（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展研究

胡曉彥

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

自1999年物聯(lián)網(wǎng)最初概念的形成，到如今物聯(lián)網(wǎng)的急速壯大，其已成為最熱門(mén)也是最重要的行業(yè)，甚至已經(jīng)上升到國(guó)家層面甚至世界未來(lái)發(fā)展方向的高度。本文簡(jiǎn)述了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程及物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于該行業(yè)的影響。按照物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層次對(duì)物聯(lián)網(wǎng)常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述，并提出了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的問(wèn)題及解決思想。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展；物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；RFID；WSN；5G

1 物聯(lián)網(wǎng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1999年，MIT的Auto-ID中心給出了物聯(lián)網(wǎng)的初始概念。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofThings）的概念，提出隨時(shí)、隨地、萬(wàn)物互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)概念[1]。2009年，美國(guó)首次提出“智慧地球”概念，引起巨大關(guān)注[2]。歐盟第七框架下RFID和物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目簇發(fā)布研究報(bào)告，指出物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)Internet的一個(gè)部分，確定其戰(zhàn)略地位。2010年3月5日，我國(guó)指出物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。

美國(guó)與歐盟在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用行業(yè)方面起步最早，巨大的投資使其早早站在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的制高點(diǎn)上。亞太地區(qū)也抓緊追趕，日本率先將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化，2020年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)50億日元。2015年起，韓國(guó)陸續(xù)投資370億韓元用于物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)。我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)隨起步較晚，但潛力巨大，發(fā)展迅速，目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)7 500億，2020年產(chǎn)業(yè)目標(biāo)更是1.5萬(wàn)億元之巨。

雖然物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)前景光明，規(guī)模巨大，但到現(xiàn)在為止各行業(yè)間還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義[3]，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)包含了多種學(xué)科，多項(xiàng)技術(shù)，從事相關(guān)行業(yè)研究的高校，科研院所，企業(yè)眾多，未能得出統(tǒng)一的意見(jiàn)。這也導(dǎo)致了不同行業(yè)之間的標(biāo)準(zhǔn)不同，所作出的科研成果不能通用，或者相似結(jié)果重復(fù)得出，下游企業(yè)對(duì)接成本增加，產(chǎn)品難以推出，使得大量科研時(shí)間以及經(jīng)費(fèi)被浪費(fèi)。因此，標(biāo)準(zhǔn)成為了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的重要因素?？偟膩?lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系劃分大體包含了基礎(chǔ)類、感知類、網(wǎng)絡(luò)傳輸類和公共類。本文將選取各類標(biāo)準(zhǔn)體系中重點(diǎn)或具代表性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述，圖1為物聯(lián)網(wǎng)概念示意圖。

2 物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系

2.1 基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念進(jìn)行總體規(guī)范的一系列標(biāo)準(zhǔn)，一般包含體系結(jié)構(gòu)、參考模型、術(shù)語(yǔ)等規(guī)范，屬于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的總則。國(guó)際上由ISO/IEC、ITU-T、IIC等組織制定編寫(xiě)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)則有CCSA、國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)工作組等部門(mén)負(fù)責(zé)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)概念示意圖

2.2 感知類標(biāo)準(zhǔn)

傳感器、條形碼、射頻識(shí)別、生物特征識(shí)別都屬于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系中的感知類。信息感知屬于物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)感知的信息進(jìn)行處理、加工，分析是物聯(lián)網(wǎng)的主要工作，但由于信息種類繁多，獲得方法多樣，信息格式不統(tǒng)一，造成了感知類標(biāo)準(zhǔn)制定難度巨大，其核心標(biāo)準(zhǔn)更是亟待突破。ISO、IEC、電子標(biāo)簽工作組等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織都在積極制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在眾多感知類技術(shù)中，射頻識(shí)別技術(shù)由于其優(yōu)良的特性，尤其受到各國(guó)研究組織的重視[4，5]。

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）技術(shù)，又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID是物聯(lián)網(wǎng)中最先，最基本，也是最重要的感知類技術(shù)應(yīng)用，世界許多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組織或標(biāo)準(zhǔn)制定組織名稱中都包含RFID，可見(jiàn)其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的地位之重要。

國(guó)際上的ISO組織和EPCglobal組織都對(duì)RFID技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)定義。大部分的RFID標(biāo)準(zhǔn)都是由ISO組織制定，其標(biāo)準(zhǔn)更多是關(guān)注RFID整體性概念和框架性技術(shù)，并包含了部分具體應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，自2004年起，ISO共制定RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)15條，包含數(shù)據(jù)協(xié)議、應(yīng)用接口等。EPCglobal則更多地關(guān)注RFID的具體技術(shù)，尤其是在物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域，已解決其流程中透明性和追蹤性。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系都按照RFID的工作頻率分為多個(gè)部分，在這些頻段中，以13.56 MHz頻段的產(chǎn)品最為成熟；處于860-960 MHz內(nèi)的UHF頻段的產(chǎn)品，因?yàn)槠涔ぷ骶嚯x遠(yuǎn)且最可能成為全球通用的頻段而備受重視，發(fā)展最快。英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)分別發(fā)布7條、3條和2條國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸類標(biāo)準(zhǔn)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸類標(biāo)準(zhǔn)包括接入技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩大類標(biāo)準(zhǔn)，接入技術(shù)包括短距離無(wú)線接入、廣域無(wú)線接入、工業(yè)總線等，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、異構(gòu)網(wǎng)等組網(wǎng)和路由技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)傳輸類標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較成熟和完善，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的早期階段基本能夠滿足應(yīng)用需求。ITU-T、ISO、3GPP、IEEE等標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)將成為通信服務(wù)發(fā)展方向，從而在下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）、無(wú)線局域網(wǎng)、泛在網(wǎng)、IPv6、低功率藍(lán)牙等各種通信技術(shù)上不斷推出新標(biāo)準(zhǔn)，而最令行業(yè)矚目的兩項(xiàng)技術(shù)，一是在帶寬和功耗都較低的NB-IoT，二是在移動(dòng)性、下載速率等方面都有著很大優(yōu)勢(shì)第5代移動(dòng)通信技術(shù)。

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)），構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬[6]。由于其特點(diǎn)突出，特性優(yōu)良，我國(guó)對(duì)NB-IoT的技術(shù)研發(fā)十分重視，由我國(guó)華為公司牽頭制定NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在3GPP RAN組織發(fā)布，極大提高了我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。RAN會(huì)議上明確了NB-IoT空口技術(shù)，上行支持包含3.75 kHz與15 kHz兩種子載波帶寬的Single-Tone技術(shù)和選擇15 kHz子載波帶寬的Multi-Tone技術(shù)，下行采用OFDMA 15 kHz子載波技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的支持?；谖锫?lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及性能要求，最新的第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）就有機(jī)構(gòu)認(rèn)為是為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)而應(yīng)運(yùn)而生的。5G技術(shù)預(yù)期能夠解決例如超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超低時(shí)延、超高移動(dòng)性等技術(shù)要求[7]，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到商用化。因此，某些5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也有著重要的指導(dǎo)和參考意義[8，9]。本文介紹了國(guó)內(nèi)國(guó)際三大通信標(biāo)準(zhǔn)組織及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)度時(shí)間。

IMT-2020(5G)推進(jìn)組：由工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，旨在研究5G技術(shù)，推動(dòng)5G全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)5G商用，其制定了5G概念白皮書(shū)，包含了5G技術(shù)場(chǎng)景，5G關(guān)鍵技術(shù)，5G概念，5G技術(shù)路線等規(guī)范。

表1為5G面臨的主要技術(shù)突破。

表1 5G面臨的主要技術(shù)突破

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）：國(guó)際電信聯(lián)盟已啟動(dòng)了面向5G標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，并明確了IMT-2020(5G)工作計(jì)劃：如圖2所示，2015年中將完成IMT-2020國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)前期研究，2016年將開(kāi)展5G技術(shù)性能需求和評(píng)估方法研究，2017年底啟動(dòng)5G候選方案征集，2020年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定。

3GPP：3GPP作為國(guó)際移動(dòng)通信行業(yè)的主要標(biāo)準(zhǔn)組織，承擔(dān)了大量5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的制定工作。3GPP R14階段被認(rèn)為是啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)研究的最佳時(shí)機(jī)，R15階段可啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)工作項(xiàng)目，R16及以后將對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善增強(qiáng)。

圖2 5G標(biāo)準(zhǔn)制定規(guī)劃時(shí)間表

此外，頻率資源是網(wǎng)絡(luò)傳輸中的軟黃金。隨著無(wú)線技術(shù)的不斷加快，頻率資源愈發(fā)顯得匱乏。因此，本文總結(jié)了我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的適用頻段，見(jiàn)表2所示。

表2 我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)常見(jiàn)無(wú)線技術(shù)頻帶使用范圍

2.4 公共類標(biāo)準(zhǔn)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使得企業(yè)和個(gè)人的日常都慢慢開(kāi)始融入到物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中。智能、快速、便捷使得萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)的概念越來(lái)越被接受。但是，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)智能化，是基于一定的信息采集與分析處理過(guò)程，物聯(lián)網(wǎng)想要發(fā)展的長(zhǎng)久，就必須要保證信息安全[10]。物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將物聯(lián)系起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，近場(chǎng)傳輸、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)都存在安全攻擊風(fēng)險(xiǎn)，因此決定了它的安全問(wèn)題既同現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全密切聯(lián)系，又具有一定的特殊性。圖3為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題示意圖?？梢哉f(shuō)，信息安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本底線。世界各國(guó)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)安全的重視日益深化，本文將對(duì)已公布的較為典型主流的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題示意圖

國(guó)際上，JTC1開(kāi)展了編號(hào)為29180的泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)安全框架標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目， ISO/IEC 19790 2006針對(duì)計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)加密模型的安全管理進(jìn)行了說(shuō)明；TC65 WG10工作組的工作范圍為網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全，開(kāi)展了IEC 62443《工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制安全 網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全》系列標(biāo)準(zhǔn)研制。 SC 65A定義了電子電器設(shè)備功能安全的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508，用于油氣、核電站等對(duì)易燃易爆，對(duì)設(shè)備運(yùn)行有高安全的行業(yè)；IEEE的各種接入技術(shù)中，基本上都在MAC層定義了數(shù)據(jù)安全傳輸機(jī)制，如802.3、802.11使用的802.1X及802.15.4提供的三級(jí)安全性；ZigBee聯(lián)盟在標(biāo)準(zhǔn)體系中定義了安全層，以保證便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，并保障數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得；ETSI M2M TC在其規(guī)范中也研究了機(jī)器類通信安全，TS 102 689需求規(guī)范明確提出可信環(huán)境和完整性驗(yàn)證需求、私密性需求等；TS 106 690功能架明確了各層安全功能需求；TR 103 167專門(mén)分析應(yīng)用層安全威脅；3GPP：SA3針對(duì)機(jī)器類通信安全分別開(kāi)展了TR 23.888 M2M設(shè)備USIM業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程管理，TR 33.868 M2M安全威脅及解決方案標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)，CCSA/TC8開(kāi)展了“機(jī)器對(duì)機(jī)器通信的安全研究”項(xiàng)目，TC10開(kāi)展了“泛在網(wǎng)安全需求”標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目；WGSN開(kāi)展了“國(guó)家傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)”第5部分“安全”的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，并發(fā)布了“傳感器網(wǎng)絡(luò)信息安全通用技術(shù)規(guī)范”文檔；國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)工作組下成立“國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)安全項(xiàng)目組”，研制我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)安全基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；WAPI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定了物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)TRAIS，該技術(shù)能夠提供實(shí)體鑒別、保密通信、訪問(wèn)控制等空中接口安全服務(wù)，可抵抗RFID所面臨的標(biāo)簽偽造、數(shù)據(jù)被竊聽(tīng)、篡改等安全威脅，為RFID的廣泛安全使用提供保障[11]。

3 問(wèn)題與思考

截止目前，世界各大組織都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的意義，但依然存在兩大重要問(wèn)題。一是種類不全，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)支撐類標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)方面，嚴(yán)重缺失。從標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的角度看，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)涉及的對(duì)象可以是相對(duì)獨(dú)立、完整、具有特定功能的實(shí)體，可大至網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)，可小至設(shè)備、接口、協(xié)議，另外還包括業(yè)務(wù)，可見(jiàn)種類之多。因此各種實(shí)體根據(jù)需要，應(yīng)制定相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，體系的建立應(yīng)遵照全面成套、層次恰當(dāng)、劃分明確的原則。二是尚未統(tǒng)一，各企業(yè)之間標(biāo)準(zhǔn)不同，就需要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)統(tǒng)一管理，各國(guó)之間標(biāo)準(zhǔn)不兼容，則需要標(biāo)準(zhǔn)化組織進(jìn)行商討，以確保世界物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)快速繁榮的發(fā)展。

4 展望

物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)的影響力不斷提升，世界各國(guó)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投入不斷增大，產(chǎn)業(yè)前景一片光明。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出新，基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)逐漸成型，網(wǎng)絡(luò)傳輸類標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善，感知類和公共類標(biāo)準(zhǔn)已有一定程度的突破。但是數(shù)據(jù)服務(wù)和產(chǎn)品統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)仍存在缺失，甚至整體系標(biāo)準(zhǔn)都處于空缺狀態(tài)，因此，完善這兩大類的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)組織工作的重心。

美國(guó)研究機(jī)構(gòu)Forrester預(yù)測(cè)在2020年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將較目前網(wǎng)際網(wǎng)路相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值提高30倍。如此巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，擁有統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著十分重大的意義。我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作雖發(fā)展較快，但在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和影響力上有待提升，我們既要深化已有標(biāo)準(zhǔn)的踐行實(shí)施，也要不斷推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)體系完善，主動(dòng)出擊。

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Research on the development of Internet of Things and the progress of standards

HU Xiao-yan
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

Since the formation of the concept of the Internet of Things in 1999, the IoT has been rapid growth now. It has become the most popular and most important industry, and has risen to the national level. Even the future direction of the development of the world. This paper brief l y describes the development process of the Internet of Things and the impact of Internet of Things standards on the industry. The IoT common standards has been outlined according to the level of the IoT. Both the problems existed in the existing standards and the solution of the problems are put forward.

Internet of Things; standards of the Internet of Things; RFID; WSN; 5G

TP393

A

1008-5599（2017）05-0040-05

2017-04-20