淺析物聯(lián)網(wǎng)技術框架與標準體系
“目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術架構缺乏統(tǒng)一的清晰描述，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(chǎn)業(yè)和市場各方對其內(nèi)涵和外延認識不清，有可能嚴重影響物聯(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備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理功能的網(wǎng)絡。這個概念最早于1999年由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出，實質上等于RFID技術和互聯(lián)網(wǎng)的結合應用。RFID標簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關鍵的技術與產(chǎn)品環(huán)節(jié)，當時人們認為物聯(lián)網(wǎng)最大規(guī)模、最有前景的應用就是在零售和物流領域，利用RFID技術，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(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》報告中對物聯(lián)網(wǎng)概念進行擴展，提出任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯(lián)，無所不在的網(wǎng)絡和無所不在計算的發(fā)展愿景，除RFID技術外、傳感器技術、納米技術、智能終端等技術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（ClusterofEuropeanResearchProjectsonTheInternetOfThings：CERP－IoT）發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》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Internet的一個組成部分，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態(tài)的全球網(wǎng)絡基礎架構。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”都具有標識、物理屬性和實質上的個性，使用智能接口，實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡的無縫整合。該項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)項目之間的組網(wǎng)；協(xié)調包括RFID的物聯(lián)網(wǎng)研究活動；對專業(yè)技術、人力資源和資源進行平衡，以使得研究效果最大化；在項目之間建立協(xié)同機制。
物聯(lián)網(wǎng)與RFID、傳感器網(wǎng)絡和泛在網(wǎng)的關系
1.傳感器網(wǎng)絡與RFID的關系
RFID和傳感器具有不同的技術特點，傳感器可以監(jiān)測感應到各種信息，但缺乏對物品的標識能力，而RFID技術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讀寫器不能實時感應當前環(huán)境的改變，其讀寫范圍受到讀寫器與標簽之間距離的影響。因此提高RFID系統(tǒng)的感應能力，擴大RFID系統(tǒng)的覆蓋能力是亟待解決的問題。而傳感器網(wǎng)絡較長的有效距離將拓展RFID技術的應用范圍。傳感器、傳感器網(wǎng)絡和RFID技術都是物聯(lián)網(wǎng)技術的重要組成部分，它們的相互融合和系統(tǒng)集成將極大地推動物聯(lián)網(wǎng)的應用，其應用前景不可估量。
2.物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡的關系
傳感器網(wǎng)絡（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劃局（DARPA）開始資助卡耐基梅隆大學進行分布式傳感器網(wǎng)絡的研究項目，當時此概念局限于由若干具有無線通信能力的傳感器節(jié)點自組織構成的網(wǎng)絡。
隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)技術和多種接入網(wǎng)絡以及智能計算技術的飛速發(fā)展，2008年2月，ITU-T發(fā)表了《泛在傳感器網(wǎng)絡（UbiquitousSensorNetworks）》研究報告。在報告中，ITU-T指出傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)向泛在傳感器網(wǎng)絡的方向發(fā)展，它是由智能傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡，可以以“任何地點、任何時間、任何人、任何物”的形式被部署。該技術可以在廣泛的領域中推動新的應用和服務，從安全保衛(wèi)和環(huán)境監(jiān)控到推動個人生產(chǎn)力和增強國家競爭力。從以上定義可見，傳感器網(wǎng)絡已被視為物聯(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(shù)據(jù)采集技術，從技術構成和應用領域來看，泛在傳感器網(wǎng)絡等同于現(xiàn)在我們提到的物聯(lián)網(wǎng)。
3.物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)絡的關系
泛在網(wǎng)是指無所不在的網(wǎng)絡，又稱泛在網(wǎng)絡。最早提出U戰(zhàn)略的日韓給出的定義是：無所不在的網(wǎng)絡社會將是由智能網(wǎng)絡、最先進的計算技術以及其他領先的數(shù)字技術基礎設施武裝而成的技術社會形態(tài)。根據(jù)這樣的構想，U網(wǎng)絡將以“無所不在”、“無所不包”、“無所不能”為基本特征，幫助人類實現(xiàn)“4A”化通信，即在任何時間、任何地點、任何人、任何物都能順暢地通信。故相對于物聯(lián)網(wǎng)技術的當前可實現(xiàn)性來說，泛在網(wǎng)屬于未來信息網(wǎng)絡技術發(fā)展的理想狀態(tài)和長期愿景。
物聯(lián)網(wǎng)的技術框架
物聯(lián)網(wǎng)的技術體系框架，它包括感知層技術、網(wǎng)絡層技術、應用層技術和公共技術。
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、二維碼和實時定位等技術。
傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術實現(xiàn)傳感器、RFID等數(shù)據(jù)采集技術所獲取數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個傳感器對數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理過程。
2.網(wǎng)絡層實現(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、高安全性地進行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡與移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術相融合。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.應用層應用層主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應用服務子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應用。
4.公共技術公共技術不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術的某個特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術架構的三層都有關系，它包括標識與解析、安全技術、網(wǎng)絡管理和服務質量（QoS）管理。
物聯(lián)網(wǎng)的標準體系
根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)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兩個層次，我們提出引用現(xiàn)有標準、裁剪現(xiàn)有標準或制定新規(guī)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)絡安全、編碼標識、骨干網(wǎng)接入與服務等技術基礎規(guī)范和產(chǎn)品、應用子集類規(guī)范的標準體系（如圖3所示），以求通過標準體系指導成體系、系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)標準制定工作，同時為今后的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)和應用開發(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主要任務：
1.籌備物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組，做好相關標準化組織間的協(xié)調
目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念和技術架構缺乏統(tǒng)一的清晰描述，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(chǎn)業(yè)和市場各方對其內(nèi)涵和外延認識不清，可能使政府對物聯(lián)網(wǎng)技術和產(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。
本著整合物聯(lián)網(wǎng)相關標準化資源，協(xié)調物聯(lián)網(wǎng)的整體標準化工作，更好地服務于國家的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)協(xié)調發(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，適應物聯(lián)網(wǎng)以應用為驅動、以需求為牽引的多種技術緊密融合的特殊需要的原則，同時為政府部門的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策提供全面的技術和標準化服務支撐。日前由工業(yè)和信息化部電子標簽（RFID）標準工作組、全國信息技術標準化技術委員會傳感器網(wǎng)絡標準工作組、工業(yè)和信息化部信息資源共享協(xié)同服務（閃聯(lián)）標準工作組、全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會等產(chǎn)學研用各界公認與物聯(lián)網(wǎng)技術密切相關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)調領導小組辦公室主任張琪擔任聯(lián)合工作組組長，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所副所長劉海濤擔任聯(lián)合工作組常務副組長。
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，共同開展物聯(lián)網(wǎng)技術的研究，積極推進物聯(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，以聯(lián)合工作組為平臺，加強與歐、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、統(tǒng)一部署、分步實施，積極鼓勵和吸納有關有物聯(lián)網(wǎng)應用需求的行業(yè)和企業(yè)參與標準化工作，穩(wěn)步推進物聯(lián)網(wǎng)標準的制定和推廣應用，推動相關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)展動態(tài)和我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略相結合，聯(lián)合相關部門開展研究，以保證實際需要為目標，結合實際國情和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，給出標準制定的優(yōu)先級列表，進而為國家的宏觀決策和指導提供技術依據(jù)，為與物聯(lián)網(wǎng)相關的國家標準和行業(yè)標準的立項和制定提供指南。
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