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物联网与云计算 2011-10-29 刘龙 物联网由来 物联网架构 物联网应用 物联网与云计算 物联网概念的发展历程 1995 1998 1999 2005 Bill Gates在《未来之路》中提及物联网概念 MIT的 Kevin Ashton：把RFID技术与传感器技术 应用于日常物品中形成一个“物联网” EPC global 的Auto-ID中心：物联网是成千上万的物 品采用无线方式接入了Internet的网络。这是物联网 概念真正的提出。 ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设 备互连的网络。 2008 IBM：互联网＋物联网＝智慧地球 物联网概念的发展历程 2008年-美国 智慧地球 2009年-欧盟 物联网行动 2009年-日本 i-Japan战略 2009年-韩国 u-Korea战略 2009年-中国 感知中国 •IBM提出的“智慧地球”概念（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）已上升至美国的国家战略。该战略 认为IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装 备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接， 形成“物联网”。2009美国总统奥巴马在其就职演说中着重提到了“智慧的地球”，并决定投资110亿美元 进行智能电网的研究建设； •物联网行动计划。具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、 理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（Internet of Things-An action plan for Europe），以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括14项内容，主要有管理、 隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机 制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。 •i-Japan战略。在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用。2004年，日本信息通信产业的主管 机关总务省（MIC）提出2006～2010年间IT发展任务——u-Japan战略。该战略的理念是以人为本，实现所有 人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U=ForYou（Ubiquitous,Universal, User-oriented, Unique），希 望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人（anytime, anywhere, anything, anyone） 均可连接的泛在网络社会”。 •继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会 （ubiquitous society），也就是在民众的生活环境里，布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术 应用（如DMB、Telematics、RFID）等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。其最终 目的，除运用IT科技为民众创造食衣住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，亦希望扶植IT产业发展新兴 应用技术，强化产业优势与国家竞争力。 •感知中国。2009年8月7日温家宝总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心或者叫“感知中国” 中心。 物联网概念 物联网（Internet of Things) Internet：计算机通过标准协议连接形成的全球性网络 Things：客观世界的物理实体 Internet of Things: 由可唯一标识的物理实体通过标准协 议形成的全球性网络。 物联网是由具有自我标识、感知和智能的物理实 体基于通信技术相互连接形成的网络，这些物理 设备可以在无需人工干预的条件下实现协同和互 动，为人们提供智慧和集约的服务。传感网是物联 网的基础，是物联网的组成部分 相关概念澄清 智慧地球 M2M 传感网 物联网 泛在网络 不包括 一个或几个网络 初期：传输 后期：融合，协同 多网络、多技术 异构协同智能： 跨技术、跨网络、 跨行业、跨应用 传感器+近距离无线通信 （低速、低功耗） 传感器网+近距离无线通信 RFID、二维码 近距离中高速通信 内置移动通信模块各种终端 传感器网+近距离无线通信 RFID、二维码 近距离中高速通信 内置移动通信模块各种终端 通信终端：手机、上网卡等 物-物 物-物 人-物 物-物 人-物 人-人 应用层 网络层 基础网络 终端 通信对象 物联网由来 物联网架构 物联网应用 物联网与云计算 RFID RFID定义 • RFID（Radio Frequency Identification ）即射频识别技术，俗称电 子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、 登记、储存和管理。 RFID系统组成 • 电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁 反射原理与读写器进行通信； • 读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备 ； • 天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线 接口相连。 物联网的特征 感知 传输 智能 全面感知 可靠传输 智能处理 利用RFID、传感器、二 维码等能够随时随地采集 物体的动态信息。 通过网络将感知的各种 信息进行实时传送。 利用云计算技术，及时地对海量的 数据进行信息控制，真正达到了 人与物的沟通、物与物的沟通。 物联网的架构 • 应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等等 不同的应用系统。 应用层 • 网络层，即进行信息交换的通信网络，包括有Internet、WIFI网以及无线通信网络等网络。 • 数据采集指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技 网络层 信息采集层 术获取物品编码信息的过程。 物联网的架构 物联网应用层 物联网网络层 物联网感知层 提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标 将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的 解决方案集 关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决 方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发 广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施 是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部 分 关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网 络 感知层是实现物联网全面的感知的核心能力 是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的 部分 关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型 化和低成本的问题 物联网的架构 上层：互联网络 互联网络 服务决策 云计算 物联网的信息存储 物联网的计算决策 移动、3G网络 中层：泛在接入 局域网络 无线网络（蜂窝、WiFi等） 有线网络 WIFI、WIMAX 接入网 个域网络 下层：物物网络 智能嵌入式设备 感知、标识和通信 协同、互动 家居网络 家 居 网 络 感知网络 物物网络 物联网由来 物联网架构 物联网应用 物联网与云计算 物联网应用领域 城市管理 智能家居 物联网 环境监测 国防军事 智能交通 工业监控 防灾减灾 医疗监护 物联网应用频谱 库存、车队、监控、导航、识别、货物 设备、安全、节能 照明、信号、应急、灾害、识别 设备、临床、辅助诊断、病程 智能运输 生产、安全、防灾、水电油气 智能建筑 公共安全 大地勘测、森林、地震、海洋 数字化医疗 工业自动化 物流、零售、自动服务 遥感勘测 移动POS 物联网 管理平台 供应链 交易、订单、跟踪、识别 石化 险情、油井、运输、管线 消防 农业 电力 联动、消防栓、定位、调度 军事 气象 降水、防洪、远程设备 污染检测、报警 环境保护 煤炭 林业 水务 侦查、监控、定位、评估 金融 大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪 通风、瓦斯、救灾定位 抄表、监控、节能 防火、勘察、报警 电子支付、实时信息 水质、水量、污染、安全 物联网—感知城市 市政 管理 节能 减排 公共 安全 智慧 城市 智能 园区 智能 建筑 智能 交通 智能交通 – 交通引导 – Bus通告 – 停车场信息获取 – 事件发现/处理/发布 – 车辆自身状况的发布 – 乘客通信和娱乐 – 城市人员分布/流动 – 自动收费 1 智能交通物联网 人自身的通信过程： 智能交通物联网 人自身获取、处理信息的局限性： 智能交通物联网 物联网通信技术突破局限性： 发展智能交通物联网时机成熟 硬件与通信成本显著下降 ITS物联网所需的移动网络及无线通信技术已经成熟 ITS物联网 发展机遇 政府要求、绿色环保交通理念的推广 移动通信网络IP化，运营商积极投身物联网大潮 经济发展刺激交通的发展 物联网发展过程中面临的五个主要技术问题 （1）技术标准问题 世界各国存在不同的标准。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。 2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与 信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(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。 （2）安全问题 信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。 （3）协议问题 物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门， GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。 （4）IP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，IPv4资源即将耗尽， 那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与 IPv4的兼容性问题。 （5）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，如何满足终 端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。 物联网由来 物联网架构 物联网应用 物联网与云计算 云计算基础架构 Paid Services User Submit Requests Software Hardware Storage Internet Cloud Service Network 云计算与传统IT成本对比 Buy & Own Hardware, System Software, Applications often to meet peak needs. Install, Configure, Test, Verify, Evaluate Manage .. Finally, use it $$$$$....$(High Cost) Cloud Computing Subscribe Use Pay as you Go Every 18 months? Classical Computing Saving about 80-95 % of the total cost $ - pay for what you use, based on QoS 数据中心成本统计 Datacenter Cost ($Billion) Total Number of Servers (Million) Electricity and Cooling Cost 300 50 Server Management and Maintenance Cost Server Equipment Cost 250 40 Total Number of Servers 200 30 150 20 100 10 50 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 云计算与传统IT成本对比 传统方式 云计算方式 100% 当 前 IT 支 出 软件 和其它 成本 劳动力成本 (操作和维护) 部署 (一次性) 折旧 (和分摊) 软件和其它成 本 (- 20%) 劳动力成本 ( - 80.7%) 折旧 ( - 91.6%) 每年操作 的成本 (21%) 服务性的云计算 云服务分类 Application Cloud Services Platform Cloud Services Compute & Storage Cloud Services Co-Location Cloud Services Network Cloud Services 物联网产业链中的云计算 上游 物理层 感知层 设备制造 传感器 RFID GPS 摄像机 下游 网络传输 移动通信网 广电广播网 宽带接入网 企业专网 云计算 SaaS PaaS IaaS 架构服务 软件服务 应用软件 中间件 系统集成 应用服务 测试 认证 运营 管理 物联网+互联网+云计算 谢谢！