2.2 新一代信息技术及应用
2.2.1 物联网
物联网 (Thelnternet of Things) 是指通过信息传感设备，按约定的协议将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、 定位、跟踪、监控和管理的网络。
1.技术基础
物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。
感知层由各种传感器构成，包括温度传感器二维码标签、RFID标签和读写器，摄像头，GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。
网络层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。
应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合以实现物联网的智能应用。
2.关键技术
物联网关键技术主要涉及传感器技术、传感网和应用系统框架等。
(1) 传感器技术
传感器是一种检测装置，它能”感受” 到被测量的信息。它是实现自动检测和自动控制的首要环节，也是物联网获取物理世界信息的基本手段。
射频识别技术(RFID) 是物联网中使用的一种传感器技术，在物联网发展中备受关注。RIFD可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID技术让物品能够“开口说话”。 这就赋予了物联网一个特性一可跟踪性，即可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。
(2) 传感网
微机电系统 (MEMS) 是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、 通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、 处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。MEMS赋予了普通物体新的“生命”，它们有了属于自己的数据传输通路、存储功能、操作系统和专门的应用程序，从而形成一个庞大的传感网，使物联网能够通过物品来实现对人的监控与保护。未来，衣服可以通过传感网”告诉 ”洗衣机放多少水和洗衣粉最经济；文件夹会“检查“人们忘带了什么重要文件；食品蔬菜的标签会向顾客的手机介绍“自己是否真正“绿色安全。
(3)应用系统框架
物联网应用系统框架是一种以机器终端智能交互为核心的、 网络化的应用与服务。它将使对象实现智能化的控制，涉及5个重要的技术部分：机器传感器硬件、通信网络、中间件和应用。该框架基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络获取的数据进行决策，改变对象的行为控制和反馈。智能化的住宅在主人上班时，传感器自动关闭水电气和门窗，定时向主人的手机发送消息，汇报安全情况。
2.2.2 云计算
1.技术基础
云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式将网络上配置为共享的软件资源、计算资源、存储资源和信息资源，按需求提供给网上的终端设备和终端用户。
按照云计算服务提供的资源层次，可以分为：
基础设施即服务(Iaas) 向用户提供计算机能力、存储空间等基础设施方面的服务。
平台即服务 (PaaS) 向用户提供虚拟的操作系统、数据库管理系统、Web应用等平台化的服务。
软件即服务 (SaaS) 向用户提供应用软件 (如 CRM、办公软件等)组件、工作流等虚拟化软件的服务，SaaS一般采用 Web 技术和 SOA 架构。
2.关键技术
云计算的关键技术主要涉及虚拟化技术、云存储技术、多租户和访问控制管理、云安全技术等。
(1)虚拟化技术
虚拟化是一个广义术语，在计算机领域通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。 CPU的虚拟化技术可以单 CPU 模拟多 CPU 并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者虚拟主机上。超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。
容器(Container)技术是一种全新意义上的虚拟化技术，属于操作系统虚拟化的范畴，也就是由操作系统提供虚拟化的支持。容器技术将单个操作系统的资源划分到孤立的组中，以便更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。 (目前最受欢迎的容器环境是Docker。）
(2)云存储技术
分布式文件系统作为云存储技术中的重要组成部分， 在维持兼容性的基础上，对系统复制和容错功能进行提升。
(3)多租户和访问控制管理
访问控制管理是云计算应用的核心问题之一。云计算访问控制的研究主要集中在云计算访问控制模型、基于ABE密码体制的云计算访问控制、云中多租户及虚拟化访问控制研究。
云中多租户及虚拟化访问控制是云计算的典型特征。
(4)云安全技术
云安全研究主要包含两个方面的内容，一是云计算技术本身的安全保护工作，涉及相应的数据完整性及可用性、隐私保护性以及服务可用性等方面的内容； 二是借助于云服务的方式来保障客户端用户的安全防护需求，通过云计算技术来实现互联网安全，涉及基于云计算的病毒防治、木马检测技术等。
在云安全技术的研究方面，主要包含：
（1）云计算安全性
（2）保障云基础设施的安全性
（3）云安全技术服务
2.2.3 大数据
大数据 (Big Data) 指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是具有更强的决策力、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。
1.技术基础
大数据是具有体量大、结构多样、时效性强等特征的数据，处理大数据需要采用新型计算架构和智能算法等新技术。大数据从数据源到最终价值实现一般需要经过数据准备、数据存储与管理、 数据分析和计算、数据治理和知识展现等过程，涉及数据模型、处理模型、计算理论以及与其相关的分布计算、分布存储平台技术、数据清洗和挖掘技术、流式计算和增量处理技术、数据质量控制等方面的研究。一般来说，大数据主要特征包括：
·数据海量：大数据的数据体量巨大，从TB级别跃升到PB级别 (1PB=1024TB)EB级别 (1EB=1024PB)，甚至达到ZB级别 (1ZB=1024EB)
·数据类型多样：大数据的数据类型繁多，一般分为结构化数据和非结构化数据。相对于以往便于存储的以文本为主的结构化数据，非结构化数据越来越多，包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置信息等，这些多类型的数据对数据的处理能力提出了更高要求
·数据价值密度低：数据价值密度的高低与数据总量的大小成反比。以视频为例，一部1小时的视频，在连续不间断的监控中，有用数据可能仅有一二秒。如何通过强大的机器算法更迅速地完成数据的价值”提纯”，成为目前大数据背景下亟待解决的难题。
·数据处理速度快：为了从海量的数据中快速挖掘数据价值，一般要求要对不同类型的数据进行快速的处理，这是大数据区分于传统数据挖掘的最显著特征。
2.关键技术
大数据技术架构主要包含大数据获取技术、分布式数据处理技术和大数据管理技术，以及大数据应用和服务技术。
(1)大数据获取技术
目前，大数据获取的研究主要集中在数据采集、整合和清洗三个方面。数据采集技术实现数据源的获取，然后通过整合和清理技术保证数据质量。
(2)分布式数据处理技术
分布式计算是随着分布式系统的发展而兴起的，其核心是将任务分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理， 通过并行工作的机制， 达到节约整体计算时间，提高计算效率的目的。目前，主流的分布式计算系统有 Hadoop、 Spark和 Storm。 Hadoop 常用于离线的复杂的大数据处理，Spark 常用于离线的快速的大数据处理，而 Storm 常用于在线的实时的大数据处理。
(3)大数据管理技术
大数据管理技术主要集中在大数据存储、 大数据协同和安全隐私等方面。
(4)大数据应用和服务技术
大数据应用和服务技术主要包含分析应用技术和可视化技术。
2.2.4 区块链
区块链技术具有去中心化存储、 隐私保护、 防篡改等特点，提供了开放、
分散和容错的事务机制，成为新一代匿名在线支付、汇款和数字资产交易的核心，被广泛应用于各大交易平台，给金融及其监管机构、科技创新、社会发展等领域带来了深刻的变革。
1.技术基础
区块链概念可以理解为以非对称加密算法为基础，以改进的默克尔树(Merkle Tree) 为数据结构，使用共识机制、点对点网络、智能合约等技术结合而成的一种分布式存储数据库技术。区块链分为公有链 (Public Blockchain）、
联盟链 (Consortium Blockchain)、私有链(Private Blockchain）和混合链 (Hybrid Blcokchain) 四大类。
(1)公有链。公有链是网络中任何人都可以随时访问的区块链系统，通常被认为是完全去中心化、匿名性高和数据不可篡改的区块链。
(2)联盟链。联盟链为若千企业或机构共同管理的区块链，参与者要事先进行注册认证，因此相对于公有链来说，联盟链的参与节点较少。数据由认证后的参与者共同记录和维护，这 类节点拥有读取数据的权限。
(3)私有链。私有链是一种由某个组织或某个用户控制的区块链，控制参与节点个数的规 则很严格，因此交易速度极快，隐私等级更高，不容易遭受攻击
相比于公有链系统有更高的 安全性，但去中心化程度被极大削弱。
(4)混合链。混合链是公有链和私有链的混合体，结合了公有链和私有链的特性。混合链允许用户决定区块链的参与成员，以及交易是否可以被公开，因此混合区块链是可定制的，所以它的混合架构通过利用私有区块链的限制访问来确保隐私，同时保持了公共区块链的完整性、透明度和安全性。
一般来说，区块链的典型特征包括：
·多中心化：链上数据的验证、核算、存储、维护和传输等过程均依赖分布式系统结构，运用纯数学方法代替中心化组织机构在多个分布式节点之间构建信任关系，从而建立可信的分布式系统。
·多方维护：激励机制可确保分布式系统中的所有节点均可参与数据区块的验证过程，并通过共识机制选择特定节点将新产生的区块加入到区块链中。
·时序数据：区块链运用带有时间戳信息的链式结构来存储数据信息，为数据信息添加时间维度的属性，从而可实现数据信息的可追溯性。
·智能合约：区块链技术能够为用户提供灵活可变的脚本代码，以支持其创建新型的智能合约。
·不可篡改：在区块链系统中，因为相邻区块间后序区块可对前序区块进行验证，若篡改某一区块的数据信息，则需递归修改该区块及其所有后序区块的数据信息，然而每一次哈希的重新计算代价是巨大的，且须在有限时间内完成，因此可保障链上数据的不可算改性。
·开放共识：在区块链网络中，每台物理设备均可作为该网络中的一个节点，任意节点可自由加入且拥有一份完整的数据库拷贝。
·安全可信：数据安全可通过基于非对称加密技术对链上数据进行加密来实现，分布式系统中各节点通过区块链共识算法所形成的算力来抵御外部攻击、保证链上数据不被篡改和伪造，从而具有较高的保密性、可信性和安全性。
2.关键技术
(1)分式账本
分布式账本是区块链技术的核心之一。 分布式账本的核心思想是：交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成， 而且每一个节点保存一个唯一、真实账本的副本，它们可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证，账本里的任何改动都会在所有的副本中被反映出来，反应时间会在几分钟甚至是几秒内，记账节点足够多，理论上除非所有的节点被破坏，所以整个分布式账本系统是非常稳健的，从而保证了账目数据的安全性。
(2)加密算法
区块数据的加密是区块链研究和关注的重点，其主要作用是保证区块数据在网络传输、存储和修改过程中的安全。 区块链系统中的加密算法一般分为散(哈希）算法和非对称加密算法。
(3)共识机制
区块链的共识机制的思想是：在没有中心点总体协调的情况下，当某个记账节点提议区块数据增加或减少，并把该提议广播给所有的参与节点，所有节点要根据一定的规则和机制，对这一提议是否能够达成一致进行计算和处理。
2.2.5 人工智能
人工智能是指研究和开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门技术科学。
1.技术基础
从当前的人工智能技术进行分析可知，其在技术研究方面主要聚焦在热点技术、共性技术和新兴技术三个方面。 其中以机器学习为代表的基础算法的优化改进和实践，以及迁移学习、强化学习、多核学习和多视图学习等新型学习方法是研究探索的热点。
2.关键技术
人工智能的关键技术主要涉及机器学习、自然语言处理、专家系统等技术，随着人工智能应用的深入，越来越多新兴的技术也在快速发展中。
(1)机器学习
机器学习是一种自动将模型与数据匹配，并通过训练模型对数据进行“学习“的技术。神经网络是机器学习的一种形式。强化学习是机器学习的另外一种方式，指机器学习系统制订了目标而且迈向目标的每一步都会得到某种形式的奖励。
(2)自然语言处理
自然语言处理(NLP) 是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向。它研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法。自然
语言处理主要应用于机器翻译、舆情监测、自动摘要、观点提取、文本分类、问题回答、文本语义对比、语音识别、中文OCR等方面。
(3)专家系统
专家系统是一个智能计算机程序系统，通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够应用人工智能技术和计算机技术，根据系统中的知识与经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
2.2.6 虚拟现实
1.技术基础
虚拟现实 (VR)是一种可以创立和体验虚拟世界的计算机系统(其中虚拟世界是全体虚拟环境的总称)。
虚拟现实技术的主要特征包括沉浸性、交互性、多感知性、构想性也称想象性) 和自主性。
随着虚拟现实技术的快速发展，按照其“沉浸性” 程度的高低和交互程度的不同，虚拟现实技术已经从桌面虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统等，向着增强式虚拟现实系统(AR)和元宇宙的方向发展。
2.关键技术
虚拟现实的关键技术主要涉及人机交互技术、传感器技术、动态环境建模技术和系统集成技术等。
(1)人机交互技术
虚拟现实中的人机交互技术是一种新型的利用VR眼镜、控制手柄等传感器设备，能让用户真实感受到周围事物存在的一种三维交互技术。
(2)传感器技术
传感器技术是 VR 技术更好地实现人机交互的关键。
(3)动态环境建模技术
虚拟环境的设计是 VR 技术的重要内容，该技术是利用三维数据建立虚拟环境模型。
(4)系统集成技术
VR系统中的集成技术包括信息同步、数据转换、模型标定、识别和合成等技术。
2.3 新一代信息技术发展展望
2021年12月，国家发布了《“十四五”国家信息化规划》该规划明确指出，“十四五”时期，信息化进入加快数字化发展、建设数字中国的新阶段，为未来信息技术的发展指明了方向。
(1)泛在智能的网络连接设施将是网络技术的发展重点。
(2)大数据技术将继续成为未来发展主流。
(3)新一代信息技术的持续创新将会成为国家战略。
(4)从信息化技术转向数字化技术，将是未来国家、社会、产业数字化转型的重要支撑。
(5)新一代信息技术将继续深入与产业结合，引领产业数字化转型发展。
(6)新一代信息技术的发展，将有效支撑社会治理现代化的发展，从而有效地构建共建、共治、共享的数字社会治理体系。
(7)新一代信息技术的融合发展，将会打造协同高效的数字政府服务体系。
(8)信息技术发展落脚点将更加聚焦“以信息技术健全基本公共服务体系，改善人民生活品质，让人民群众共享信息化发展成果”。
(9)提升信息技术的国际竞争力，积极参与全球网络空间治理体系改革。
(10)信息技术有序发展的治理体系是基础，网络安全、信息安全、数据安全的监管技术，数字技术应用审查机制、监管法律体系、网络安全保障体系和技术能力的建设将会成为技术和管理融合的重要方向。
