生活中的物联网技术应用-第九讲

生活中的物联网技术应用第九讲物联网应用层技术9.2人工智能技术9.4其它技术9.3数据挖掘技术9.1云计算技术2.3应用层应用层包括各类用户界面显示设备以及其他管理设备等，这也是物联网体系结构的最高层。应用层根据用户的需求可以面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容效劳。应用层主要技术2.3应用层9.1云计算云计算概念是由Google提出的，其核心思想是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供相应效劳。现状：随着互联网技术的飞速开展，信息量与数据量呈爆炸性增长，计算机的计算能力和数据的存储能力已经远远满足不了人们的需求；传统解决方法：通过购置更多先进的设备来实现快速计算和大存储容量，这样大大提高了本钱费用，并且设备数量的不断增加使得各种存储体系结构之间的差异也不断扩大，由此造成网络中的存储资源很难得到充分的利用和合理的管理；云计算产生：云计算将待处理的数据送到互联网上的超级计算机集群中进行计算和处理，这样就可以有效地降低应用计算的本钱。自从云计算的概念提出来以后，立刻引起业内各方极大的关注，现在已成为信息领域的研究热点之一。9.1.1云计算概念6云计算定义9.1.2云计算概述狭义云计算是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源，广义云计算是指效劳的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的效劳，这种效劳可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的效劳，它具有超大规模、虚拟化、可靠平安等独特功能。其中提供资源的网络被称为“云〞，如下一页图所示，“云〞是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型效劳器集群，包括计算效劳器、存储效劳器、宽带资源等，“云〞中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。7云计算定义9.1.2云计算概述8云计算根本原理与特点9.1.2云计算概述云计算的根本原理是利用非本地或远程效劳器〔集群〕的分布式计算机为互联网用户提供效劳〔计算、存储、软硬件等效劳〕，这使得用户可以将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。云计算可以把普通的效劳器或者PC连接起来以获得超级计算机的计算和存储等功能，但是本钱更低。云计算真正实现了按需计算，从而有效地提高了对软硬件资源的利用效率。云计算的出现使高性能并行计算不再是科学家和专业人士的专利，普通的用户也能通过云计算享受高性能并行计算所带来的便利，使人人都有时机使用并行机，从而大大提高了工作效率和计算资源的利用率。云计算模式中用户不需要了解效劳器在哪里，不用关心内部如何运作，通过高速互联网就可以透明地使用各种资源。9云计算根本原理与特点9.1.2云计算概述云计算的主要特点包括：〔1〕计算资源集成提高设备计算能力；〔2〕分布式数据中心保证系统容灾能力；〔3〕软硬件相互隔离减少设备依赖性；〔4〕平台模块化设计表达高可扩展性；〔5〕虚拟资源池为用户提供弹性效劳；〔6〕按需付费降低使用本钱。10云计算与其他超级计算的区别9.1.2云计算概述现代超级计算基于先进的集群技术构建，即常说的网格计算技术〔GridComputing〕，它是伴随着互联网开展起来、专门针对复杂科学计算的新型计算模式，利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个虚拟的“超级计算机〞，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点〞，而整个计算是由成千上万个“节点〞组成的“一张网格〞，其结构如以下图：11云计算与其他超级计算的区别9.1.2云计算概述云计算是从网格计算演化来的，但并不等同于网格计算，云计算是一种生产者—消费者模型，云计算系统采用以太网等快速网络将假设干集群连接在一起，用户通过因特网获取云计算系统提供的各种数据处理效劳。而网格系统是一种资源共享模型，资源提供者亦可以成为资源消费者，网格侧重研究的是如何将分散的资源组合成动态虚拟组织。12云计算应用领域9.1.2云计算概述目前亚马逊、微软、谷歌、IBM、英特尔等公司纷纷提出了“云方案〞，例如亚马逊的AWS(AmazonWebServices)、IBM和谷歌联合进行的“蓝云〞方案等，这对云计算的商业价值给予了巨大的肯定。同时学术界也纷纷对云计算进行深层次的研究，例如谷歌同华盛顿大学以及清华大学合作，启动云计算学术合作方案〔AcademicCloudComputingInitiative〕，推动云计算的普及，加紧对云计算的研究。领域应用场景科研地震监测海洋信息监控天文信息计算处理医学DNA信息分析海量病例存储分析医疗影像处理网络安全病毒库存储垃圾邮件屏蔽图形和图像处理动画素材存储分析高仿真动画制作海量图片检索互联网Email服务在线实时翻译网络检索服务13云计算应用领域9.1.2云计算概述对于云计算的众多应用与效劳，可以细分为以下7个类型：〔1〕SaaS〔软件即效劳〕；〔2〕PaaS〔平台即效劳〕；〔3〕按需计算；〔4〕MSP〔管理效劳提供商〕；〔5〕商业效劳平台；〔6〕网络集成；〔7〕云端网络效劳。14云计算体系结构中的层次是可以分割的，即某一层次可以单独完成一项用户的请求而不需要其他层次为其提供必要的效劳和支持，其体系结构由5局部组成，分别为应用层，平台层，资源层，用户访问层和管理层。9.1.3云计算关键技术云计算体系结构15云计算技术层次与上述的云计算效劳层次不是一个概念，后者从效劳的角度来划分云的层次，主要突出了云效劳能给我带来什么。而云计算的技术层次主要从系统属性和设计思想角度来说明云，是对软硬件资源在云计算技术中所充当角色的说明。从云计算技术角度来分，云计算主要由4局部构成：物理资源、虚拟化资源、中间件管理局部和效劳接口，如以下图所示：9.1.3云计算关键技术云计算体系结构16云计算以数据为中心，是一种新型的数据密集型超级计算，在数据存储、数据管理、编程模式等多方面具有自身独特的技术，同时涉及了众多其他技术，如下表所示，包括数据存储技术、数据管理技术、编程模式等。9.1.3云计算关键技术云计算关键技术技术类型具体技术设备架设数据中心节能，节点互联技术改善服务技术可用性技术，容错性技术资源管理技术数据存储技术，数据管理技术任务管理技术数据切分技术，任务调度技术，编程模型其他相关技术负载均衡技术，并行计算技术，虚拟机技术，系统监控技术17物联网是通过给每一个对象赋予唯一的标识符，将物与物、人与物联系起来的新型网络，把物体本身的信息通过传感器、智能设备等采集后，收集至一个中心平台进行存储和分析，因此需要一个海量的数据库和数据平台把数据信息转换成实际决策和行动。假设所有的数据中心都各自为阵，数据中心的大量有价值的信息就会形成信息孤岛，无法被有需求的用户有效使用，所以在许多实际应用领域，云计算常和物联网一起组成一个互通互联、提供海量数据和完整效劳的大平台。9.1.4云计算与物联网的结合18云计算和物联网的概念及应用当前已成为我国乃至全球的战略开展方向，一方面云计算需要从概念走向应用，另一方面物联网也需要更大的支撑平台以满足其规模的需求，这恰好是两者的紧密结合点，云计算譬如人的大脑，而物联网那么是人的五官和四肢，云计算为大规模的物联网应用提供了强大的存储、计算与效劳中心平台。云计算与物联网的结合方式可以分为以下几种：

〔1〕单中心、多终端；〔2〕多中心、大量终端；〔3〕信息分层处理、海量终端。9.1.4云计算与物联网的结合云计算－物联网支撑平台19在基于云计算的物联网系统架构中，物联网的感知层充当了数据信息采集与反控的重要角色。传感器技术作为现代科技的前沿技术，同计算机技术与通信技术组成现代信息技术的三大根底,，也为当今物联网的开展铺平了道路，传感器更是物联网在工业领域应用的关键。为了满足物联网大规模、低本钱、无人值守、环境复杂、电池供电等外界环境条件，智能传感器需满足以下条件：〔1〕微型化；〔2〕低本钱；〔3〕低功耗；〔4〕抗干扰；〔5〕灵活性；9.1.4云计算与物联网的结合数据采集与反控20随着物联网系统规模不断增大，数据量急剧攀升，数据存储和查询的压力越来越大，物联网系统数据存储与管理的瓶颈问题越发突出，传统的效劳器和数据库的磁盘IO能力、效劳器处理能力有限，处理能力提升代价高昂，正是在这种形势与需求下，云数据中心应运而生。9.1.4云计算与物联网的结合云数据中心21基于对云数据中心需求的不断更新，新一代云数据中心将是个能够高效利用能源和空间的数据中心，并支持企业或机构获得可续开展的计算环境。高利用率、自动化、低功耗、自动化管理成为了国内新一代云数据中心建设的关注点。具体特征如下：〔1〕数据集中，提高效率；〔2〕平安与可信；〔3〕存储虚拟化；〔4〕绿色低碳；〔5〕流程自动化；〔6〕模块化。9.1.4云计算与物联网的结合云数据中心22随着物联网应用领域的多样化以及应用规模的逐渐扩大，其功能需求已不仅仅局限与数据的存储与查询，提出了更高层次、更复杂多样的效劳要求。云效劳中心按照效劳类型大致可以分为三类：软件作为效劳(SAAS)、平台作为效劳(PAAS)和根底设施作为效劳(IAAS)。9.1.4云计算与物联网的结合云效劳中心第九讲物联网应用层技术9.2人工智能技术9.4其它技术9.3数据挖掘技术9.1云计算技术2.3应用层9.2人工智能人工智能(ArtificialIntelligence，简称AI)是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的根本理论、方法和技术。根本概况什么是人工智能？人工智能(ArtificialIntelligence)，英文缩写为AI，又称智能模拟，它是一个知识信息处理系统，主要研究如何使计算机去做类似人类智能的工作。什么是人工智能技术？它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能技术是计算机学科的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反响的智能机器。根本概况研究的主要目标？

主要目标就是希望用现代科学技术的手段来扩展人类智能系统的能力。是对人的意识、思维的信息过程的模拟，它不是人的智能，但能像人那样思考，也可能超过人的智能。人工智能的学科范畴当前的人工智能既属于计算机科学技术的一个前沿领域，也属于信息处理和自动化技术的一个前沿领域。还涉及到智能科学、认知科学、心理科学、脑及神经科学、生命科学、语言学、逻辑学、行为科学、教育科学、系统科学、数理科学以及控制论、科学方法论、哲学甚至经济学等众多学科领域。人工智能实际上是一门综合性的交叉学科和边缘学科。人工智能学科结构2023/12/27人工智能研究领域智能机器人·虚拟现实技术与应用·系统仿真技术与应用·工业过程建模与智能控制·人工智能理论·计算机感知·计算机神经网络·建筑智能化技术与应用·人工智能其他学科人工智能研究领域模式识别与智能系统

模式识别就是通过计算机用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读。知识发现与机器学习

机器学习主要研究如何使计算机能够模拟或实现人类的学习功能机器翻译

利用计算机把一种自然语言转变成另一种自然语言的过程2023/12/27开展情况孕育期〔1956年以前〕主要成就是提出了人工智能的思想，在数理逻辑、计算机理论和计算机模型等方面取得丰硕的研究成果。〔英国数学家“阿兰·麦席森·图灵〞首次提出“机器也能思维〞〕形成期〔1956-1970年〕主要是对定理证明、一般问题求解、计算机博弈、人工程序设计语言、模式识别等方面的早期研究。〔AI诞生于一次历史性的聚会——Dartmouth达特莫斯会议〕暗淡期〔1966-1974〕过高预言的失败，给AI的声誉造成重大伤害。“20年内，机器将能做人所能做的一切。〞——西蒙，1965开展情况知识应用期〔1970-1988年〕专家系统〔医学、地质勘探等〕、计算机视觉、机器人、自然语言理解、机器翻译等AI应用研究获得开展。集成开展期〔1986-〕人工智能研究进入稳步增长的阶段，人工智能技术和方法论的开展始终保持较高的速度，实用化进程也步入成熟阶段。知识创造知识应用知识创新开展情况在中国的开展1981年中国人工智能学会在长沙艰难成立，其后长期得不到国内科技界的认同，智能挂靠中国社会科学院哲学研究所，直到2004年才得以“返祖归宗〞，挂靠到中国科学技术协会。实际应用

机器视觉，指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，专家系统，自动规划，智能搜索，定理证明，博弈，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程等。实际应用实际应用实际应用优秀的研究公司及机构苹果：Siri微软：小冰、小娜微软小冰除了智能对话之外，〞微软小冰“还兼具群提醒、百科、天气、星座、笑话、交通指南、餐饮点评等实用技能。小娜强大的提醒和交通提示功能。〔可播放相关视频〕优秀的研究公司及机构百度：‘百度大脑’的工程可以用技术模拟人脑思维，现在大约已经相当于2~3岁孩子的智力水平。深度学习〔即一种灵感来自于人脑运行方式的人工智能技术，百度成为世界上第一个解决这一技术难题的公司〕。谷歌：无人驾驶和猫脸识别优秀的研究公司及机构美国奇点大学旨在解决“人类面临的重大挑战〞。其研究领域为合成生物学、纳米技术和人工智能等。NEC及日本的一些其他公司主要成就在机器人的研发方面IBM比赛中的Watson，和对弈卡斯帕罗夫的深蓝，相信大家都印象深刻DARPA〔DefenseAdvancedResearchProjectsAgency〕美国国防部先进研究工程局未来开展随着计算机科学技术的开展及网络的普及，计算机的计算能力和数据的存储和处理能力有了很大提升，使得人工智能技术得到空前开展。人工智能时代到来了：机器消失，世界上只有两种东西，生物人与智能人。因为所有设备都被“人化〞了：当然，智能人长相迥异，或是台电脑，或是台冰箱。2023/12/27未来开展人类的担忧美国等国在没有对相关道德和法律问题进行辩论的情况下，已经开始研发具有不同程度自主权的杀人机器人。联合国一位调查员海恩斯在关于"致命性自主机器人"的报告中说，这种杀人机器人将从由人远程遥控，开展至由计算机软件和传感器装置控制。进而全自动执行识别敌人、判断敌情和杀死敌人等任务。然而，这一所谓的突破是非常令人担忧的，因为这种机器人可能误伤已经丧失战斗力的伤员和准备投降的士兵。海恩斯警告，杀人机器人可自行作出攻击目标决定，如果将此类武器补充到武器库，那么可能会"翻开更大的潘多拉魔盒"。〔播放相关视频〕“成功创造人工智能将是人类历史最大事件，假设不懂如何避开风险，这也将是最后的大事。〞——霍金2023/12/27未来开展人工智能的重新认识实际上，人工智能将帮助我们更好地理解我们起初所说的智能的意思。过去，我们可能会说只有那种超级聪明的人工智能产品才能开车，或是在“危险边缘〞节目以及国际象棋大赛中战胜人类。而一旦人工智能做到了那些事情，我们就会觉得这些成就明显机械又刻板，并不能够被称为真正意义上的智能。人工智能的每次成功，都是在重新定义自己。第九讲物联网应用层技术9.2人工智能技术9.4其它技术9.3数据挖掘技术9.1云计算技术数据挖掘概念数据挖掘--从大量数据中寻找其规律的技术，是统计学、数据库技术和人工智能技术的综合。数据