项目5 新一代信息技术概述(课件）-《信息技术》同步教学（电子工业出版社）

项目5 新一代信息技术概述 1 CONTENT 目录 一 任务1:认识新一代信息技术 二 任务2:新一代信息技术 在生活中的应用 2 任务1：认识新一代信息技术 3 5.1.1 新一代信息技术的概念 新一代信息技术是在云计算、大数据、人工智能等一批新兴技术产业不断产生和发展壮大的过程中，逐渐产生并完善的概念，承接原有“信息技术”的概念，并赋予了新的内涵。 新一代信息技术是指以5G、区块链、大数据、云计算、人工智能、量子信息、移动通信、物联网等为代表的新兴技术。它既是信息技术的纵向升级，也是信息技术之间及其与相关产业的横向融合 4 5.1.2 5G技术 什么是5G技术 5G是第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology）的简称，是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人、机、物互联的网络基础设施 5G性能指标 为满足5G多样化的应用场景需求，5G的关键性能指标更加多元化，其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方千米 (1）移动性 (2）时延 (3）用户感知速率 (4）峰值速率 (5）连接数密度 (6）流量密度 5 5.1.2 5G技术 5G三大业务场景 (1）eMBB：大流量移动宽带业务 (2）mMTC：大规模物联网业务 (3）URLLC：无人驾驶、工业自动化等业务 5G应用领域 (1）工业领域 (2）车联网与自动驾驶 (3）能源领域 (4）教育领域 (5）医疗领域 (6）文旅领域 (7）智慧城市领域 (8）信息消费领域 (9）金融领域 6 5.1.3 云计算技术 云计算的概念 云安全联盟（Cloud Security Alliance，CSA）认为“云计算是一种新的运作模式和一组用于管理计算资源共享池的技术”，“是一种颠覆性的技术，它可以增强协作、提高敏捷性、可扩展性及可用性，还可以通过优化资源分配、提高计算效率来降低成本”。 美国国家标准与技术研究院（NIST）定义云计算是一种模型，它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源（例如，网络、服务器、存储、应用和服务），资源能够快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。该云模型由五个基本特征、三个服务模型和四个部署模型组成 7 5.1.3 云计算技术 云计算的模型 在NIST定义的模型中，云计算有五个基本特征、三个服务模型、四个部署模型 （1）五个基本特征 随需应变的自助服务（On-Demand Self-Service） 无处不在的网络访问（Broad Network Access） 资源共享池（Resource Pooling） 快速弹性（Rapid Elasticity） 计量付费服务（Measured Service） （2）三个服务模型 基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS） 平台即服务（Platform as a Service，PaaS） 软件即服务（Software as a Service，SaaS） （3）四个部署模型 私有云（Private Cloud） 社区云（Community Cloud） 公有云（Public Cloud） 混合云（Hybrid Cloud） 8 5.1.3 云计算技术 云计算的应用场景 （1）云数据中心 （2）云存储系统 （3）虚拟桌面云 （4）开发测试云 （5）高性能计算 （6）云杀毒 （7）云办公、云会议等 9 5.1.4 大数据技术 什么是大数据 维基百科将大数据定义为规模庞大、结构复杂、难以通过现有商业工具和技术在可容忍的时间内获取、管理和处理的数据集。 麦肯锡全球研究所给出的定义是：一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合，具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。 研究机构Gartner给出的定义是：“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。 10 5.1.4 大数据技术 大数据的特征 大数据具备数量（Volume）、种类（Variety）、速度（Velocity）和价值（Value）四4V特征，即数据体量巨大、数据类型多、数据增长速度快和数据价值巨大但密度低。 （1）数据体量巨大 （2）数据类型和结构复杂 （3）新数据创建和增长速度快 （4）数据价值密度低 11 5.1.4 大数据技术 大数据的结构类型 大数据的结构可以有多种，包括结构化的数据和非结构化的文本文件、财务数据、多媒体文件和基因定位图数据。按照数据是否有强的结构模式，可将数据划分为结构化数据、半结构化数据、准结构化数据和非结构化数据。。 （1）结构化数据 （2）半结构化数据 （3）准结构化数据 （4）非结构化数据 12 5.1.4 大数据技术 大数据的应用 （1）电商大数据精准营销法宝 （2）医疗大数据看病更高效 （3）农牧大数据量化生产 （4）非结构化数据 （4）交通大数据畅通出行 （5）教育大数据因材施教 13 5.1.5 物联网技术 什么是物联网 物联网（Internet of Things，IoT）指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，和“外在使能”（Enabled）的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网络实现互联互通（M2M）、应用大集成（Grand Integration），以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、互联网（Internet）等环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化 14 5.1.5 物联网技术 物联网关键技术 （1）传感器技术 （2）RFID标签 （3）嵌入式系统技术 （4）智能技术 （5）纳米技术 物联网应用场景 （1）智能家居 （2）智慧交通 （3）智能安防 （4）智慧农业 （5）智慧物流 15 5.1.6 移动互联网技术 什么是物联网 移动互联网是指移动通信终端与互联网相结合成为一体，使用户使用手机、平板电脑或其他无线终端设备，通过高速移动网络，在移动状态下如在地铁、公交车等，随时、随地访问Internet以获取信息，使用商务、娱乐等各种网络服务。 移动互联网是在传统互联网基础上发展起来的，因此二者具有很多共性，但由于移动通信技术和移动终端发展不同，它又具备许多传统互联网没有的新特性。 （1）交互性 （2）便携性 （3）隐私性 （4）定位性 （5）娱乐性 （6）局限性 （7）身份统一性 16 5.1.6 移动互联网技术 人工智能的常用技术 （1）数字图像处理技术 （2）语音识别技术 （3）自然语言处理 17 5.1.7 人工智能技术 什么是人工智能 人工智能（Artificial Intelligence，AI）是近年来发展最为迅猛的技术，是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能的发展历史 （1）人工智能的启蒙时代 （2）人工智能的春天——语音识别 （3）人工智能的爆发——深度学习 18 5.1.8 量子技术 量子特性 （1）量子测不准 （2）量子不可克隆 （3）量子不可 （4）量子态叠加性（superposition） （5）量子态纠缠性（entanglement （6）量子态相干性（interference）） 量子技术 量子技术是基于量子力学原理来结合工程学中的控制论、计算机科学、电子学方法等来实现对量子系统有效控制。目前的量子技术主要应用与量子通信和量子计算两个领域。 （1）量子通信 利用量子态实现信息的编码、传输、处理和解码，特别是利用量子态（单光子态和纠缠态）实现量子密钥的分配。（3）量子不可 （2）量子计算 利用多比特系统量子态的叠加性质，设计合理的量子并行算法，并通过合适的物理体系加以实现（通用量子计算）。 19 5.1.9 区块链技术 什么是区块链 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链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。 区块链的特征 区块链的主要特征有去中心化、开放性（公开透明）、自治性、不可篡改、匿名性等特征。 （1）去中心化 （2）开放性 （3）自治性 （4）信息不可篡改 （5）匿名性 20 5.1.9 区块链技术 区块链的核心技术 区块链要达成上面所讲的特征，必须有相应的技术提供保证。区块链的核心技术主要有分布式账本、共识机制、智能合约和密码学。 （1）分布式账本 （2）共识机制 （3）智能合约 （4）非对称加密 区块链的类型 区块链可以分为公有区块链、联盟区块链和私有区块链三种类型。 （1）公有区块链（Public Block Chains） （2）联盟区块链（Consortium Block Chains） （3）私有区块链（Private Block Chains） 21 5.1.9 区块链技术 区块链的应用场景 区块链作为一种底层协议或技术方案可以有效地解决信任问题，实现价值的自由传递，在数字货币、金融资产的交易结算、数字政务、存证防伪数据服务等领域具有广阔前景。 （1）数字货币 （2）金融资产交易结算 （3）数字政务 （4）存证防伪 （5）数据服务 22 任务实现 任务要求 结合课本知识，开展网络调研，加强对新一代信息技术的理解和掌握，并结合生活实际，深刻理解新一代信息技术产业发展趋势：智能、跨界、融合。 23 拓展训练 学习并了解数字孪生技术 通过网络搜索引擎，搜索“数字孪生”，解答如下问题，对数字孪生技术有个初步了解和掌握。 1.什么是“数字孪生”？其对应的英文名字是什么？ 2.数字孪生可以应用在什么场景？在这个名词出现以前，有没有其他哪些类似技术或实现？ 3.将搜索到的有价值的视频讲解跟同学进行分享，发现最有价值的讲解短片。 4.试一下分析“数字孪生”与“元宇宙”概念和技术上的异同。 24 任务2:新一代信息技术在生活中的应用 25 5.2.1 防疫数据统计 大数据在本次新冠病毒肺炎疫情防控中起了有目共睹的技术支撑作用，具体表现在： （1）大数据为政府正确决策、精准施策提供了科学依据。 （2）强化了政府对疫情物资生产、筹集、投放的科学管控手段。 （3）为医疗救治、“群防群控”，防止疫情蔓延采取有效措施提供了科学数据和手段。 （4）科学分析预测疫情现状、趋势，适时准确地根据疫情变化把握防疫重点。 26 5.2.2 智慧城市 智慧城市正在技术集成、数据利用、应用形态、可持续运营、安全保障等方面呈现出十大发展趋势： （1）决策智能：城市大脑从感知智能向认知智能、决策智能迈进； （2）知识重构：跨模态数据融合、全行业知识图谱决定城市智慧； （3）数据融合：政府与社会数据融合助力形成城市治理强大合力； （4）孪生驱动：数字孪生推动城市要素时空化集约化治理服务； （5）敏态发展：疫情推动应用系统快速响应建设韧性城市； （6）入口融通：城市 APP 与移动互联网入口相互依存发展； （7）以城促产：推动产业现代化高级化成为智慧城市重要使命； （8）生态共生：开放生态为智慧城市高质量发展提供土壤； （9）数据安全：区块链、隐私计算等数据安全技术是运行保障； （10）长效运营：可持续发展需要技术、数据、人才、资金运营保障。 27 5.2.3 智慧医疗 智慧医疗一般由三部分组成，分别为智慧医院系统、区域卫生系统、以及家庭健康系统。 （1）智慧医院系统，由数字医院和提升应用两部分组成 （2）区域卫生系统，由区域卫生平台和公共卫生系统两部分组成 （3）家庭健康系统 28 任务实现 任务要求 新一代信息技术在推动传统产业实现数字化中起着重要作用，深刻改变着社会形态和产业形态，大数据、人工智能、物联网、云计算等技术无不在工农业生产中发挥着重要作用，请检索和调研下一代信息技术在工农业生产中的作用，通过网络搜索、数据收集、知网检索等方式，形成应用案例文字文档一份、讲解演示文稿一份。 29 $$