物联网与嵌入式系统57p课件.ppt
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- 联网 嵌入式 系统 57 课件
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1、光电技术与智能控制教育部重点实验室光电技术与智能控制教育部重点实验室1415说明:说明:目前的因特网技术只目前的因特网技术只联结了联结了2-5%2-5%的计算装的计算装置;置;“深度深度”联网需要联网需要“深度深度”嵌入技术:嵌入技术:嵌入式软件将利用网嵌入式软件将利用网络公用资源络公用资源/服务来深服务来深度设计嵌入式系统度设计嵌入式系统;环境监测环境监测智能电力智能电力.智能交通智能交通工业监控工业监控公共中间件公共中间件信息开放平台信息开放平台云计算平台云计算平台服务支撑平台服务支撑平台异构网融合异构网融合资源和存储管理资源和存储管理专用网络专用网络远程控制远程控制下一代承载网下一代承载
2、网M2M无线接入无线接入移动通信网移动通信网互联网互联网低速和中高速低速和中高速短距离传输技术短距离传输技术自组织组网自组织组网技术技术协同信息处协同信息处理技术理技术传感器中间传感器中间件技术件技术传感器传感器二维条码二维条码RFID多媒体信息多媒体信息标识标识解析解析安全安全技术技术QoS管理管理网络网络管理管理应用层应用层网络层网络层感知层感知层物联网应用物联网应用物联网应用支持子层物联网应用支持子层移动通信网、互联网和其它专网移动通信网、互联网和其它专网传感器网络组网和协同信息处理传感器网络组网和协同信息处理数据采集数据采集公共公共技术技术环境监测环境监测智能电力智能电力.智能交通智能
3、交通工业监控工业监控公共中间件公共中间件信息开放平台信息开放平台云计算平台云计算平台服务支撑平台服务支撑平台异构网融合异构网融合资源和存储管理资源和存储管理专用网络专用网络远程控制远程控制下一代承载网下一代承载网M2M无线接入无线接入移动通信网移动通信网互联网互联网低速和中高速低速和中高速短距离传输技术短距离传输技术自组织组网自组织组网技术技术协同信息处协同信息处理技术理技术传感器中间传感器中间件技术件技术传感器传感器二维条码二维条码RFID多媒体信息多媒体信息标识标识解析解析安全安全技术技术QoS管理管理网络网络管理管理应用层应用层网络层网络层感知层感知层物联网应用物联网应用物联网应用支持子
4、层物联网应用支持子层移动通信网、互联网和其它专网移动通信网、互联网和其它专网传感器网络组网和协同信息处理传感器网络组网和协同信息处理数据采集数据采集公共公共技术技术标识层标识层信息采集信息采集信息传递信息传递信息处理信息处理l 将传感器或RFID等采集设备嵌入需要关注和采集的地点、物体以及系统中,实时获取其状态及状态的变化l 建设无处不在的无线网络,对采集到的数据进行安全、有效的传递。l 借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策特点之一:特点之一:学科综合性强学科综合性强 物联网是联接数字世界和物联网是联接数字世界和物理世界的桥梁,通过互联网、云计算和应物理世界的桥梁,通过互联网、云计
5、算和应用,使信息的产生、获取、传输、存储、处用,使信息的产生、获取、传输、存储、处理形成有机的全过程。理形成有机的全过程。物联网技术涉及到计算机、半导体、网络、物联网技术涉及到计算机、半导体、网络、通信、光学、微机械、化学、生物、航天、通信、光学、微机械、化学、生物、航天、医学、农业等众多学科领域,发展物联网将医学、农业等众多学科领域,发展物联网将对相关学科发展起到极强的带动作用。对相关学科发展起到极强的带动作用。2.2.物联网的物联网的技术技术特点特点特点之二:特点之二:产业链条长产业链条长 一方面,发展物联网将加快一方面,发展物联网将加快信息材料、器件、软件等的创新速度,使信信息材料、器件
6、、软件等的创新速度,使信息产业迎来新一轮的发展高潮,大大拓展信息产业迎来新一轮的发展高潮,大大拓展信息产业发展空间。息产业发展空间。另一方面,发展物联网将带动传感器、芯另一方面,发展物联网将带动传感器、芯片、设备制造、软件、系统集成、网络运营片、设备制造、软件、系统集成、网络运营以及内容提供和服务等诸多产业发展。以及内容提供和服务等诸多产业发展。特点之三:特点之三:渗透范围广渗透范围广 物联网将物理基础设施和物联网将物理基础设施和ITIT基础设施整合为一体,将使全球信息化进程基础设施整合为一体,将使全球信息化进程发展重要转折,即从发展重要转折,即从“数字化数字化”阶段向阶段向“智智能化能化”阶
7、段迈进。阶段迈进。物联网将大大加快信息化进程,拓展信息物联网将大大加快信息化进程,拓展信息化领域,其各种应用将快速渗透到经济、社化领域,其各种应用将快速渗透到经济、社会、安全等各个方面,并极大地提高社会生会、安全等各个方面,并极大地提高社会生产效率。产效率。l网络安全问题网络安全问题,从互联网的虚拟空间拓展到物联网,从互联网的虚拟空间拓展到物联网的物理空间,通过网络就可能实现对现实世界的攻的物理空间,通过网络就可能实现对现实世界的攻击,信息安全和危机处置将面临的更大的挑战。击,信息安全和危机处置将面临的更大的挑战。l对计算机病毒的控制对计算机病毒的控制需要新的技术和策略,当一个需要新的技术和策
8、略,当一个连接到物理世界的物联网的网络上爆发病毒,将可连接到物理世界的物联网的网络上爆发病毒,将可能对现实世界造成损害,这也许就是迈向能对现实世界造成损害,这也许就是迈向“黑客帝黑客帝国国”的开端。的开端。l个人权益保护和相应法律法规健全问题个人权益保护和相应法律法规健全问题,“物联网物联网”的目标驱动是更有效的控制和管理,无所不在的连的目标驱动是更有效的控制和管理,无所不在的连接,可能使每个接,可能使每个“物物”、每个人成为一个节点。海、每个人成为一个节点。海量的现实世界信息自动进入网络,一切都将越来越量的现实世界信息自动进入网络,一切都将越来越“透明透明”,信息管理的权限设定将涉及基本的法
9、律,信息管理的权限设定将涉及基本的法律问题,甚至道德伦理问题。问题,甚至道德伦理问题。3.3.物联网时代将带来的挑战物联网时代将带来的挑战1.1.感知:感知:IDID发布机制与识别发布机制与识别2.2.物联网宏观架构物联网宏观架构3.3.通讯(通讯(OSIOSI物理与链路层)物理与链路层)4.4.组网(组网(OSIOSI网络层)网络层)5.5.软件平台、中间件(软件平台、中间件(OSIOSI网络层以上)网络层以上)6.6.硬件硬件7.7.情报提炼情报提炼8.8.搜索引擎搜索引擎9.9.能源管理能源管理10.10.安全安全4.4.物联网物联网的核心技术的核心技术 通过数字对通过数字对“物物”(人
10、、物体、设备、网络、事件)分(人、物体、设备、网络、事件)分类、检索、识别、达到身份认证的目的,是物联网上各种信类、检索、识别、达到身份认证的目的,是物联网上各种信息资源共享和保护的前提。息资源共享和保护的前提。物联网应该具备面向服务的架构物联网应该具备面向服务的架构SOASOA 服务提供方(业务、价格、质量)与客户方(需求)必须互相理解;服务提供方(业务、价格、质量)与客户方(需求)必须互相理解;智能化的语义理解技术,使智能化的语义理解技术,使“物物”之间可通过不同的通信协议或自然语之间可通过不同的通信协议或自然语言可以进行沟通。言可以进行沟通。智能语义理解是物联网智能语义理解是物联网SOA
11、SOA架构的支柱架构的支柱 丰富的理解与表达力,实现丰富的理解与表达力,实现“物物-物物”联通下分布式资源的使用;联通下分布式资源的使用;模块化:可理解、构造复杂语句;模块化:可理解、构造复杂语句;可扩展、兼容,被不同可扩展、兼容,被不同“物物”使用;使用;学习能力:学习能力:“物物”与其他与其他“物物”交互,从而获得对自身、周围环境、任交互,从而获得对自身、周围环境、任务、所在群体或网络状态等更全面、更新的认知。务、所在群体或网络状态等更全面、更新的认知。研究前沿研究前沿 纵向:建立跨领域、业务的物联网通用词库,如中文物联网商业通用动纵向:建立跨领域、业务的物联网通用词库,如中文物联网商业通
12、用动词集、物联网商务协议标准模板集等;词集、物联网商务协议标准模板集等;横向:发展物联网通用词汇横向:发展物联网通用词汇/模板的编码方式,如电子商务可扩充标识语模板的编码方式,如电子商务可扩充标识语言(言(ebXMLebXML)等。)等。影响物联网通讯的主要因素:影响物联网通讯的主要因素:节点的移动性、价格、尺寸、能源、功率、部署方式、维护需求等;节点的移动性、价格、尺寸、能源、功率、部署方式、维护需求等;网络与应用环境:应用需求、基础设施、干扰、自扰因素。网络与应用环境:应用需求、基础设施、干扰、自扰因素。物理层:频率分配、载波、编码与调制解调物理层:频率分配、载波、编码与调制解调 多频点射
13、频前端和相关协议;多频点射频前端和相关协议;通讯频带与频点定位;通讯频带与频点定位;基于软件基于软件/协议的频点商定技术;协议的频点商定技术;认知雷达(认知雷达(CRCR),自适配频点),自适配频点/段技术;段技术;信道编码、调制解调、纠信道编码、调制解调、纠/容错、信噪识别等。容错、信噪识别等。链路层:信道使用链路层:信道使用 现有信道技术一般为争用(含侦听现有信道技术一般为争用(含侦听/回避,如回避,如WiFiWiFi)和配给(含)和配给(含TD/FDTD/FD,如,如WiMAXWiMAX)两个模式,各针对不同应用;)两个模式,各针对不同应用;发展趋势:智能化、远距、抗干扰、根据环境与网络
14、适配的信道使用模式,以发展趋势:智能化、远距、抗干扰、根据环境与网络适配的信道使用模式,以及低功耗、高数据通量的跨层协议。及低功耗、高数据通量的跨层协议。组网要解决的问题组网要解决的问题 在不同网络拓扑下信息元(如数据包)的发送路径,尤其是大范围在不同网络拓扑下信息元(如数据包)的发送路径,尤其是大范围MESHMESH拓扑、拓扑、自身或其他节点移动时,路由能力需要高度智能化;自身或其他节点移动时,路由能力需要高度智能化;数据流的分布与管理:数据源节点、目标节点的分布,接入点位置;数据流的分布与管理:数据源节点、目标节点的分布,接入点位置;利用跨层信息优化路径和系统各个指标(移动性、稳定性、寿命
15、等)。利用跨层信息优化路径和系统各个指标(移动性、稳定性、寿命等)。通用组网技术通用组网技术 条件组网(基于各种预设的索引信息):支持较大网络容量,算法简单,但移条件组网(基于各种预设的索引信息):支持较大网络容量,算法简单,但移动性差,鲁棒性差,安装维护严重依赖人工。如动性差,鲁棒性差,安装维护严重依赖人工。如IP-IP-v4v4、IP-v6IP-v6、ZigbeeZigbee、Hierarchical State RoutingHierarchical State Routing、Geographical RoutingGeographical Routing、TORATORA等;等;无条
16、件组网(完全自组模式):支持移动节点,鲁棒性较强,但算法复杂,通无条件组网(完全自组模式):支持移动节点,鲁棒性较强,但算法复杂,通讯需求较高,对节点功耗和运算能力也较高。如讯需求较高,对节点功耗和运算能力也较高。如DSDVDSDV、AODVAODV、DSRDSR等。等。研究前沿研究前沿 高效、大规模、完全自组网算法和相关智能化算法:如功耗高效、大规模、完全自组网算法和相关智能化算法:如功耗-流量均衡、链路流量均衡、链路优化、数据延时优化等;优化、数据延时优化等;多种接入方式兼容技术。目前网络多采用多种接入方式兼容技术。目前网络多采用IPIP架构,需后架构,需后IPIP时代的兼容技术;时代的兼
17、容技术;异构网络发现、识别、网际语义理解技术。异构网络发现、识别、网际语义理解技术。微设备的操作系统微设备的操作系统OSOS 全功能协议栈:覆盖物联网的应用全功能协议栈:覆盖物联网的应用-传输传输-网络网络-链路链路-物理各层;物理各层;智能化信息预处理能力。智能化信息预处理能力。软件整合技术软件整合技术 通过物联网面向服务的架构,发现并利用分布式开发的软件模块,形成新通过物联网面向服务的架构,发现并利用分布式开发的软件模块,形成新的功能、业务模式与服务网络。的功能、业务模式与服务网络。研究前沿研究前沿 开放式中间件平台,满足低成本、可互动、模块抽象化等功能;开放式中间件平台,满足低成本、可互
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