1 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网关键技术介绍 Connecting Things: Internet of Things沈 强 博士后中国科学院声学研究所高性能网络实验室 Email: shenqhpnl.ac.cnhttp:/winet.ece.ufl.edu/qshen/2010年4月27日2 Institute of Acoustics, Chinese Academy of SciencesOutlineq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. 标准关键技术分析物联网简介3 Institute of Acoustics, Chinese Academy of SciencesSession 1: 物联网简介q物联网应用前景分析q五层结构q三层结构4 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences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。5 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网简介 泛在网五层结构q 感知层主要完成信息的收集与简单处理, 部分学者将该层称为感知延伸层, 该层 由传统的WSN、RFID和执行器组成；q 接入层主要完成各类设备的网络接入, 该层重点强调各类 接入方式, 比如3G/4G、Mesh网络、WiFi、有线或者卫星 等方式；q 支撑层又称中间件, 或者业务层q 对下需要对网络资源进行认知, 进而达到自适应传输的目的; q 本层的完成信息的表达与处理, 最终达到语义互操作和信息共享的目的; q 对上提供统一的接口与虚拟化支撑, 虚拟化包括计算虚拟化和存储虚拟 化等内容, 较为典型的技术是云计算；q 应用层主要完成服务发现和服务呈现的工作 。q 网络层为原有的互联网、电信网或者电视 网, 主要完成信息的远距离传输等功能；6 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences感知层层n 智能嵌入式n 标识、感知n 协同、互动网络层络层n 融合接入n 信息存储应应用层层n 数据挖掘n 决策物联网简介 三层结构7 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网简介 中国移动定义的物联网结构8 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences感知层自组织网络：物联网简介 感知层介绍自组织组织网络络示意图图9 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网简介 感知层介绍公共感知层层10 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网简介 网络层介绍城域网/虚拟拟 VPNq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11 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences物联网简介 应用层介绍12 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq（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13 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq1. 物联网架构技术q2. 统一标识技术q3. 通信技术q4. 网络技术Session 2：物联网关键技术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14 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences目标标：信息互通q框架达到健壮、可扩展性以及公平性目的挑战战：q开放的竞争环境，框架必须模块化和可扩 展性qSOA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 求 分 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15 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences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16 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq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17 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences1. 物联网架构技术 我们理解的参考结构Cable NetWiFiZigbee区域 服务务器家庭网关IP/IPv6IP/ID/IPv6有线线相对对分布的集中式管理相对对集中的分布式支撑18 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences1. 物联网架构技术 区域服务器参考结构19 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences1. 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20 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq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?银行卡银行卡会员卡会员卡交通卡交通卡社保卡社保卡公园门票公园门票小额支付卡小额支付卡单位门禁卡单位门禁卡21 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences2. 统一标识技术 需求与研究内容挑战战：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分配问题需求分析目标标：对对物体进进行统统一标识标识q进行物体的区分查找标识标识基本需求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22 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences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23 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq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24 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences3. 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25 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences需求分析目标标：解决海量物体的通信问题挑战战：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26 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences3. 通信技术 当前相关的解决方案多协议的互操作本本体体翻翻译译译译27 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciencesq传感器网络组网方式qRFID组网方式qDTN组网方式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28 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences4. 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29 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences4. 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30 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences需求分析目标标：集合有线和无线方式，实现物体 无缝和透明接入挑战战：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q开发“