關于物聯網體系架構和標準體系的進展研究

1、關于物聯網體系架構和標準體系的進展研究摘 要: 闡述了物聯網計算模式的形成以及物聯網技術的發(fā)展歷程,并討論了物聯網的應用體系架構。在此基礎上進一步研討了智能建筑物聯網的應用, 其中包括智能建筑技術現狀、 智能建筑物聯網應用發(fā)展現狀及其體系架構、 智能家居的物聯網系統(tǒng)結構等內容。最后, 討論了智能建筑物聯網應用進程中的若干問題,以對大家有所啟迪。關鍵詞: 物聯網；體系結構；標準體系；發(fā)展1引言 物聯網是以感知為目的的物物互聯系統(tǒng)，涉及網絡、通信、信息處理、傳感器、RFID、安全、服務技術、標識、定位、同步、數據挖掘、多網融合等眾多技術領域。經過數年的快速發(fā)展，各國不同的單位和機構均初步建立了各自

2、的技術方案，但核心技術研發(fā)方面缺乏單位間的協同攻關，各類方案間缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和接口，處于離散狀態(tài)。另外，由于物物互聯應用領域眾多，各類應用特點和需求不同，當前技術解決方案無法滿足共性需求，尤其在物理世界信息交互和統(tǒng)一表征方面。這對物聯網產業(yè)發(fā)展極為不利，亟須建立統(tǒng)一的體系架構和標準技術體系。2 物聯網體系架構物聯網作為一種形式多樣的聚合性復雜系統(tǒng)，涉及了信息技術自上而下的每一個層面，其體系架構一般可分為感知層、網絡層、應用層三個層面。其中公共技術不屬于物聯網技術的某個特定層面，而是與物聯網技術架構的三層都有關系，它包括標識與解析、安全技術、網絡管理和服務質量(QoS)管理等內容。感知層：感知層

3、由數據采集子層、短距離通信技術和協同信息處理子層組成。數據采集子層通過各種類型的傳感器獲取物理世界中發(fā)生的物理事件和數據信息，例如各種物理量、標識、音視頻多媒體數據。物聯網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。短距離通信技術和協同信息處理子層將采集到的數據在局部范圍內進行協同處理，以提高信息的精度，降低信息冗余度，并通過具有自組織能力的短距離傳感網接入廣域承載網絡。感知層中間件技術旨在解決感知層數據與多種應用平臺間的兼容性問題，包括代碼管理、服務管理、狀態(tài)管理、設備管理、時間同步、定位等。網絡層：網絡層將來自感知層的各類信息通過基礎承載網絡傳輸到應用層，包括移

4、動通信網、互聯網、衛(wèi)星網、廣電網、行業(yè)專網，及形成的融合網絡等。根據應用需求，可作為透傳的網絡層，也可升級以滿足未來不同內容傳輸的要求。經過10余年的快速發(fā)展，移動通信、互聯網等技術已比較成熟，在物聯網的早期階段基本能夠滿足物聯網中數據傳輸的需要。網絡層主要關注來自于感知層的、經過初步處理的數據經由各類網絡的傳輸問題。這涉及到智能路由器，不同網絡傳輸協議的互通、自組織通信等多種網絡技術。應用層：應用層主要包括服務支撐層和應用子集層。物聯網的核心功能是對信息資源進行采集、開發(fā)和利用。服務支撐層的主要功能是根據底層采集的數據，形成與業(yè)務需求相適應、實時更新的動態(tài)數據資源庫。物聯網涉及面廣，包含多種

5、業(yè)務需求、運營模式、技術體制、信息需求、產品形態(tài)均不同的應用系統(tǒng)，因此統(tǒng)一、系統(tǒng)的業(yè)務體系結構，才能夠滿足物聯網全面實時感知、多目標業(yè)務、異構技術體制融合等需求。各業(yè)務應用領域可以對業(yè)務類型進行細分，包括綠色農業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測等各類不同的業(yè)務服務，根據業(yè)務需求不同，對業(yè)務、服務、數據資源、共性支撐、網絡和感知層的各項技術進行裁剪，形成不同的解決方案；該部分可以承擔一部分呈現和人機交互功能。應用層將為各類業(yè)務提供統(tǒng)一的信息資源支撐，通過建立、實時更新可重復使用的信息資源庫和應用服務資源庫，使得各類業(yè)務服務根據用戶的需求隨需組合，使得物聯網的

6、應用系統(tǒng)對于業(yè)務的適應能力明顯提高。該層能夠提升對應用系統(tǒng)資源的重用度，為快速構建新的物聯網應用奠定基礎，滿足在物聯網環(huán)境中復雜多變的網絡資源應用需求和服務。除此之外，物聯網還需要信息安全、物聯網管理、服務質量管理等公共技術支撐，以采用現有標準為主。在各層之間，信息不是單向傳遞，有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，其中最為關鍵的是圍繞物品信息，完成海量數據采集、標識解析、傳輸、智能處理等各個環(huán)節(jié)，與各業(yè)務領域應用融合，完成各業(yè)務功能。因此物聯網的系統(tǒng)架構和標準體系是一個緊密關聯的整體，引領了物聯網研究的方向和領域。 圖 1 物聯網體系架構3物聯網標準體系建設物聯網自身能夠打造一個巨大的產業(yè)鏈

7、，在當前經濟形勢下對調整經濟結構、轉變經濟增長方式具有積極意義。但一直以來，一些利益相關方爭相進行基于自身利益的解讀，使得政府、產業(yè)和市場各方對其內涵和外延認識不清，有可能使政府對物聯網技術和產業(yè)的支持方向產生偏差。此外，我國物聯網產業(yè)和應用還處于起步階段，只有少量專門的應用項目，零散地分布在獨立于核心網絡的領域，而且多數還只是依托科研項目的示范應用。它們采用的是私有協議，尚缺乏完善的物聯網標準體系，缺乏對如何采用現有技術標準的指導，在產品設計、系統(tǒng)集成時無統(tǒng)一標準可循，已經嚴重制約了技術應用和產業(yè)的迅速發(fā)展。而為了實現無處不在的物聯網，要實現與核心網絡的融合，關鍵技術尚需突破，標準化對于實現

8、大規(guī)模應用網絡所需要的互連互通起到重要作用。為解決此問題，必須要對物聯網的定義、特點、范圍、技術架構等關鍵問題進行研究，并結合我國物聯網標準的實際需求提出自主創(chuàng)新的物聯網標準體系，具體規(guī)劃物聯網的標準化工作，以求通過標準體系的指導，將國內龍頭企業(yè)和相關單位納入到物聯網的標準化工作中，極大地促進物聯網產業(yè)的發(fā)展，并為今后選擇方向實現物聯網國際標準的重點突破奠定基礎。根據物聯網技術與應用密切相關的特點，按照技術基礎標準和應用子集標準兩個層次，應采取引用現有標準、裁剪現有標準或制定新規(guī)范等策略，形成包括總體技術標準、感知層技術標準、網絡層技術標準、服務支撐技術標準和應用子集類標準的標準體系框架，以求

9、通過標準體系指導成體系、系統(tǒng)的物聯網標準制定工作，同時為今后的物聯網產品研發(fā)和應用開發(fā)中對標準的采用提供重要的支持。4標準化推進策略建議我國在建立健全物聯網標準體系、使之能夠為物聯網產業(yè)大規(guī)模發(fā)展提供標準化有力支撐的過程中，建議遵循以下標準化推進策略：4.1 進行術語和體系架構等頂層設計，做到認識統(tǒng)一。物聯網的術語、技術需求、系統(tǒng)體系架構、參考模型等頂層設計是今后物聯網標準化工作能夠有序、可持續(xù)開展的重要保證。作為新出現的事物，物聯網具有全新的內涵。面對當前社會各界對物聯網存在不同解讀、思想較為混亂的形勢，應加快進行物聯網術語、系統(tǒng)體系架構、參考模型等基礎標準的立項和研制，在盡量短的時間內以標

10、準為準則，統(tǒng)一社會各界對物聯網實質的思想認識，在最大范圍內形成合力，推動物聯網技術與產業(yè)快速發(fā)展。4.2 明確標準化的各階段任務，做到急用先行。物聯網是一個動態(tài)的概念，其內涵將隨技術的發(fā)展而不斷持續(xù)演進。相對應地，物聯網的標準化工作也是長期、漸進性的系統(tǒng)工程，必須分步驟、有計劃地開展物聯網相關領域的標準研制，按照技術發(fā)展和需求現狀分解各階段的標準化任務。目前，針對我國基礎薄弱或物聯網產業(yè)急需大規(guī)模應用的技術領域，如高端智能傳感器、超高頻電子標簽、傳感器網絡，應優(yōu)先進行標準立項，加快標準制定步伐。4.3 分析標準化的基礎與現狀，做到重點突出。具有全新內涵的物聯網并非需要全部重新開發(fā)全新的技術。盡

11、管目前已出現不少物聯網技術應用，但是物聯網中相關技術的發(fā)展水平并不均衡。經過近些年的投入和發(fā)展，RFID、互聯網、移動通信網等技術、標準和應用已相對成熟，其中更是涌現出TD-SCDMA等具有自主知識產權的技術與標準。通觀物聯網的三層技術體系架構，可以看出，網絡層作為物聯網中數據的遠距離傳輸通道，技術和標準成熟度最好，已經基本能夠承載近期物聯網的初步應用，當然為滿足未來物聯網的深度應用，還需對網絡層技術和標準進行擴展。作為與物理世界最直接的溝通媒介，物聯網的大規(guī)模應用必將帶來感知層技術和設備的廣泛布設。當前，為了提升我國與國外差距巨大的感知層技術與標準整體水平，必須把智能傳感器、超高頻RFID、

12、嵌入式系統(tǒng)、協同信息處理和服務支持等基礎關鍵技術標準作為重中之重，以自主創(chuàng)新的核心技術帶動標準的突破和創(chuàng)新。物聯網的應用層直接緊密聯系著千差萬別的行業(yè)應用模式，擔負著使得物聯網成為可運營可管理可持續(xù)壯大的綜合性信息服務系統(tǒng)的重任，其標準化工作沒有先例可循，需立即著手進行標準化研制工作?？傊锫摼W的標準化應重點突出，集中力量攻克感知層和應用層關鍵技術與標準。4.4.研究國際國內標準化進展，做到同步推進。ISO、IEC、ITU、IEEE、IETF等國際標準化組織已陸續(xù)開展了物聯網相關技術的標準化工作，如ISO/IEC JTC1的傳感器網絡標準工作組、ITU的SG13工作組的泛在網絡標準研究、IEE

13、E 802.15.4工作組的短距離通信標準研究、IETF 6LoWPAN工作組的短報頭IPv6標準研究等。國內一些重要標準化組織也在同步開展國家和行業(yè)標準的研制工作，并已提出協同信息處理與服務支撐接口等國際標準提案。未來的物聯網將是一個跨部門、跨國界的龐大產業(yè)，我國的標準化工作應提早布局，做到國家標準與國際標準同步推進，爭取在未來的這一戰(zhàn)略性新興產業(yè)高地上占據一席之地。4.5 協調行業(yè)和標準化組織關系，做到有序協作。物聯網是典型的交叉學科，所涉及的技術門類眾多，其以數據為中心、面向應用的特性對原有自留地耕作式的標準制定模式和流程提出了新的要求，需要突破固有思維，大膽進行標準化思想創(chuàng)新。反映到標

14、準制定過程中，既要從橫向上考慮，做好各行業(yè)和部門間的協調合作，保證各自標準相互銜接，滿足跨行業(yè)、跨地區(qū)的應用需求，又要從縱向上考慮，確保網絡架構層面的互連互通，做好信息獲取、傳輸、處理、服務等環(huán)節(jié)標準的配套。特別是加強各個物聯網相關標準化組織之間的協調溝通，建立及時有效的聯絡機制。協調各個標準組織，使其明確各自定位和范圍，共同做好物聯網標準體系建設。4.6 結合應用示范工程與標準制定，做到良性互動。物聯網的熱潮在全國各地催生出大量的應用示范工程，這些應用示范工程大都是由政府買單，投入相當巨大。如何使得示范應用不是曇花一現，按照政府的初衷，真正起到帶動物聯網產業(yè)發(fā)展、促進物聯網商業(yè)模式創(chuàng)新的作用，是擺在各級政府面前需要解決的急迫問題。與標準化工作的結合，可以使應用示范工程的相關成果和經驗得以固化，以標準的形式指導后續(xù)應用示范工程的建設，在標準化工作和應用示范工程之間形成良性互動，避免不同技術體制的多個類似應用示范工程的重復建設，并為企業(yè)投身物聯網產業(yè)鏈提供依據和保障。結束語新一代信息技術(包括物聯網、 云計算等)已列入國家十二五規(guī)劃七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)的首位, 物聯網的發(fā)展已納入國家發(fā)展戰(zhàn)略。十二五物聯網規(guī)劃鎖定的十大應用領域與建筑智能化關系緊密。物聯網時代的到來給予建筑智能化發(fā)展和創(chuàng)新前所未有的機遇,今后的目標是要在未來幾年形成智能建筑