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清华大学任丰原副教授演讲
作者:任丰原    文章来源:中国计算机报    更新时间:2006-9-1 14:47:43
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这个分会场本来是实用技术,上一节讲了网管,对于网管来说这是很实用的技术。下午这个主题可能是未来一点的,做做展望吧,个人的体会,和大家分享一下在学校的经验,更多的带学术的味道,尽量把学术的东西抽掉,给大家讲讲故事,和网络的可能的应用。主要是集中在无线传感器网络这方面,最近是无线中的特别热的主题,在研究领域也特点热。

这个图是摘自01年美国国防部的研究发展图,从这里可以比较清晰的看出他们对于将来网络的规划,并且基本上是按照大的项目来前行的。

首先在中间是一个光网络,本身而言网络的带宽提到,把马路修宽,因为Internet里初期描绘了好多美好的前景,虚拟现实到目前为止没有享受到,大部分的应用就是在浏览,现在只是看到一些视频,图象都是相当的小,包括现场转播,主要原因还是带宽不够宽,从概念原理上没有什么特别创新的东西,主要就是技术做得越来越高,主要的工作是在公司包括朗讯做的项目,每年都翻出英雄系统,更多的从研究和工业界的课题。

相对来说,网络发展在00年的时候访问网络中出现了各种技术,现在基本上成熟了,但是一统天下看不出来,我们在家里可以用到HL基本上推落到边缘的地方,最主要的东西就是无线,在研究领域持续热,也会带来很多应用的价值。我个人的感觉是无线为什么这么热,最本质的问题还是人性的东西,就是人喜欢灵活的东西,原来有线的东西很固定,现在包括拿着笔记本,你提供了一些功能,但是我们还是要固定,访问手段很难提供移动的技术,能够带来很自由的空间,带来了很多研究和可能存在的商业价值,在无线网络领域这是最多的。在这个图的右上角不是太关注,我们也做了相关的研究,就是在天空做卫星。将来如果可能,我们在地球上构建了Internet,有朝一日如果我们登录月球,在月球去建网络,他们做如何在星际间构建网络,这个难度是非常大的。包括现在中国大陆访问美国东西海岸最大的延迟就是400毫秒,但是你2M的带宽到月球上去,这个难度相当大,更多的是支持长远的,近一点的东西是把卫星组成网,单独的卫星系统支撑所谓的网络中心的基础平台,我们国家也做这个项目,叫做天际网。这个更多的在商用不是太多。

另外一个方面就是绿的那一部分,无线的东西。我个人看法,无线的研究同样走过了和有线网络一样的道路。做计算机网络和通讯网络的人打过架,特别是在98年,搞通讯网络的人不认为计算机的人可以走到骨干里,但是现在承认可能了,全IT网络是可行的。无线网络包括2G、3G、4G,电信人继续沿着那条道路来走。搞计算机网络的人觉得做无线的人同样可以做,包括现在的ZD、20,我们希望提供语音服务的同时提供数字。现在基本上认为从WebMAX可以融合,基本上现在停留在绿色的那一部分。这个图是我早期拿的,很早以前的美国国防部的咨询里。蓝图是无线网络,他们要实现什么样的目标呢?主要是人和主机在交互,包括各种各样的无线传感器来融合到Internet里,这是远大和宏伟的目标。

我们下面会看到一些东西,有了初步的应用。讲完故事之后有初步的应用,但是长远的粉色的部分,如果将来有可能的话,芯片技术有很大的发展,变成网,我们讲的数字皮肤也有可能,今天谈得也点远。但是无线现在学术界和商业领域一些产品已经进入了。

对于传感器网络来说不同的学科有不同的理解。大家知道除了摩尔定律以外还有一个描述规律的是贝尔定律,从早上的大型机到小型机到PC、PDA,下一个阶段设备是什么?这个从尖端学科的理解角度来讲可能会出现这样的设备,他的体积很小,数量很多,很便宜,特点就是普遍的嵌入到周围生活的物理世界中,帮助人们和外部的物理世界打交道。下面做的更小芯片的生物芯片这也会导致新的设备产生。

在讲这个之前,我对传媒网络做一个简单的概念介绍,有认不是很了解。衍生的概念,早期的时候,现在的传感器包括独立用的传感器是独立联点的,现在三个技术导致一个是设备做得越来越小,无线设备普遍的发展,无线通讯技术不断的提供了这种手段使得能把小型设备联网。另外一个方面嵌入系统本身也在发展,三项技术融合在一起就搞出了现在的微型智能传感器,这就是下一代的传感器网络,这和我们讲的传感器网络也不同。现在建一个网络,体现一个规划,人工去配置,但是这个东西还是不灵活。网络的关键问题我们也要灵活,一个最基本的想法是我在雇这个网络的时候要撒下去,路由器要自己找出来,自配的,我自己完成网络、自己维护、自己配置,然后联成一片网进行数据的传输。最早这个概念产生于UCLA的报告,美国实验室把这个概念淡化了,这个概念应用不断泛化大家也会了解。传输有一定的特点,从网络结点方面都有特殊性,我主要讲网络,下一代的传感器网络的最主要的特点就是密集型,传感器网络是探测所谓的战场的攻击信息,他需要很大的强度的踊跃性,另外一方面密集型和无线应用的距离很短,因为设备很小,电池的能量很小,不能传输很大的距离,通过波跳联结在一起。到现在为止,我们对于信息的依赖性越来越强,我们对未来生活的技术平台依赖性越来越强,还是构建在布网。我们需要一个基础信息的技术平台没有手段。举个例子,美国现在的武器系统可能对于信息的依赖比较强,他去打伊拉克不可能在那里挖光缆,他通过什么手段构建信息化平台呢?就是通过把点撒下去自己联成网。

图的左边给出了意向性的模式,包括检测一些森林火之类的。这是我曾经看到的资料,虽然老但是有说服力,就是传媒网络对未来的影响力。他预测未来的网络对比较的Internet大得多得多,这可以想像,主机和中间的传感器结点不可同日而语的。他们想通过传感器网络真正的把物理设备装配起来,真正的数字那个数字那个是朝着这个目标做了。最核心的目的是哪怕做了什么事情,要通过现在的研究,五角大楼要什么东西呢?就是超视觉的传感数据。他要做一个DEMO系统看是不是可行,哪怕做了以后NSF,建一个所谓的研究中心,我不细节的解释,山川各个地方联成网,真正的大得多。这是MIT的技术杂志选的未来十个可能改变我们生活的技术。这里有网络计算等。这是上亿周刊给出的未来四大高新技术产生的新的浪潮。美国也发现原动力不足,要找下一个浪潮需要什么核心技术来推动,使高新技术带来更多的附加价值。一个是效用计算,这不像MIT那么客观,这是IBM的表述。第二是传感器网络,还有塑料电子学,这个很有意思,它就是现在的显示屏做得像纸一样,单色的现在可以做出来,液晶的也是很方便的,装在兜里想看的时候可以看。下面就是关于传媒网络,今天没有太多技术的东西,给大家讲一些故事和展望,做传感器网络也是不断的给公司和客户讲故事,特别是在军事的应用方面。这是要体现一个天空地面一体化的网络,当一些突发事件不在本土的时候需要构建单兵系统,下面需要一些辅助的设施以了解战场的信息,这个我想了一下,因为了解这个信息比较早,右边的图这个概念就是这个系统,就是用中国的话说是撒豆成兵,我撒出来的东西都成为侦察兵,这是美好的愿景和描述了。

这是一些商业的潜在的信息。包括医疗健康,上面这个图是英国人在做的项目。我们现在的技术手段是这样的。有一天无线传感技术如果能够提供足够的带宽,现在的摄像头都可以做得很小,就可以像一个药丸一样吃下去,通过肠道检测,这个图是英国的一个科技机构在做,还是做的无线传媒网络的模式。现在我们医院用传媒网络基本上一个病人进去以后身上贴上观测仪器放在病床边上,现在基本上都是有限的,病人用不了,如果设计好了,这个东西我们拿无线传媒网络来做,把线扔掉病人就会移动,美国人可能已经做出来了,为将来的医护提供很大的方便。这里还有很多的应用了。包括森林火的监测,现在撒一片在那边,可以通过信息拿出来。也做一些交通管理。类似于现在北京人的出租车司机打电话问什么堵什么不堵,这就是探测流量进行交通的疏导。还有就是石油业,尤其在土地比较缺乏的国家,可以了解生物的湿度和土的状况。

举两个更有想象力的东西。当然也不是完全崇拜美国人做事。一个项目是美国人在美国宇航局做的探测,探测者上火星以后,用飞船到表面去探测,这个只能做短期监测而不是长期的,就是通过结点撒在火星表面上,这个是在佛罗里达中心做的测试,对土壤和温度湿度的检测,这种模式是未来星际空间的探测是新的模式。另外就是灾难营救,比如说世贸大厦一瘫整个网络是没有的,但是我们没有信息的依赖很大,怎么办呢?我们要做一些营救,需要快速搭建信息网网络。这个楼里要救人,可能有人死了有人活着,我怎么知道呢?用老鼠和小动物身上背上探测器,如果有呼吸可以定位,可以由针对性的进行研究。这些东西可能不会商业的应用,可是也不好说,这些模式哪一天(当然今后三五年不可能)会产生他的价值。这是和大家聊一些未来。这也是用一些运动员的计算。我们学校做的项目是划船队的研究。这个就是运动员脚上的设备,带的一些结点。

这都是一些畅想,有人也怀疑过,你描述得这么好,前景是什么。从98年到现在也快10年了,没有看到应用。学术界也有质疑声,这个我就忽略过去了,这个就是节点的平台。这个我跳过去,关键的一点因为资源受限,没有电源,而且CPU基本上是8位的,在这么小的空间里,因为路由器可以很大,传感器的网络受到很多的限制,这个流行的基本上就是ucOS,更多的是在研究领域,这个我跳过去。

我刚才说做网络,其他的不是说无线通用技术,我简单的讲一下,搞计算机网络的人对无线的看法,一个是无线构建网络、局域网络和广域网络,现在主要是局域网络,一个是WAN和PAN,要引进来的就是Zigbee。这个就是Zigbee额和bt的区别,曾经有人有质疑,这个图明显的说明,Bluetooth的复杂性相当高,一些计算机外设和主机之间可以,但是复杂度太高,受限,可能Zigbee是更好的选择。

下面就是关于无线传感网络的研究,之前是一些前景,这个怎么进入实际的应用?我给出一些例子。更多的是用于科学研究,如果模式化,找到好的商业模式也可以进入。只能给大家说了当故事听听看有没有启发,这个实用技术三五年之内还不太可能。一个是主要是做战场的目标跟踪。这个是原理图,做的节点放在无人机的翅膀下,然后飞到战区掉下来,如果装甲车、坦克路过可以测出来,轨迹图可以画出来。这是一个原理的信息系统。美国一个单兵要看看不到的地方,在这里用9个传感器节点,三个节点用画面来进行,用无线接起来。这是一个单兵手里拿一个PDA,结合地心系统归纳起来,如果一旦准的话交给后面的火炮系统是很厉害的。我们检测海鸥的生活习性,把传感器节点放到洞里,人一接入海鸥就飞,所以就放节点在那里检测他的生活习性。还有电网,主要是研究北极关于大气里的成份是怎么样的。具体的情况还不太了解背景,也是通过一些手段,了解节点埋在冰里,采集各种信息来看整个大气的环境。

另外,这个项目也很成功。主要做大桥的结构性检测,美国的大桥很多年了,钢的坚实度怎么样呢?没有办法弄。现在无线的手段往条上一放,时时的检测大桥的状况。还有可以对比一下,现在通过无线的东西可以收集下来,省事也省工,这是关于结构性检测的东西。这是火焰检测,火焰一爆发人是不可能接入的,必须通过网络的方法。人类也不可能把光纤铺在火山里,要通过比较好的技术手段。

这个东西可能接近商业应用的。这个哈佛大学的研究小组做的,可能在波士顿的大学研究医院做的,人身上原来带着的像线缆一样的东西,现在全部改成无线,一些报警信息可以通过PTA来看,这是真正在做的。另外一个方面很有意思就是所谓的电子牧场,就是澳大利亚做的,原来放牧,新西兰是农牧国家。草今天要吃一号区,明天吃二号,原来要让人看着。现在把牧场那里打桩,带着电子设备,在牛上发传感器节点,如果牛靠近发出模拟人的驱赶声,人就在家里看就好了。

今天我讲这个只能给大家通过一些例子介绍,在国内我没有看到实用的例子。最后借一个公司的图,我个人认为存在着很大的商业机会。谢谢大家。

 

责任编辑:李艳梅
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