物联网,万物互联和纳米物联网综述外文翻译资料

 2021-11-17 12:11

英语原文共 15 页

物联网,万物互联和纳米物联网综述

摘要——目前对物联网(IoT),万物互联网(IoE)和纳米物联网(IoNT)的重要性和未来承诺进行了广泛的审查,并提出了总结调查报告。分析清楚地区分了IoT和IoE,许多人错误地认为它们是相同的。在研究物联网,IoE和IoNT领域的当前进展后,本文介绍了未来可能扩展其应用的方案。

第一节

介绍

互联网的应用和使用是多方面的,并且每天都在扩展。物联网(IoT),万物互联网(IoE)和纳米物联网是将互联网融入个人,专业和社会生活普遍性的新方法。本文通过调查相关文献,研究了这些技术的现状及其多维应用。本文还评估了这些技术未来可能的各种应用,并预见了进一步的发展以及这些将如何改变未来生活的方式。

第二节

物联网(IoT)

术语“物联网”或“物联网”已经代表了连接到互联网的具有不同大小和功能的电气或电子设备。连接的范围不断扩大到机器对机器通信(M2M)之外。物联网设备采用广泛的网络协议,应用和网络域[1]物理对象通过各种类型的短距离无线技术(如ZigBee,RFID,传感器网络)连接到互联网,促进了物联网技术不断增长的优势。并通过基于位置的技术[2]。物联网将使互联网的影响在日常生活中更加普遍,个性化和亲密[3]。据CISCO互联网业务解决方案小组(IBSG)称,物联网作为一个独特的实体的出现,当更多的无生命物体连接到互联网而不是人类用户时[3]。根据这个定义,这发生在2008年中期。这是一个正在加速的持续进程,特别是随着CISCO的“行星皮肤”,智能电网和智能车的推出[3]。

除了网络协议之外,物联网设备目前还没有在如何连接到互联网方面进行强有力的标准化。物联网可以与增加的管理和安全功能一起使用,以链接例如车辆电子设备,家庭环境管理系统,电话网络和家庭公用事业服务的控制。IoT的扩展范围及其如何用于互连各种不同的网络如图1所示[3]。

图.1 Iot可以被视为网络网络

A.物联网面临的挑战和障碍

与任何新技术一样,它的采用速度通常存在一些惯性。目前最大的三个障碍是由于技术因素而非人为阻力,这些因素包括:协议的标准化,IPv6的实施以及提供传感器所需的电力。

B. IPV6的部署

2011年2月[4],互联网号码分配机构(IANA)持有的IPv4地址供应已经用尽。引入IPv6对于弥补IP地址短缺至关重要,因为数十亿传感器都需要唯一的IP地址。通过增强的安全功能和网络自动配置功能,IPv6的部署将进一步降低网络管理的复杂性。

C.传感器能量

长时间为传感器提供可靠的电源是物联网成功部署的关键[3]。这些传感器主要用于远程和远程位置,例如地下或太空或其他行星。必须从环境本身收集能量,因为更换数十亿这些设备的电池是不可行的。为了实现这一目标,正在采用多种技术,包括太阳能电池,热发电机(使用塞贝克效应),无线电信号的整流以及振动和其他周边运动中的能量利用。

D.标准化

最重要的是在隐私,安全和网络架构方面满足实施物联网的最新要求是IEEE标准化组织的工作,特别是在通过异构网络的IPv6分组路由方面[3]。

第三节

万物互联(IOE)

CISCO和Qualcomm都使用了“万物互联”(IoE)这个术语[5],[6]。但是,高通公司对该术语的使用已被其他人的“物联网”(IoT)所取代。CISCO的用法具有更全面的含义。

IoE建立在人,数据,流程和事物的“四大支柱”之上。而IoT仅由“事物”组成,如图2所示。IoE还扩展了业务和工业流程,以丰富人们的生活。

图2.一切互联网

过去的独立设备现在连接到因特网,包括机器对机器(M2M),个人对机器(P2M)和个人对个人(P2P)系统。IoE对人,过程,数据和事物的包络如图2 [6],[7]所示。

CISCO的未来学家Dave Evans表示,这个问题更多的不是“事物”,而是“万物互联网”的核心“人与人,流程,数据和事物之间的联系”,创造了“价值” [ 8]。Qualcomm首席执行官Steve Mollenkopf在2014年表示IoT和IoE是“同一件事” [5]。

据CISCO称,许多组织正在经历S曲线的增长波,如图3所示。这些物联网增长浪潮正在导致最终的完整IoE [6],[9]。随着每个连续波的附加功能和更大的网络连接性,这导致IoE具有许多新的机会和风险[10]。

IoE有可能从连接到它的数百万传感器中提取和分析实时数据,然后将其应用于“自动化和基于人员的过程” [11]。其他好处包括使用IoE来帮助实现公共政策目标,环境可持续性,经济和社会目标[11]。

图3.互联网的增长正在波动中发生[9]

在IoE的帮助下,传统的基于办公室的应用程序(如金融交易)现已进入移动平台领域,使用智能手机以及许多其他应用程序[12],[13]。云计算的扩展促进了IoE的应用,有助于在线连接“一切” [14]。

CISCO在2013年2月进行的一项研究预测,通过实施具有M2M,M2P和P2P的IoE,可在未来十年内利用14.4万亿美元[14]。

未来可能被视为IoE规模版本的城市,在利用信息智能解决城市特定问题方面将受益最多。随着城市成为利用IoE和“大数据”处理的“智慧城市”,情况将更加如此。例子包括监测高速公路的“健康状况”并使用道路嵌入式传感器进行维修; 道路交通流量控制,农业增长监测,教育和医疗保健[15]。未来最有可能是城市,即利用公私合作伙伴关系形成的“智能 互联社区”,以帮助改善公民的生活条件。

随着城市化的不断增加,预计到2050 年代将达到70%[15],IoE的使用对于实现未来城市的智能电网和交通规划与控制自动化等功能几乎至关重要。IoE还在化石燃料采矿业和远程监控领域奠定了基础,有助于提高现场安全性[16]。

整个教育机构的IoE促进了电子学习,尤其是移动学习的实施,为学生提供了更多的可访问性。好处包括更多的反馈和对学习者进步的监测[17]。

第四节

纳米物联网(IONT)

通过实施纳米物联网(IoNT),IoE的概念正在得到充分发展。这是通过将纳米传感器结合到不同的物体中并通过使用纳米网络来实现的。作为医疗应用的这一概念的模型如图5所示:这提供了对先前不可能感知的地方或由于传感器尺寸而无法接近的仪器的数据的访问。这将使新的医疗和环境数据得以收集,从而可能改善现有知识,新发现和更好的医学诊断[18]。该技术由Akyildiz和Josep Jornet描述,使用以太赫兹频率工作的基于石墨烯的纳米天线。他们还讨论了这些频率下的极端衰减问题以及纳米级的网络[18]。

图5.纳米事物的互联网[18]

IoNt与现有微型设备的接口对于它变得无处不在非常重要,进一步的研究应该集中在这项任务上,特别是在工业,生物医学和工业领域。在电磁通道建模和必要的网络协议[19]领域,需要解决主要挑战。

IoNT中的每个功能任务(例如致动或感测)由“纳米机器”执行 - 其尺寸可以在1到100nm之间[19]。

第五节

未来的互联网

福布斯[20]报道在2014年8月,该物联网已经超越大数据作为一个讨论的话题,如在Gartner的炒作周期[21]在图6中,在2014年的媒体超过45,000的引用,与只有1.5万相比,在2013年。

Gartner Hype Cycle显示特定技术从开始到成熟到衰退的寿命。这有助于业务规划[21]。正如图6所示,现在的IoT是在高于大数据其峰值,具有五到十年达到其成熟[20] 。

图6.Gartner炒作周期,2014年8月

在用户体验,工程和设计三个领域中,物联网领域正在进行大量研究[2]。重点特别放在最终用户和可访问性上。这是特别相关的,因为到2020年,可能会有50到200亿件工件互联网上网[2]。

为了帮助实现更友好的用户界面,可以使用Microsoft的Gadgeteer等以用户为中心的工具[2]。该工具提供了连接设备的快速原型设计[22]。认知心理学[23]的理论也被用于设计自适应物联网系统。这种技术依赖于将“FRIEND :: Process”工具用于人工任务组织以及自下而上和自上而下的组织[2]。

更简单的嵌入式设备将成为未来物联网的重要组成部分。许多困难的财务,技术和社会问题仍有待解决[22],但现实情况是物联网现在确实存在,并使用标准化的国际网络协议[24],IPv6形成其核心基础路由协议[25]。

为了使组成物联网的对象获得“环境智能”,他们必须尽可能完整地理解最终用户。这可以通过观察,监测和记录人类用户的身体动作,手势,位置,背景和环境来实现。这可能会导致以前计算历史中未知的高水平用户支持[25]。因此,对神经科学,心理学和人类行为的理解将在实现设备环境智能方面发挥越来越重要的作用。这些设备必须使用人工智能来理解人类如何在正确的社交环境和多用户场景中处理信息和进行适当的交互[23]。

英国开放大学为用户提供有关编程和现实传感应用的物联网课程[26]。这是解决物联网工程师和程序员短缺的第一步,特别是当消费者成为生产者时[26]。

教育工作者需要解决许多问题,不仅是技术问题,还包括道德和隐私问题。作为一门课程,它被列入2012年N M C.地平线报告[27]。该报告还预测2016 - 17年左右的物联网应用。

继续研究欧洲SENSEI项目,重点关注物联网及其服务的未来基础架构[24]。

为了使物联网成为一个实用的普及现实,它必须能够与云共存并完全集成。这意味着使用当前的互联网多媒体子系统(IMS)平台来集成这两种技术[28]。

由于成功部署了基于物联网/物联网的各种新颖,创新和有用的应用程序,来自不同文化,社会经济背景,国家,宗教和地理多样性的人们对计算设备和互联网的使用正在增加接近指数速率。由于这种现象,普遍可用性或普适/普适计算[29],[30],可用性[31],用户界面设计[32],特别是跨文化可用性和可塑性[33]的用户界面设计需要专注。探索和分析跨文化可用性和信息系统(IS)问题[34],[35],[36],[37]关注使用物联网/ IoE的网络和移动互动以及采用趋势和创新扩散[38],[39],[40]需要深入研究。这是用户目前如何利用“IS”的重要趋势。正如Ben Shneiderman正确指出的那样,当代计算是关于用户可以做什么而不是计算机可以做什么[29],[41]。因此,对于未来,IoT / IoE的成功必须考虑到跨文化可用性的影响,通过在这个方向上的深入研究需要进一步宝贵的研究时间。

第六节

结论

早在1984年,未来学家Ray Hammond就在他的“在线手册”[42]中准确地预见到了来自世界各地的计算机(即我们今天使用的计算机网络和互联网)的链接会产生深远的影响,包括:1.知识的传播2.思想的交流和3.信息的传播。虽然他正确地进一步预测这些可能会带来社会革命,但要准确指出当前移动应用,计算机视觉,消费电子,人工智能等领域的发展将会引领我们,这是不可能的。然而,亨利詹金斯[43]正确地解释了由于媒体内容的数字化及其未来影响而导致的最近变化。我们可以在21的剩余部分经历一个过渡时期的新的相互作用,无处不在的计算,移动和环境智能的应用程序等ST世纪,上个世纪在此期间,已观察到个人电脑和其他类似设备。虽然无法保证“数字不朽”作为“技术奇点”的形式是否可以在2045年之前实现,正如未来学家雷·库兹威尔在他的着名着作“奇点即将来临:当人类超越生物学”中预测的那样[ [44]或“与2030年的世界”的生活相比,今天的生活是否会变得难以辨认“[45]每天,我们的生活越来越多地通过新技术的发明和采用而实现数字化。尽管这种技术发展存在一些消极方面,但随着技术在其解决方案中变得越来越经济,融合和新颖,我们可以对即将到来的计算机革命持乐观态度。

理解和解释这些趋势在很大程度上取决于对不同方面进行分类的见解,这样可以清楚地确定相似之间的联系,但也可以确定那些值得区分的差异。在这方面,IoT,IoE和IoNt之间的分离被认为是一个有用的区分,应该有助于预测近期的预测。

智能城市的物联网:互操作性和开放数据

摘要:物联网已经成为一种有前景的技术,通过连接智能设备和利用大数据分析在全球创建智能城市来应对社会挑战。随着物联网的扩展,提供不同设备之间的互操作性非常重要。然而,当前简单的标准协议缺乏足够的开放性和互操作性。智能城市的物联网需要保证开放数据和云服务的可访问性,以允许行业和公民开发新的服务和应用程序。在这里,作者提供了瑞典乌普萨拉平台的案例研究,以展示智能城市的互操作性和开放数据的概念。

今天的城市面临着各种挑战,包括创造就业机会,经济增长,环境可持续性和社会复原力。机动车排放已成为世界大中城市空气污染的主要来源。许多大城市都经历严重的空气污染和温室气体排放(GHG),这种情况因交通堵塞而增加。考虑到这些挑战,欧盟和许多其他国家正在投资信息和通信技术(ICT)研究和创新,并制定政策以改善公民的生活质量和城市的可持续性。鉴于信息通信技术在智能可持续城市中的发展趋势,了解我们在互联网发展中的位置对于未来的城市规划过程至关重要。

物联网被视为一种很有前途的技术,具有应对许多社会挑战的巨大潜力。思科认为,许多组织目前正在经历物联网,物理对象和网络空间的网络连接。1根据国际数据公司(IDC),2015——2020全球物联网预测,预计到2020年将有300亿连接(自治)物联网成为物

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