淺析物聯網技術框架與標準體系

“目前，物聯網的概念和技術架構缺乏統一的清晰描述，一些利益相關方爭相進行基于自身利益的解讀，使得政府、產業和市場各方對其內涵和外延認識不清，有可能嚴重影響物聯網產業的健康發展。”

物聯網（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網連接起來，實現智能化識別和管理功能的網絡。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技術和互聯網的結合應用。RFID標簽可謂是早期物聯網最為關鍵的技術與產品環節，當時人們認為物聯網最大規模、最有前景的應用就是在零售和物流領域，利用RFID技術，通過計算機互聯網實現物品或商品的自動識別和信息的互聯與共享。

2005年，國際電信聯盟（ITU）在《TheInternetofThings》報告中對物聯網概念進行擴展，提出任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯，無所不在的網絡和無所不在計算的發展愿景，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未針對物聯網的概念擴展提出新的物聯網定義。

2009年9月15日，歐盟第七框架下RFID和物聯網研究項目簇（ClusterofEuropeanResearchProjectsonTheInternetOfThings：CERP－IoT）發布了《物聯網戰略研究路線圖》研究報告，其中提出了新的物聯網概念，認為物聯網是未來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議且具有自配置能力的動態的全球網絡基礎架構。物聯網中的“物”都具有標識、物理屬性和實質上的個性，使用智能接口，實現與信息網絡的無縫整合。該項目簇的主要研究目的是便于歐洲內部不同RFID和物聯網項目之間的組網；協調包括RFID的物聯網研究活動；對專業技術、人力資源和資源進行平衡，以使得研究效果最大化；在項目之間建立協同機制。

物聯網與RFID、傳感器網絡和泛在網的關系

1.傳感器網絡與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系統的感應能力，擴大RFID系統的覆蓋能力是亟待解決的問題。而傳感器網絡較長的有效距離將拓展RFID技術的應用范圍。傳感器、傳感器網絡和RFID技術都是物聯網技術的重要組成部分，它們的相互融合和系統集成將極大地推動物聯網的應用，其應用前景不可估量。

2.物聯網與傳感器網絡的關系

傳感器網絡（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點自組織構成的網絡。

隨著近年來互聯網技術和多種接入網絡以及智能計算技術的飛速發展，2008年2月，ITU-T發表了《泛在傳感器網絡（UbiquitousSensorNetworks）》研究報告。在報告中，ITU-T指出傳感器網絡已經向泛在傳感器網絡的方向發展，它是由智能傳感器節點組成的網絡，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，從安全保衛和環境監控到推動個人生產力和增強國家競爭力。從以上定義可見，傳感器網絡已被視為物聯網的重要組成部分，如果將智能傳感器的范圍擴展到RFID等其他數據采集技術，從技術構成和應用領域來看，泛在傳感器網絡等同于現在我們提到的物聯網。

3.物聯網與泛在網絡的關系

泛在網是指無所不在的網絡，又稱泛在網絡。最早提出U戰略的日韓給出的定義是：無所不在的網絡社會將是由智能網絡、最先進的計算技術以及其他領先的數字技術基礎設施武裝而成的技術社會形態。根據這樣的構想，U網絡將以“無所不在”、“無所不包”、“無所不能”為基本特征，幫助人類實現“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。故相對于物聯網技術的當前可實現性來說，泛在網屬于未來信息網絡技術發展的理想狀態和長期愿景。

物聯網的技術框架

物聯網的技術體系框架，它包括感知層技術、網絡層技術、應用層技術和公共技術。

1.感知層數據采集與感知主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。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。

傳感器網絡組網和協同信息處理技術實現傳感器、RFID等數據采集技術所獲取數據的短距離傳輸、自組織組網以及多個傳感器對數據的協同信息處理過程。

2.網絡層實現更加廣泛的互聯功能，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，需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術相融合。經過十余年的快速發展，移動通信、互聯網等技術已比較成熟，基本能夠滿足物聯網數據傳輸的需要。

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

4.公共技術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。

物聯網的標準體系

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兩個層次，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、組網通信協議、接口、協同處理組件、網絡安全、編碼標識、骨干網接入與服務等技術基礎規范和產品、應用子集類規范的標準體系（如圖3所示），以求通過標準體系指導成體系、系統的物聯網標準制定工作，同時為今后的物聯網產品研發和應用開發中對標準的采用提供重要的支持。

當前物聯網標準研制有以下兩個主要任務：

1.籌備物聯網標準聯合工作組，做好相關標準化組織間的協調

目前，物聯網的概念和技術架構缺乏統一的清晰描述，一些利益相關方爭相進行基于自身利益的解讀，使得政府、產業和市場各方對其內涵和外延認識不清，可能使政府對物聯網技術和產業的支持方向和力度產生偏差，嚴重影響物聯網產業的健康發展。

本著整合物聯網相關標準化資源，協調物聯網的整體標準化工作，更好地服務于國家的物聯網產業協調發展大局，滿足國家信息產業總體發展戰略的要求，適應物聯網以應用為驅動、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網產業發展決策提供全面的技術和標準化服務支撐。日前由工業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絡標準工作組、工業和信息化部信息資源共享協同服務（閃聯）標準工作組、全國工業過程測量和控制標準化技術委員會等產學研用各界公認與物聯網技術密切相關的標準工作組共同發起成立物聯網標準聯合工作組。由工業和信息化部電子科技委副主任、國家金卡工程協調領導小組辦公室主任張琪擔任聯合工作組組長，中科院上海微系統與信息技術研究所副所長劉海濤擔任聯合工作組常務副組長。

物聯網標準聯合工作組將緊緊圍繞產業發展需求，協調一致，整合資源，共同開展物聯網技術的研究，積極推進物聯網標準化工作，加快制定符合我國發展需求的物聯網技術標準，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，力爭成為制定物聯網國際標準的主導力量之一。

2.做好物聯網頂層設計，完善物聯網標準體系建設

我們需要高度重視物聯網標準體系建設，加強組織協調，明確方向、突出重點、統一部署、分步實施，積極鼓勵和吸納有關有物聯網應用需求的行業和企業參與標準化工作，穩步推進物聯網標準的制定和推廣應用，推動相關標準組織形成有效協調、分工合作的工作機制，盡快形成較為完善的物聯網標準體系。制定我國物聯網標準體系，也需要把國際物聯網應用的發展動態和我國物聯網發展戰略相結合，聯合相關部門開展研究，以保證實際需要為目標，結合實際國情和產業現狀，給出標準制定的優先級列表，進而為國家的宏觀決策和指導提供技術依據，為與物聯網相關的國家標準和行業標準的立項和制定提供指南。