大学信息技术基础 课件 项目七 新一代信息技术概述

项目七新一代信息技术概述高等院校公共课系列精品教材大学信息技术基础01人工智能技术PARTONE20%50%1956年，约翰·麦卡锡(J.McCarthy)在达特茅斯会议上首次提出了“人工智能”的概念，这次会议主要参加者有麦卡锡、明斯基、香农、罗切斯特、纽厄尔、西蒙、塞缪尔、伯恩斯坦、摩尔、所罗门诺夫(部分参会人员合影如图7-1所示)，其中前四位是本次会议发起人。人工智能的由来20%50%1.人工智能的基本概念对于人工智能这一概念，不同领域的研究者从不同的角度给出了各自不同的定义。1971年，麦卡锡教授最早将人工智能定义为“使一部机器的反应方式就像是一个人在行动时所依据的智能”。人工智能逻辑学派的奠基人、美国斯坦福大学人工智能研究中心的尼尔森(NilsJohnNilsson)教授认为“人工智能是关于知识的科学，即怎样表示知识、获取知识和使用知识的科学”。人工智能之父、首位图灵奖获得者明斯基(M.Minsky)把人工智能定义为“让机器做本需要人的智能才能够做到的事情的一门科学”。中国《人工智能标准化白皮书(2018版)》认为：人工智能是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。人工智能的由来20%50%2.图灵测试英国著名数学家和逻辑学家、计算机和人工智能之父艾伦·图灵(图7-2)在1950年10月发表了一篇划时代的论文《计算机与智能》，提出了“机器能思考吗”这个问题。文中第一次提出“机器思维”的概念，预言了创造出具有真正智能的机器的可能性，还对智能问题从行为主义的角度给出了定义，由此提出了一个假想：如果一台机器能够与人类展开对话(通过电传设备)而不能被辨别出其机器身份，那么称这台机器具有智能。这就是著名的“图灵测试”，如图7-3所示。人工智能的由来20%50%图7-3中显示的是某一次图灵测试中的对话内容。可以发现，人工智能的回答可谓是天衣无缝，它在逻辑推理方面丝毫不弱于人类。但是在情感方面，人工智能有着天然的缺陷，它只是理性地思考问题，而不会安慰人，那就是缺乏所谓的同理心。虽然图灵测试的科学性受到过质疑，但是它在过去数十年一直被广泛认为是测试机器智能的重要标准，对人工智能的发展产生了极为深远的影响。当然，早期的图灵测试假设被测试对象位于密室中，后来，与人对话的可能是位于网络另外一端的聊天机器人。随着智能语音、自然语言处理等技术的飞速发展，人工智能已经能用语音对话的方式与人类交流，而不被发现是机器人。2018年的谷歌开发者大会上，谷歌向外界展示了其人工智能技术在语音通话应用上的最新进展，比如通过GoogleDuplex个人助理来帮助用户在真实世界中预约了美发沙龙和餐馆。人工智能的由来20%50%近年来，人工智能技术已经被广泛应用于各行各业，并为它们的发展升级注入了新的动力。在实际产品开发方面，人工智能技术也得到了广泛应用，如华为Ascend310AI芯片(昇腾310，一个AI“片上系统”)，百度Apollo开发的自动驾驶平台，众多手机厂家支持指纹识别、语音识别、语音控制、人脸识别等的产品，如图7-4所示。未来人工智能相关技术的发展，不仅将带动大数据、云服务、物联网等产业的升级，还将全面渗透金融、医疗、安防、零售、制造业等传统产业，应用前景广阔。人工智能的应用20%50%1.人机对话学术界和工业界越来越重视人机对话，在任务比较明确的应用领域，人机对话已取得很明显的成效。每年的“双十一购物节”，后台公司要承担500万次以上的客服服务，如果完全采用人工客服，需要3万多名服务人员才能应对。现在，90%以上的询问已由计算机智能客服解决，只有不到10%的询问由人工客服完成。除此之外，人们耳熟能详的基于人机对话技术的产品有苹果公司的Siri、亚马逊的Echo、微软的Cortana以及百度的小度等。人机对话系统经历了语音助手、聊天机器人和面向场景的任务执行3个阶段。目前，人机对话已经在多个行业领域得到了应用，除了电子商务，还包括金融、通信、物流和旅游等。人工智能的应用20%50%2.智能金融人工智能技术在金融业中可以用于服务客户，支持授信、各类金融交易和金融分析中的决策，并用于风险防控和监督，将大幅改变金融现有格局，金融服务将会更加个性化与智能化。百度、腾讯和阿里巴巴3家互联网企业都是智能金融应用起步较早、技术较为成熟的代表。它们不仅开展人工智能技术的基础性研究工作，而且本身具备强大的智能金融应用场景，因此处于人工智能金融生态服务的顶端。阿里巴巴已将人工智能运用于互联网贷款、保险、征信、智能投顾、客户服务等多个领域。根据其公布的数据，网络银行在“花呗”与“微贷”业务上，使用机器学习把虚假交易率降低了近10倍；基于深度学习的OCR(OpticalCharacterRecognition，光学字符识别)系统使支付宝证件校核时间从1天缩短到1秒，并且提升了30%的通过率。人工智能的应用20%50%3.智能医疗随着人工智能、大数据、物联网的快速发展，智能医疗在辅助诊疗、疾病预测、医疗影像辅助诊断、药物开发、精神健康、可穿戴设备等方面发挥了重要作用，同时，让更多人共享有限的医疗资源，为解决“看病难”的问题提供了新的思路。目前，世界各国的诸多科技企业都投入大量资源建立人工智能团队，从而进入智能医疗健康领域。IBM公司是最早将人工智能技术应用于医疗健康领域的科技公司之一。IBM收购了一些医疗健康大数据提供商和分析商，选择肿瘤精准治疗作为主攻领域，利用人工智能系统沃森(Watson)快速分析各种数据，协助医生诊断肿瘤，并根据患者的肿瘤基因提供适当的个性化治疗方案。2016年，凭借Watson系统，IBM宣布向认知商业进行战略转型，成为认知解决方案和云平台公司。人工智能的应用20%50%4.智能安防随着智慧城市建设的推进，安防行业正进入一个全新的加速发展的时期。从平安城市建设到居民社区守护，从公共场所的监控到个人电子设备的保护，智能安防技术已得到广泛应用。利用人工智能对视频、图像进行存储和分析，进而从中识别安全隐患并对其进行处理是智能安防与传统安防的最大区别。从2015年开始，全国多个城市都在加速推进平安城市的建设，积极部署公共安全视频监控体系。无论是在生活、工作、购物还是休闲中，都能看到安防监控系统，它就像无声的“保镖”守护着人们人身和财物的安全，公安部门也可以借助该系统破获各类案件。现在很多城市中的新旧住宅小区也都安装了安防监控系统。人工智能的应用20%50%5.自动驾驶随着科技的不断发展和进步，一批互联网高科技企业，如百度等都以人工智能的视角切入自动驾驶领域。例如，依托人工智能技术，由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人驾驶汽车于2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉全程286公里的高速全程无人驾驶实验，标志着中国无人车在环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破。虽然现在人工智能技术在自动驾驶领域得到了大量的应用，但目前还不是很成熟，无人驾驶功能还没能完全实现，现在只能称之为自动辅助驾驶。人工智能的应用世界主要制造业大国都看到新一代信息技术对制造业的颠覆性影响，不约而同地将智能制造作为制造业转型升级的重点，纷纷出台发展人工智能的国家战略和产业政策，产业界也加快在智能制造领域的布局。从国务院在《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中将人工智能推上国家战略层面，到“科技创新2030重点项目”中将智能制造和机器人列为重大工程之一，人工智能在中国掀起了新一轮技术创新的浪潮。一切都预示着：人工智能正在成为产业革命的新风口，人类历史上最好的“人工智能+”时代已经到来。从人工智能产业进程来看，推动产业升级必须要依赖技术突破。人工智能产业正处于从感知智能向认知智能的进阶阶段。1.智能服务呈现线下和线上的无缝结合分布式计算平台的广泛部署和应用，增大了线上服务的应用范围。同时，人工智能技术的发展和产品不断涌现，如智能家居、智能机器人、自动驾驶汽车等，为智能服务带来新的渠道或新的传播模式，使得线上服务与线下服务的融合进程加快，促进多产业升级。人工智能产业发展趋势2.智能化应用场景从单一向多元发展目前人工智能的应用领域还多处于专用阶段，如人脸识别、视频监控、语音识别等都主要用于完成具体任务，覆盖范围有限，产业化程度有待提高。随着智能家居、智慧物流等产品的推出，人工智能的应用终将进入面向复杂场景并处理复杂问题、提高社会生产效率和生活质量的新阶段。3.人工智能和实体经济深度融合进程将进一步加快党的十九大报告提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”。一方面，随着制造强国建设的加快，将促进人工智能等新一代信息技术产品发展和应用，助推传统产业转型升级，推动战略性新兴产业实现整体性突破。另一方面，随着人工智能底层技术的开源化，传统行业将有望加快掌握人工智能基础技术并依托其积累的行业数据资源实现人工智能与实体经济的深度融合创新。人工智能产业发展趋势02大数据技术PARTTWO大数据已经成为当今社会的一个热门话题，特别是在工业界和学术界，早已成为争相讨论的热点。大数据提高了我们的生活品质，为每个人提供创新平台和机会，大数据通过数据整合分析和深度挖掘，发现规律，创造价值，进而建立起物理世界、数字世界到网络世界的无缝衔接。大数据时代，线上与线下、虚拟与现实、软件与硬件、跨界融合将重塑人们的认知和实践模式，开启一场新的产业突进与经济转型。那么，到底什么是大数据呢？图7-5用简单数字化的形式表述了大数据的某些特征。大数据技术维基百科对大数据的定义：又称巨量资料，指的是传统数据处理应用软件不足以处理的大或复杂的数据集。麦肯锡全球研究所对大数据的定义：一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。研究机构Gartner对大数据的定义：大数据是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、高增长率和多样化的信息资产。

大数据其实就是海量的、非结构化的、以电子形态存在的数据，通过数据分析，能产生价值、带来商机。大数据的定义①大体量(Volume)。数据量大，包括采集、存储和计算的量都非常大。大数据的起始计量单位至少是PB(1024TB)、EB(220TB)或ZB(230TB)。②多种类(Variety)。大数据的类型可以包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等。其中，10%为结构化数据，通常存储在数据库中；90%为半结构化、非结构化数据，格式多种多样。它们具有异构性和多样性的特点，没有明显的模式，也没有连贯的语法和句义，而多种类型的数据对数据的处理能力提出了更高的要求。③高速度(Velocity)。处理速度快，时效性要求高，需要实时分析，数据的输入、处理和分析要连贯，这是大数据区分于传统数据挖掘的最显著特征。④低价值密度(Value)。大数据价值密度相对较低。例如，随着物联网的广泛应用，信息感知无处不在，产生了海量信息，但存在大量不相关信息。⑤真实性(Veracity)。也称为准确性，即大数据来自现实生活，因此能够保证一定的准确性。相对来说，大数据信息含量高、噪声含量低，即信噪比较高。

有一种观点是，大数据具有“4V”特征，即大数据的4个特征的英文单词首字母都是大写的“V”：Volume(大体量)、Variety(多种类)、Velocity(高速度)、Value(低价值密度)。大数据的特征

大数据技术在政府机关、电子商务、金融、医疗、能源、制造以及教育等领域都有广泛应用。具体来说，关联分析、趋势预测和决策支持是使用比较多的应用场景。图7-6展示了我国大数据应用场景。1.政务大数据许多国家的政府和国际组织都认识到了大数据的重要作用，纷纷将开发利用大数据作为夺取新一轮竞争制高点的重要抓手。例如，美国政府于2012年3月29日发布《大数据研究与发展倡议》，同时组建了“大数据高级指导小组”。中国已将大数据视为国家战略，并且在实施上已经进入企业战略层面，这种认识已经远远超出当年的信息化战略。大数据的应用

在电子商务、金融、医疗、能源、交通、制造业甚至跨行业领域，大数据的应用无处不在，目前应用最为广泛的是以下几个方面。①电子商务。目前，电子商务已经超过了传统的零售模式，成为大众最主流的消费方式之一。②金融。金融机构的作用就是解决资金融通双方信息不对称问题。③医疗。随着医疗卫生信息化建设进程的不断加快，医疗数据的类型和规模也在以前所未有的速度迅猛增长。④教育大数据。在教育界，特别是在学校教育中，数据成为教学改进最为显著的指标。大数据的应用1.技术应用平民化

●大数据可视化技术从存储空间中将这些关键信息进行提取，通过图像、图形的形式将这些信息更直观地表达出来，并运用多种不同的分析手段来提取位置信息，将这些潜在信息通过图形、图像等直观方式展示出来，从而帮助人们更好地理解、挖掘大数据下隐藏的信息。2.与云计算关系越来越密切

●大数据的未来正朝着智能化的方向发展，涉及让机器用人的思维去思考，理解人类的行为模式，并对未来进行预测，这些智能化的实现都离不开云计算。云计算是一种基于互联网的计算方式，其计算效率高、速度快、成本低，不需要人们掌握专业的技术知识就可以使用，具有很强的灵活性。大数据的发展趋势3.与物联网的紧密结合

●随着智能交通、智能家居、智能物流、智慧景区等应用的兴起，物联网已成为未来经济的新增长点。物联网应用中会有海量的数据需要处理，和大数据结合是必然的趋势。03云计算技术PARTTHREE

“云”是云计算服务模式和技术的形象说法。“云”由大量基础单元组成，这些基础单元之间通过网络汇聚为庞大的资源池。“云”可看作一个庞大的网络系统，一个“云”内可包含数千甚至上万台服务器。美国国家标准与技术研究院把云计算定义为一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用、便捷、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池(网络服务器、存储容量、计算能力、软件应用等)，这些资源能够被快速提供，只投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。中国信息通信研究院编制的《云计算白皮书(2012年)》对云计算的定义：云计算是一种通过网络统一组织和灵活调用各种信息与通信技术(InformationandCommunicationsTechnology，ICT)的信息资源，实现大规模计算的信息处理方式。云计算的特点可概括为以下4点。云计算技术的定义数据加密技术

通常将未加密的信息称为明文，将加密之后的信息称为密文；明文变换成密文的过程称为加密，密文变换成明文的过程称为解密，在变换过程中使用到的算法分别称为加密算法和解密算法，算法使用的关键参数称为密钥。云计算技术的定义1.网络连接高速“云”不在用户本地，要通过网络接入“云”才可使用服务，“云”内节点之间也通过内部高速网络相连。2.ICT资源共享“云”内ICT资源并不为某一用户所专有，而是可通过一定方式让符合条件的用户实现共享。3.服务方式弹性使用快速、按需、弹性服务，用户可按实际需求迅速获取或释放资源，并可根据需求对资源进行动态扩展。数据加密技术

通常将未加密的信息称为明文，将加密之后的信息称为密文；明文变换成密文的过程称为加密，密文变换成明文的过程称为解密，在变换过程中使用到的算法分别称为加密算法和解密算法，算法使用的关键参数称为密钥。云计算技术的定义4.服务精准测量服务提供者按照用户对资源的使用量计费。云计算技术架构一般分为IaaS层、PaaS层和SaaS层三层。三层之间是松耦合关系，laaS层向PaaS层提供基础的计算能力，而PaaS层向SaaS层提供基础的技术能力。如图7-7所示为不同云计算及服务间的差异。1.云计算技术在通信行业的应用通信行业发展以互联网为主，随着社会经济发展速度加快，生活水平相应提升，通信终端设备普及率提升，通信行业用户增长幅度大，扩大了数据规模，同时可以满足计算与存储需求。通信行业都开始应用云计算技术，利用云服务技术获取用户信息，改善服务质量，为用户提供优质服务。按照用户不同需求，运营商会提供多种档次云服务，加强用户体验。云计算技术应用于通信行业，需要获得大数据处理系统的支持。在处理大数据时，由于数据量非常大，并且与各部门数据传输的流量及时间长，需要提升数据解析效率。2.云计算技术在计算机安全存储中的应用云计算技术可以通过加密技术提升网络数据的安全性，运用加密技术对网络用户上传的信息数据提升加密等级，其中的信息只有具备权限的使用者可读取。云计算有效地保证了数据存储的安全性。云计算技术的发展改变了各领域基本模式，各行业领域应用云计算技术，在互联网与信息产业支持下，云计算技术普及率提升，经济发展对大数据依赖较强，在顶级设计中布局云计算产业、建设数字中国。云计算技术的应用云计算技术发展趋势云计算技术具有低成本、高灵活性、高能效优势等特点，通过创新技术，实现存储、信息、计算、网络的服务虚拟化，能够定制字段，实现优化组合，满足不同用户需求，加强信息服务透明度。在未来发展中，云计算技术对IT行业影响大，所以被认为是赶超国际水平的核心技术。在未来，云计算技术发展速度加快，释放出大量能量，对各行业发展影响大，并且成为行业加速转型动力。网络质量监测、精准用户定位、个性化服务中，通过云计算技术，发挥出计算能力、人工智能分析能力、数据挖掘能力，改变各行业发展状态。04物联网技术PARTFOUR物联网技术的定义物联网(InternetofThings，IoT)，即“万物相连的互联网”，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，通过将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。“物物互联”如图7-8所示。目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网具有全面感知、可靠传输和智能处理3个主要特征。物联网技术的定义1全面感知

全面感知是指利用无线射频识别(RFID)、传感器、定位器和二维码等手段，随时(随地)对物体进行信息采集和获取。全面感知解决的是人和物理世界的数据获取问题，这一特征相当于人的五官和皮肤，其主要功能是识别物体、采集信息，其技术手段是利用射频识别、传感器、摄像头等各种感知设备对物品的信息进行采集。2可靠传输

可靠传输是指通过各种电信网络和Internet融合，对接收到的感知信息进行实时远程传送，实现信息的交互和共享，并进行各种有效的处理。通常需要用到现有的电信网络，包括无线网络和有线网络。由于传感器网络是一个局部的无线网，因而3G、4G和5G移动通信网络也是承载物联网的一个有力的载体。物联网技术的定义3智能处理

智能处理是指利用模糊识别、云计算等各种智能计算技术，对随时接收到的跨行业、跨地域、跨部门的海量信息和数据进行分析处理，提升对经济社会各种活动、物理世界各种变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。

信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。物联网技术的应用人们已经习惯了互联网时代的生活，如通过互联网浏览新闻、结交朋友、提高工作效率等。那么物联网时代又会是什么样子呢？图7-9展示了物联网的十大应用场景。

信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。物联网技术的应用1.在生活领域的应用①列车车厢的管理。通过在每一节车厢安装一个RFID芯片，同时在铁路上间隔一段距离放置一个读写器，这样就能随时掌握列车在铁路线路上的位置，便于列车的调度、跟踪和安全控制。②第二代身份证。第二代身份证内置的非接触式IC芯片是更具有科技含量的RFID芯片。芯片可以存储个人的基本信息，可近距离读取资料，需要时在读写器上一扫，即可显示出身份证所有人的基本信息。另外，芯片的信息编写格式内容等只由特定厂家提供，因此防伪效果显著，不易被伪造。③学生卡。学生卡是伴随很多人走过令人难忘的象牙塔时光的必不可少的证件，寒暑假使用学生卡购买火车票可以享受半价优惠。为此，相关部门统一采用了可读写的RFID芯片，里面存储了该用户购票优惠使用次数信息，每使用一次就减少一次，且不易伪造、便于管理。④ETC收费系统。现在很多高速公路收费站都有不停车收费通道(ETC)，车辆只要减速行驶，不用停车，就可以完成车辆信息认证和计费，从而减少了人工成本。

信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。物联网技术的应用2.在其他领域的应用除了和人们生活息息相关的领域，物联网技术还应用在工业生产环节。①设备监控。应用物联网技术就可以实现远程监控或者调节建筑物恒温器等，甚至可以做到节约能源和简化设施维修程序。②机器和基础设施维护。传感器可以放置在设备和基础设施材料(如铁路轨道)上，来监控这些部件的状况，并且在部件出现问题的时候发出警报。③物流查询和追踪。物流查询和追踪技术同样应用到运输业，将传感器安装在移动的卡车和正在运输的各个独立部件上。④机器管理库存。⑤识别危险网站。商业公司提供的安全服务，可以让网络管理员追踪公司计算机的互联网网站访问情况，提示公司计算机定期访问的“危险”网站和IP地址，从而降低病毒入侵的风险。⑥无人驾驶卡车。在一些边远地区，交通条件和气候条件可能都比较恶劣，给石油和天然气开采行业的施工带来一些不可抗力的影响。物联网技术的发展趋势1.新机遇随着我国物联网行业应用需求升级，将为物联网产业发展带来新机遇。①传统产业智能化升级将驱动物联网应用进一步深化。当前物联网应用正在向工业研发、制造、管理、服务等业务全流程渗透，农业、交通、零售等行业物联网集成应用试点也在加速开展。②消费物联网应用市场潜力将逐步释放。全屋智能、健康管理、可穿戴设备、智能门锁、车载智能终端等消费领域市场保持高速增长，共享经济蓬勃发展，“双创”新活力持续迸发。③新型智慧城市全面落地实施将带动物联网规模应用和开环应用。全国智慧城市由分批试点步入全面建设阶段，促使物联网从小范围局部性应用向较大范围规模化应用转变，从垂直应用和闭环应用向跨界融合、水平化和开环应用转变。物联网技术的发展趋势2.新挑战①产业整合和引领能力不足。当前全球巨头企业纷纷以平台为核心构建产业生态，通过兼并整合、开放合作等方式增强产业链上下游资源整合能力，在企业营收、应用规模、合作伙伴数量等方面均大幅领先。②物联网安全问题日益突出。数以亿计的设备接入物联网，针对用户隐私、基础网络环境等的安全攻击不断增多，物联网风险评估、安全评测等尚不成熟，成为推广物联网应用的重要制约因素。③标准体系仍不完善。一些重要标准研制进度较慢，跨行业应用标准制定推进困难，尚难满足产业急需和规模应用需求。055G技术PARTFIVE5G技术的定义移动通信(MobileCommunication)是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船等在移动状态中的物体。移动通信是进行无线通信的现代化技术，这种技术是电子计算机与移动互联网发展的重要成果之一。移动通信技术经过第1代、第2代、第3代、第4代技术的发展，目前，已经迈入了第5代发展的时代(5G移动通信技术)。图7-10展示了1G到5G的演变过程。5G技术的应用1增强移动带宽

(1)超高清视频传输其优点在于能够对现实场景有最细致和逼真的还原，4G的传输速率(平均40Mbit/s)不足以满足4K或者8K超高清视频的传输需求，而5G的传输速率高达1Gbit/s，理论上能够提供良好的网络承载能力。(2)高速移动物体传输在高速行驶的列车中，信号有时候会很差，这是因为还没有达到信号间的无缝衔接，而增强移动带宽正好能有效地解决此类问题，通过提高网络传输速率，增强通信能力，最终提高用户体验。5G技术的应用2大规模机器类通信

(1)智能家居此类产品种类众多，每个产品传输的数据量较小，且对时延不是特别敏感，5G的大规模机器类通信正好满足此类应用场景。图7-11为5G三大应用场景。5G技术的应用2大规模机器类通信

(2)环境监测它是低功耗大连接的应用场景之一，通常使用传感器进行数据采集，且传感器种类多样，同时对传输时延和传输速率不敏感，能够满足超高的连接密度。(3)智慧城市它是公认的5G的重要应用场景之一，能够被连接的物体多种多样，包括交通设施、水表、电表等，需要承载超过百万个连接设备，且各连接设备需要传输的数据量较小。5G技术的应用3超高可靠与低时延通信

(1)无人驾驶无人驾驶已经应用在了特定的区域，无人驾驶是自动驾驶的高级阶段，需要的时延更低，为了保证用户的安全，传输时延低至1ms，且需要具有超强的可靠性。5G的到来，有望真正地实现无人驾驶。(2)远程医疗手术若想在城市与偏远山村之间实现远程医疗，需要在短时间内处理大量的数据，且为了防止误诊，网络的传输质量要足够高和足够可靠，网络时延要足够低。(3)工业控制工业控制是智能制造中的基础环节，核心在于闭环控制系统，系统通信的时延要达到ms级才能实现精确控制，同时要保证极高的可靠性，若发生传输错误或时延过高，则会造成巨大的经济损失。06虚拟现实技术PARTSIX虚拟现实技术的定义虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱、操作现场等)，通过多种传感设备使用户“投入”该环境，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术，是一种可以创建和体验虚拟环境的计算机系统技术。虚拟现实技术有以下4种主要特征。1.多感知性它不仅具有一般计算机所具有的视觉感知，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。2.存在感它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假。3.交互性它是指参与者对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。4.自主性它是指虚拟环境中物体依据各自的模型和规则按操作者的要求进行自主运动的程度。虚拟现实技术的应用1虚拟现实技术在航空航天上的应用

在航空航天上的应用是虚拟现实技术发展的强有力催化剂。在航空上利用虚拟现实技术对某些飞行进行模拟，采用头盔显示器模拟各种实战场景，让人感觉相当真实。载人航天研究中，训练时，航天员坐在一个具有“载人操纵飞行器”功能并带有传感器的椅子上。椅子上有用于在虚拟空间中作直线运动的位移控制器和用于绕航天员质心调节其姿态的姿态控制器。航天员头戴立体头盔显示器，并用数据手套作为与系统进行交互的手段。虚拟现实技术的应用2虚拟现实技术在现代教学领域中的应用

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境中的参与者，扮演角色，提高了学生的想象力、激发了学生的学习兴趣，这对调动学生的学习积极性、突破教学的重点难点、培养学生的技能都起到了积极的作用。虚拟现实技术的应用3虚拟现实技术在医疗卫生领域中的应用

虚拟现实技术可用于解剖教学、复杂手术过程的规划，在手术过程中提供操作和信息上的辅助、预测手术结果以及进行远程医疗等。另外，科学的可视化能将大量枯燥的原始数据转换成易理解的图像，是医疗卫生领域的重要研究手段。虚拟现实技术的发展趋势虚拟现实技术充满活力，它正在向实用方向迈进，向人们展示了广阔的应用前景，在各行各业中将得到广泛应用。虚拟现实技术遵循“低成本、高性能”的发展趋势，有以下主要发展方向。1.动态环境建模技术虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容，动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。2.实时三维图形生成和显示技术三维图形的生成技术已较成熟，而关键是如何“实时生成”。在不降低图形的质量和复杂程度的前提下，提高刷新频率将是重要的发展方向。虚拟现实技术还依赖于立体显示和传感器技术的发展，现有的虚拟设备还不能满足系统的需要，有必要开发新的三维图形生成和显示技术。虚拟现实技术的发展趋势3.新型交互设备的研制虚拟现实技术能让参与者用人类自然的技能与感知能力与虚拟世界中的对象进行交互作用，使其身临其境，借助的输入输出设备主要有：头盔显示器、数据手套、数据衣服、三维位置传感器和三维声音产生器等。新型、便宜、鲁棒性优良的数据手套和数据衣服将成为未来发展方向。4.智能化的语音虚拟现实建模建模是一个比较复杂的过程，它的建立需要开发人员花费大量的时间和精力。为了解决这个问题，可以考虑将虚拟现实技术与智能技术、语音识别技术结合起来。任何模型都包含模型的概念、模型的描述、模型的功能约束条件、模型的空间和模型的多种形态等基本特征。07区块链技术PARTSEVEN区块链技术的定义区块链(Blockchain)作为一种新型的技术，已经受到全球金融与技术界的关注。区块链的定义众多，根据工业和信息化部于2016年发布的《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》，从狭义上讲，区块链是一种按时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合的一种链式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本；从广义上讲，区块链技术是利用区块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的基础架构和应用模式。区块链技术的特点1.去中心化去中心化是区块链最重要、最显著的特性。与传统中心化业务相比，区块链的去中心化特性强调了去除“中心”的概念，如之前提到的银行转账的案例，传统中心化的业务为基于银行的转账业务，但是若转账的参与方借助区块链技术通过分布式账本的理念，形成一个没有“中心”的区块链网络，在区块链网络中的所有参与成员地位都相等，并且成员开展业务操作时不再需要借助类似银行的第三方“中介”加入，业务操作产生的数据将被区块链网络中所有的成员记载。通过去中心化，可以形成一个更自由、更透明、更公平的环境。2.共识性基于去中心化的特性构建的区块链网络，需要借助共识性实现网络中的数据同步。3.不可篡改性由于使用区块链技术的网络是一种全民参与记账(数据记录)、共同维护账本的系统，所以数据一旦形成共识被大家记录，篡改的成本将极其高昂。另一方面，在区块链网络中数据记录采用了密码学相关的技术，通过哈希函数、数字签名等防伪认证技术确保了数据的安全，极大增加了网络中恶意攻击者篡改、伪造和否认数据的难度与成本。区块链技术的特点4.可追溯性相比于传统计算机网络，区块链在数据存储方面采用带有时间戳的链式区块结构存储数据，而通过时间戳可以保证区块数据存储的存在性。在传统中心化业务中，数据操作一般是CRUD模式，即增加(Create)、检索(Retrieve)