目山森林管理来自工业和信息化部电信研究院我国物联网应用情况我国物联网应用情况RFIDRFID应用应用成为美、英后全球第成为美、英后全球第三大应用市场三大应用市场 2009年年RFID应用份额：应用份额：证照防伪证照防伪45.2%；电子支付占电子支付占24.9%；出入控制出入控制15.9%；仓储物流仓储物流6.4%；物品追踪等其它物品追踪等其它7.6%来自工业和信息化部电信研究院我国物联网应用情况我国物联网应用情况M2MM2M应用应用已规模开展，运营商已规模开展，运营商M2M终端超过终端超过500万万智能电网：南方电网、北京、重庆智能电网：南方电网、北京、重庆 等等104万台电表万台电表 的远程

6、抄表。的远程抄表。智能交通：北京、上海、辽宁等地超过智能交通：北京、上海、辽宁等地超过110万台车载。万台车载。社区管理：重庆市社区管理：重庆市1200部电梯部署带有传感器的部电梯部署带有传感器的 M2M终端。终端。来自工业和信息化部电信研究院lAn ad hoc network of vehicles with sensorslApplications:-Road Traffic Monitoring -On-board Automotive Diagnostics&Notification -Road Surface Diagnostics -Opportunistic Data Tran

7、sportHttp:/cartel.csail.mit.edu/overview.html智能交通智能交通智能交通智能交通l环境感知环境感知n车外的温度、气压、路况、车距、人流等环境信息n车内的座椅压力、烟雾、空调温度等环境信息l多级通信网络多级通信网络n车内的基于CAN总线的局部网（例如车况实时监测、运行状态控制、汽车黑匣子等）n车与车之间的点对点或者点对多点的通信（例如紧急刹车时通知50米车距内的车紧急避让、高速公路上的车距警示等）n车外的客户/服务器模式的前端对后台系统的通信（例如C/S信息服务、故障的在线诊断、远程维护与控制）智能交通智能交通l时空特性时空特性n程序运行的时间和并发概念

8、，以支持实时操作（例如刹车信号同时到达四个轮子，即刹车信号同步）n程序运行的空间概念（例如GPS导航、空间位置、无人驾驶（军事）或者智能巡航时的方向控制）n系统行为是可预测的、可靠的合可验证的l网络化的开环控制网络化的开环控制n发动机喷油嘴和气门实时控制（根据环境动态变化情况）n无人驾驶（军事）、智能巡航等l基于组件验证的系统验证基于组件验证的系统验证由由CAN Bus把汽车电子个把汽车电子个ECU的信息收集至车载的的信息收集至车载的TCU通过无线通通过无线通信后台的信后台的TSP组成汽车远程信息服务系统组成汽车远程信息服务系统智能交通智能交通智能电网智能电网接入接入VZW 虚拟数据网虚拟数据

9、网光纤到电网关键环节光纤到电网关键环节驻地驻地家庭能源管理系统家庭能源管理系统智能建筑与智能设备智能建筑与智能设备数据中心数据中心/NOCVZ 智能中心智能中心骨干骨干EVDO to MPLS 虚拟虚拟IP(MPLS)网网SSSSSMS端到端安全设计与管理端到端安全设计与管理来自工业和信息化部电信研究院智能水利智能水利哈德森河生态保护恢复计划哈德森河生态保护恢复计划从保护环境和资源管理出发，以建立区域经济生态模式、制定区域长远发展政策为中心,旨在帮助管理水产资源，维护山地资源（休憩用地，自然景观和生物多样性），提升流域休闲旅游业，通过提高水质和修复污染重振流域经济。来自IBM钱大群智能水利智能

10、水利IBM新一代水资源管理解决方案新一代水资源管理解决方案由移动和固定无线传感器组成的一个分布式传感器网络通过IBM的新的“流计算”技术进行传感器数据的收集和处理融合采集到的数据信息“创建“可视化的虚拟河流带来的好处带来的好处科学家、教育工作者通过由电脑综合数据形成的“虚拟”河，以进一步了解生态系统，观察沉积物和化学污染物，深入了解人类对水质和鱼类的迁移的影响。帮助政府决策者修定区域发展政策和模式。来自IBM钱大群健康检测健康检测新健康体系康复指导康复指导健康干预健康干预医疗支持医疗支持标准化和标准化和信息安全信息安全新通信技术感知健康感知健康后台数据后台数据处理处理3G增值增值服务服务需求需

11、求支持支持医疗活动健康管理行动融合行动融合应用技术信息技术智能医疗智能医疗来自中国电信3G手机健康管理系统手机健康管理系统女性健康管理女性健康管理 产后产后/育儿管理育儿管理体重管理体重管理食疗管理食疗管理压力管理压力管理慢性病管理慢性病管理企业健康管理企业健康管理老年健康管理老年健康管理心理危机管理心理危机管理美容养生管理美容养生管理 来自中国电信A地B地C地D地提供即时、提供即时、及时医疗咨及时医疗咨询询,给予恰给予恰当的健康指当的健康指导导全时空医院（医疗咨询全时空医院（医疗咨询机构）机构）视频健康管理视频健康管理 互动类健康产品全覆盖的健全覆盖的健康咨询管理康咨询管理体系体系来自中国电

12、信感知健康系列产品感知健康系列产品 医院健康管理医院健康管理 个人健康管理个人健康管理 健康监控无处不在健康监控无处不在 来自中国电信网络化数字医疗服务系统网络化数字医疗服务系统移动支付移动支付日本日本韩国韩国具有具有RFIDRFID移动钱包功能移动钱包功能（FelicaFelica类）的手机类）的手机78007800万万12001200万万移动钱包活跃用户移动钱包活跃用户17001700万万68006800万移动智能卡万移动智能卡360360万万18001800万万T-moneyT-money智能智能卡卡采用采用RFRF功能功能POSPOS商家商家60.860.8万万5050万万市场规模（市

13、场规模（20082008）8484亿美元亿美元来源：ITIF 2009年11月来自工业和信息化部电信研究院智能物流智能物流For internal use onlyl业务挑战业务挑战挪威电信期望通过高增值的业务来扩展他的客户和收入。它将目标瞄准快速成长的物联网市场，这种业务使用RFID和传感器来追踪和监视分散的设备。为了提供新业务，挪威电信需要将传统的解决方案转型为高度灵活、共享的业务平台。基于基于RFID的的M2M解决方案开创新的收入渠道解决方案开创新的收入渠道来自IBM钱大群 For Internal Use Only智能物流智能物流l解决方案解决方案挪威电信与IBM的GBS和GTS合作向

14、中小企业提供基于RFID的资产管理。通过基于IBM 的WebSphere 软件和其它IBM解决方案的SOA体系架构，IBM和Telenor建立了低成本的、服务共享的M2M平台。这个新的M2M平台帮助Telenor为其客户提高了供应链的透明度，优化了决策和业务流程。l带来的好处带来的好处提高了ARPU值开拓了中小企业市场空间 提高了挪威电信网络的无线数据流量来自IBM钱大群 For Internal Use Only3G数字互动教室数字互动教室For internal use onlyl交互式电子白板交互式电子白板l数字讲台数字讲台l电子书包终端设备电子书包终端设备（电子书阅读器、数字课桌、3G

15、手机）：具有电子书阅读功能；手写支持；支持3G（WiFi）等无线联网设备）3G数字互动教室数字互动教室教师教师电子阅读器电子阅读器手写屏教师上课机手写屏教师上课机交互式电子白板交互式电子白板手写液晶屏手写液晶屏学生学生教师可以直接在屏教师可以直接在屏幕上手写批注幕上手写批注师生交互设备，可师生交互设备，可对课件进行批注，对课件进行批注，播放并保存多媒体播放并保存多媒体文件等功能文件等功能完成所有电脑操作，完成所有电脑操作，还能直接在屏幕上还能直接在屏幕上对教案进行圈改、对教案进行圈改、批注、注释批注、注释具有电子书阅读功能；具有电子书阅读功能；手写支持；支持手写支持；支持3G3G（WiFiWi

16、Fi）等无线联网，）等无线联网，可与其它设备交互实可与其它设备交互实时通信；多媒体支持时通信；多媒体支持等功能。等功能。通过阅读器可以从学通过阅读器可以从学校主服务器获取数字校主服务器获取数字版权的教材书籍。版权的教材书籍。3G数字互动教室数字互动教室数字出版与发行（电子书）系统数字出版与发行（电子书）系统无线转感器网与互联网的服务融合系统无线转感器网与互联网的服务融合系统-via sensors network World Wide Sensor Web制约物联网软件发展的主要因素制约物联网软件发展的主要因素l计算科学和物理科学的差异性计算科学和物理科学的差异性n计算需求和物理需求的描述不同

17、n语义框架不同n离散和连续的处理方式不同n系统确认方式不同（形式化验证和仿真技术）l程序缺乏时空特性程序缺乏时空特性n时间和并发语义n空间概念n程序运行没有可预测性，行为没有可验证性制约物联网软件发展的主要因素制约物联网软件发展的主要因素l系统的不确定性问题系统的不确定性问题n影响系统运行的可靠性n影响开环的网络控制 最主要的障碍：缺少一个在统一框架内能把物理资源和网络信息资源实现有机融合的理论基础。这主要源自于计算机科学和控制理论领域无论从技术角度还是文化角度都保持着很大程度上的分离。当前物联网软件的重点研究内容当前物联网软件的重点研究内容l开放式物联网系统结构与运行平台开放式物联网系统结构与运行平台l基于模型驱动的物联网系统设计与验证基于模型驱动的物联网系统设计与验证 l物联网领域语言和高可信软件及其验证物联网领域语言和高可信软件及其验证l从数据到知识从数据到知识l隐私、信任和安全隐私、信任和安全谢谢！谢谢！演讲完毕，谢谢观看！