倪文紅

摘 ?要：現(xiàn)階段我國科學技術(shù)雖得以高速發(fā)展，而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍處于初級階段，其中存在部分問題對物聯(lián)網(wǎng)的高層次發(fā)展加以限制。為此，需重視物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展。該文首先針對物聯(lián)網(wǎng)及標準化體系構(gòu)建原則加以闡述，其次針對物聯(lián)網(wǎng)針對體系結(jié)構(gòu)的通用需求加以分析，最后針對物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建視圖展開探討，以期為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)標準化設計提供參考。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) ?體系結(jié)構(gòu) ?標準化 ?互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0039-03

Analysis on the Architecture and Standardization of Internet of Things

NI Wenhong

（Jiangsu Institute of Quality and Standardization， Nanjing， Jiangsu Province， 210029 ?China）

Absrtact： Although science and technology in China have developed rapidly at present， the development of Internet of things is still in the primary stage， and some problems restrict the high-level development of Internet of things. To this end， we need to pay attention to the development of the Internet of things industry. This paper first expounds the principles of the Internet of things and the construction of standardization system， then analyzes the general requirements of the Internet of things for the architecture， and finally discusses the view of the construction of the Internet of things standardization system. Hope to provide a reference for the Internet of things architecture standardization design.

Key Words： Internet of things; Architecture; Standardization; Internet

近年來，物聯(lián)網(wǎng)在表面上雖獲得一定發(fā)展，然而實際上在物聯(lián)網(wǎng)建設層面卻尚未形成健全的基礎標準，特別是物聯(lián)網(wǎng)參考結(jié)構(gòu)方面的標準仍然缺失。這使得物聯(lián)網(wǎng)應用過程中存在產(chǎn)品生產(chǎn)設計周期耗時較長及產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品兼容性差等問題，對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)大規(guī)模發(fā)展是一種阻礙。因此，應當對物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系標準化建設予以重視。該文將圍繞物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其標準化展開分析。

1 ?物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)即為將連接物與物的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從本質(zhì)角度分析，物聯(lián)網(wǎng)基礎仍為互聯(lián)網(wǎng)，以此為基礎展開擴展、延伸至物與物間即為物聯(lián)網(wǎng)，由此展開物與物之間的信息通信、交換。物聯(lián)網(wǎng)概念提出較早，然而直到近些年才得以重視，各國政府為找尋經(jīng)濟新增長點及推動科學技術(shù)進步，將下一代技術(shù)規(guī)劃作為重點，物聯(lián)網(wǎng)在此背景下被重視[1]。新時代背景下，多數(shù)企業(yè)多將目光聚集在物聯(lián)網(wǎng)市場中，各國政府也均將物聯(lián)網(wǎng)放置在一定戰(zhàn)略高度，物聯(lián)網(wǎng)具備廣闊發(fā)展前景。

2 ?物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建原則

物聯(lián)網(wǎng)標準化體系的構(gòu)建為促進我國物聯(lián)網(wǎng)應用、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要基礎，物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建的首要前提即為統(tǒng)一、科學的標準化體系建設。物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建過程中，需以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求作為依據(jù)，完成頂層設計、整體布局的科學謀劃，推動層次分明、邏輯清晰的物聯(lián)網(wǎng)標準化體系的構(gòu)建，借此還可對我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重點標準、急需標準加以明確，完成產(chǎn)業(yè)、標準、技術(shù)這幾者相協(xié)調(diào)的共同促進機制，同時還可在一定程度上保障物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)和包括互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多種網(wǎng)絡均存在一定區(qū)別，互聯(lián)網(wǎng)為實現(xiàn)全球性計算機通信網(wǎng)的建立，而物聯(lián)網(wǎng)則將數(shù)據(jù)作為核心，借助多種網(wǎng)絡通信技術(shù)的應用傳輸業(yè)務信息，此也為應用技術(shù)、智能決策二者的整體展現(xiàn)。因模型角度、功能角度的不同，所構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)性能、樣式也各不相同[2]。通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建時，需參考如下幾條原則：（1）多樣性原則。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建時需結(jié)合服務節(jié)點及類型差異，存在諸多類型，可平滑地同互聯(lián)網(wǎng)展開互聯(lián)互通。（2）包容性。現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚未發(fā)展成熟，因此所構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)需同能源、空間、時間方面所提出的需求加以充分滿足，借此實現(xiàn)不同信息技術(shù)、傳輸技術(shù)、通信技術(shù)的集成，滿足各領域針對物聯(lián)網(wǎng)所提出的需求。（3）可擴展性。物聯(lián)網(wǎng)體系所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)框架，需具備相應的可擴展性，借此可同現(xiàn)有網(wǎng)絡通信技術(shù)設施相匹配，實現(xiàn)基礎設施的充分利用，對已投資利益加以保護[3]。（4）為互操作性。具體即指物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可遵循相應的實現(xiàn)資源共享、任務執(zhí)行、互相訪問[4]。

3 ?物聯(lián)網(wǎng)針對體系結(jié)構(gòu)的通用需求

物聯(lián)網(wǎng)通用需求尤其為特征需求，針對物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)提供明確、清晰的技術(shù)要求，部分要求同現(xiàn)階段網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)要求存在一定差異。非功能類需求為決定物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)核心內(nèi)容、整體框架的重要因素，物聯(lián)網(wǎng)為實現(xiàn)在各操作層面均可具備互操作性，則需將非功能類需求作為重點。分析現(xiàn)階段網(wǎng)絡技術(shù)標準發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)類、部署類、功能類技術(shù)標準均已有所涉及，為此要求所構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中需具備部署類、實現(xiàn)類及功能類等視圖。體系結(jié)構(gòu)中所涉及的可縮放性需求，要求物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)建中需具備分布支持處理功能;可用性、可靠性需求要求互聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)體系中需具備冗余備份支持功能;而可適配性需求則要求物聯(lián)網(wǎng)體系不可過度依賴于某一類特定技術(shù)。

應用支撐類需求，要求物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以物聯(lián)網(wǎng)應用支撐功能單元為主，同時還應具備標準化物聯(lián)網(wǎng)應用支撐接口。分析服務類需求發(fā)現(xiàn)，其中以語義為技術(shù)依托的場景感知服務需求、位置感知服務需求、自主服務需求等均為物聯(lián)網(wǎng)所具備的獨特需求，因此部分物聯(lián)網(wǎng)獨特需求的存在，要求物聯(lián)網(wǎng)在設計體系結(jié)構(gòu)時，需對場景感知、自主計算、語義識別及語義標注等提供支持，同時為應用支撐層次及服務層次等以知識操作功能為基礎的功能操作提供支持。分析通信類需求發(fā)現(xiàn)，以事件作為基礎的內(nèi)容感知需求、自主聯(lián)網(wǎng)需求、時間約束的通信需求、周期性通信需求等均為物聯(lián)網(wǎng)在通信方面所提出的獨特需求。實際上，現(xiàn)階段電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)難以滿足上述需求。因此，要對上述物聯(lián)網(wǎng)特征需求提供支撐，則需在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的應用支撐層次、服務層次以及網(wǎng)絡層次圍繞物聯(lián)網(wǎng)所提出的特殊需求完成相應功能單元的設計。裝置類需求中所提出的全部需求均為物聯(lián)網(wǎng)特征需求，因此，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)時需對裝置單元的獨立設計予以重視。

4 ?物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建視圖

以原型系統(tǒng)制定技術(shù)標準、技術(shù)實現(xiàn)為依托的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準化模式已取得一定成功，由此證明，技術(shù)標準需達到系統(tǒng)部署、技術(shù)實現(xiàn)層面，方可在工業(yè)界被廣泛認同，在產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品設計中得以應用，為技術(shù)標準賦予實際應用價值。這也為現(xiàn)階段通信技術(shù)、信息技術(shù)標準化工作發(fā)展的必然趨勢，因此需對此種技術(shù)標準化模式予以高度認同，由此提出借助部署視圖、實現(xiàn)視圖、功能視圖這3種不同視圖完成物聯(lián)網(wǎng)標準化體系的架構(gòu)，并與部署層面、物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)層面所提出的技術(shù)標準要求相符[5]。上述3個技術(shù)標準視圖并非為互相獨立的，而是處于互相覆蓋狀態(tài)，比如：部分同互聯(lián)網(wǎng)功能構(gòu)建冗余備份相關的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準，僅為部署視圖技術(shù)標準層面所需考慮的問題，然而如物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同控制機制的物聯(lián)網(wǎng)標準則為部署視圖、實現(xiàn)視圖技術(shù)標準層面所需考慮的問題，而同物聯(lián)網(wǎng)自主操作相關的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準則應為功能視圖、實現(xiàn)視圖、部署視圖技術(shù)標準層面均需加以考慮的問題。上述3個視圖依次對應物聯(lián)網(wǎng)部署階段、實現(xiàn)階段、設計階段[6]。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)功能視圖

物聯(lián)網(wǎng)功能模型中主要包括隱私保護、安全、服務提供、數(shù)據(jù)管理、連接、應用支撐、通信，其中隱私保護、安全、數(shù)據(jù)管理、連接為物聯(lián)網(wǎng)獨有功能，上述功能需求可對物聯(lián)網(wǎng)通用需求加以充分滿足。

連接功能組主要負責對物聯(lián)網(wǎng)裝置類需求加以滿足;數(shù)據(jù)管理功能即為物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)管理方面所提出的需求加以滿足;應用支撐功能即指對物聯(lián)網(wǎng)在應用支撐方面所提出的需求加以滿足;安全隱私保護功能即指對物聯(lián)網(wǎng)在安全隱私保護方面所提出的需求加以滿足;管理功能主要對物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)管理、通信、應用支撐等在操作方面所提出的需求加以滿足。物聯(lián)網(wǎng)功能模型實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)整體設計加以簡化，以此實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通用需求的準確掌握，將物聯(lián)網(wǎng)具體需求映射至特定物聯(lián)網(wǎng)功能組中，可進一步驗證物聯(lián)網(wǎng)的設計可否對物聯(lián)網(wǎng)應用需求予以充分滿足[7]。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)視圖

該文中所提及的物聯(lián)網(wǎng)功能模型的實現(xiàn)視圖以ITU-T所設計的NGN功能體系結(jié)構(gòu)的相關標準為基礎形成實現(xiàn)視圖。實現(xiàn)視圖主要由服務控制功能、內(nèi)容提交、服務提供、應用支撐、傳送控制、傳送、功能實體等諸多功能構(gòu)成，其中功能實體為以NGN功能體系結(jié)構(gòu)中定義的功能實體為基礎所展開的延展，因此，具備物聯(lián)網(wǎng)相應能力，如物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)傳送控制、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)裝置等均為物聯(lián)網(wǎng)所獨有的功能實體。

分析NGN功能體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，并未對上述功能實體加以明確描述或定義。物聯(lián)網(wǎng)裝置功能主要涉及物品控制、物品監(jiān)測及連接等諸多功能，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關功能主要涉及物聯(lián)網(wǎng)與其他裝置的互連、自主通信、自助服務及移動通信等功能;物聯(lián)網(wǎng)傳送控制功能主要涉及場景感知通信、自主聯(lián)網(wǎng)、通信監(jiān)測模式等諸多功能;物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理功能主要涉及物品數(shù)據(jù)的維護、分析、更新、查詢、存儲及自主收集等功能;物聯(lián)網(wǎng)服務控制功能主要涉及服務、時間同步及組管理之間的協(xié)調(diào)，自主服務的監(jiān)測等功能;物聯(lián)網(wǎng)安全隱私保護實體功能主要包括服務提供、數(shù)據(jù)管理及通信等相關數(shù)據(jù)的操作安全及隱私保護等[8]。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)部署視圖

該文中所提及的物聯(lián)網(wǎng)功能模型部署視圖以ITU-T所設計的NGN功能體系結(jié)構(gòu)相關標準作為基礎，由此所生成的部署視圖。該文中所構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)功能模型中涵蓋一組構(gòu)件，為實現(xiàn)視圖定義的功能實現(xiàn)，可在物聯(lián)網(wǎng)中獨立運行并以產(chǎn)品形態(tài)存在于物聯(lián)網(wǎng)中的功能單元，主要包括裝置管理器、端用戶裝置、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、物聯(lián)網(wǎng)服務控制器、物聯(lián)網(wǎng)裝置等，均為物聯(lián)網(wǎng)的獨有裝置，其余構(gòu)件均為NGN功能體系結(jié)構(gòu)標準提議書中所設計的，需以物聯(lián)網(wǎng)應用需求為基礎所展開的功能構(gòu)件。其中物聯(lián)網(wǎng)裝置功能構(gòu)件主要以安全和隱私保護及物聯(lián)網(wǎng)裝置等功能實體為主;物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡控制主要以安全和隱私保護及物聯(lián)網(wǎng)傳送控制等為主;物聯(lián)網(wǎng)服務控制器主要以安全和隱私保護及物聯(lián)網(wǎng)服務控制等為主[9]。

5 ?結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中仍存在部分問題，對物聯(lián)網(wǎng)高發(fā)展形成制約，因此要求相關從業(yè)人員需圍繞所制約因素積極展開探討，找尋物聯(lián)網(wǎng)標準化體系的構(gòu)建方式，明確標準化結(jié)構(gòu)構(gòu)建原則，了解物聯(lián)網(wǎng)標準化體系構(gòu)建視圖，推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

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