孫其博 劉杰 黎羴 范春曉 孫娟娟

物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇。歐盟委員會(huì)認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用將在未來5～15年中為解決現(xiàn)代社會(huì)問題帶來極大貢獻(xiàn)。2009年以來，一些發(fā)達(dá)國家紛紛出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局，我國也將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)予以重點(diǎn)關(guān)注和推進(jìn)。整體而言，目前無論國內(nèi)還是國外，物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)都還處于起步階段，不同領(lǐng)域的專家學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)研究的起點(diǎn)各異，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的定位和特征還存在一些混亂的概念，系統(tǒng)模型、體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)都還缺乏清晰化的界定。本文綜述了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域目前的研究狀況，從物聯(lián)網(wǎng)概念、發(fā)展歷程、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化工作等角度，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)研究的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)以及關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，籍此拋磚引玉，以進(jìn)一步探討物聯(lián)網(wǎng)未來的研究發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代末。作為一個(gè)新興的信息技術(shù)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)引起了各國政府、學(xué)者及相關(guān)企業(yè)的極大關(guān)注。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念的起源

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于美國麻省理工學(xué)院（MIT）在1999年建立的自動(dòng)識(shí)別中心（Auto-ID Labs）提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)——把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

早期的物聯(lián)網(wǎng)是以物流系統(tǒng)為背景提出的，以射頻識(shí)別技術(shù)作為條碼識(shí)別的替代品，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了較大變化。

2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并隨后發(fā)布了《ITU Internet reports 2005: The Internet of things》，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的特征、相關(guān)的技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)和未來的市場(chǎng)機(jī)遇。

ITU在報(bào)告中指出，我們正站在一個(gè)新的通信時(shí)代的邊緣，信息與通信技術(shù)（ICT）的目標(biāo)已經(jīng)從滿足人與人之間的溝通，發(fā)展到實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時(shí)代即將來臨。物聯(lián)網(wǎng)使我們?cè)谛畔⑴c通信技術(shù)的世界里獲得一個(gè)新的溝通維度，將任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、連接任何人，擴(kuò)展到連接任何物品，萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。

1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

ITU報(bào)告的推出，使得物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇，在全球范圍內(nèi)得到了重視。一些發(fā)達(dá)國家紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)，并出臺(tái)戰(zhàn)略措施予以落實(shí)。

1）發(fā)達(dá)國家加快物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局

2009年6月18日，歐盟執(zhí)委會(huì)發(fā)表了《Internet of things: An action plan for Europe》，描述了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景，在世界范圍內(nèi)首次系統(tǒng)地提出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和管理設(shè)想，并提出了12項(xiàng)行動(dòng)保障物聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展，標(biāo)志著歐盟已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提上日程。

2009年10月13日，韓國通信委員會(huì)通過了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)確定為新增長動(dòng)力，提出了“通過構(gòu)建世界最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)施，打造未來廣播通信融合領(lǐng)域超一流信息通信技術(shù)強(qiáng)國”的目標(biāo)，并確定了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、營造物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)散環(huán)境4大領(lǐng)域和12項(xiàng)詳細(xì)課題。

以歐盟和韓國為代表的上述物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃的推出，標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局已在全球范圍內(nèi)展開。

2）我國將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)予以重點(diǎn)關(guān)注和推進(jìn)

2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時(shí)提出“感知中國”理念，由此推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)概念在國內(nèi)的重視，成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領(lǐng)域。2010年3月5日，溫家寶總理在《政府工作報(bào)告》將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興。國務(wù)院、發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部等都在研究制定促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策，由此，推動(dòng)了中國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)從概念推廣、政策制定、配套建設(shè)到技術(shù)研發(fā)的快速發(fā)展。

但是整體而言，中國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展尚未走出“概念”階段，缺乏頂層藍(lán)圖規(guī)劃，科技與產(chǎn)業(yè)主攻方向不明。一些利益相關(guān)方爭(zhēng)相進(jìn)行基于自身利益的解讀，可能使政府對(duì)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，需盡快在國家層面盡快制定物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖。

2 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念解析

隨著信息領(lǐng)域及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者分別從不同的方面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了較為深入的研究，物聯(lián)網(wǎng)的概念也隨之有了深刻的改變，但是至今仍沒有提出一個(gè)權(quán)威、完整和精確的物聯(lián)網(wǎng)定義。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本定義與基本特征

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本定義

目前，不同領(lǐng)域的研究者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的起點(diǎn)各異，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述側(cè)重于不同的方面，短期內(nèi)還沒有達(dá)成共識(shí)。下面給出幾個(gè)具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)定義。

定義1物聯(lián)網(wǎng)是未來網(wǎng)絡(luò)的整合部分，它是以標(biāo)準(zhǔn)、互通的通信協(xié)議為基礎(chǔ)，具有自我配置能力的全球性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，所有實(shí)質(zhì)和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性，通過智能界面無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)信息共享。

定義2由具有標(biāo)識(shí)、虛擬個(gè)性的物體/對(duì)象所組成的網(wǎng)絡(luò)，這些標(biāo)識(shí)和個(gè)性運(yùn)行在智能空間，使用智慧的接口與用戶、社會(huì)和環(huán)境的上下文進(jìn)行連接和通信。

定義3物聯(lián)網(wǎng)指通過信息傳感設(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，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)。

對(duì)比物聯(lián)網(wǎng)的最初概念以及上述不同的物聯(lián)網(wǎng)定義，本文認(rèn)為：狹義上的物聯(lián)網(wǎng)指連接物品到物品的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物品的智能化識(shí)別和管理；廣義上的物聯(lián)網(wǎng)則可以看作是信息空間與物理空間的融合，將一切事物數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，在物品之間、物品與人之間、人與現(xiàn)實(shí)環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)高效信息交互方式，并通過新的服務(wù)模式使各種信息技術(shù)融入社會(huì)行為，是信息化在人類社會(huì)綜合應(yīng)用達(dá)到的更高境界。

2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

從通信對(duì)象和過程來看，物聯(lián)網(wǎng)的核心是物與物以及人與物之間的信息交互。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。

全面感知。利用射頻識(shí)別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測(cè)量技術(shù)隨時(shí)隨地對(duì)物體進(jìn)行信息采集和獲取。

可靠傳送。通過將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，依托各種通信網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地進(jìn)行可靠的信息交互和共享。

智能處理。利用各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量的感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析并處理，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。

為了更清晰地描述物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，按照信息科學(xué)的視點(diǎn)，圍繞信息的流動(dòng)過程，抽象出物聯(lián)網(wǎng)的信息功能模型。

1）信息獲取功能。包括信息的感知和信息的識(shí)別，信息感知指對(duì)事物狀態(tài)及其變化方式的敏感和知覺；信息識(shí)別指能把所感受到的事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式表示出來。

2）信息傳輸功能。包括信息發(fā)送、傳輸和接收等環(huán)節(jié)，最終完成把事物狀態(tài)及其變化方式從空間（或時(shí)間）上的一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)的任務(wù)，這就是一般意義上的通信過程。

3）信息處理功能。指對(duì)信息的加工過程，其目的是獲取知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)事物的認(rèn)知以及利用已有的信息產(chǎn)生新的信息，即制定決策的過程。

4）信息施效功能。指信息最終發(fā)揮效用的過程，具有很多不同的表現(xiàn)形式，其中最重要的就是通過調(diào)節(jié)對(duì)象事物的狀態(tài)及其變換方式，使對(duì)象處于預(yù)期的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)、泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

目前業(yè)界存在多種與物聯(lián)網(wǎng)并存的網(wǎng)絡(luò)名詞術(shù)語，如泛在網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，這些網(wǎng)絡(luò)術(shù)語的定義以及相互之間的關(guān)系亟待澄清。

1）傳感器網(wǎng)絡(luò)

ITU-T.Y.2221建議中定義傳感器網(wǎng)是包含互聯(lián)的傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)通過有線或無線通信交換傳感數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)是由傳感器和可選的能檢測(cè)處理數(shù)據(jù)及聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行元件組成的設(shè)備；而傳感器是感知物理?xiàng)l件或化學(xué)成分并且傳遞與被觀察的特性成比例的電信號(hào)的電子設(shè)備。

傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比具有顯著特點(diǎn)，即資源受限、自組織結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、應(yīng)用相關(guān)、以數(shù)據(jù)為中心等。以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為例，一般由多個(gè)具有無線通信與計(jì)算能力的低功耗、小體積的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)采集、處理、無線通信和自組織的能力，協(xié)作完成大規(guī)模復(fù)雜的監(jiān)測(cè)任務(wù)；網(wǎng)絡(luò)中通常只有少量的匯聚（sink）節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)布命令和收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信；傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅感知到信號(hào)，并不強(qiáng)調(diào)對(duì)物體的標(biāo)識(shí)；僅提供局域或小范圍內(nèi)的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)傳遞，并沒有被賦予物品到物品的連接能力。

2）泛在網(wǎng)絡(luò)（ubiquitous networking）

ITU-T.Y.2002建議中將泛在網(wǎng)絡(luò)描述為，在服務(wù)預(yù)訂的情況下，個(gè)人和/或設(shè)備無論何時(shí)、何地、何種方式都能以最少的技術(shù)限制接入到服務(wù)和通信的能力。

簡單地說，泛在網(wǎng)絡(luò)指無所不在的網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地與任何人或物之間的通信，涵蓋了各種應(yīng)用；是一個(gè)容納了智能感知/控制、廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接及深度的信息通信技術(shù)（ICT）應(yīng)用等技術(shù)，超越了原有電信范疇的更大的網(wǎng)絡(luò)體系。

泛在網(wǎng)絡(luò)可以支持人到人、人到對(duì)象（如設(shè)備和/或機(jī)器）和對(duì)象到對(duì)象的通信。“人與物、物與物之間的通信是泛在網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)”。

3）三者之間的區(qū)別與聯(lián)系

基于前述對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及泛在網(wǎng)絡(luò)的定義及各自特征的分析，物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)、泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系可以概括為，泛在網(wǎng)絡(luò)包含物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)包含傳感器網(wǎng)。

從通信對(duì)象及技術(shù)的覆蓋范圍看：① 傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集的一種末端網(wǎng)絡(luò)。除了各類傳感器外，物聯(lián)網(wǎng)的感知單元還包括如RFID、二維碼、內(nèi)置移動(dòng)通信模塊的各種終端等。② 物聯(lián)網(wǎng)是邁向泛在網(wǎng)絡(luò)的第1步，泛在網(wǎng)絡(luò)在通信對(duì)象上不僅包括物與物、物與人的通信，還包括人與人通信，而且泛在網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)與M2M和CPS的關(guān)系

有些學(xué)者在討論物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，常常提到機(jī)對(duì)機(jī)通信（M2M）和信息物理融合系統(tǒng)（CPS）的概念，下面也做一簡述。

1）M2M

從狹義上說，M2M僅代表機(jī)器與機(jī)器（machine to machine）之間的通信，廣義來講也包括人與機(jī)器（man to machine）的通信，是以機(jī)器智能交互為核心、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。目前，業(yè)界提到M2M時(shí)，更多的是指非信息技術(shù)（IT）機(jī)器設(shè)備通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或IT系統(tǒng)的通信。

自2002年起，M2M技術(shù)在世界各地開始得到快速推動(dòng)，M2M應(yīng)用遍及電力、交通、工業(yè)控制、零售、公共事業(yè)管理、醫(yī)療、水利、石油等多個(gè)行業(yè)。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）和第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織都啟動(dòng)了針對(duì)快速成長的M2M技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的專項(xiàng)工作。

2）CPS

CPS是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C——計(jì)算（computation）、通信（communication）和控制（control）——技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知和動(dòng)態(tài)控制。CPS基本特征是構(gòu)成了一個(gè)能與物理世界交互的感知反饋環(huán)，通過計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)，實(shí)現(xiàn)與實(shí)物過程的密切互動(dòng)，從而給實(shí)物系統(tǒng)增加或擴(kuò)展新的能力。

近年來，CPS正在逐漸成為國際信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。2006年2月，美國科學(xué)院發(fā)布的《美國競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》將CPS列為重要的研究項(xiàng)目。美國總統(tǒng)科學(xué)與技術(shù)顧問委員會(huì)（PCAST）于2007年把CPS作為網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)領(lǐng)域的第1項(xiàng)提案。2008年成立的美國CPS指導(dǎo)小組在《CPS執(zhí)行概要》中，把CPS應(yīng)用放在交通、國防、能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和大型建筑設(shè)施等方面。除此之外，美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）和歐洲第7框架（FP7）的大型科研資助計(jì)劃，也都投入了大量經(jīng)費(fèi)。我國對(duì)CPS也相當(dāng)重視，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目和國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目都把其作為重點(diǎn)。

3）M2M、CPS與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

通過前面的分析，可以認(rèn)為M2M和CPS都是物聯(lián)網(wǎng)的表現(xiàn)形式。從概念內(nèi)涵角度，物聯(lián)網(wǎng)包含了萬事萬物的信息感知和信息傳送；M2M則主要強(qiáng)調(diào)機(jī)器與機(jī)器之間的通信；而CPS更強(qiáng)調(diào)反饋與控制過程，突出對(duì)物的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的信息控制與信息服務(wù)。M2M偏重于實(shí)際應(yīng)用，得到了工業(yè)界的重點(diǎn)關(guān)注，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應(yīng)用形式；CPS更偏重于研究，吸引了學(xué)術(shù)界的更多目光，是將來物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要技術(shù)形態(tài)。

3 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

體系架構(gòu)是指導(dǎo)具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要前提。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)極易因角度的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此急需建立一個(gè)具有框架支撐作用的體系架構(gòu)。另外，隨著應(yīng)用需求的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)將逐漸納入物聯(lián)網(wǎng)體系中，體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)也將決定物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)細(xì)節(jié)、應(yīng)用模式和發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的感知環(huán)節(jié)具有很強(qiáng)的異構(gòu)性，為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)信息之間的互聯(lián)、互通與互操作，未來的物聯(lián)網(wǎng)需要以一個(gè)開放的、分層的、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為框架。目前，國內(nèi)的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系框架時(shí)，多采用ITU-T在Y. 2002建議中描述的USN高層架構(gòu)作為基礎(chǔ)，自下而上分為底層傳感器網(wǎng)絡(luò)、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件、泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)5個(gè)層次。

USN分層框架的一個(gè)最大特點(diǎn)是依托下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）架構(gòu)，各種傳感器網(wǎng)絡(luò)在最靠近用戶的地方組成無所不在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用戶在此環(huán)境中使用各種服務(wù)，NGN則作為核心的基礎(chǔ)設(shè)施為USN提供支持。

實(shí)際上，在ITU的研究技術(shù)路線中，并沒有單獨(dú)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究，而是將人與物、物與物之間的通信作為泛在網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要功能，統(tǒng)一納入了泛在網(wǎng)絡(luò)的研究體系中。ITU在泛在網(wǎng)絡(luò)的研究中強(qiáng)調(diào)2點(diǎn)，一是要在NGN的基礎(chǔ)上，增加網(wǎng)絡(luò)能力，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的泛在通信；二是在NGN的基礎(chǔ)上，增加網(wǎng)絡(luò)能力，擴(kuò)大和增加對(duì)廣大公眾用戶的服務(wù)。因此在考慮泛在網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)能力時(shí)，一定要考慮這2點(diǎn)最基本的需求。

除ITU外，其他的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也從不同的側(cè)面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)有所涉及研究，如歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)機(jī)器對(duì)機(jī)器技術(shù)委員會(huì)（ETSI M2M TC），從端到端的全景角度研究機(jī)器對(duì)機(jī)器通信，給出了一個(gè)簡單的M2M架構(gòu)。該體系架構(gòu)可看作USN體系架構(gòu)的一個(gè)簡化版本。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的研究建議

整體而言，與物聯(lián)網(wǎng)的概念類似，目前還沒有一個(gè)規(guī)范化的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)模型。USN的高層架構(gòu)可描述物聯(lián)網(wǎng)的物理構(gòu)成和涉及的主要技術(shù)，但不能完整反映出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的功能集劃分、組網(wǎng)方式、互操作接口、管理模型等，不利于物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。因此需要進(jìn)一步提取物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)模型。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的研究，建議遵循ITU采用的相關(guān)研究方法，首先抽象物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用類型和應(yīng)用場(chǎng)景，這是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的主要依據(jù)；然后提出物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的通用原則和總體需求；再對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)做進(jìn)一步的詳細(xì)劃分，定義通用框架和功能結(jié)構(gòu)模型。

通用框架的目標(biāo)是開發(fā)一種功能方法學(xué)和通用模型，保證物聯(lián)網(wǎng)可使用從主要控制領(lǐng)域中抽象出來的控制功能進(jìn)行描述；功能結(jié)構(gòu)模型對(duì)怎樣定義一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)提供指南，包括拆分成適當(dāng)?shù)墓δ芗?、定義功能集之間的參考點(diǎn)、相對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)、接口的定義等。

按照ITU觀點(diǎn)，“互連任何物品”是對(duì)下一代網(wǎng)的能力、服務(wù)和應(yīng)用的擴(kuò)展。因此，建議將物聯(lián)網(wǎng)納入NGN的研究范疇，延續(xù)NGN技術(shù)發(fā)展路線，依托NGN已有的研究成果，進(jìn)一步研究物聯(lián)網(wǎng)的功能框架、體系框架和具體配置模型等。

4 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系

ITU在2005年的物聯(lián)網(wǎng)報(bào)告中重點(diǎn)描述了物聯(lián)網(wǎng)的4個(gè)關(guān)鍵性應(yīng)用技術(shù)——標(biāo)簽事物的RFID技術(shù)、感知事物的傳感器技術(shù)、思考事物的智能技術(shù)、微縮事物的納米技術(shù)。目前，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注熱點(diǎn)主要集中在傳感器、RFID、云計(jì)算及普適服務(wù)等領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，這些技術(shù)在不同的行業(yè)往往具有不同的應(yīng)用需求和技術(shù)形態(tài)。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)涉及的核心技術(shù)進(jìn)行歸類和梳理，可以形成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系模型。在這個(gè)技術(shù)體系中，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成主要包括感知與標(biāo)識(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計(jì)算與服務(wù)技術(shù)及管理與支撐技術(shù)4大體系。

4.1 感知與標(biāo)識(shí)技術(shù)

感知和標(biāo)識(shí)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)外部世界信息的感知和識(shí)別，包括多種發(fā)展成熟度差異性很大的技術(shù)，如傳感器、RFID、二維碼等。

1）傳感技術(shù)。傳感技術(shù)利用傳感器和多跳自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作感知、采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息。傳感器技術(shù)依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測(cè)技術(shù)，對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)和綜合技術(shù)要求非常高。目前，傳感器在被檢測(cè)量類型和精度、穩(wěn)定性可靠性、低成本、低功耗方面還沒有達(dá)到規(guī)模應(yīng)用水平，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要瓶頸之一。

2）識(shí)別技術(shù)。識(shí)別技術(shù)涵蓋物體識(shí)別、位置識(shí)別和地理識(shí)別，對(duì)物理世界的識(shí)別是實(shí)現(xiàn)全面感知的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)技術(shù)是以二維碼、RFID標(biāo)識(shí)為基礎(chǔ)的，對(duì)象標(biāo)識(shí)體系是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要技術(shù)點(diǎn)。從應(yīng)用需求的角度，識(shí)別技術(shù)首先要解決的是對(duì)象的全局標(biāo)識(shí)問題，需要研究物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化物體標(biāo)識(shí)體系，進(jìn)一步融合及適當(dāng)兼容現(xiàn)有各種傳感器和標(biāo)識(shí)方法，并支持現(xiàn)有的和未來的識(shí)別方案。

4.2 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞和服務(wù)支撐的基礎(chǔ)設(shè)施，通過泛在的互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)感知信息高可靠性、高安全性傳送。

1）接入與組網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涵蓋泛在接入和骨干傳輸?shù)榷鄠€(gè)層面的內(nèi)容。以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6（IPv6）為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)網(wǎng)條件。以傳感器網(wǎng)絡(luò)為代表的末梢網(wǎng)絡(luò)在規(guī)?；瘧?yīng)用后，面臨與骨干網(wǎng)絡(luò)的接入問題，并且其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與需要與骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充分協(xié)同，這些都將面臨著新的挑戰(zhàn)，需要研究固定、無線和移動(dòng)網(wǎng)及Ad-hoc網(wǎng)技術(shù)、自治計(jì)算與連網(wǎng)技術(shù)等。

2）通信與頻管。物聯(lián)網(wǎng)需要綜合各種有線及無線通信技術(shù)，其中近距離無線通信技術(shù)將是物聯(lián)網(wǎng)的研究重點(diǎn)。由于物聯(lián)網(wǎng)終端一般使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段進(jìn)行通信（免許可證的2.4 GHz ISM頻段全世界都可通用），頻段內(nèi)包括大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及現(xiàn)有的無線保真（WiFi）、超寬帶（UWB）、ZigBee、藍(lán)牙等設(shè)備，頻譜空間將極其擁擠，制約物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用。為提升頻譜資源的利用率，讓更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)能實(shí)現(xiàn)空間并存，需切實(shí)提高物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用的頻譜保障能力，保證異種物聯(lián)網(wǎng)的共存，并實(shí)現(xiàn)其互聯(lián)互通互操作。

4.3 計(jì)算與服務(wù)技術(shù)

海量感知信息的計(jì)算與處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心支撐。服務(wù)和應(yīng)用則是物聯(lián)網(wǎng)的最終價(jià)值體現(xiàn)。

1）信息計(jì)算。海量感知信息計(jì)算與處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大規(guī)模發(fā)展后，面臨的重大挑戰(zhàn)之一。需要研究海量感知信息的數(shù)據(jù)融合、高效存儲(chǔ)、語義集成、并行處理、知識(shí)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等關(guān)鍵技術(shù)，攻克物聯(lián)網(wǎng)“云計(jì)算”中的虛擬化、網(wǎng)格計(jì)算、服務(wù)化和智能化技術(shù)。核心是采用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)資源和計(jì)算能力的分布式共享，為海量信息的高效利用提供支撐。

2）服務(wù)計(jì)算。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)以應(yīng)用為導(dǎo)向，在“物聯(lián)網(wǎng)”的語境下，服務(wù)的內(nèi)涵將得到革命性擴(kuò)展，不斷涌現(xiàn)的新型應(yīng)用將使物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式與應(yīng)用開發(fā)受到巨大挑戰(zhàn)，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的技術(shù)路線必定束縛物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的創(chuàng)新。從適應(yīng)未來應(yīng)用環(huán)境變化和服務(wù)模式變化的角度出發(fā)，需要面向物聯(lián)網(wǎng)在典型行業(yè)中的應(yīng)用需求，提煉行業(yè)普遍存在或要求的核心共性支撐技術(shù)，研究針對(duì)不同應(yīng)用需求的規(guī)范化、通用化服務(wù)體系結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用支撐環(huán)境、面向服務(wù)的計(jì)算技術(shù)等。

4.4 管理與支撐技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大、承載業(yè)務(wù)的多元化和服務(wù)質(zhì)量要求的提高以及影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行因素的增多，管理與支撐技術(shù)是保證物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“可運(yùn)行—可管理—可控制”的關(guān)鍵，包括測(cè)量分析、網(wǎng)絡(luò)管理和安全保障等方面。

1）測(cè)量分析。測(cè)量是解決網(wǎng)絡(luò)可知性問題的基本方法，可測(cè)性是網(wǎng)絡(luò)研究中的基本問題。隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的提高與新型業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，需研究高效的物聯(lián)網(wǎng)測(cè)量分析關(guān)鍵技術(shù)，建立面向服務(wù)感知的物聯(lián)網(wǎng)測(cè)量機(jī)制與方法。

2）網(wǎng)絡(luò)管理。物聯(lián)網(wǎng)具有“自治、開放、多樣”的自然特性，這些自然特性與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理的基本需求存在著突出矛盾，需研究新的物聯(lián)網(wǎng)管理模型與關(guān)鍵技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常高效的運(yùn)行。

3）安全保障。安全是基于網(wǎng)絡(luò)的各種系統(tǒng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)之一，物聯(lián)網(wǎng)的開放性、包容性和匿名性也決定了不可避免地存在信息安全隱患。需要研究物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)，滿足機(jī)密性、真實(shí)性、完整性、抗抵賴性的4大要求，同時(shí)還需解決好物聯(lián)網(wǎng)中的用戶隱私保護(hù)與信任管理問題。

5 物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系

目前物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作還處于分散的狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)的缺乏將阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展已是業(yè)界的共識(shí)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必須及早建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。

5.1 物聯(lián)網(wǎng)涉及的標(biāo)準(zhǔn)化組織

物聯(lián)網(wǎng)涉及技術(shù)較多，應(yīng)用形式多樣，其標(biāo)準(zhǔn)化工作也分散在不同的標(biāo)準(zhǔn)組織。

不同標(biāo)準(zhǔn)組織的工作側(cè)重點(diǎn)不同，也有少量重疊和交叉。例如，ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)化集中在泛在總體框架、標(biāo)識(shí)、應(yīng)用3個(gè)方面；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、美國電氣及電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）主要側(cè)重于傳感器網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作；EPCGlobal主要側(cè)重于RFID的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

毫無疑問，這些組織需要攜手才可能完成物聯(lián)網(wǎng)的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化工作。當(dāng)前，無論是國內(nèi)還是國外都已出現(xiàn)這種趨勢(shì)。

2010年3月9日，中國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組籌備工作啟動(dòng)，目標(biāo)是整合國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化資源，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)各方共同開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，加快符合中國發(fā)展需求的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展建議

物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展成熟的過程。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，可首先分離各行業(yè)的共性技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用特殊要求，形成相應(yīng)的基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證必要的統(tǒng)一。然后依托共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同行業(yè)成熟度和特點(diǎn)，構(gòu)建各行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并統(tǒng)一面向公眾的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

在具體的實(shí)施層面，可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用密切相關(guān)的特點(diǎn)，按照產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用技術(shù)2個(gè)層次，引用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、裁剪現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或制定新規(guī)范等策略，形成包括體系架構(gòu)、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(biāo)識(shí)、骨干網(wǎng)接入與服務(wù)等技術(shù)基礎(chǔ)規(guī)范和產(chǎn)品、行業(yè)應(yīng)用規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，以求通過標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)成體系的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，同時(shí)為今后的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用開發(fā)中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的采用提供重要的支持。

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)把傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡(luò)延伸到了更為廣泛的物理世界。雖然“物聯(lián)網(wǎng)”仍然是一個(gè)發(fā)展中的概念，然而，將“物”納入“網(wǎng)”中，則是信息化發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)將帶來信息產(chǎn)業(yè)新一輪的發(fā)展浪潮，必將對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀的歸納總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)，一方面，目前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究尚處于起步階段，研究成果匱乏；另一方面，近年來相關(guān)信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域（特別是泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)）的研究成果不斷涌現(xiàn)，能為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供借鑒。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展的現(xiàn)狀及存在的問題，從國家戰(zhàn)略層面開展研究，對(duì)處于起步階段的我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

（摘自《北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)》2010年6期）