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1、,从物联网谈嵌入式软件的发展,2010.4,物联网中的嵌入式软件发展,背景嵌入式软件发展几点思考,一、背景,1、物联网（IOT）,1999年美国麻省理工学院（MIT）首次,提出物联网的概念Internet of Things,ITU2005年的年度报告：信息与通信技,术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，而万物的连接就形成了物联网,物联网,物联网目标,总体目标：实现信息世界和物理世界的完全融合 功能目标：使得物理设备系统具有计算、网络通,信、精确控制、远程协作和自治五大功能,物联网系统构成,环境感知部分 计算部分,通信网络部分,控制器/执行器部分,物联网孕育着巨
2、大的商机和市场空间预测到2010年，此类市场可超,过7000亿美元 Informa Group尽管手机市场以每年10%的速率增长，但无线机器互联应用是一个高速发展的市场，到2010年底将以每年40%的速率增长。-ABIResearch:May 26,2004从全球市场来看，无线机器互联,硬件,实时监控网络、集成和服务,增值应用和服务,$55B,通信市场将从2004年的199亿美元增长到2010年的2700亿美元。-Alexander Resources.,数据来源:ABI Research到2010年，全球将有超过4000亿台机器装设行动传输功能，让机器与机器进行数据传输，取代人力控制、操作的
3、成本，整体市场规模，将远远超过以个人移动市场。-NTT DoCoMo.,可联Internet设备：巨大市场前景,8,9,说明：目前的因特网技术只联结了2-5%的计算装置；“深度”联网需要“深度”嵌入技术：嵌入式软件将利用网络公用资源/服务来深度设计嵌入式系统；“动态自组”的传感器网络,物联网,应用层,物联网的体系架构绿色农业 工业监控 公共安全 城市管理 远程医疗 智能家居 智能交通 环境监测,物联网网络层,RFID读写器,2G网络,M2M终端,物联网管理中心（编码、认证、鉴权、计费）,3G网络,物联网信息中心（算法库、样本库、信息库）传感器网关,4G网络,传感器网关,物联网,感知层,RFID
4、标签 传感器,摄像头,传感器网络,传感器网络,物联网的三大要素,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借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策,信息处理,信息采集,信息传递,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。,2智慧的地球,在奥巴马就任美国总统后与美国工商业领袖举行的“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一概念。得到了奥巴马的积极回应,“智慧的地球”已经上升至美国的国家战略,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
5、接，形成所谓“物联网”,Agile businesses will embrace the reality and the possibilitiesOur world is becoming,INSTRUMENTEDOur world is becomingINTERCONNECTEDAll things becomingINTELLIGENT,SensorsEventProcessing&IntegrationVisualization&Tuning,New DataNew InsightsProcessInnovation,New&OptimizedBusiness ProcessesL
6、eaders today are benefiting from new sensor data when combined with IBMsbusiness process management,event processing&business optimization capabilities,3“感知中国”,8月7日下午，温家宝来到中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察,在展板前，温家宝驻足许久，听取我国传感网发展和运用的汇报。他不时问道，我们的传感网核心技术处于什么样的水平？与世界先进水平有多大差距？中心负责人回答道，我们起步比较早，标准化和技术有一定优势，但不是最领先的。总
7、理听后说，当计算机和互联网产业大规模发展时，我们因为没有掌握核心技术而走过一些弯路。在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术。,“感知中国”,一是把传感系统和3G中的TD技术结合来,二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展,三是尽快建立中国的传感器心中心，或者叫“感知中国”中心,“感知中国”的相关技术,“感”的技术：,物理设备的嵌入式技术，使物理设备,有“感”的功能,无线传感器网：信息采集和融合现场总线：信息采集和传输,“知”的技术,后台信息处理、控制和服务云计算,4 CPS（Cyber-Physical,System）简介,信息融合物理系统CPS,2006年2月，基于美国国会
8、要求评估美国的技术竞争力和维持提高这种竞争力的要求，美国科学院发布的美国竞争力计划将CPS列为重要的研究项目,美国总统科学与技术顾问委员会(PCAST)2007把CPS作为在网络与信息技术领域的第一项提案 2008年成立的美国CPS指导小组（CPS Steering,Group）在Cyber-Physical Systems Executive,Summary中，把CPS应用放在交通、国防、能源、医疗、农业和大型建筑设施等方面,Cyber-Physical Systems,信息融合物理系统CPS（Cyber-Physical System）融合了Computation、Communicatio
9、n和Control等的,3C技术,把嵌入式的物理设备（已具有Computation）通过无线宽带通信（Communication）与后台数据处理系统相连来达到自治的控制（Control）和信息服务。也就是在嵌入式的物理设备要建立信息采集与处理的信息平台，来达到Low end(嵌入式的物理设备)与,High end(后台数据处理系统)的连接,CPS的3C1.物理设备的信息化Physical Cyber,（Low End:passive data active information）,2.网络和IT系统与物理世界的连接（Low End High End）3.Autonomy，通过互联网组成各种相
10、应的信息服务系统(Reliable service Low End),物理设备的Computation,物理设备的嵌入式，使其具有Computation,Passive data Active information,嵌入式的设计：面向对象 面向角色,即:要软硬件协同设计,CPS Trendphysical infrastructuresSensor NetworksRFIDDisaster Rescue,Medical,Smart Space,Cargo,Logistics,Communication,嵌入式设备（孤岛型）联成网络，使其提高功能和可靠性,嵌入式设备一般无浏览器，需建立信息平台
11、，实现Low end和High end的连接,无线传感器网、无线宽带网和互联网的融合,网络和IT系统与物理世界的连接The Low end:ubiquitous embedded devicesThe High end:complex systems with globalintegration services？,Embedded Systems,GIG,Cloud computing,Control（信息服务）,云计算、海量计算、非结构化数据管理,passive data-active information-reliableservice,Autonomy，突破传统嵌入式系统的框,框，通
12、过互联网组成各种相应自治的控制系统和信息服务系统,物联网,物联网：从广义上来理解，就是一个在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制能力的可控可信可扩展的网络化物理设备系统；它通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。物联网本质内涵 3C（Computation,Communication,Control）融合 基于计算进程与物理进程深度融合的新计算模式 计算、物理和控制等多学科的交叉与融合,无线转感器网与互联网的服务融合系统-via sensors network World Wide Se
13、nsor WebComputer GridTsunami Detection Pollution DetectionWeather ForecastInstrumentSensor NetsCollaborators,Researcher,Historical Data,Software,Model,Workflow,智能交通,An ad hoc network ofvehicles with sensors,Applications:,-Road Traffic Monitoring,-On-board Automotive,Diagnostics&Notification-Road Sur
14、face Diagnostics-Opportunistic Data,Transport,由CAN Bus把汽车电子个ECU的信息收集至车载的TCU通过无线通信后台的TSP组成,汽车远程信息服务系统,数字医疗,据权威机构和相关采样监测数据表明，中国健康服务市场目前规模在100亿以上,为各种类型医疗机构、社区医疗服务的医护人员快速、客,观地判断病人的健康状况提供依据,为一些需要长期监护的病人提供可携带的监护装置,实现健康信息的“个人化”和“家庭化”，有利于疾病的,早发现和早治疗,用配电环节，电能信息采集市场规模分析,通过各种传感器检测身体健康状况,-躯体网络BAN（Body Area Netw
15、ork）,通过定期的检查，减小发作的可能性随时随地可以诊断和治疗通过网络有效地健康管理减小医疗费用,应付紧急情况健康的生活,Dissolve O2,Temperature,Cholesterol ECG Heart beat,血压 ECG 溶解氧 葡萄糖 体温,Blood pH,PercentBody Fat,肥肪的%患者的动向 胆股村l,Glucose,Body movement,由无线传感器网络和互联网组成的健康管理,面向个人的健康管理,面向社区医院健康管理,数字出版与发行（电子书）系统,智能电网“智能电网”融合和集成了新的测量、通讯、控制和决策技术，智能性体现在：,可观测：测量、传感技术
16、 分布智能：嵌入式处理技术 自适应,可控制：对观测状态进行控制 高级分析：数据到信息的转换 自愈,智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，包含发、输、变、配、用和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现电力流、信息流、业务流高度一体化融合。,二、嵌入式软件发展,should be focused,on?,37,Evolution of Computing&ApplicationParadigmsUser-centricOn-demand ServiceNetworkCyber-Physical System,ConnectedClient/ServerComputingStr
17、ucturedMainframe Network-and embedded-enabled Software,ComputingWhat software-enabledtechnologies Makes the resourcesnetwork accessibleMake the applicationsmore feasible to suit thenetwork computingenvironment,物联网对嵌入式软件的要求,物联网三要素：信息采集、信息传递、信息处理,智慧地球的3I：Instrumented、Interconnected、,Intelligent,信息融合物理
18、系统CPS中3C：Computation、,Communication和Control,1、对嵌入式软件产业链的认识,孤岛型嵌入式系统的有限功能已无法满足功能和可靠性的要求；因而需通过无线通信和互联网来组成相应的自治控制和服务系统来提高系统的功能和可靠性；因而也提高了系统的增值服务,基于嵌入式系统的物联网、智慧地球和信息融合物理系统CPS（Cyber-Physical System）成为当前的热点,嵌入式软件就不能单指嵌在嵌入式系统中的软件。嵌入式软件应包括传统的嵌在嵌入式设备中的软件，还应包含相应的嵌入式设备的信息与互联网相连和三网融合的中间件软件，和相应的控制和服务的软件,、嵌入式软件,无
19、处不在，广泛应用,不能只用嵌入式软件编码的大小来衡量,软硬件一体化，通过系统来体现,加强物联网中的信息服务业,嵌入式系统的软硬件协同设计,面向对象设计 面向角色设计,要软硬件协同设计,嵌入式系统软硬件打包成模块,开放应用接口,方便用户使用,2、嵌入式中间件,孤岛型嵌入式系统的有限功能已无法满足需求,物联网是面向物理对象的数据是连续的、,动态的(有生命周期)和非结构化的,与互联网的连接不能简单搬用互联网的,浏览器(面向结构化的),信息通过Internet的注册与应用绑定,在Low end和High end要建立信息中间件,信息平台的中间件OSGi(Open Service,Gateway Ini
20、tiative),OSGi(Open Service Gateway Initiative),1999年3月，由众多公司和机构组成了非盈利性的组织OSGi(Open,Service Gateway Initiative)联盟。,针对汽车电子、家庭网络、移动设备和工业环境这样的特定领域 的与互联网连接的中间件,ew,Fr,am,or,k,DeviceMgmtAgent,DataStoreHandler,Communication,Handler,Phonemanager,AudioWrapper,RFIDWrapper,GPSWrapper,MapMatching,Wrapper,SystemM
21、gmt,PowerMgmt,GUIConnector,MapmatchSW,Watchdog,Datastore,G,U,Phot,on,Embedded Software Architecture:Open Standards(OSGi),Bundle(Application)OSGi,Open standards,JavaOperating SystemDriverDriverDriverHardware,=service,AnyServiceApplication,AnyServiceApplication,TrafficSafetyApp,I,Open architecture,SMF
22、(OSGi framework incl.standard bundles)J9 Virtual MachineQNX(RTOS)CarDevice(Hardware),三、几点思考,1、物联网产业链,物联网产业链中何处是真正经济增长点,经济增长的模式的转变：突出系统的信息服务,不要搞形象工程，多搞一些与民生有关项目,、制约物联网软件发展的主要因素,计算科学和物理科学的差异性,计算需求和物理需求的描述不同 语义框架不同,离散和连续的处理方式不同,系统确认方式不同（形式化验证和仿真技术）,程序缺乏时空特性,时间和并发语义 空间概念,程序运行没有可预测性，行为没有可验证性,制约物联网软件发展的主要因素,系统的不确定性问题影响系统运行的可靠性影响网络控制,最主要的障碍：,缺少一个在统一框架内能把物理资源和网络信息资源实现有机融合的理论基础。这主要源自于计算机科学和控制理论领域无论从技术角度还是文化角度都保持着很大程度上的分离,、当前物联网软件的重点研究内容,开放式物联网系统结构与运行平台,基于模型驱动的物联网系统设计与验证,物联网领域语言和高可信软件及其验证,从数据到知识,隐私、信任和安全,谢,谢,
