#边学边记 新一代信息技术

物联网

1、物联网概念

物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网连接，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。

2、物联网含义

物联网就是物物相联的互联网。其一，物联网核心仍是互联网，在互联网基础上延伸和扩展的网络；基二，用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通信，就是物物相息。

3、两项关键技术

嵌入式技术

嵌入到设备。

传感器技术

视频识别、红外扫描等。

4、物联网架构

物联网从架构上可以分为感知层、网络层和应用层。

感知层

负责信息采集和物物之间的信息传输。

• 采集技术包括：传感器、条码和二维码、FRID射频技术、音频视频多媒体信息。
• 信息传输包括远近距离数据传输技术、自组织网技术、协同信息处理技术、信息采集中间件技术等传感器网络。
  感知层是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分。关键在于更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题。
  FRID和条形码的区别
• 射频识别（Radio Fequency Identification,FRID）技术，又称为无线射频技术，是一种通信技术，可以通过无线电信号识别特别目标并读写相关数据，而无须在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
• FRID具有远距离读取、高存储容量、成本高、可同时被读取、难复制，可工作于各种恶劣环境等特点；条形码具有容量小、成本低、容易被复制、构造简单、灵活实用等特点。

网络层

网络层是利用无线和有线网络对采集的数据进行编码、认证和传输、广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施。是物联网三层中标准化最高、产业能力最强、最成熟的部分。关键在于为物联网应用特征进行和改进，形成协同感知网络。网络层可包括：互联网、有线、无线通信、各种私有网络；网络管理系统和云计算平台等。

应用层

提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标。将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集成在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案，信息安全保障以及有效的商业模式开发。
各个层次所用的公共技术包括编码技术、标识技术、解析技术、安全技术、中间件技术。

5、智慧城市

物联网在城市管理中综合应用就是智慧城市。参考模型：

物联网感知层、网络通信层、计算与存储层、数据及服务支撑层、智慧应用层。
速记词：勿忘计数智。

云计算

云计算的特点：按需服务，按需购买。通过网络提供可动态伸缩的廉价计算能力。

• 超大规模。 『云』具有相当的规模。
• 虚拟化：云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自『云』，而不是固定的有形的实体。
• 高可靠性：云使用了数据多副本容错、计算节点同构可换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算可靠。
• 通用性：云计算机不针对特定的应用。
• 高可扩展性：云的规模可动态伸缩。
• 按需服务：云是一个庞大的资源池，用户按需购买。
• 极其低廉。
• 潜在危险性。

云计算机的三种服务类型

(1) 基础设备即服务(laaS)

向用户提供计算机能力、存储空惮等基础设施方面的服务。

(2) 平台即服务（PaaS）

向用户提供虚拟操作系统、数据库管理每户、WEB应用平台化的服务。PaaS服务重点不在于直接的经济效益，而更注重构建和形成紧密的产业生态。

(3) 软件即服务（SaaS）

向用户提供应用软件（如CRM、办公软件等）、组件、工作流等虚拟化的软件服务。SaaS一般采用WEB技术和SOA架构，通过Intemet向用户提供多租户、可定制的应用能力，大大缩短了软件产业的渠道链条，减少了软件升级、定制和运维的复杂程度，并使软件提供商从软件产品的生产者变为应用服务的运营者。

云计算——之披萨

方案一：laaS
他人提供厨房、炉子、煤气等基础设施，
方案二：Paas
除了基础设施，他人还提供各类原材料，
方案三：
他人直接做好了披萨，到手最多再包装一下。

大数据

常用5个V来表示：
速记词：量多价真高

• 大量 Volume ：从TB级别到PB级别、EB级别甚至ZB级别。
• 多样 Variety ：数据类型多 结构化数据、非结构化数据；
• 价值 Value ：价值密度低。价值密码的高低与数据总量的大小成反比。
• 高速 Velocity：处理速度快。这是大数据区分于传统数据挖掘的最显著特征。
• 真实性 Veracity：数据来自各种、各类的信息系统网络

大数据重要知识点

• 应用：大数据征信、风控、消费金融、财富管理、疾病预测；
• 5个环节：数据准备、存储管理、计算处理、数据分析、知识展现。
• 关键技术：

1. HDFS：能提供高吞吐量的数据访问，适合大规模数据集上的应用；
2. HBase：不同于一般的关系数据库，是非结构化数据存储的数据库。
3. MapReduce：一种编程模型，主要思想：概念：Map（映射）和Reduce 归约 。
4. Chukwa：用于监控大型分布式系统的数据收集系统。

移动互联网

概念

1. 用手机等无线终端，通过移动网络接入互联网，在移动状态下使用互联网的网络资源。从技术层面定义：以宽带IP为技术核心，可以同时提供语音、数据、多媒体等业务开放式基础电信网络。
2. 移动互联网=移动通信网络+互联网的内容和应用。不仅是互联网的延伸，而且是互联网的发展方向。应用和内容是移动互联网的根本。

特点

1. 终端移动性；
2. 业务使用的私密性；
3. 终端和网络的局限性；
4. 业务与终端、网络的强关联性；

关键技术

1. 架构技术 SOA。Service Oriented Architect,面向服务的架构，粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通信，不涉及底层编程接口和通讯模型。Web Service是目前实现SOA的主要技术。
2. 页面展示技术Web2.0.不是一种技术，而是互联网思维模式。
3. 页面展示技术HTML5.在原Html基础上扩展了API，使WEB成为RIA，最大的优势可以在网页上直接调试和修改。具有高度互动性、丰富用户体验及强大的客户端。
4. 主流开发平台Android。容易入门，因为Android中间层以Java出现，指令相对减少，开发相对简单，开发社群活跃，开发资源丰富。
5. 主流开发平台IOS。非开源的操作系统，加入需要付款获得苹果批准，开发语言Object-c、C、C++， 开发难度大于Android。
6. 主流开发平台Windows Phone。微软的手机操作系统，C++、C#。

人工智能

定义

• 人工智能是赋予机器同人的能力，进行更深度的维度思考能力；
• 人工智能是高效能自动化处理人的思维、决策、问题求解和学习的技术
• 人工智能是计算模型研究智能行为
• 人工智能是提升理解、推理和未知行为的可能性的计算
• 人工智能是计算机智能化执行人或动物的行为的任务

人工智能发展规划

《新一代人工智能发展规划》
战略目标分三步走：

• 第一步，到2020年，人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步，人工智能产业成为新的重要经济增长点，人工智能技术应用成为改善民生的新途径，有力支撑进行创新型国家行列和实现全面建成小康社会的奋斗目标。
• 第二步，到2025年人工智能基础理论实现重大突破，部分技术与应用达到世界领先水平，人工智能成为带动我国产业升级和经济转型的主要动力、社会建设取得积极进展；
• 第三步，第2030年人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心，智能经济、智能社会取得明显成就，成为跻身新型国家前列和经济强国奠定重要基础。

人工智能主要成果

1. 语音识别技术：将人类的语音中的词汇转换为计算机可读的输入；
2. 计算机视觉：从图像中识别物体、场景和活动的能力；
3. 机器学习：研究计算机怎么模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识和技能；
4. 机器人技术：将机器改造成能和人类一起工作，能在不同环境完成不同任务；
5. 自然语言处理：计算机处理、理解以及运用人类语言。
6. 人工智能包含了自识别和自学习能力；
7. 人机对弈最流行的是AlphaGo，自动驾驶也是需要自识别和自学习，人脸识别，基于人的脸部特征信息进行身份识别。
8. 自动工程：自动驾驶】
9. 知识工程。以知识本身为处理对象，研究如何运用人工智能和软件技术，设计、构造知识系统。

区块链

定义及特征

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。
共识机制是区块链系统中实现不同之间建立信任、获取权益的数学算法。
特征：开放、共识、去中化、信任机制、交易透明、双方匿名、不可篡改、可追溯；

技术应用

1. 区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和不可领先的分布式账本。主要解决交易的信任和安全问题，最初是作为比特币的底层技术出现的。
2. 为了解决『双花』问题，剔除交易风险（电子倾向被复制或资版）。
3. 解决拜占庭将军问题。
4. 拜占庭将军问题的本质：如何让众多完全平等的节点针对某一状态达成共识。
5. 数值货币、智能合约
6. 商品防伪和食品安全的溯源，全生命周期记录
7. 版权确权等

核心技术

1. 分布式账本——去中心化
   区块链是一个分布式账本，是一种特殊的分布式数据库。链表中有多个存储节点，类似于网关图，没有中心节点，数据不一致时，以少数服从多数原则执行。
   如果要篡改里面的数据，除非篡改51%的结点，篡改单一结点无效。
2. 分布哈希加密——防篡改
   区块链采用区块+链式的存储结构。
   每一个区块的生成，含有上一个区块的HASH信息，从而连贯起来，每个链中记录了本地HASH和上一块的HASH和交易，这样彼此连贯起来。
3. 分布非对称加密——数字签名分布
   每一笔交易都用数值签名的方式进行签名，保证交易的真实性。
4. 分布共识算法——全民记账分布
   一般有POW（工作量证明）、POS（收益证明）等。
   比特币采用了POW（工作量证明），争夺记账权，争夺记账权=挖矿。

区块链2.0技术架构

自下而上分为：数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层；

1. 数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；
2. 网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制
3. 共识层主要封装网络节点和各类共识算法；
4. 激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；
5. 合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；
6. 应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例；

区块链的特点

1. 去中心化：使用分布式核算和存储，不存在中心化的硬件或管理机构，任意节点的权利和义务都是均等的，系统中的数据块由整体系统具有维护功能的节点来共同维护。
2. 自治性：区块链采用基于协商一致的规范和协议，使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据，使得对『人』的信任改为对机器的任务，任何人为干预不起作用。
3. 集体维护：新产生的区域需要经过对等网络大部分节点验证数据有效性，保证区块链数据的冗余和有效性，这种集体维护防止了集权式的管理可能带来的专政。
4. 开放性：系统是开放的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人公开，任何人都可以通过公共接口查询区块链数据和开发相关的应用，因此整体系统信息高度透明。
5. 安全性：数据在多个节点存储了多份，篡改数据必须改掉51%的节点的数据，这太难。同时还有其他的安全机制，比如比特币的每笔交易都由付款人用私钥签名，证明确实是他同意向某人付款，其它人无法伪造。
6. 匿名性：节点之间的交换遵循固定的算法，其数据交互是无需信任的（区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效），因此交易双方无须通过公开身份取得对方信任，对信用的积累非常有帮助。
7. 完全透明：整体系统的动作规则（算法）、数据（账本）伏特加报价公共透明的，可随时审计的。

第五代移动通信技术5G

5G是在4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和2G（GSM）之后的延伸。

• 5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备的连接；
• 5G网络的主要优势在于数据传输速率最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网还要快，比4G LTE快100倍；网络延迟低（更快响应），低于1毫秒，4G为30~70毫秒。

5G的特点

1. 峰值速率需要达到G bit/s的标准，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输；
2. 空中接口延时水平需要在1ms左右，满足自动驾驶，远程医疗等实时应用；
3. 超大网络容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网；
4. 频谱效率要比LTE提升10倍以上；
5. 连续广域覆盖和高移动
6. 流量密度和连接数密度大幅度提高，用户体验速度达到100M；
7. 协同化、智能化水平提升，表现为多用户、多点、多天线、 多摄取的协同组网，以及网络间灵活地自动调
8. 5G区别于前几代移动通信的关键，是移动通信以技术为中心逐步向以用户为中心转变的结果。

5G关键技术

• 超密集异构网络
  在未来5G网络中，减小小区半径，增加低功率节点数量 ，是保证未来5G网络支持1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为未来5G提高数据流量的关键技术。
• 自组织网络技术

1. 网络部署阶段的自规划和自配；
2. 网络维护阶段的自优化和自愈合；

• 内容分发网络
  在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络。会对未来5G网络的容量与用户访问量有重要的支撑作用。
• 设备到设备通信（D2D）
  是一种基于蜂窝系统的近距离数据直接传输技术。具有潜在的提升系统性能、增强用户体验、减轻基站压力、提高频谱利用率的前景。因此，D2D是未来5G网络中的关键技术之一；
• M2M通信
  主要是指机器对机器、人与机器以及移动网络和机器之间的通信，涵盖了所有实现人、机器、系统之间的通信技术。作为物联网最常见的应用形式，在智能电网、安全监测、城市信息化、环境监测等领域实现了商业化应用。
• 信息中心网络（ICN）
  指的信息包括实时媒体流、网页服务、多媒体通信等，而信息中心网络就是这些片段信息的总集合。因此 ，ICN的主要概念就是信息的分发、查找和传递，不再是维护目标主机的可连通性。

5G应用领域

• 车联网与自动驾驶
• 外科手术
• 智能电网