淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架與標(biāo)準(zhǔn)體系

淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架與標(biāo)準(zhǔn)體系

“目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)架構(gòu)缺乏統(tǒng)一的清晰描述，一些利益相關(guān)方爭相進(jìn)行基于自身利益的解讀，使得政府、產(chǎn)業(yè)和市場各方對其內(nèi)涵和外延認(rèn)識不清，有可能嚴(yán)重影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。”

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）最初被定義為把所有物品通過射頻識別（RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理功能的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)概念最早于1999年由麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心提出，實(shí)質(zhì)上等于RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用。RFID標(biāo)簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的技術(shù)與產(chǎn)品環(huán)節(jié)，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)最大規(guī)模、最有前景的應(yīng)用就是在零售和物流領(lǐng)域，利用RFID技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品或商品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。

2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）在《TheInternetofThings》報(bào)告中對物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行擴(kuò)展，提出任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任何物體之間的互聯(lián)，無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在計(jì)算的發(fā)展愿景，除RFID技術(shù)外、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能終端等技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。但I(xiàn)TU未針對物聯(lián)網(wǎng)的概念擴(kuò)展提出新的物聯(lián)網(wǎng)定義。

2009年9月15日，歐盟第七框架下RFID和物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目簇（ClusterofEuropeanResearchProjectsonTheInternetOfThings：CERP－IoT）發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》研究報(bào)告，其中提出了新的物聯(lián)網(wǎng)概念，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是未來Internet的一個(gè)組成部分，可以被定義為基于標(biāo)準(zhǔn)的和可互操作的通信協(xié)議且具有自配置能力的動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”都具有標(biāo)識、物理屬性和實(shí)質(zhì)上的個(gè)性，使用智能接口，實(shí)現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫整合。該項(xiàng)目簇的主要研究目的是便于歐洲內(nèi)部不同RFID和物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目之間的組網(wǎng)；協(xié)調(diào)包括RFID的物聯(lián)網(wǎng)研究活動；對專業(yè)技術(shù)、人力資源和資源進(jìn)行平衡，以使得研究效果最大化；在項(xiàng)目之間建立協(xié)同機(jī)制。

物聯(lián)網(wǎng)與RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)和泛在網(wǎng)的關(guān)系

1.傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID的關(guān)系

RFID和傳感器具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，傳感器可以監(jiān)測感應(yīng)到各種信息，但缺乏對物品的標(biāo)識能力，而RFID技術(shù)恰恰具有強(qiáng)大的標(biāo)識物品能力。盡管RFID也經(jīng)常被描述成一種基于標(biāo)簽的，并用于識別目標(biāo)的傳感器，但RFID讀寫器不能實(shí)時(shí)感應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的改變，其讀寫范圍受到讀寫器與標(biāo)簽之間距離的影響。因此提高RFID系統(tǒng)的感應(yīng)能力，擴(kuò)大RFID系統(tǒng)的覆蓋能力是亟待解決的問題。而傳感器網(wǎng)絡(luò)較長的有效距離將拓展RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍。傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，它們的相互融合和系統(tǒng)集成將極大地推動物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，其應(yīng)用前景不可估量。

2.物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

傳感器網(wǎng)絡(luò)（SensorNetwork）的概念最早由美國軍方提出，起源于1978年美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）開始資助卡耐基梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)此概念局限于由若干具有無線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多種接入網(wǎng)絡(luò)以及智能計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，2008年2月，ITU-T發(fā)表了《泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)（UbiquitousSensorNetworks）》研究報(bào)告。在報(bào)告中，ITU-T指出傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)向泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，它是由智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以“任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、任何人、任何物”的形式被部署。該技術(shù)可以在廣泛的領(lǐng)域中推動新的應(yīng)用和服務(wù)，從安全保衛(wèi)和環(huán)境監(jiān)控到推動個(gè)人生產(chǎn)力和增強(qiáng)國家競爭力。從以上定義可見，傳感器網(wǎng)絡(luò)已被視為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，如果將智能傳感器的范圍擴(kuò)展到RFID等其他數(shù)據(jù)采集技術(shù)，從技術(shù)構(gòu)成和應(yīng)用領(lǐng)域來看，泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)等同于現(xiàn)在我們提到的物聯(lián)網(wǎng)。

3.物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

泛在網(wǎng)是指無所不在的網(wǎng)絡(luò)，又稱泛在網(wǎng)絡(luò)。最早提出U戰(zhàn)略的日韓給出的定義是：無所不在的網(wǎng)絡(luò)社會將是由智能網(wǎng)絡(luò)、最先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施武裝而成的技術(shù)社會形態(tài)。根據(jù)這樣的構(gòu)想，U網(wǎng)絡(luò)將以“無所不在”、“無所不包”、“無所不能”為基本特征，幫助人類實(shí)現(xiàn)“4A”化通信，即在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢地通信。故相對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)性來說，泛在網(wǎng)屬于未來信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的理想狀態(tài)和長期愿景。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架，它包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。

1.感知層數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器、RFID等數(shù)據(jù)采集技術(shù)所獲取數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個(gè)傳感器對數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理過程。

2.網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?

3.應(yīng)用層應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應(yīng)用。

4.公共技術(shù)公共技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個(gè)特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，它包括標(biāo)識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理。

物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用密切相關(guān)的特點(diǎn)，按照技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用子集兩個(gè)層次，我們提出引用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、裁剪現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或制定新規(guī)范等策略，形成了包括體系架構(gòu)、組網(wǎng)通信協(xié)議、接口、協(xié)同處理組件、網(wǎng)絡(luò)安全、編碼標(biāo)識、骨干網(wǎng)接入與服務(wù)等技術(shù)基礎(chǔ)規(guī)范和產(chǎn)品、應(yīng)用子集類規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系（如圖3所示），以求通過標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)成體系、系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，同時(shí)為今后的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用開發(fā)中對標(biāo)準(zhǔn)的采用提供重要的支持。

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)研制有以下兩個(gè)主要任務(wù)：

1.籌備物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組，做好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織間的協(xié)調(diào)

目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)架構(gòu)缺乏統(tǒng)一的清晰描述，一些利益相關(guān)方爭相進(jìn)行基于自身利益的解讀，使得政府、產(chǎn)業(yè)和市場各方對其內(nèi)涵和外延認(rèn)識不清，可能使政府對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的支持方向和力度產(chǎn)生偏差，嚴(yán)重影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

本著整合物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化資源，協(xié)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)的整體標(biāo)準(zhǔn)化工作，更好地服務(wù)于國家的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展大局，滿足國家信息產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展戰(zhàn)略的要求，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)以應(yīng)用為驅(qū)動、以需求為牽引的多種技術(shù)緊密融合的特殊需要的原則，同時(shí)為政府部門的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策提供全面的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)支撐。日前由工業(yè)和信息化部電子標(biāo)簽（RFID）標(biāo)準(zhǔn)工作組、全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組、工業(yè)和信息化部信息資源共享協(xié)同服務(wù)（閃聯(lián)）標(biāo)準(zhǔn)工作組、全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會等產(chǎn)學(xué)研用各界公認(rèn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作組共同發(fā)起成立物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組。由工業(yè)和信息化部電子科技委副主任、國家金卡工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室主任張琪擔(dān)任聯(lián)合工作組組長，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副所長劉海濤擔(dān)任聯(lián)合工作組常務(wù)副組長。

物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組將緊緊圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，協(xié)調(diào)一致，整合資源，共同開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，加快制定符合我國發(fā)展需求的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系，并積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的活動，以聯(lián)合工作組為平臺，加強(qiáng)與歐、美、日、韓等國家和地區(qū)的交流和合作，力爭成為制定物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)力量之一。

2.做好物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)，完善物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

我們需要高度重視物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，明確方向、突出重點(diǎn)、統(tǒng)一部署、分步實(shí)施，積極鼓勵(lì)和吸納有關(guān)有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的行業(yè)和企業(yè)參與標(biāo)準(zhǔn)化工作，穩(wěn)步推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定和推廣應(yīng)用，推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織形成有效協(xié)調(diào)、分工合作的工作機(jī)制，盡快形成較為完善的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系。制定我國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，也需要把國際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展動態(tài)和我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合，聯(lián)合相關(guān)部門開展研究，以保證實(shí)際需要為目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際國情和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，給出標(biāo)準(zhǔn)制定的優(yōu)先級列表，進(jìn)而為國家的宏觀決策和指導(dǎo)提供技術(shù)依據(jù)，為與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和制定提供指南。