信息技術(shù)與智慧城市（上）

懷進(jìn)鵬懷進(jìn)鵬北京航空航天大學(xué)北京航空航天大學(xué)2011-05-26 2011-05-26 揚(yáng)州揚(yáng)州120112011中國(guó)首屆智慧城市高峰論壇中國(guó)首屆智慧城市高峰論壇熱點(diǎn)思考 熱點(diǎn)集中在新能源熱點(diǎn)集中在新能源ITIT 云計(jì)算、CPS、智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)等 如何應(yīng)對(duì)發(fā)展？如何應(yīng)對(duì)發(fā)展？ 關(guān)注戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的信息技術(shù)問(wèn)題？ 如何分析重大應(yīng)用模式、機(jī)遇和國(guó)際熱點(diǎn)問(wèn)題？ 中國(guó)中國(guó)ITIT機(jī)會(huì)：機(jī)會(huì)：趨勢(shì)？或是為他人注解其發(fā)展的合理性和產(chǎn)品 、方案的應(yīng)用示范？ 產(chǎn)業(yè)發(fā)展：產(chǎn)品成熟度、解決方案 國(guó)家利益和數(shù)據(jù)安全 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 一、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)一、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn) 二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè) 三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市3IT與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇1）IT領(lǐng)域仍主導(dǎo)全球高技術(shù)出口和風(fēng)險(xiǎn)投資的重點(diǎn)IT與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇 2)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的演變：以人為中心IT與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇 3）網(wǎng)絡(luò)信息觀人類(lèi)社會(huì)信息世界物理世界（CyberSpace）人類(lèi)社會(huì)人類(lèi)社會(huì) 物理世界物理世界人機(jī)界面（終端設(shè)備）人機(jī)界面（終端設(shè)備）物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)/ /傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)人機(jī)物和諧計(jì)算環(huán)境人機(jī)物和諧計(jì)算環(huán)境信息世界信息世界另一方面，IT發(fā)展約束墻 20202020年前后年前后： ITIT遇到靠遇到靠漸進(jìn)式改進(jìn)漸進(jìn)式改進(jìn)難以繼續(xù)發(fā)展難以繼續(xù)發(fā)展的的重大障礙重大障礙技術(shù)墻技術(shù)墻 摩爾定律：摩爾定律：在現(xiàn)有CMOS技術(shù)和工藝下，摩爾定律僅能持續(xù)到2020年，IT產(chǎn)業(yè)可能面臨變革 存儲(chǔ)墻：存儲(chǔ)墻：隨著多核處理器核數(shù)不斷增加，處理器與存儲(chǔ)器之間的性能差距日益擴(kuò)大 功耗問(wèn)題：功耗問(wèn)題：在技術(shù)層面，功耗已成為制約系統(tǒng)功能及性能提升的重要因素.IT發(fā)展約束墻：軟件與數(shù)據(jù)復(fù)雜性 數(shù)據(jù)規(guī)模和不確定性墻：數(shù)據(jù)規(guī)模和不確定性墻：圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim GrayJim Gray和IDCIDC研究報(bào)告：每18個(gè)月全球數(shù)據(jù)量翻一番，存儲(chǔ)能力和處理存儲(chǔ)能力和處理能力的提高落后于信息的增長(zhǎng)幅度能力的提高落后于信息的增長(zhǎng)幅度,導(dǎo)致新的瓶頸. 過(guò)去數(shù)據(jù)庫(kù)假設(shè)數(shù)據(jù)是確定的，現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集更容易，各種不確定數(shù)據(jù)大量引入系統(tǒng)各種不確定數(shù)據(jù)大量引入系統(tǒng)軟件復(fù)雜性墻軟件復(fù)雜性墻：1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境軟件系統(tǒng)：不確定性導(dǎo)致復(fù)雜性遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)；2）非功能屬性增強(qiáng)：對(duì)系統(tǒng)可擴(kuò)展性、高可用性、服務(wù)質(zhì)量控制和可信性等需求增大；3）軟件轉(zhuǎn)型機(jī)遇軟件轉(zhuǎn)型機(jī)遇SaaS ：開(kāi)發(fā)到服務(wù)服務(wù)！IT發(fā)展約束墻：網(wǎng)絡(luò)資源共享與能耗 應(yīng)用規(guī)模與資源共享的矛盾應(yīng)用規(guī)模與資源共享的矛盾全球數(shù)據(jù)中心中包含的1180萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器其CPU平均利用率只有15%截止2008年,全球PC出貨量6年持續(xù)遞增，2008年比2007年增長(zhǎng)10.5%應(yīng)用之間難以共享資源應(yīng)用之間難以共享資源資源利用率低資源利用率低電力成本占數(shù)據(jù)中心成本的40%($10M)，數(shù)據(jù)中心用電占世界電能的2%($7.2B,2005)信息與通信產(chǎn)業(yè)已成為全球第信息與通信產(chǎn)業(yè)已成為全球第5 5大耗能行業(yè)大耗能行業(yè)過(guò)去十年，服務(wù)器容量提高6倍，平均存儲(chǔ)容量增69倍。但I(xiàn)T平均利用率低于15%ITIT的周期革命觀點(diǎn)的周期革命觀點(diǎn)1980年前后以PC的普及為標(biāo)志1965年前后以大型機(jī)為標(biāo)志1995年前后發(fā)生互聯(lián)網(wǎng)革命2010年前后年前后是什么？是什么？智慧地球？云計(jì)算？101960nuclear weapons, game, payrollSimulation1985Email, books, movies, airline ticketsCommunication (Storage)2010vision, speech, robots, smart lifeEmbodimentGetting computers to understandGetting computers to understandIBM前首席執(zhí)行官Louis Gerstner認(rèn)為：計(jì)算模式每隔15年發(fā)生一次變革熱點(diǎn)之一：云計(jì)算 云計(jì)算：云計(jì)算：基于數(shù)據(jù)中心、強(qiáng)調(diào)性?xún)r(jià)比、效能和可信的服務(wù)運(yùn)營(yíng)模式數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的物質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的物質(zhì)基礎(chǔ) 從新的視角（借鑒電力革命）整合與供給現(xiàn)有信息技術(shù) 提升高端計(jì)算的利用率和易用性，提升低端計(jì)算的事務(wù)處理能力 “信息技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)施”的新里程碑Infrastructure ServicesPlatform ServicesApplication ServicesBusiness Services20002005People Services2010Service Cloud LayersStatic, dedicated, outsourcedNetwork-delivered, off-premisesShared, automated, dynamicStorage CloudVirtual Server CloudCompute CloudResilient CloudPackaged Application Cloud Community and Information Centric CloudClinical Trials CloudMobile Services Cloud核心技術(shù)：核心技術(shù)：虛擬化虛擬化(virtualization)采用獨(dú)占性、隔離性、伸縮性的資源管理方式最早見(jiàn)于操作系統(tǒng)的硬件管理，隨后延伸到軟件資源管理部署運(yùn)行部署運(yùn)行“聚合式聚合式”虛擬化虛擬化“分割式分割式”虛擬化虛擬化XaaS1111熱點(diǎn)之二：智慧地球 智慧地球：智慧地球：ITIT深度融入現(xiàn)實(shí)世界的深度融入現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用構(gòu)造模式應(yīng)用構(gòu)造模式 遵循人機(jī)物融合的理念構(gòu)造和演化信息系統(tǒng) 人機(jī)物和諧發(fā)展的“近中期主流應(yīng)用模式”我們的世界可以更透徹的感知(Instrumented)我們的世界變得更全面的互聯(lián)互通(Interconnected)所有的事物、流程、運(yùn)行方式具有更深入的智能化(Intelligent)主要特征：主要特征：3 3I I取取傳傳理理用用技術(shù)內(nèi)涵技術(shù)內(nèi)涵以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)以計(jì)算為核心以計(jì)算為核心以應(yīng)用為導(dǎo)向以應(yīng)用為導(dǎo)向12機(jī)遇？ 分析： 2020年前后信息技術(shù)發(fā)展處于重大變革孕育期，信息技術(shù)將會(huì)遇到靠漸進(jìn)式改進(jìn)難以繼續(xù)發(fā)展的重大障礙，但網(wǎng)絡(luò)化、普適化、智能化蘊(yùn)含了人-機(jī)-物和諧的發(fā)展愿景！ 1）應(yīng)用模式創(chuàng)新與系統(tǒng)技術(shù)成集創(chuàng)新： 以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，形成以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，形成面向網(wǎng)絡(luò)化面向網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用創(chuàng)新和系統(tǒng)技術(shù)突破的難得機(jī)遇！的應(yīng)用創(chuàng)新和系統(tǒng)技術(shù)突破的難得機(jī)遇！ 為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)依托為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)依托后發(fā)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)后發(fā)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)實(shí)施實(shí)施跨越式發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇！跨越式發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇！ 2）理論與技術(shù)創(chuàng)新的機(jī)遇：新型計(jì)算模式、理論內(nèi)容提要內(nèi)容提要 一、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn) 二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè) 三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市14數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：新的核心競(jìng)爭(zhēng)力數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：新的核心競(jìng)爭(zhēng)力擁有大規(guī)模、運(yùn)行的數(shù)據(jù)擁有大規(guī)模、運(yùn)行的數(shù)據(jù)，及其有效的及其有效的分析處理能力分析處理能力，成為核心競(jìng)爭(zhēng)力！成為核心競(jìng)爭(zhēng)力！用戶(hù)分析用戶(hù)分析 Amazon利用其Kindle分析用戶(hù)在線(xiàn)閱讀習(xí)慣拼寫(xiě)檢查拼寫(xiě)檢查 微軟20年花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元 Google基于用戶(hù)數(shù)據(jù)分析醫(yī)療轉(zhuǎn)變醫(yī)療轉(zhuǎn)變 美國(guó)等發(fā)展”Evidence-based Medicine”醫(yī)學(xué)PITAC報(bào)告：創(chuàng)造報(bào)告：創(chuàng)造10億億美元以上產(chǎn)美元以上產(chǎn)業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并行數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)挖掘保持競(jìng)爭(zhēng)力：只有不斷提高數(shù)據(jù)處理能力！保持競(jìng)爭(zhēng)力：只有不斷提高數(shù)據(jù)處理能力！2021-9-21Data Economy：首席研究戰(zhàn)略官M(fèi)undie計(jì)算機(jī)科學(xué)家Hellerstein社會(huì)信息學(xué)家James Cortada海量數(shù)據(jù)使我們處在一個(gè)新的時(shí)代 (Different Period)The Industrial Revolution of Data 數(shù)據(jù)的工業(yè)革命The Data-centred Economy is Just Nascent 以數(shù)據(jù)為中心的經(jīng)濟(jì)剛剛開(kāi)始 16數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用戶(hù)隱私和國(guó)家安全17華爾街日?qǐng)?bào)華爾街日?qǐng)?bào)http:/ 4億用戶(hù)、億用戶(hù)、400400億張照片億張照片零售行業(yè)零售行業(yè)科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生活網(wǎng)絡(luò)生活 2010年2月經(jīng)濟(jì)學(xué)人出版：“數(shù)據(jù)、無(wú)處不在的數(shù)據(jù)”專(zhuān)刊1 1）Data as Strategic ResourceData as Strategic Resource互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)成為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略資源國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略資源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)據(jù)中心正在成為服務(wù)和計(jì)算的數(shù)據(jù)中心正在成為服務(wù)和計(jì)算的“主力軍主力軍”IBM對(duì)全球2600位CIO的調(diào)查:基礎(chǔ)架構(gòu)將在未來(lái)基礎(chǔ)架構(gòu)將在未來(lái)5 5年內(nèi)會(huì)顯示出不斷集中的趨勢(shì)年內(nèi)會(huì)顯示出不斷集中的趨勢(shì)擁有20萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。希望2011年增加到80萬(wàn)臺(tái)。超過(guò)45萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。分布在全球25個(gè)地方。 4 萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器分布在 6 個(gè)區(qū)域之中互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì) 網(wǎng)絡(luò)成為計(jì)算和存儲(chǔ)的中心網(wǎng)絡(luò)成為計(jì)算和存儲(chǔ)的中心 數(shù)據(jù)中心是“計(jì)算機(jī)”，各種PC和移動(dòng)設(shè)備成為新的終端（PC/NetBook/SmartPhone/Sensor）2 2）Datacenter as a ComputerDatacenter as a Computer數(shù)據(jù)中心正在成為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心正在成為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的“計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)”20一、立項(xiàng)依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì) 網(wǎng)絡(luò)形成虛擬計(jì)算環(huán)境網(wǎng)絡(luò)形成虛擬計(jì)算環(huán)境 如，按需訪(fǎng)問(wèn)（On Demand） 、按用量付費(fèi)（Pay as you go）Computing as the UtilityComputing as the Utility計(jì)算成為公共服務(wù)計(jì)算成為公共服務(wù)內(nèi)容提要內(nèi)容提要 一、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn) 二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新與創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè) 三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市22再思考 后IP網(wǎng)絡(luò)：不僅是基礎(chǔ)設(shè)施的變革，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與應(yīng)用模式將會(huì)發(fā)生根本性變化，進(jìn)而，新的服務(wù)與應(yīng)用模式會(huì)影響基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展方向。 信息化：信息化：ITIT“源頭源頭”才有活水，才有活水，提供提供“零距離零距離”服務(wù)服務(wù)軟件！軟件！但“源頭”在哪？ 智慧地球/物聯(lián)網(wǎng)IBM主要盈利領(lǐng)域？智能交通、電子政務(wù)、電力等； 我們?nèi)狈?duì)真實(shí)應(yīng)用的把握缺乏對(duì)真實(shí)應(yīng)用的把握！IT價(jià)值鏈“應(yīng)用/市場(chǎng)產(chǎn)品技術(shù)”，既“應(yīng)用導(dǎo)向數(shù)據(jù)服務(wù)”的理念232021-9-2124滿(mǎn)足功能，效率為先滿(mǎn)足功能，效率為先結(jié)構(gòu)化計(jì)算能力計(jì)算能力數(shù)據(jù)處理事務(wù)處理事務(wù)處理業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)，應(yīng)用集成業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)，應(yīng)用集成開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)、互通、互操作互聯(lián)、互通、互操作靈活性、簡(jiǎn)單性可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性數(shù)據(jù)為中心，按需而動(dòng)數(shù)據(jù)為中心，按需而動(dòng)豐富、模塊化的資源資源共享與協(xié)同資源共享與協(xié)同 高度動(dòng)態(tài)的應(yīng)用需求高度動(dòng)態(tài)的應(yīng)用需求用戶(hù)為中心的流程再造轉(zhuǎn)型之一：應(yīng)用模式2021-9-2125轉(zhuǎn)型之二:計(jì)算模式 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代開(kāi)放、無(wú)集中控制的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、無(wú)集中控制的網(wǎng)絡(luò)分布異構(gòu)動(dòng)態(tài)自治按需集成主機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代封閉、可控的平臺(tái)封閉、可控的平臺(tái)數(shù)據(jù)事務(wù)處理網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用：推動(dòng)軟件產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用：推動(dòng)軟件產(chǎn)業(yè)26 按License購(gòu)買(mǎi)Copyright，軟件成為商品 Microsoft 互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)與快速發(fā)展 基于互聯(lián)網(wǎng)的信息服務(wù)業(yè) Yahoo，Google，百度 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)繼續(xù)延伸，網(wǎng)絡(luò)化軟件服務(wù)化軟件 Amazon、Apple、Nokia 淘寶網(wǎng)、QQ等80年代第一次變革第三次變革？90年代第二次變革互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代：路在何方？27Datacenter as a ComputerInternet as the Infrastructure 對(duì)大多數(shù)人對(duì)大多數(shù)人Buy computing, not computer對(duì)大多數(shù)人對(duì)大多數(shù)人Buy service,not softwarehttp:/ 一、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn) 二、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇：創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè) 三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市三、重大應(yīng)用系統(tǒng)：智慧城市28國(guó)際信息化對(duì)經(jīng)濟(jì)效果Clarke 和和 Wallsten在在2006年對(duì)年對(duì)66個(gè)發(fā)展中國(guó)家和個(gè)發(fā)展中國(guó)家和27個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的一項(xiàng)研究表明：的一項(xiàng)研究表明：互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)每增長(zhǎng)一個(gè)百分點(diǎn)，出口就互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)每增長(zhǎng)一個(gè)百分點(diǎn)，出口就增長(zhǎng)增長(zhǎng)4.3個(gè)百分點(diǎn)個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)世界銀行最近對(duì)根據(jù)世界銀行最近對(duì)120個(gè)國(guó)家的計(jì)量經(jīng)濟(jì)分析，個(gè)國(guó)家的計(jì)量經(jīng)濟(jì)分析，寬帶服務(wù)每寬帶服務(wù)每增長(zhǎng)增長(zhǎng)10個(gè)百分點(diǎn)，會(huì)帶來(lái)個(gè)百分點(diǎn)，會(huì)帶來(lái)1.3個(gè)百分點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)個(gè)百分點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。 亞洲亞洲 東歐東歐 美國(guó)美國(guó) 韓國(guó)韓國(guó) 中國(guó)中國(guó) 中國(guó)臺(tái)灣中國(guó)臺(tái)灣1989199519952003Source: ITU adapted from Jorgenson and Vu. 2005.ICT對(duì)對(duì)GDP增速的貢獻(xiàn)增速的貢獻(xiàn)