物联网与云计算技术报告

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1、物联网、云计算技术概述 山东大学1/70问题的提出什么是：物联网、云计算、互联网？他们之间有怎样的关系？今天他们为什么如此热议？v 我将以问题开始今天的报告，并以问题结束。开始的问题，在我报告的最后回答；结束时的问题留给企业回答。山东大学2/70目录山东大学一二三物 联 网云 计 算结 束 语3/70目录山东大学一二三物 联 网云 计 算结 束 语4/70123目录山东大学一4物 联 网物联网定义和意义物联网背景与现状物联网关键技术与难点物联网的应用5/70O t nt f h g物联网定义物联网:IT：Inere o Tinsv 基本定义：将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外

2、感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。v 欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。v ITU 定义：from anytime, any placeconnectivity for anyone, we will now haveconnectivity for anything。山东大学6/70物联网定义v 技术理解物联网是指物体的信息通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。v 应用理解物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网

3、”又与现有的“互联网”结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式去管理生产和生活。v 通俗理解将RFID（无线射频识别）和WSN（无线传感器网络）结合为用户提供生产生活的监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的服务。山东大学7/70物联网三大特征v 全面感知 利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。v 可靠传递 通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。v 智能处理 利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。山东大学8/70物联网的意义v 物联网使得世界万物充满智能，

4、智慧无处不在。山东大学9/70123目录山东大学一4物 联 网物联网定义和意义物联网背景与现状物联网关键技术与难点物联网的应用10/70559 8国际关注v 未来之路：早在199年，比尔 盖茨在未来之路一书中就提及过“物联网”，限于当时的技术条件，这个新概念并没引起关注。v 十年成长：200年 ，国际电信联盟（ITU）在信息社会世界峰会上发布了互联网报告2005：物联网，正式提出“物联网”概念。v 智慧地球：200年1月2日，美国总统奥巴马就职后不久，对IBM提出的“智慧地球”（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）概念给予积极回应，并上升至美国国家战略。由此引发了世界各国对物联网的广泛关注。山

5、东大学11/709D9总理重视v 200年8月7日，国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察,指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的T技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。v 200年1月3日温家宝在北京人民大会堂发表题为让科技引领中国可持续发展的讲话,指出要着力突破传感网、物联网的关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发。山东大学12/70物联网成为焦点v 经济危机下经济复苏的动力 过去的10年间，互联网技术取得巨大成功,推动经济快速增长。目前的经济危机让人们再次寻找技术手段，物联网技术作为

6、当前推动经济增长的特别重要的推手成为各国关注的焦点。v 传感技术的发展成熟 随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。v 网络接入和信息处理能力大幅提高 目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。云计算技术的发展将为物联网提供强大的计算能力。山东大学13/702S国内研究状况v 1999年,中科院启动了传感网研究。目前,已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。v 2009年11月1日，中科院、江苏省政府、无锡市政府在无锡宣布共建

7、中国物联网研究发展中心,共建”感知中国”创新基地。v 在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国等一起，成为国际标准制定的主导国之一。v 2004年以来,山东大学信息学院先后成立了无线射频技术(RFID)、无线传感器网络（WN）、云计算、数据挖掘等专项研究小组,力图使用云计算技术、物联网与人工智能技术相结合,推进中国信息化进程。山东大学14/7000物联网的前景v 2009年，仅浦东机场直接采购传感网产品金额为4000多万元，加上配件共5000万元。业内专家称，若全国近20家民用机场如果都加装防入侵系统，将产生了上百亿的市场规模。v 美国权威咨询机构FORRESTER预测，到220年，世界上物物

8、互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比，“物联网”是下一个万亿级的通信业务。山东大学15/70123目录山东大学一4物 联 网物联网定义和意义物联网背景与现状物联网关键技术与难点物联网的应用16/70物联网连接示意图山东大学17/70物联网应用示意图山东大学18/70物联网层次结构v 感知层 承担信息的采集（通过智能卡、RFID电子标签、各种物理量传感器等）v 网络层 承担信息的传输（无线传感网、移动网、固网、互联网、广电网等）v 应用层 完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务，以实现物-物、人-物之间的识别与感知，发挥智能作用。山东大学19/70I FD

9、物联网关键技术RFIDRFD技术是物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，RI标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别。传感技术在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动。无线网络技术物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距

10、离的蓝牙技术和红外技术。山东大学20/70物联网关键技术人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理。云计算平台物联网的发展离不开云计算技术的支持。物联网中的终端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的“大脑”,实现对海量数据的存储、计算。山东大学21/709( 2( 34 G G( 7 86 .x0P46物联网的四个主要难点v 技术标准问题 世界各国存在不同标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。200年

11、9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1国际标准化)、PG 标准体系与系统架构)、PG(通信与信息交互)、PG(协同信息处理)、P5(标识)、P6安全)、PG(接口)和PG(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。v 数据安全问题 信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。v IP地址问题地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，Iv资源即将耗尽，那就需要IPv（67123个/平方米 ）来支撑。IPv协议已经从实验室走向了应用阶段。v 终端问题 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足

12、终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。山东大学22/70123目录山东大学一4物 联 网物联网定义和意义物联网背景与现状物联网关键技术与难点物联网的应用23/70物联网应用示例食品安全v 给放养的牲畜中的每一只动物都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。种类：山羊产地：宁夏香山出栏时间：09年9月因特网羊肉的种类、产地、出栏时间？山东大学24/70物联网应用示例人体健康v 人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常

13、，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。山东大学25/70摄像机及云台.含可移动摄像机.摄像机及云台.物联网应用示例平安城市建设v 利用部署在大街小巷的传感器，实现图像敏感性智能分析并与110、119、120等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。山东大学26/70物联网应用示例智能家庭v 智能家庭是各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”,并实现随时随地对智能设备的控制。信息通信山东大学数字家庭娱乐生活27/70物联网应用示例v 机场安全 上海浦东国际机

14、场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。v 智能公交 上海移动的“车务通”将在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。v 电力管理 江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置， 对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。山东大学28/70信息学院车辆传感网络v 车辆传感器网络由移动车辆节点与固定的路侧基础设施（RFID路标或基站）组成

15、。通过车载无线通信设备，车辆节点具有无线通信能力。可以对车辆进行定位，可以智能诱导交通，避免交通拥塞现象，可以为车辆选择泊车位置。山东大学29/701农村信息化二期“智慧农村”实现“精细农业”-v 智能灌溉、施肥 传感器检测土壤的湿度以及营养元素浓度,把数据发送到云计算平台,云计算平台分析是否应该灌溉或施肥,如果需要,则启动自动营养系统进行灌溉和施肥。山东大学30/702农村信息化二期“智慧农村”实现“精细农业”-v 病虫害防治 放在田间的传感器通过害虫声音、叶子状态等信息传到云计算平台,云集算平台分析处理之后控制田间自动管理系统或者提醒农民采取措施进行病虫害防治。山东大学31/703农村信息

16、化二期“智慧农村”实现“精细农业”-v 种子农药化肥标记卡 农民买了种子农药化肥的时候,可以利用其上的标签查询它们的真伪以及正确的使用方法,既可以避免上当受骗,又可以使得农民了解种植中的注意事项，提高作物质量、产量。山东大学32/70农村信息化二期智能农业分析平台自动除虫施肥系统自动灌溉系统云计算平台牲畜免疫跟踪平台山东大学温湿度检测病虫害检测33/70目录山东大学一二三物 联 网云 计 算结 束 语34/7012345目录山东大学二云 计 算云计算时代来临云计算关键技术云计算服务层次云计算应用实例开源云计算平台及云架构35/70云计算概念v 服务模式角度：云计算是一种全新的网络服务模式，将传

17、统的以桌面为核心的任务处理转变为以网络为核心的任务处理，利用互联网实现自己想完成的一切处理任务，使网络成为传递服务、计算力和信息的综合媒介，真正实现按需计算、网络协作。v 技术角度：云计算（CloudComputing）是对并行计算（ParallelComputing）、分布式计算 （DistributedComputing）和网格计算（GridComputing）的发展或商业实现。山东大学36/70云计算的特点超大规模高可扩展性虚拟化按需服务高可靠性极其廉价通用性山东大学37/70云计算时代来临v 数据在云端：不怕丢失、不必备份、可以任意点的恢复。v 软件在云端：不必下载自动升级。v 无所不

18、在的计算：在任何时间、任意地点、任何设备登录后就可以进行计算服务。v 无限强大的计算：具有无限空间、无限速度。40多亿的移动电话山东大学PDA个人电脑和笔记本电脑企业电脑和服务器38/70云计算前景辉煌GoogleTrends统计显示：在2007年末云计算才被该系统统计，并且一直处于升趋势。而同时，网格计算、集群计算、分布式计算等概念呈现下降趋势。美林预测，到2011年，云计算销售收入将达到1600亿美元。Cloud ComputingCluster ComputingGrid Computing山东大学39/7012345目录山东大学二云 计 算云计算时代来临云计算关键技术云计算服务层次云计

19、算应用实例开源云计算平台及云架构40/70云计算关键技术并行计算山东大学分布式计算云计算网格计算41/70云计算关键技术并行计算v 并行计算是通过高速网络相互联接的两个以上的处理机相互协调，同时计算同一个任务的不同部分，从而提高问题求解速度，或者求解单机无法求解的大规模问题。Parallel Algorithm山东大学networkParallel Programming42/70云计算关键技术分布式计算v 分布式计算是利用互联网上的计算机的 CPU 的闲置处理能力来解决大型计算问题的一种计算科学。一个工作被分成多个任务包，同时在通过网络连接起来的计算机上运行山东大学43/70云计算关键技术网

20、格计算v 网格计算是指分布式计算中比较广泛使用的子类型。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。 它可以分析来自外太空的电讯号，寻找隐蔽的黑洞，并探索可能存在的外星智慧生命；可以寻找最大的质数，破解数学难题；可以分析气候的变化，应对环境问题。山东大学44/70云计算关键技术效用计算v 效用计算（UtilityComputing）是一种提供计算资源的商业模式，用户从计算资源供应商获取和使用计算资源并基于实际使用的资源付费。简单说，是

21、一种基于资源使用量的付费模式。效用计算主要给用户带来经济效益。山东大学45/70云计算关键技术虚拟化v 云计算中心使用虚拟化技术管理服务器资源。虚拟化指对计算资源进行抽象的一个广义概念。虚拟化对上层应用或用户隐藏了计算资源的底层属性。它既包括使单个的资源（比如一个服务器，一个操作系统，一个应用程序，一个存储设备）划分成多个虚拟资源，也包括将多个资源（比如存储设备或服务器）整合成一个虚拟资源。山东大学46/70云计算技术难点v 高可靠的系统技术 支撑云计算的是大规模的集群计算系统，当系统规模增大后，可靠性和稳定性就成为最大的挑战之一。v 可扩展的并行计算技术 并行计算技术是云计算的核心技术，也是

22、最具挑战性的技术之一。多核处理器的出现增加了并行的层次性能使得并行程序的开发比以往更难。v 海量数据的挖掘技术 云计算面对的是TB乃至PB级的海量数据，如何从数据中获取有效的信息，这将是决定云计算应用成败的关键。v 数据安全技术-云安全技术 将原本保存在本地、为自己所掌控的数据交给一个外部的云计算服务中心，这样一个改变并不容易。网络技术的发展，使得带宽将不会成为主要障碍，安全性依旧是最重要的顾虑。山东大学47/7012345目录山东大学二云 计 算云计算时代来临云计算关键技术云计算服务层次云计算应用实例开源云计算平台及云架构48/70云计算服务层次SaaSSoftware as a Servi

23、cePaaSPlatform as a ServiceIaaSInfrastructure as a Service山东大学49/70o e o gtn eoo云计算服务层次v 软件即服务SaaS 使用基于web的软件提供在线软件服务，例如，国内厂商八百客、沃利森的CRM、ERP的在线应用，用友、金蝶的在线财务软件，国外的Salesfrc.cm、RihNow提供的CRM在线应用。v 平台即服务PaaS 提供集成开发环境、服务器平台等服务，用户使用PaaS开发应用程序并通过互联网和其服务器传给其他用户。例如，GoogleApEngie让用户可以Googl的基础架构上运行网络应用程序，AmaznS

24、3提供简单存储服务。v 基础设施即服务IaaS IaaS服务向用户提供基本的计算、存储和网络资源，用户基于这些资源，可安装任意的操作系统软件和应用软件以完成计算。例如 AmaznEC2为用户提供弹性云计算服务。山东大学50/7012345目录山东大学二云 计 算云计算时代来临云计算关键技术云计算服务层次云计算应用实例开源云计算平台及云架构51/70EGOOGL的云计算平台Google最早提出了“云计算”的概念。Google提出了一整套基于分布式并行集群方式的基础架构，利用软件来处理集群中经常发生的节点失效问题。山东大学52/70BIM的“蓝云”计划ApacheVirtualMachineVir

25、tualMachineVirtualMachineVirtualMachineTivoli Monitoring AgentOpen Source Linux with XenData Center System xVirtualized Infrastructure based on Open SourceLinux & XenMonitoringProvisioning Baremetal & Xen VMIBM通过将Tivoli、DB2、WebSphereIBMMonitoring v.6DB2ProvisioningManager v.5.1WebSphereApplication S

26、erver与硬件产品（目前是x86刀片服务器）集成，为企业架设一个分布式、可Provisioning Management Stack山东大学全球访问的资源结构。53/70微软的云计算平台v 微软推出了名为“AzureServicesPlatform”的云计算平台,我们可以把WindowsAzure理解云计算中心的操作系统，它的底层是数据中心中数量庞大的Windows64位服务器。WindowsAzure通过底层的结构控制器（FabricController），有效的将这些服务器组织起来，给前端的应用提供计算和存储能力，并保证其可靠性。山东大学54/70oAmaz n的弹性计算云平台EC2v

27、EC2是Amazon所开发的云端运算服务环境，它提供客户租赁虚拟执行环境，以供企业开发、测试或执行自己的应用程序，客户可以选择每个执行环境的规格，自己定义需要的内存空间、运算单位及储存空间等。山东大学55/70百度的框计算v 框计算为用户提供基于互联网的一站式服务，是一种简单可依赖的互联网需求交互模式，用户只要在框中输入服务需求，系统就能明确识别这种需求，并将该需求分配给最优的应用或内容资源提供商处理，最终返回给用户相匹配的结果。未来，打开电脑或其他任何终端，桌面上只有一个简单的框，你往框里输入你想要什么，框就会自动识别你的需求。山东大学56/70阿里电子商务云阿里巴巴目标：用云计算的两大核心

28、，海量存储和海量计算，为中小企业信息化服务。山东大学57/70瑞星云安全2009年1月至11月，“云安全”收集的病毒样本，经过去重、验证后共计：15,306,914个，其中，软件上报（可疑文件扫描、主动防御、启发扫描、卡卡）11,939,393个，主动挖掘3,367,521个。山东大学58/7012345目录山东大学二云 计 算云计算时代来临云计算关键技术云计算服务层次云计算应用实例开源云计算平台及云架构59/70i oAbClud企业级开源云计算平台v Abiquo公司推出的一款开源的云计算平台公司推出的一款开源的云计算平台“abiCloud”，使公司能够以快速、，使公司能够以快速、简单和可

29、扩展的方式创建和管理大型、复杂的IT基础设施 (包括虚拟服务器，网络，包括虚拟服务器，网络，应用，存储设备等等)。AbiCloud的主要特点在于其强大的Web界面管理。你可以通过拖拽一个虚拟机来部署一个新的服务。山东大学60/70y usEucalpt 开源云计算平台v Eucalyptus 项目(Elastic Utility Computing Architecture for LinkingYour Programs To Useful Systems)是是 Amazon EC2 （IaaS）的一个开源实现，它的实现依赖于 Linux 和 Xen 进行操作系统虚拟化。 Eucalyptu

30、s 是加利福尼亚大学（Santa Barbara）为进行云计算研究而开发的。）为进行云计算研究而开发的。山东大学61/70/10genMongoDB开源云计算平台v 10gen 是一项新的PaaS的技术，旨在帮助开发者快速、轻松地建立动态的、可扩展的网站和应用，并可以保证网站具有海量伸缩性。10gen的开源项目是MongoDB，它是一个基于分布式文件存储的数据库开源项目，旨在为WEB应用提供可扩展、高性能的数据存储解决方案。山东大学62/70isEnomalm弹性计算平台v Enomalys Elastic Computing Platform (ECP)是一个可编程的虚拟云架构是一个可编程的

31、虚拟云架构，ECP平台可以简化在云架构中发布应用的操作。Enomalism云计算平台是一个EC2 风格的IaaS平台，它提供了一个功能类似于Amazon EC2的云计算框架。的云计算框架。山东大学63/70云计算平台的架构v 目前，云计算平台架构并没有一个统一标准，各大公司依据自己公司的特点推出自己的云计算服务，他们的平台架构也尚未公开。v 纵观各大公司的云计算服务，例如Yahoo、IBM、Amazon，他们的云计算服务主要建立在Hadoop分布式计算平台之上。世界上最大的Hadoop集群在Yahoo，拥有6000个结点、3200个内核、16TB的硬盘。v Hadoop分布式计算平台是分布式计

32、算平台是Google云计算平台的开源实现，成为当云计算平台的开源实现，成为当前各大云计算平台的事实标准。山东大学64/70Hadoop分布式计算平台的组成v Map/Reduce编程框架编程框架 Map/Reduce是一种高效的分布式编程模型，同时是一种用于处理和生成大规模数据集的实现方式。 其思想是：先分解，后汇总。v HDFS高分布式文件系统高分布式文件系统 HDFS是一个高度容错性的文件系统，适合部署在廉价的机器上。HDFS能提供高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用。 HDFS的主要目标就是即使在出错的情况下也要保证数据存储的可靠性。v Hbase分布式数据库分布式数据库-与

33、目前典型的与目前典型的DB2、 Access 、MySql的关系型数据库不同 Hbase是一个分布式开源数据库，基于Hadoop分布式文件系统，其目标是处理非常庞大的数据表，用普通的计算机处理超过10亿行的数据。山东大学65/70信息学院针对农村信息化的云服务架构通过物联网控制农业生产山东大学66/70云服务器硬件虚拟化低廉的价格节能山东大学67/70目录山东大学一二三物 联 网云 计 算结 束 语68/70vvv结 束 语2010年年1月月19日：日： 省发改委专家企业座谈会：讨论制定IT领域领域“十二五十二五”发展规划：发展规划：vvv信息化新高度农村信息化网络信息化 WSN（USN）引入

34、产业链云计算 cloud computing物联网 -向前端推- RFID、ASIC软件转变增长方式：嵌入式软件（包括COS)、工业化软件集于系统的 （system based） 中国软件各城市 如南京 成都三网合一-国家政策已理顺集成电路设计应用大发展-同时带动硬件（芯片）和嵌入式软件制定政策保证“产学研”结合 国家重大专项运作的形式山东大学69/70结 束 语v 2009年年1月月25日省经信委专家座谈会：讨论日省经信委专家座谈会：讨论”传感器“产业v 已确定组织”物联网“重大专项， 下设三个子课题，并开始做相应规划：1 传感器产业子专项规划；2 集成电路设计子专项规划；3 RFID子专项

35、规划。子专项规划。山东大学70/70vvvvv结 束 语物联网、云计算、互联网三者间的关系=无线传感网、云计算、互联网=智慧地球；它可产生巨大的经济效益、是目前独一无二的、无可比拟的产业链！可以预计：在“十二五”期间，在IT信息技术领域，会产生一系列的革命性变革！很可能发生在：无线通信领域（网络结构：IPv6、4G、跨层结构）、计算机与服务器（瘦客户端+高速宽带网络+与计算服务器）、智慧地球（以物联网、无线城市、数字城市为标志的）；以应用驱动（而不是技术驱动！）、以物联网、云计算为引擎、以嵌入式和工作化软件的大发展为标志的一场信息化革命时代就要到来；在机遇与挑战面前，我们准备好了吗？山东大学71/70山东大学72/70