物联网技术-05课件.pptVIP

三、嵌入式网络感知系统（Embedded Networked Sensing ，狭义“物联网”？） 对物理世界特征信息的获取，是人类与生俱来的本能。 因特网解决了人类与“虚拟世界”的互联。 嵌入式网络将解决我们与“真实世界”的互联。 1、关于嵌入式网络感知系统 是指： 1）将智能化网络化的传感器及执行器，嵌入特定的物理系统或人体中； 2）相互间网络互联并与因特网或电信网相联； 3）以期实现对该系统人们所需的，用常规手段无法获取的，各种信息的感知、传输、处理、存储、显示，并对该物理系统进行监测或控制的目的。 一个嵌入到物理系统内的、接有大量无人看管或很少看管装置的，网络计算系统。 1）EMBEDDED：物理世界中嵌入大量的“装置（devices)”，这些“装置” 可感知，可交互、多媒体。 2）NETWORKED:网络化互联，协同、高层任务执行、协同感知与作用。 3）SENSING：与物理世界紧密结合的传感信号、时空、位置、感知、驱动。 What is Embedded Networked Sensing （ENS）? 2、从“Embedded”到CPS （Cyber-Physical System） “Embedded”的技术挑战： 可嵌入, 低成本的传感器； 鲁棒, 便携, 交互系统； 数据完整，系统可信可靠； 可编程，透明系统； 多量程的传感与执行器。 即：深度嵌入式计算、大规模分布式系统、微尺度传感系统 研究的挑战 问题： 我们怎样构造一个Cyber世界与物理世界 的交互系统？ 难点： 1）我们不知如何确定边界 2）边界总是变化的 3）数字化抽象与现实的连续之间的矛盾 4）复杂系统的不可预见性 一般的嵌入式计算技术难以达到上述目标，于是衍生出“CPS”。 CPS （Cyber-Physical System） CPS是在传统的嵌入式系统基础之上发展而来的一种新理论。它通过计算、通信和控制等技术的有机融合与深度协作，可实现与物理过程的互联和互通，为物理系统增加精确控制、远程协作和自治等新的功能。 CPS以计算与物理过程间的紧密结合 与协调为主要特点。 CPS需要通过传感器、执行器等，并利用 网络实现与物理世界的交互，在该交互过 程中如何对时间、并发行为等进行描述， 以及如何对物理世界中广泛存在的突发事件，温度、能量等物理属性进行描述和分析，成为CPS设计中的新问题。 CPS的基本特征 1）物理系统中的每个组件，具Cyber的能力； 2）网络化； 3）复杂性； 4）动态可重构； 5）高度自动化、闭环控制； 6）高可信； 7）Cyber与物理组件的集成，并具高行能、自组织、自适应、自学习等功能。 CPS的技术挑战 1）基本科学原理 离散与连续、不确定性、复杂性（突变、奇异、混沌、随机）; 2）高可信软件及系统 方法学、工具、可预测性、正确性验证; 3）嵌入式计算 多核多CPU、功耗、操作系统、编程模式、中间件、通信、协同、控制。 3、 从“NETWORKED”到后IP时代 “NETWORKED”的技术挑战： 感知信道不确定； 环境的相容性； 资源有限性； 分布式系统复杂性； 通信 vs. 存储 vs. 处理； 功率 vs. 能量vs. 性能； 泛在移动网络、传感网、移动计算、混网与切换机制、QOS。 探索“后IP”网络的新原理新技术 基于TCP/IP的互联网在安全性、服务质量和可扩展性等方面存在固有的缺陷，必须发展新的网络基础设施。 发展新的网络基础设施有三条途径：第一条是演化法，即在现有互联网基础上提出新的协议；第二条途径是重叠法，即在现有IP网络之上建立重叠网，灵活实现各种先进业务；第三条途径是变革法，即扬弃现有的互联网，发展“后IP”网络。 在继承互联网开放中立等优点的基础上，摆脱现有互联网协议和体系结构的束缚，采用全新思路，从网络科学、体系结构、试验网切入，研发能够满足我国信息社会发展需要的低成本泛在网。 网络已成为信息技术的主体，Internet 可能已是人类历史上最大的工程，但至今没有理论可以解释随机操作的Internet为什么能做到如此大的规模而不崩溃。就如同两千多年前中国没有建筑理论却建成了万里长城。 网络的健康发展必须要基于坚实的科学理论之上，今后几十年发展网络科学是信息领域一项最基础的科研工作。对于网络我们有许许多多问题需要回答，比如： 如果整个Internet网络是一台巨大的计算机，那么，什么是这台计算机的公共编码？什么是它的体系结构？什么是它的地址空间？什么是它的处理器与指令系统？什么是它的编程语言？如何设计与分析它的算