物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架與標準體系研究

　　物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)最初被定義為把所有物品通過(guò)射頻識別(RFID)和條碼等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現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)的結合應用。RFID標簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的技術(shù)與產(chǎn)品環(huán)節，當時(shí)人們認為物聯(lián)網(wǎng)最大規模、最有前景的應用就是在零售和物流領(lǐng)域，利用RFID技術(shù)，通過(guò)計算機互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現物品或商品的自動(dòng)識別和信息的互聯(lián)與共享。

　　2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)在《The Internet of Things》報告中對物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行擴展，提出任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任何物體之間的互聯(lián)，無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )和無(wú)所不在計算的發(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用。但ITU未針對物聯(lián)網(wǎng)的概念擴展提出新的物聯(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)研究項目簇(Cluster of European Research Projects on The Internet Of Things：CERP-IoT)發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰略研究路線(xiàn)圖》研究報告，其中提出了新的物聯(lián)網(wǎng)概念，認為物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)Internet的一個(gè)組成部分，可以被定義為基于標準的和可互操作的通信協(xié)議且具有自配置能力的動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò )基礎架構。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”都具有標識、物理屬性和實(shí)質(zhì)上的個(gè)性，使用智能接口，實(shí)現與信息網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫整合。該項目簇的主要研究目的是便于歐洲內部不同RFID和物聯(lián)網(wǎng)項目之間的組網(wǎng);協(xié)調包括RFID的物聯(lián)網(wǎng)研究活動(dòng);對專(zhuān)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;在項目之間建立協(xié)同機制。

　　一、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)，傳感器可以監測感應到各種信息，但缺乏對物品的標識能力，而RFID技術(shù)恰恰具有強大的標識物品能力。盡管RFID也經(jīng)常被描述成一種基于標簽的，并用于識別目標的傳感器，但RFID讀寫(xiě)器不能實(shí)時(shí)感應當前環(huán)境的改變，其讀寫(xiě)范圍受到讀寫(xiě)器與標簽之間距離的影響。因此提高RFID系統的感應能力，擴大RFID系統的覆蓋能力是亟待解決的問(wèn)題。而傳感器網(wǎng)絡(luò )較長(cháng)的有效距離將拓展RFID技術(shù)的應用范圍。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集成將極大地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的應用，其應用前景不可估量。

　　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 )(Sensor Network)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劃局(DARPA)開(kāi)始資助卡耐基梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究項目，當時(shí)此概念局限于由若干具有無(wú)線(xiàn)通信能力的傳感器節點(diǎn)自組織構成的網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多種接入網(wǎng)絡(luò )以及智能計算技術(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 )(Ubiquitous Sensor Networks)》研究報告。在報告中，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(dòng)新的應用和服務(wù)，從安全保衛和環(huán)境監控到推動(dòng)個(gè)人生產(chǎn)力和增強國家競爭力。從以上定義可見(jiàn)，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展到RFID等其他數據采集技術(shù)，從技術(shù)構成和應用領(lǐng)域來(lái)看，泛在傳感器網(wǎng)絡(luò )等同于現在我們提到的物聯(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(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )，又稱(chēng)泛在網(wǎng)絡(luò )。最早提出U戰略的日韓給出的定義是：無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )社會(huì )將是由智能網(wǎng)絡(luò )、最先進(jìn)的計算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數字技術(shù)基礎設施武裝而成的技術(shù)社會(huì )形態(tài)。根據這樣的構想，U網(wǎng)絡(luò )將以“無(wú)所不在”、“無(wú)所不包”、“無(wú)所不能”為基本特征，幫助人類(lèi)實(shí)現“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)的當前可實(shí)現性來(lái)說(shuō)，泛在網(wǎng)屬于未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的理想狀態(tài)和長(cháng)期愿景。

　　從以上的分析可見(jiàn)，傳感器網(wǎng)絡(luò )、物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)絡(luò )之間的關(guān)系可用圖1來(lái)表示。

　　二、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架

　　物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架如圖2所示，它包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )層技術(shù)、應用層技術(shù)和公共技術(shù)。

　　1.感知層數據采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數據，包括各類(lèi)物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯(lián)網(wǎng)的數據采集涉及傳感器、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)現傳感器、RFID等數據采集技術(shù)所獲取數據的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個(gè)傳感器對數據的協(xié)同信息處理過(guò)程。

　　2.網(wǎng)絡(luò )層實(shí)現更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無(wú)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(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過(guò)十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)數據傳輸的需要。

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

　　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)架構的三層都有關(guān)系，它包括標識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )管理和服務(wù)質(zhì)量(QoS)管理。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)的標準體系

　　根據物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用密切相關(guān)的特點(diǎn)，按照技術(shù)基礎標準和應用子集兩個(gè)層次，我們提出引用現有標準、裁剪現有標準或制定新規范等策略，形成了包括體系架構、組網(wǎng)通信協(xié)議、接口、協(xié)同處理組件、網(wǎng)絡(luò )安全、編碼標識、骨干網(wǎng)接入與服務(wù)等技術(shù)基礎規范和產(chǎn)品、應用子集類(lèi)規范的標準體系(如圖3所示)，以求通過(guò)標準體系指導成體系、系統的物聯(lián)網(wǎng)標準制定工作，同時(shí)為今后的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)和應用開(kāi)發(fā)中對標準的采用提供重要的支持。

　　當前物聯(lián)網(wǎng)標準研制有以下兩個(gè)主要任務(wù)：

　　1.籌備物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組，做好相關(guān)標準化組織間的協(xié)調

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術(shù)架構缺乏統一的清晰描述，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(chǎng)各方對其內涵和外延認識不清，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，嚴重影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

　　本著(zhù)整合物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準化資源，協(xié)調物聯(lián)網(wǎng)的整體標準化工作，更好地服務(wù)于國家的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)協(xié)調發(fā)展大局，滿(mǎn)足國家信息產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展戰略的要求，適應物聯(lián)網(wǎng)以應用為驅動(dòng)、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(mén)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策提供全面的技術(shù)和標準化服務(wù)支撐。日前由工業(yè)和信息化部電子標簽(RFID)標準工作組、全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會(huì )傳感器網(wǎng)絡(luò )標準工作組、工業(yè)和信息化部信息資源共享協(xié)同服務(wù)(閃聯(lián))標準工作組、全國工業(yè)過(guò)程測量和控制標準化技術(shù)委員會(huì )等產(chǎn)學(xué)研用各界公認與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密切相關(guān)的標準工作組共同發(fā)起成立物聯(lián)網(wǎng)標準聯(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)調領(lǐng)導小組辦公室主任張琪擔任聯(lián)合工作組組長(cháng)，中科院上海微系統與信息技術(shù)研究所副所長(cháng)劉海濤擔任聯(lián)合工作組常務(wù)副組長(cháng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組將緊緊圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，協(xié)調一致，整合資源，共同開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標準化工作，加快制定符合我國發(fā)展需求的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準，建立健全標準體系，并積極參與國際標準化組織的活動(dòng)，以聯(lián)合工作組為平臺，加強與歐、美、日、韓等國家和地區的交流和合作，力爭成為制定物聯(lián)網(wǎng)國際標準的主導力量之一。

　　2.做好物聯(lián)網(wǎng)頂層設計，完善物聯(lián)網(wǎng)標準體系建設

　　我們需要高度重視物聯(lián)網(wǎng)標準體系建設，加強組織協(xié)調，明確方向、突出重點(diǎn)、統一部署、分步實(shí)施，積極鼓勵和吸納有關(guān)有物聯(lián)網(wǎng)應用需求的行業(yè)和企業(yè)參與標準化工作，穩步推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標準的制定和推廣應用，推動(dòng)相關(guān)標準組織形成有效協(xié)調、分工合作的工作機制，盡快形成較為完善的物聯(lián)網(wǎng)標準體系。制定我國物聯(lián)網(wǎng)標準體系，也需要把國際物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展動(dòng)態(tài)和我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰略相結合，聯(lián)合相關(guān)部門(mén)開(kāi)展研究，以保證實(shí)際需要為目標，結合實(shí)際國情和產(chǎn)業(yè)現狀，給出標準制定的優(yōu)先級列表，進(jìn)而為國家的宏觀(guān)決策和指導提供技術(shù)依據，為與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的國家標準和行業(yè)標準的立項和制定提供指南。（來(lái)源：中國計算機報 編選：中國電子商務(wù)研究中心 樓屹蓉）