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物联网信任
物联网(IoT)是一场技术革命。预计从医疗服务到食物生产都会有影响,到我们如何工作,和所有形式的交通和通信,以及几乎所有形式的自动化。正因如此,物联网将以各种方式来影响每一个人。随着技术的进步对社会有如此大的影响,信任基于iot的系统是势在必行的。这意味着它们应该展示各种级别的安全性、可靠性和私有行为,以及通常与质量相关的其他属性。
物联网面临的挑战
上述提及的表现是这对他们来说并不新鲜——他们已经在前几代的IT和物理系统存在几十年了。在这里,我们强调了区别以前的IT系统和将来的IT系统之间的八个关键标志。以前的IT系统很少考虑以下方面。
没有可操作和普遍接受的定义
什么是物联网?如果我们都同意物联网是什么,那么解决物联网中与信任相关的问题就会非常容易。像云计算等IT系统在得到一个“公认的”定义之前,我们已经讨论了很多年。物联网很可能会遵循同样的道路,但同时,它将被实际存在上的标准和解释所定义。这仅仅是空白的结果,只有这样的解释才能填补空白。
庞大的扩展性
由于传感器在物联网中扮演着重要的角色,它们的庞大数量——作为系统的数据生成器——可能很快就会物联网处理工作流和数据流的能力淹没,这是实现系统目标所必需的。物联网很可能成为被称为大数据的强大提供者。底线是数据和信息过载并不是提高信任的良方。
庞大的异构性
因为系统中的东西可以从许多不同的供应者那里获得,这些供应者具有不同的完整性和可靠性,所以一个潜在的系统可以有许多连接在一起的部件,如果这些部件的供应来自一个较小的供应者群,那么这些部件是无法预料的。供应链问题,
假冒零件、缺乏对“物系谱系”的真正理解,以及高度的异质性,成为物联网信任的问题。
不是一个系统中的所有事情都可以在你的控制之下。您可能会使用公共云、商业互联网和无线供应商等等第三方组件。您可以从拥有创建数据的传感器的其他提供者那里租赁数据。简而言之,您可能有一个系统除了系统的体系结构,你几乎没有任何控制权。
关于可组合性和互操作性的规则几乎没有
这是前四个问题的衍生问题。举一个简单的例子——你有鱼A在盐水水族馆和鱼B在淡水水族馆。你把两个水族馆混合成一个新的。会发生什么呢?答案有两方面:这两条鱼是否会相处得很好(例如不会互相残杀),新的混合(半咸)水是否会让它们生存。这突出了这两个水环境的异质性以及鱼的互操作性(恶意或缺乏)。这个简单的例子展示了为什么在可疑的环境可组合性预期下,信任问题是不容忽视的。
缺乏监管和治理
系统视为安全的关键,期待、接受和理解监督和治理。创建这样的系统既昂贵又缓慢。可能会有不同的垂直域和临界域可以使用物联网:消费级、军事级、工业级(工业互联网)、分类网络等等。那些参与政策、治理和监管的人,包括非政府组织和标准组织,还没有迎来这一挑战。挑战什么?定义物联网将是一开始。对于所有用户来说,理解规则和治理如何适应这些不同的级别将是一个挑战,这就是之前我们讨论过的问题。
缺乏标准和认证
构建标准需要数年时间,而物联网社区更有可能采用基于事实标准,而不是说明性标准。相同的持有证书——我们更可能最终得到一份少数产品的样本,这些产品由于市场份额的迅速超越传统产品而成为“黄金标准”,但会延迟市场交付。那些参与政策、治理和监管的人,包括非政府组织和标准组织,还没有迎接这一挑战。这种信任关系与前面提到的缺乏监督和治理有关。
缺乏具体和适当的测试方法
考虑到我们所描述的前六个关注点,当我们谈论测试产品和产品系统的合适方法时,我们从哪里开始呢?灵活编程和快速生产产品的概念,以满足市场需求或击败竞争对手的市场妥协的信任,系统花时间测试。对于如何测试物联网,目前还没有一个公认的概念。(更多关于这些信任问题的信息其他的可以在之前的工作中找到。)
目前,面向物联网的传感器网络技术研究包括以下一些方面:
1)先进测试技术及网络化测控 综合传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式 信息处理技术等,协作地实时监测、感知和采集各种 环境或监测对象的信息,并对其进行处理、传送。研 究分布式测量技术与测量算法,应对日益提高的测 试和测量需求。
2)智能化传感器网络节点研究 传感器网络节点为一个微型化的嵌入式系统, 构成了无线传感器网络的基础层支持平台。 感知物质世界及其变化过程中,需要检测的对 象很多,如温度、压力、湿度、应变等,微型化、低 功耗对于传感器网络的应用意义重大,研究采用 MEMS加工技术,并结合新材料的研究,设计符合 未来要求的微型传感器:其次,需要研究智能传感 器网络节点的设计理论,使之可识别和配接多种敏 感元件,并适用于主被动各种检测方法;第三,各节 点必须具备足够的抗干扰能力、适应恶劣环境的能 力,并能够适合应用场合、尺寸的要求;第四,研究 利用传感器网络节点具有的局域信号处理功能,在 传感器节点附近局部完成很多信号信息处理工作, 将原来由中央处理器实现的串行处理、集中决策的 系统,改变为一种并行的分布式信息处理系统。
3)传感器网络组织结构及底层协议研究 网络体系结构是网络的协议分层以及网络协议 的集合,是对网络及其部件所应完成功能的定义和 描述。对无线传感器网络来说,其网络体系结构不同 于传统的计算机网络和通信网络。有学者提出无线 传感器网络体系结构可由分层的网络通信协议、传 感器网络管理以及应用支撑技术3部分组成。分层 的网络通信协议结构类似于TCP/IP协议体系结构; 传感器网络管理技术主要是对传感器节点自身的管 理以及用户对传感器网络的管理;在分层协议和网络管 理技术的基础E,支持了传感器网络的应用支撑技术。 在实际应用当中,传感器网络中存在大量传感 器节点,密度较高, 网络拓扑结构在节点发生故障 时,有可能发生变化,应考虑网络的自组织能力、自 动配置能力及可扩展能力;在某些条件下,为保证 有效的检测时间,传感器点要保持良好的低功耗性; 传感器网络的目标是检测相关对象的状态,而不仅 是实现节点间的通信。因此,在研究传感器网络的网 络底层协议时,要针对以上特点,开展相关工作。
4)对传感器网络自身的检测与控制 由于传感器网络是整个物联网的底层和信息来 源,网络自身的完整性、完好性和效率等参数性能至 关重要。对传感器网络的运行状态及信号传输通畅 性进行监测,研究开发硬件节点和设备的诊断技术, 实现对网络的控制。
5)传感器网络的安全 传感器网络除了具有一般无线网络所面临的信 息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威 胁外,还面临传感节点容易被攻击者物理操纵,并 获取存储在传感节点中的所有信息,从而控制部分 网络的威胁。必须通过其它的技术方案来提高传感 器网络的安全性能。如在通信前进行节点与节点的 身份认证;设计新的密钥协商方案,使得即使有一 小部分节点被操纵后,攻击者也不能或很难从获取 的节点信息推导出其它节点的密钥信息;对传输信 息加密解决窃听问题;保证网络中的传感信息只有 可信实体才可以访问,保证网络保证私有性问题;采用一些跳频和扩频技术减轻网络堵塞问题。
智能技术
智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中 植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性, 能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网 的关键技术之一。主要的研究内容和方向包括:
1)人工智能理论研究 智能信息获取的形式化方法;海量信息处理的 理论和方法;网络环境下信息的开发与利用方法; 机器学习。
2)先进的人.机交互技术与系统 声音、图形、图像、文字及语言处理;虚拟现实 技术与系统;多媒体技术。
3)智能控制技术与系统 物联网就是要给物体赋予智能,可以实现人与 物体的沟通和对话,甚至实现物体与物体互相间的 沟通和对话。为了实现这样的目标,必须要对智能控 制技术与系统实现进行研究。例如:研究如何控制 智能服务机器人完成既定任务(运动轨迹控制、准确 的定位和跟踪目标等)。
4)智能信号处理 信息特征识别和融合技术、地球物理信号处理 与识别。
纳米技术
纳米技术,是研究结构尺寸在O.1—100 nm范围 内材料的性质和应用,主要包括:纳米体系物理学、 纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、 纳米加工学、纳米力学等。这7个相对独立又相互 渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检 测与表征这3个研究领域。纳米材料的制备和研究 是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化 学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技 术最重要的内容。 使用传感器技术就能探测到物体物理状态,物 体中的嵌入式智能能够通过在网络边界转移信息处 理能力而增强网络的威力,而纳米技术的优势意味 着物联网当中体积越来越小的物体能够进行交互和 连接。 当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更 快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个 器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技 术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。纳米 电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结 构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操 纵和原子组装等。
物联网的作用力
除了我们列出的八个问题,我们认为还有三个重要的额外因素在基于物联网系统可靠性起重要作用的力量。
第一个是速度。系统中计算速度和数据生成事物的数量正在迅速增加。这个速度影响系统记录和审计这些事务的能力在某种意义上从错误和失败中恢复的可能性降低那也就是说,更少的方法“踩刹车”,撤消不正确的计算,并修复内部错误外部数据异常。计算速度对错误的结果没有信任。
第二种力量。是数据和信息过载。你还记得几年前的你吗?可以问问同事,他们是否读过最近的一篇论文,然后回答“是的”吗?如今,我们都被出版物和博客不停地轰炸这个答案更有可能是“没有”,因为你的同事可能阅读的内容与你不同。看似无限的传感器和与它们关联的数据适合于
没有足够的时间来清除干扰,破坏数据,然后执行数据分析声音数据。最近“假新闻”一词的出现在这里也同样适用。如果您正在对损坏的数据执行分析或计算,则信任就是一种愚蠢。
最后,第三种力量是自主、机器人和人工智能(AI)。大多数人认为
我们可能已经到达了这一点人工智能终于有了自己的特色。上世纪80年代,许多关于人工智能的承诺都没有实现,但现在随着计算机的发展,这些承诺都实现了。云的力量和机器学习和其他人工智能算法的精细化,人工智能正在成为一个关键的玩家在自动化,机器人,和工业网络。但是你怎么相信这些算法呢?你一定是个定量分析师吗?这是一个非常值得研究的问题。
未来展望-人类将进入物联网时代
物联网需要自动控制、信息传感、射频识别、 无线通信及计算机技术等,物联网的研究将带动整 个产业链或者说推动产业链的共同发展。可以肯定, 在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景 下,物联网会是工业乃至更多行业信息化过程中, 一个比较现实的突破口。在手机数据采集、产品的 二维码全程监控等手段已经证实,无线通信与传统 物联网结合后的“新物联网”已产生更广泛的应用, 从而在技术上推动工业走出危机。
1)推进经济发展的驱动器 物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个 驱动器,为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。 可以预见,在“物联网”普及以后,用于动物、植物和 机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置 的数量将大大超过手机的数量。按照目前对物联网 的需求,在近年内就需要按亿计的传感器和电子标 签,这将大大推进信息技术元件的生产,同时增加 大量的就业机会。 要真正建立一个有效的物联网,有两个重要因 素。一是规模性,只
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