2022年物联网关键技术和应用 .pdf

中科院孙利民：物联网关键技术和应用2009 年 11 月 21 日 10:53 来源：人民网无线频道为全面探讨和分享全球物联网产业链成熟度和最新发展情况，特别是物联网作为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮在全球的部署和运营情况。由天地互连公司主办的“2009 无线技术世界暨物联网国际高峰会议”于2009 年 11 月 19 日-20 日在北京国宾酒店顺利举办。中科院软件所研究员孙利民在大会上发表了题为物联网关键技术和应用题演讲。中科院软件所研究员孙利民以下为演讲实录：孙利民：大家好，我来自中科院软件所。我给大家报告的题目是物联网的关键技术，前面中科院的侯老师和几个运营商都谈论了物联网，特别是侯老师谈了物联网上层的概念和发展趋势，运营商从产业界去谈物联网，包括我们Intel 谈到了云计算，这是支撑物联网很好的技术。我以前是从无线传感器网络的，我从这个角度谈一下对于物联网的认识。首先，谈一下我们对于物联网的理解和关键技术，以及一些典型的应用。现在物联网非常热闹，包括了我们的股市，前一段时间听起来与这个相关的都在发生波动。其实有两个事情是相关的，第一个是IBM 的云计算提出了这个概念之后，受到了美国政府的重视，特别是奥巴马政府是作为将来的一个救市重要的发展方向。在中国，温总理在 8 月 7 日到无锡中科院的高新微纳传感网工程技术研发中心时，对该中心对感知中国传感网络的发展做了很好的规划。其实这个概念在很早就提出来了，最早从我们的资料上看到，是98 年 MIT 的 Kevin，他提出了物联网这个概念。他当时的概念是希望把RFID和其他的传感器，与我们平常用到的物品放在一起，嵌入到这些设备里面，使日常的物品联在一起，形成一个比较简单的物联网。然后是由世界上的四个大学，他们成立了RFID的分布式的中心，这个中心研究的方向，就是以 RFID为基础，构建一个全球性的RFID的架构，对我们的物品能够进行实时的跟踪。在 05 年的 ITU 研究报告，就是比较正式的RFID，比较全面正确的认识了物联网相关的内容和知识。美国对于物理上的物联网认识比较多一点，IBM 加上了网络，是在物体上，包括了桥梁、火车、隧道等都加上传感器，通过传感器获取物体的自身状态、周围的环境状态，是把计算的能力、联网的能力都融入进来。它是物体或者是上网，它能够更有智能化。这是 09 年欧洲报告上的东西，他们在这个定义里面叫做InternetofThings。他们认为是物理和虚拟的实体，这个实体是可标识的，在时间和空间上是可移动的。他认为是这样的概念，它具有一些属性，包括了可标识、可通信、可信息交换的，这是任何一个物体都具有的。到上层可以创建、可以管理、可以毁灭其他的物体。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -当然，我们可以看到中间包括一些基本的特性，就是现在的传感器，可以跟我们的环境进行交互，能够使用服务，能够进行资源的竞争。能够参与通信、形成一个网络。物联网这是亿万的物体形成的一个网络，这是非常复杂的网络。在这里面，这个物体怎样进行管理，这个网络怎样管理，它一定要具有自身的特征，能够自适应的学习、自适应的管理等，这是高度的智能化。这是物联网标准的协议，它是一个无缝的接口，这样一个通信的网络成为IoT。在这个物联网里面物体有什么行为特征呢？首先，要是能够积极参与信息的交换、商业过程和商业活动，就是主动性非常强。他对于一些事件能够及时地反应，他能够影响事件的运行、提供一些服务，比如说任何的无题之间通过服务的方式进行。其实，物联网对于我们是比较新的概念，我们在想物联网到底有什么网络特质？首先，从网络的信息量上来讲，它是非常大的，我们任何一个物体，有很多物体都在上网，物体立体的信息，周围有很多的传感器对于它进行信息数据的获取。这样的流量是非常大的，比前面的网络流量大得非常多。第二，很多的设备都接入，这是一个泛在化的接入，这是一个异构的接入。从网络架构上讲，它应该是网络是变化和中心和的，这个方面都具有这样的特点，它是向两端发展。它有网络的高度自治化和协同、智能化。在设备的制造上要小型化，物理安全隐私的易泄露，面临更多安全。我们可以看到，在未来的物联网，它一定是一个立体的感知，这是全面的感知。现在我们人类社会有一个网络，将来的物联网的网络，人和人的通信、物和物的通信，物体也赋予了智能化，物体和物体之间也有关联。它是局部的物体的关联，还有厂家的关联，它把这个带进来，形成了新的网络形态，跟现在的互联网有非常大的差别。类似于我们人类社会的形态和意识，都会在物联网上体现出来。谈到物联网的A 元素和C 元素，我们希望在物联网里面允许任何人、任何物，在任何时间和任何地点，通过任何的网络获取任何的服务。在这里面，它会涉及到很多的技术和方法，包括了聚合、收集、计算、通信、连接等等。物联网将是一个物理世界和虚拟世界的交互，就是任何一个物体，它相当于一个数字的东西在这个地方，它需要一个表示。现在大家都在讲物联网，其实深物联网的关键技术？刚才侯老师从IT 发展这样一个历史的阶段来看，这是很好的解释。下面，从我自己的学术观点看这个东西。从传感器的网络来看，前一阶段走的是感知信息的获取，就是通过把信息抓出来，我能够在办公室里面，看到这个厂房等等，把这个信息收取过来。收取之后我看清了，我敌人摸清了怎么样打他？所以，现在更多的研究是如何通过这个东西应用，下一步的发展可能是物和物的互动。物体和物体之间是相关联的，像数据链一样。数据链是一个服务推动另一个服务，这种关系的挖掘可能不同于现在的网络技术，这也是物联网最核心的技术之一。传感器网络是通过人来看环境，来去获取信息，将来物联网来了之后，更好地降低了人的干预，因为人可能有失误，人的经验不一样。把人的经验提取出来，给无题智能化，所以下一步是往这个方向走。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -这是物联网的构架，下层是感知层，物体技术标识和感知，它在这里面是一个嵌入的设备。物体不仅自己有感知，同时在局部空间里面，他们有互动。人进来之后灯要打开，人离开之后灯要关闭。再往上走是一个接入，包括了我们的Wi-Fi、WiMAX、蜂窝网络等等，接入到互联网上去。其实，在接入的过程中，也要信息的处理、信息的融合，包括我们的信息是存在哪个地方，是放在局部空间，还是放在互联网上去。还有一个是应用和服务，在物联网上我们有信息的存储、数据的挖掘、应用的决策。在物联网的关键技术，有物体标识、体系架构、通信和网络、安全和隐私、服务发现和搜索、软硬件、能量获取和存储、设备微型小型化、标准。在标识方面单个无题可能会有多个标识，不同的用处标识不一样，包括一个负荷的物体，比如说一个汽车部件有轮胎、方向盘，不同的厂家有不同的标识。在这个标识里面一个是这一类的标识，可能我现在要查询一个东西，这个东西不见得是具体的东西，比如说你想要一个饮料或者是哪一个厂家的饮料，而不是拿一个瓶子的饮料。现在的标识有层次结构，将来我们要把隐私的东西是别人看不到的标识，不要让别人看到这个东西就知道是哪个地方的。一个物体有很多的标识，标识之间怎样影射，标识和服务之间怎样影射？标识之间怎样兼容？同时要有利于标识的容易性，不能弄一个标识让人理解非常困难。在未来物联网的体系结构方面，未来的物联网它的感知信息是有局部的互动性，这样它的存储能力和计算能力要往边缘推。同时，我们要挖掘物体和物体的关联性，我们的计算中心都有，在物联网上也有一个大的计算中心，通过计算中心挖掘我们的数据。还有，我们的物体是可移动的，它的统一条件是随时随地都可以上网。我们在局部形成一个自主的网络，现在还有大的网络，这是建设一个网中网的概念。未来的互联网到底是什么框架，对它提出什么要求，研究它的重点在哪个地方。现在大家研究的侧重点，要支持语义的操作，要支持SOA的架构，怎么样支持实践的体系架构，怎样支持分布式的体系结构。作通信技术方面，现在已经有非常多的通信技术，未来物联网的通信技术也是多样的，从人和物之间的通信，到物理世界到现实世界的通信，到我们分布式数据之间的通信。通信的要求是不一样的，在这种情况下我们应该怎样考虑问题，包括我们无线电，包括频率的复用，特别是能够在低功耗的频率系统。在组网方面它是网中网，它要借助有线和无线的技术，要实现无缝透明的接入。在这里面，可能我们更多地现在的以后要研究，包括了传感器网络和移动网络。在网络的管理方面是自干预、自配置，是一个层次性的组网结构。在隐私和安全方面，对于物联网也提出了很高的要求，主要涉及到了一个人的隐私，一个是商业的信任和国家的安全。你都上网了，你出去玩，或者是身体不舒服了，其实你很多个人的隐私想获得服务，很多的东西要交互。另外，像美国的智慧地球，是希望把IT 技术和国家的技术建设融合在一起。我在建大楼、桥梁的时候，其实把很多的传感器、信息部件放进去。在这种情况下，安全怎样考虑？我们怎么保证我们国家的安全？其实提出这个问题，很多人又提出了反对的意见。如果中国的基础设施都可以拿得到，还有什么安全可言？做这一块的难点在什么地方？第一个是资源受限，在这样的情况下我怎么进行加密和认名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -证？人和物体是移动的，在断裂的情况下，我怎么样做安全和认证？这会带来一系列的问题，而这些问题对于现在的安全技术提出了更高的要求。其实现在的能量问题是我们的研究热点，包括了能量获取、能量存储和能量的利用。将来我们的物体都上网了，我们不可以插个电源在那个地方。无题非常小，又是一个主动的设备，可能是要需要电源和计算的，在这种情况下，如何获取能量？还有一个是如何存储，我获取了能量怎样存储？另外一个是我们的高效利用，在不工作的时候我怎样关闭，就是效率要提高。标准化是我们走向产业界的一个重要的部分，其实物联网的称呼更多是社会经济上的称呼。物和物的相连说起来非常好说、记起来也非常容易。但是，往下走下去，标准化是非常重要的。在这里面，标准化我们想物和物的相连，主要是两点，第一个是接口的标准，第二个是数据模型的标准化，在语义上这样解释。不同的网络差距非常大，我怎样在语义说做模型的标准化。同时，从信息的产生和信息的使用上，应该注意信息的完整性、可靠性。因为对于一个物体会有多个感知他，或者是物体在移动的过程中，是断裂的通信，我怎么保证数据的可信性、完整性？现在研究的热点非常多，主要是操作性方面的语义数据模型怎样做标准化。在无线方面频谱分配、发射功率计通信协议的标准化，数据方面就是收集的生成，还有在安全方面就是可靠性方面。这个是欧洲的物联网产业规划图，我们国家层面在推动，可能再一个地方有很多的规划图，我们可以看到标准化里面M2M 的标准，现在各个厂商都有自己的M2M 的标准和M2M的规划。我们与中国电信交流的时候，他说本来是2 年后的计划，现在提前到现在，提前了2 年。可以讲，我们现在很多的示范应用一个人做一个评价，都是过去东西的翻版，并不是真正的互联网。因为很多人问我，你讲讲什么是物联网，深物联网应用。实际上，我也不见得讲得很清楚。比如说我们开一个汽车，汽车是高度智能化、电子化的东西，子开车的过程中，如果前面有碰撞了，高档车马上会停下来。可是在我们开车过程中，可能是道路拥塞，后面可能会告诉你哪里拥塞，帮助你改路线。或者是车辆哪里坏了，已经有问题了，说可以为你上互联网订部件。或者是需要加油的时候，你靠手机或者是其他的东西付费。这样的东西，可能会体现出来物联网的特性。就是在人少干预的情况下，可以实现物与物之间的互联互动。这里有一些例子，是从会议上抓的图。比如说零售业，你需要买的东西有哪些，是不是到货了，哪里打折，你出门的时候已经可以付费了。我们希望在一个商场选红酒的时候，我们可以知道这个产地是哪里，放在哪个酒窖里面等等，我们希望这些信息更加安全，包括了生产地和 5 种基因的信息，都可以获取到。这是药品上的东西，不仅在药瓶上告诉你相关的信息，可能在药片上也告诉你这个药片和其他的药片不能同时吃，如果吃会引起反映。还包括一些健康方面的世亲，比如说我们的衣服上有传感器，对于你的生命参数可以获取，可以发到后方，医生可以知道你的动态。其实这些应用应该讲都是理想化的，还需要一段时间才可以实现。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -在北京我们做到一件事情，可以做智能的管理，还有智能化的小区。应该说，这是物联网非常初步的应用。在最后，我也想讲些自己个人的认识。物联网这个事情现在非常火热，包括我们各级政府和各级企业都在参与这个事情。我个人认为，其实物联网很多的关键技术，其实我们需要进一步的探讨。到底哪个是核心技术，我们做一个项目或者是做一个产品，它的难点在哪个地方，可以体现物联网的特性出来，就是我们做得不一样，或者是比别人更高一点，这个东西我们需要静下心来考虑一下。这样，可以使我们国家物联网的产业和技术，可以走得更加平稳一点、更快一点。谢谢大家！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -