网络前沿技术赵洋

网络前沿技术

——未来人类社会发展的驱动力赵洋四川省网络与数据安全重点实验室电子科技大学电子科技大学“国培”专题技术讲座引言网络技术的发展主要驱动力来源于对信息采集、传输、处理和应用能力的不断提升，长期的积累已经使得当前的网络技术进入了一个崭新的发展阶段。信息采集信息传输信息处理信息应用物联网移动互联网云计算大数据报告提纲移动互联网技术2云计算技术31物联网技术大数据技术4物联网概念英文名称：TheInternetofthings，简称IOT。“物联网”是指通过装置在物体上的各种信息传感设备，如RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等，赋予物体智能，并通过接口与互联网相连而形成一个物品与物品相连的巨大的分布式协同网络。物联网实质“物物相连的互联网”：物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。主要特征：全面感知；可靠传送；智能处理。物联网特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利用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。利用计算机技术，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。RFID定义RFID（RadioFrequencyIdentification）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。物联网核心技术：RFID读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。物联网核心技术：RFID传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。无线传感器网络（WSN）无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。物联网核心技术：WSN物联网核心技术：WSN体系结构WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构物联网核心技术：应用前景基于RFID的典型案例（一）自助图书馆系统门禁控制使用RFID标识每一本图书利用RFID对每本图书的“唯一”标识进行自动读取读者自助还书（RFID读写器就能立刻确认还书信息）图书分拣由计算机自动完成基于RFID的典型案例（二）医疗卫生系统医疗器械管理和追踪病人病情监控与跟踪案例美国新泽西医疗公司４家医院安装了RFID系统，用以追踪上千名病人和工作人员，以及多达一万件资产。

早在2006年，新泽西州哈肯萨克医学中心将植入式RFID微型标签（芯片）VeriChip植入病患的手臂上臂，用来存取慢性病病人的病况信息。医护人员将使用内置RFID读写器的手持终端扫描病患的VeriChip所在部位，VeriChip上面的16位ID信息及数据库中存储的病患治疗记录，会立刻显示在手持终端上。2008年10月，北京地坛医院开始了其应用RFID的项目——地坛医院追踪管理系统。主要应用在对人员、重要医疗设备以及医疗垃圾车三种对象的实时跟踪管理上。基于RFID的典型案例（三）可口可乐RFID自动装饮料机——FreestyleFreestyle可采用RFID技术来识别30多个调料桶，可提供100多种饮料。每种饮料都是由几种配料组成，当顾客下单时，机器将这些成分以适当的比例混合，并注入顾客的杯子里。Freestyle配备有移动和有线以太网功能，可与可口可乐位于亚特兰大的FreestyleSAP数据管理系统通讯，向公司提供商业分析，机器可以将消耗最多的饮料类型、时间和地点数据上传，还可以接收网络指令。举个例子，如果一个调料桶需要召回，网络指令机器立即停止出售含这种调料的饮料。基于传感网的典型案例（一）Nike+IPod套件2006年5月，耐克和苹果公司合作推出创新的NikeIPod系列产品，将运动与音乐完美结合起来。其中，包括一个内置于鞋中的传感器和一个与IPod连接的接收器。通过NikeIPod运动组件，就可以将Nike运动鞋与IPodnano连接，IPod就可以存储并显示运动的时间、距离、热量消耗值和步幅等数据。跑步后将IPOD与电脑相连开始同步，就可以完美地同步你的跑步和健身数据。该产品甚至还有自己的社交网络：它可以自动发布状态消息。基于传感网的典型案例（一）AdidasmiCoachPACER这是一套跑步装备，包括心律检测器和一个传感器（跟鞋配套），该装置可以用语音提示跑步者在跑步过程中保持目标心率。此外还有一个提供健身计划、设定目标、跟踪进度的支持网站。基于传感网的典型案例（二）农业监测管理温室环境信息采集和控制自动灌溉系统环境信息和动植物信息监测土壤水分监测综合应用IBM:智慧的地球

我们的地球将变得可感应可度量、互联互通、以及更加智能。世界所想，我们所能。智慧的食品——食品跟踪方案IBM同挪威最大食品供应商Nortura附属的IT公司Matiq从农场开始，贯穿供应链，直到超市货架，跟踪家禽和肉类产品。该食品跟踪方案将保证肉和禽类产品在供应链内保持最优状况。智慧的物流IBM和丹麦运输公司ContainerCentralen使用IBM传感器技术“让园艺植物的供应链参与者跟踪观察植物在欧洲40国内从种植者到批发商到零售商的运输过程”。运输环节在配备传感器之后，可以让供应链参与者监视运送过程中的状况和天气，这使得运输过程变得十分透明。智慧的城市、交通、银行、零售…总结目前的物联网应用通过RFID，传感器等技术实现了一定范围内的“物-物”互联，距离庞大的物联网还有很大差距。欧洲EpoSS组织预测物联网的发展是一个漫长的过程，将经历四个阶段：

2010年之前，物联网主要表现为RFID技术在物流、零售和制药领域的广泛应用2010—2015年，电子标签和传感器网络集成，实现物品之间的信息互联

2015—2020年，互联物品进入半智能化

2020年之后，逐渐进入全面智能化的物联网报告提纲移动互联网技术2云计算技术31物联网技术大数据技术4移动互联网时代21移动互联网发展趋势移动互联网成为当前全球信息产业竞争的焦点移动互联网定义从终端的定义：用户使用手机、上网本、笔记本电脑、平板电脑、智能本等移动终端，通过移动网络获取移动通信网络服务和互联网服务从技术层面的定义：以宽带IP为技术核心，可以同时提供语音、数据、多媒体等业务的开放式基础电信网络移动互联网四要素移动互联网的特点相对于PC

移动终端的CPU处理能力有限；存储空间较小；键盘操作较不方便；电池电量以及带宽有限；从外形到操作系统内核个性化,用户一般都会随身携带。概括地说移动终端在个性化、永远在线、位置性等方面强于PC；在处理能力、显示效果、开放性等方面则无法和PC相提并论。移动互联网的特点

由于移动终端具有小巧轻便、随身携带两个特点决定了移动互联网应用应具有下列新特征而不是传统互联网应用的简单复制和移植：接入移动性：移动终端的便携性使得用户可以在任意场合接入网络，移动互联网的使用场景是动态变化的。时间碎片性：用户使用移动互联网的时间往往是上下班途中工作之余出差等候间隙等碎片时间数据传输具有不连续性和突发性。生活相关性：移动终端被用户随身携带具有惟一号码与移动位置关联等特性使得移动应用可以进入人们的日常生活满足衣食住行吃喝玩乐等需求。终端多样性：目前各手机厂商分足鼎立有各自不同的操作系统和底层硬件终端类型多样尚未形成统一的标准化接口协议。移动互联网核心技术：4G通信技术高速率:10Mbit/s。灵活性强:自适应地进行资源分配兼容性好:兼容目前的GSM、CDMA和TDMA用户共存性:低、高速用户能够并存与互通业务多样性:个人通信、信息系统、广播和娱乐等整体化技术基础较好：OFDM、无线接入、软件无线电等随时随地的移动接入：多媒体业务接入，随时随地接入自治的网络结构：自动管理、动态改变自己的结构获得新IP地址IP地址改变，重新建立连接在已建立的通信连接中传送数据包IPsrcIPdstDataIPnsrc(IPsrc，IPdst，Ports，Portd)（IPnsrc，IPdst，Ports，Portd）IPsrcIPdstData移动互联网核心技术：移动性问题29移动互联网核心技术：移动性问题接入路由器1通信对端移动节点接入路由器2ADDR2ADDR1DATAIP地址的改变对于通信对端和上层（IP层以上）是透明的移动节点需要一个在移动过程中保持不变的标识不中断已经建立的连接通信对端始终能够找到移动节点家乡地址移动互联网应用案例（一）：电子阅读Amazon亚马逊2008年一共售出50万部Kindle电子阅读器。远远高于之前预期的38万部。去年7到9月，21万部Kindle通过网络被激活。另据报道，亚马逊来自Kindle的营收到2010年将至12亿美元。而在日本，早在2005-2006年，电子阅读就已经被炒的非常火热。对国内运营商和厂商来说，电子阅读业务和电子阅读器市场无疑是移动互联网必争之地。随着人们对移动互随联网接受程度的提高，手机游戏将成为一个朝阳产业。网络游戏曾经创造了互联网的神话，也吸引了一大批年轻的用户。随着移动终端性能的改善，更多的游戏形式将被支持，客户体验也会越来越好。未来几年手机游戏可能成为娱乐的先锋，与传统游戏产业相辅相成。移动互联网应用案例（二）：手机游戏车载移动电视，手机网络电视等产品将逐渐占领市场。移动互联网应用案例（三）：移动视听移动互联网应用案例（四）：LBS服务基于用户的位置，向用户提供新闻、天气等实时信息，用户可以通过相应的LBS应用查询火车、公交、当地黄页类的信息。实现技术多样化网络接入技术多元化移动终端解决方案多样化网关技术推动内容制作的多元化商业模式多元化广告类商业模式：如门户网站和移动搜索内容类商业模式：如付费信息类、手机流媒体、移动网游、UGC类应用服务类商业模式：如即时通信、移动导航和移动电子商务移动互联网发展趋势报告提纲移动互联网技术2云计算技术31物联网技术大数据技术4引言《纽约时报》租用亚马逊的云计算服务，使用基于云计算的开源软件Hadoop，将其自1851年以来的1100万份报道转变成可搜索的数字化文档，耗时仅一天。如果用传统方法，这项工作可能要数月才能完成。最近兴起的云计算甚至可以让你体验每秒10万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。云计算的产生和演进计算能力的需求的增长云计算发展路线并行计算分布式计算网格计算云计算并行计算ParallelComputing是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题特点：把计算任务分派给系统内的多个运算单元大型机的多CPU和多存储器并行计算问题的特征将工作分离成离散部分，有助于同时解决随时并及时地执行多个程序指令（多条线同时运行）多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时分布式计算DistributedComputing所谓分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。特点：把计算任务分派给网络中的多台独立的机器优点：稀有资源可以共享通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载可以把程序放在最适合运行它的计算机上网格计算GridComputing网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源（包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等）连成一个逻辑整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应用服务（计算、存储、访问等）网格计算是分布式计算的一种，是分布式计算封装云计算相关概念云计算云计算是为用户提供无限计算资源的商业服务，是能够自我管理计算资源的系统平台，是应用服务按需定制、易于扩展的软件架构。并行计算分布式计算网格计算CPU运算资源存储资源网络带宽云计算相关概念云云是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本。云的类型公用云，私有云，混合云计算资源的演进：从集中到分散再到集中全世界只需要5台电脑就足够了

——托马斯·沃森个人用户的内存只需640K足矣

——比尔·盖茨计算时代网络时代云时代云计算特点超大规模：服务器群虚拟化：可以看作是一片用于计算的云高可靠性：冗余副本、负载均衡通用性：支撑千变万化的实际应用高可扩展性：灵活、动态伸缩按需服务：按需购买极其廉价：不再需要一次性购买超级电脑安全：摆脱数据丢失、病毒入侵方便：支持多终端、数据共享云计算的几大形式云计算服务类形基础设施即服务（IaaS）软件即服务（SaaS）平台即服务（PaaS）基础设施即服务（实用计算、虚拟化）IaaS——InfrastructureasaService是为IT行业创造虚拟的计算和数据中心，使得其能够把计算单元、存储器、I/O设备、带宽等计算机基础设施，集中起来成为一个虚拟的资源池来为整个网络提供服务。用多少算多少AmazonWebServices，简作AWS弹性计算云EC2（ElasticComputeCloud）——计算简单存储服务S3（SimpleStorageService）——存储GoogleAppEngine平台即服务PaaS——PlatformasaService把服务器平台或开发环境作为一种服务提供的商业模式从系统定制到PaaS

的800app不再需要任何编程即可开发包括CRM、OA、HR、SCM、进销存管理等任何企业管理软件软件即服务SaaS——SoftwareasaServiceSaaS是一种基于互联网提供软件服务的应用模式。软件租赁：用户按使用时间和使用规模付费绿色部署：用户不需安装，打开浏览器即可运行不需要额外的服务器硬件软件（应用服务）按需定制云计算关键技术：虚拟化技术动态迁移在不中断服务的情况下，将VM迁移到其他的物理服务器上分区在单一物理服务器上同时运行

多个虚拟机隔离在同一服务器上的虚拟机之间

相互隔离封装整个虚拟机都保存在文件中，而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机云计算关键技术：分布式文件系统分布式文件系统分布式文件系统是指在文件系统基础上发展而来的云存储分布式文件系统，可用于大规模集群。具有高可靠性、高访问性能，能够在线迁移、复制，能够自动负载均衡，实现了元数据与数据分离。云计算关键技术：分布式数据库分布式数据库分布式数据库能实现动态负载均衡、故障节点自动接管，具有高可靠性、高性能、高可用、高可扩展性，在处理PetaByte级以上海量结构化数据的业务上具备明显性能优势。云计算关键技术：云安全安全、隐私在云计算时代，安全设备和安全措施的部署位置有所不同；安全责任的主体发生了变化。原来，用户自己要保证服务的安全性，现在由云计算服务提供商来保证服务提供的安全性。云计算提供给传统安全厂商以极大的优势来提高服务质量和水平。解决云计算安全问题的办法和传统的解决安全问题的办法一样，也是策略、技术和人的三个要素的组合。云计算应用实例（一）—IaaSAmazonEC2(ElasticComputeCloud)S3(SimpleStorageService)SimpleDBSQS(SimpleQueueService)云计算应用实例（二）—PaaSTheAzure™ServicesPlatform(Azure)主机位于微软的数据中心，是一个基于Internet的云服务平台。提供操作系统和一系列的开发服务,各种服务可进行自由组合。云计算应用实例（三）—SaaS云计算技术的发展趋势

用户的使用习惯以桌面为核心——>以Web为核心“瘦”用户端未来研究热点：Web数据集成、个人数据空间管理、数据外包服务、安全及隐私问题等。报告提纲移动互联网技术2云计算技术31物联网技术大数据技术4全球每秒钟发送2.9百万封电子邮件，一分钟读一篇的话，足够一个人昼夜不息的读5.5年…每天会有

2.88万个小时的视频上传到Youtube，足够一个人昼夜不息的观看3.3年…推特上每天发布5千万条消息，假设10秒钟浏览一条信息，这些消息足够一个人昼夜不息的浏览16年…每天亚马逊上将产生6.3百万笔订单…每个月网民在Facebook上要花费7千亿分钟，被移动互联网使用者发送和接收的数据高达1.3EB…Google上每天需要处理24PB的数据…在web2.0的时代，人们从信息的被动接受者变成了主动创造者BigData时代到来引言TBPBZBEB大量新数据源的出现则导致了非结构化、半结构化数据爆发式的增长根据IDC监测，人类产生的数据量正在呈指数级增长，大约每两年翻一番，这个速度在2020年之前会继续保持下去。这意味着人类在最近两年产生的数据量相当于之前产生的全部数据量数据量增加数据结构日趋复杂这些由我们创造的信息背后产生的这些数据早已经远远超越了目前人力所能处理的范畴大数据时代正在来临..BigData时代到来大数据时代的来临1.Volume2.

Variety3.value4.Velocity结构化数据、半结构化数据和非结构化数据如今的数据类型早已不是单一的文本形式，订单、日志、音频，能力提出了更高的要求沙里淘金，价值密度低以视频为例，一部一小时的视频，在连续不间断监控过程中，可能有用的数据仅仅只有一两秒。如何通过强大的机器算法更迅速地完成数据的价值“提纯”是目前大数据汹涌背景下亟待解决的难题实时获取需要的信息大数据区分于传统数据最显著的特征。如今已是ZB时代，在如此海量的数据面前，处理数据的效率就是企业的生命大数据是指无法在一定时间内用传统数据库软件工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集合什么是BigData数据量巨大全球在2010年正式进入ZB时代，IDC预计到2020年，全球将总共拥有35ZB的数据量什么是大数据2011年5月，在“云计算相遇大数据”为主题的EMCWorld2011会议中，EMC抛出了BigData概念BigData名词由来大数据概念的由来大数据技术将被设计用于在成本可承受（economically）的条件下，通过非常快速（velocity）的采集、发现和分析，从大量化（volumes）、多类别（variety）的数据中提取价值（value），将是IT领域新一代的技术与架构企业用以分析的数据越全面，分析的结果就越接近于真实。大数据分析意味着企业能够从这些新的数据中获取新的洞察力，并将其与已知业务的各个细节相融合什么是BigData技术大数据技术云计算与大数据白云下面数据跑蓝蓝的天上白云飘如果数据是财富，那么大数据就是宝藏，而云计算就是挖掘和利用宝藏的利器！没有强大的计算能力，数据宝藏终究是镜中花；没有大数据的积淀，云计算也只能是杀鸡用的宰牛刀！云计算与大数据CAP博弈分区容错性是不能牺牲的AmazonDynamo是一个经典的分布式Key-Value存储系统，具备去中心化，高可用性，高扩展性的特点，但是为了达到这个目标在很多场景中牺牲了一致性。A+P支付宝这样的交易和账务数据则是非常敏感的，通常不能容忍超过秒级的不一致C+PKeyValue分布式存储系统查询速度快、存放数据量大、支持高并发不能进行复杂的条件查询辅以实时搜索引擎进行复杂条件检索、全文检索，可替代并发性能较低的关系型数据库，节省几十倍服务器数量B+TreeHash算法大数据关键技术—KeyValue大数据时代下的系统需求Highperformance–高并发读写的需求

高并发、实时动态获取和更新数据HugeStorage–海量数据的高效率存储和访问的需求

类似SNS网站，海量用户信息的高效率实时存储和查询HighScalability&&HighAvailability–高可扩展性和高可用性的需求

需要拥有快速横向扩展能力、提供7*24小时不间断服务大数据处理技术需求高并发读写高效率存储和访问高可扩展性和高可用性低成本建设运维保证一致性的开销过大，难以实现高并发存储性能受限于控制器，性能难以保证关系型表单存储难以适应不同数据类型上亿行数据的超级达标效率极低传统基于盘阵的存储设备，造价昂贵，且市场垄断严重，建设成本居高不下，扩容成本尤其高许可和维护花费高昂无法简单的通过添加服务节点来扩展数据容量和负载能力，难以