物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構與關鍵技術研究綜述

孫其博 劉杰 黎羴 范春曉 孫娟娟

物聯(lián)網(wǎng)被看作信息領域一次重大的發(fā)展和變革機遇。歐盟委員會認為，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應用將在未來5～15年中為解決現(xiàn)代社會問題帶來極大貢獻。2009年以來，一些發(fā)達國家紛紛出臺物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃，進行相關技術和產(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)予以重點關注和推進。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，不同領域的專家學者對物聯(lián)網(wǎng)研究的起點各異，有關物聯(lián)網(wǎng)的定位和特征還存在一些混亂的概念，系統(tǒng)模型、體系架構和關鍵技術都還缺乏清晰化的界定。本文綜述了物聯(lián)網(wǎng)領域目前的研究狀況，從物聯(lián)網(wǎng)概念、發(fā)展歷程、體系架構、關鍵技術和標準化工作等角度，對物聯(lián)網(wǎng)研究的現(xiàn)實基礎以及關鍵問題進行論述，籍此拋磚引玉，以進一步探討物聯(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90年代末。作為一個新興的信息技術領域，物聯(lián)網(wǎng)引起了各國政府、學者及相關企業(yè)的極大關注。

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院（MIT）在1999年建立的自動識別中心（Auto-ID Labs）提出的網(wǎng)絡無線射頻識別（RFID）系統(tǒng)——把所有物品通過射頻識別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。

早期的物聯(lián)網(wǎng)是以物流系統(tǒng)為背景提出的，以射頻識別技術作為條碼識別的替代品，實現(xiàn)對物流系統(tǒng)進行智能化管理。隨著技術和應用的發(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世界峰會（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、相關的技術、面臨的挑戰(zhàn)和未來的市場機遇。

ITU在報告中指出，我們正站在一個新的通信時代的邊緣，信息與通信技術（ICT）的目標已經(jīng)從滿足人與人之間的溝通，發(fā)展到實現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通信時代即將來臨。物聯(lián)網(wǎng)使我們在信息與通信技術的世界里獲得一個新的溝通維度，將任何時間、任何地點、連接任何人，擴展到連接任何物品，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報告的推出，使得物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展被看作信息領域一次重大的發(fā)展和變革機遇，在全球范圍內(nèi)得到了重視。一些發(fā)達國家紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)，并出臺戰(zhàn)略措施予以落實。

1）發(fā)達國家加快物聯(lián)網(wǎng)相關技術和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局

2009年6月18日，歐盟執(zhí)委會發(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)展和管理設想，并提出了12項行動保障物聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展，標志著歐盟已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)提上日程。

2009年10月13日，韓國通信委員會通過了《物聯(lián)網(wǎng)基礎設施構建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)市場確定為新增長動力，提出了“通過構建世界最先進的物聯(lián)網(wǎng)基礎實施，打造未來廣播通信融合領域超一流信息通信技術強國”的目標，并確定了構建物聯(lián)網(wǎng)基礎設施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術、營造物聯(lián)網(wǎng)擴散環(huán)境4大領域和12項詳細課題。

以歐盟和韓國為代表的上述物聯(lián)網(wǎng)行動計劃的推出，標志著物聯(lián)網(wǎng)相關技術和產(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)予以重點關注和推進

2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時提出“感知中國”理念，由此推動了物聯(lián)網(wǎng)概念在國內(nèi)的重視，成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領域。2010年3月5日，溫家寶總理在《政府工作報告》將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興。國務院、發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部、科學技術部等都在研究制定促進物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策，由此，推動了中國物聯(lián)網(wǎng)建設從概念推廣、政策制定、配套建設到技術研發(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，缺乏頂層藍圖規(guī)劃，科技與產(chǎn)業(yè)主攻方向不明。一些利益相關方爭相進行基于自身利益的解讀，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，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)的相關概念解析

隨著信息領域及相關學科的發(fā)展，相關領域的科研工作者分別從不同的方面對物聯(lián)網(wǎng)進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權威、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，不同領域的研究者對物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的起點各異，對物聯(lián)網(wǎng)的描述側(cè)重于不同的方面，短期內(nèi)還沒有達成共識。下面給出幾個具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)定義。

定義1物聯(lián)網(wǎng)是未來網(wǎng)絡的整合部分，它是以標準、互通的通信協(xié)議為基礎，具有自我配置能力的全球性動態(tài)網(wǎng)絡設施。在這個網(wǎng)絡中，所有實質(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，實現(xiàn)信息共享。

定義2由具有標識、虛擬個性的物體/對象所組成的網(wǎng)絡，這些標識和個性運行在智能空間，使用智慧的接口與用戶、社會和環(huán)境的上下文進行連接和通信。

定義3物聯(lián)網(wǎng)指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡。

對比物聯(lián)網(wǎng)的最初概念以及上述不同的物聯(lián)網(wǎng)定義，本文認為：狹義上的物聯(lián)網(wǎng)指連接物品到物品的網(wǎng)絡，實現(xiàn)物品的智能化識別和管理；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)絡化，在物品之間、物品與人之間、人與現(xiàn)實環(huán)境之間實現(xiàn)高效信息交互方式，并通過新的服務模式使各種信息技術融入社會行為，是信息化在人類社會綜合應用達到的更高境界。

2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

從通信對象和過程來看，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。利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。

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

智能處理。利用各種智能計算技術，對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，實現(xiàn)智能化的決策和控制。

為了更清晰地描述物聯(lián)網(wǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，按照信息科學的視點，圍繞信息的流動過程，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別，信息感知指對事物狀態(tài)及其變化方式的敏感和知覺；信息識別指能把所感受到的事物運動狀態(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（或時間）上的一點傳送到另一點的任務，這就是一般意義上的通信過程。

3）信息處理功能。指對信息的加工過程，其目的是獲取知識，實現(xiàn)對事物的認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)對象事物的狀態(tài)及其變換方式，使對象處于預期的運動狀態(tài)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡、泛在網(wǎng)絡的關系

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

1）傳感器網(wǎng)絡

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)點的網(wǎng)絡，這些節(jié)點通過有線或無線通信交換傳感數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點是由傳感器和可選的能檢測處理數(shù)據(jù)及聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行元件組成的設備；而傳感器是感知物理條件或化學成分并且傳遞與被觀察的特性成比例的電信號的電子設備。

傳感器網(wǎng)絡與其他傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比具有顯著特點，即資源受限、自組織結(jié)構、動態(tài)性強、應用相關、以數(shù)據(jù)為中心等。以無線傳感器網(wǎng)絡為例，一般由多個具有無線通信與計算能力的低功耗、小體積的傳感器節(jié)點構成；傳感器節(jié)點具有數(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)模復雜的監(jiān)測任務；網(wǎng)絡中通常只有少量的匯聚（sink）節(jié)點負責發(fā)布命令和收集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信；傳感器節(jié)點僅僅感知到信號，并不強調(diào)對物體的標識；僅提供局域或小范圍內(nèi)的信號采集和數(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（ubiquitous networking）

ITU-T.Y.2002建議中將泛在網(wǎng)絡描述為，在服務預訂的情況下，個人和/或設備無論何時、何地、何種方式都能以最少的技術限制接入到服務和通信的能力。

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

泛在網(wǎng)絡可以支持人到人、人到對象（如設備和/或機器）和對象到對象的通信?！叭伺c物、物與物之間的通信是泛在網(wǎng)絡的突出特點”。

3）三者之間的區(qū)別與聯(lián)系

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

從通信對象及技術的覆蓋范圍看：① 傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集的一種末端網(wǎng)絡。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)置移動通信模塊的各種終端等。② 物聯(lián)網(wǎng)是邁向泛在網(wǎng)絡的第1步，泛在網(wǎng)絡在通信對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)絡涉及多個異構網(wǎng)的互聯(lián)。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)與M2M和CPS的關系

有些學者在討論物聯(lián)網(wǎng)時，常常提到機對機通信（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僅代表機器與機器（machine to machine）之間的通信，廣義來講也包括人與機器（man to machine）的通信，是以機器智能交互為核心、網(wǎng)絡化的應用與服務。目前，業(yè)界提到M2M時，更多的是指非信息技術（IT）機器設備通過移動通信網(wǎng)絡與其他設備或IT系統(tǒng)的通信。

自2002年起，M2M技術在世界各地開始得到快速推動，M2M應用遍及電力、交通、工業(yè)控制、零售、公共事業(yè)管理、醫(yī)療、水利、石油等多個行業(yè)。歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）和第三代合作伙伴計劃（3GPP）等國際標準化組織都啟動了針對快速成長的M2M技術進行標準化的專項工作。

2）CPS

CPS是一個綜合計算、網(wǎng)絡和物理環(huán)境的多維復雜系統(tǒng)，通過3C——計算（computation）、通信（communication）和控制（control）——技術的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型系統(tǒng)的實時感知和動態(tài)控制。CPS基本特征是構成了一個能與物理世界交互的感知反饋環(huán)，通過計算進程和物理進程相互影響的反饋循環(huán)，實現(xiàn)與實物過程的密切互動，從而給實物系統(tǒng)增加或擴展新的能力。

近年來，CPS正在逐漸成為國際信息技術領域的研究熱點。2006年2月，美國科學院發(fā)布的《美國競爭力計劃》將CPS列為重要的研究項目。美國總統(tǒng)科學與技術顧問委員會（PCAST）于2007年把CPS作為網(wǎng)絡與信息技術領域的第1項提案。2008年成立的美國CPS指導小組在《CPS執(zhí)行概要》中，把CPS應用放在交通、國防、能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和大型建筑設施等方面。除此之外，美國國家科學基金會（NSF）和歐洲第7框架（FP7）的大型科研資助計劃，也都投入了大量經(jīng)費。我國對CPS也相當重視，國家自然科學基金項目、國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目和國家高技術研究發(fā)展計劃項目都把其作為重點。

3）M2M、CPS與物聯(lián)網(wǎng)的關系

通過前面的分析，可以認為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則主要強調(diào)機器與機器之間的通信；而CPS更強調(diào)反饋與控制過程，突出對物的實時、動態(tài)的信息控制與信息服務。M2M偏重于實際應用，得到了工業(yè)界的重點關注，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應用形式；CPS更偏重于研究，吸引了學術界的更多目光，是將來物聯(lián)網(wǎng)應用的重要技術形態(tài)。

3 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構

體系架構是指導具體系統(tǒng)設計的首要前提。物聯(lián)網(wǎng)應用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設計極易因角度的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此急需建立一個具有框架支撐作用的體系架構。另外，隨著應用需求的不斷發(fā)展，各種新技術將逐漸納入物聯(lián)網(wǎng)體系中，體系架構的設計也將決定物聯(lián)網(wǎng)的技術細節(jié)、應用模式和發(fā)展趨勢。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的感知環(huán)節(jié)具有很強的異構性，為實現(xiàn)異構信息之間的互聯(lián)、互通與互操作，未來的物聯(lián)網(wǎng)需要以一個開放的、分層的、可擴展的網(wǎng)絡體系結(jié)構為框架。目前，國內(nèi)的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系框架時，多采用ITU-T在Y. 2002建議中描述的USN高層架構作為基礎，自下而上分為底層傳感器網(wǎng)絡、泛在傳感器網(wǎng)絡接入網(wǎng)絡、泛在傳感器網(wǎng)絡基礎骨干網(wǎng)絡、泛在傳感器網(wǎng)絡中間件、泛在傳感器網(wǎng)絡應用平臺5個層次。

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

實際上，在ITU的研究技術路線中，并沒有單獨針對物聯(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)絡的一個重要功能，統(tǒng)一納入了泛在網(wǎng)絡的研究體系中。ITU在泛在網(wǎng)絡的研究中強調(diào)2點，一是要在NGN的基礎上，增加網(wǎng)絡能力，實現(xiàn)人與物、物與物之間的泛在通信；二是在NGN的基礎上，增加網(wǎng)絡能力，擴大和增加對廣大公眾用戶的服務。因此在考慮泛在網(wǎng)絡的架構和網(wǎng)絡能力時，一定要考慮這2點最基本的需求。

除ITU外，其他的國際標準化組織也從不同的側(cè)面對物聯(lián)網(wǎng)的架構有所涉及研究，如歐洲電信標準化協(xié)會機器對機器技術委員會（ETSI M2M TC），從端到端的全景角度研究機器對機器通信，給出了一個簡單的M2M架構。該體系架構可看作USN體系架構的一個簡化版本。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)體系架構的研究建議

整體而言，與物聯(lián)網(wǎng)的概念類似，目前還沒有一個規(guī)范化的物聯(lián)網(wǎng)體系架構模型。USN的高層架構可描述物聯(lián)網(wǎng)的物理構成和涉及的主要技術，但不能完整反映出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(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)的標準化和產(chǎn)業(yè)化。因此需要進一步提取物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術和方法，設計一個通用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構模型。

對于物聯(lián)網(wǎng)體系架構的研究，建議遵循ITU采用的相關研究方法，首先抽象物聯(lián)網(wǎng)的應用類型和應用場景，這是設計和驗證物聯(lián)網(wǎng)架構的主要依據(jù)；然后提出物聯(lián)網(wǎng)體系架構的通用原則和總體需求；再對物聯(lián)網(wǎng)的基本架構做進一步的詳細劃分，定義通用框架和功能結(jié)構模型。

通用框架的目標是開發(fā)一種功能方法學和通用模型，保證物聯(lián)網(wǎng)可使用從主要控制領域中抽象出來的控制功能進行描述；功能結(jié)構模型對怎樣定義一個物聯(lián)網(wǎng)的功能結(jié)構提供指南，包括拆分成適當?shù)墓δ芗?、定義功能集之間的參考點、相對應的物理實現(xiàn)、接口的定義等。

按照ITU觀點，“互連任何物品”是對下一代網(wǎng)的能力、服務和應用的擴展。因此，建議將物聯(lián)網(wǎng)納入NGN的研究范疇，延續(xù)NGN技術發(fā)展路線，依托NGN已有的研究成果，進一步研究物聯(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)的技術體系

ITU在2005年的物聯(lián)網(wǎng)報告中重點描述了物聯(lián)網(wǎng)的4個關鍵性應用技術——標簽事物的RFID技術、感知事物的傳感器技術、思考事物的智能技術、微縮事物的納米技術。目前，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術的關注熱點主要集中在傳感器、RFID、云計算及普適服務等領域。

物聯(lián)網(wǎng)技術涉及多個領域，這些技術在不同的行業(yè)往往具有不同的應用需求和技術形態(tài)。對物聯(lián)網(wǎng)涉及的核心技術進行歸類和梳理，可以形成物聯(lián)網(wǎng)技術體系模型。在這個技術體系中，物聯(lián)網(wǎng)的技術構成主要包括感知與標識技術、網(wǎng)絡與通信技術、計算與服務技術及管理與支撐技術4大體系。

4.1 感知與標識技術

感知和標識技術是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，負責采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別，包括多種發(fā)展成熟度差異性很大的技術，如傳感器、RFID、二維碼等。

1）傳感技術。傳感技術利用傳感器和多跳自組織傳感器網(wǎng)絡，協(xié)作感知、采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息。傳感器技術依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和計測技術，對基礎技術和綜合技術要求非常高。目前，傳感器在被檢測量類型和精度、穩(wěn)定性可靠性、低成本、低功耗方面還沒有達到規(guī)模應用水平，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要瓶頸之一。

2）識別技術。識別技術涵蓋物體識別、位置識別和地理識別，對物理世界的識別是實現(xiàn)全面感知的基礎。物聯(lián)網(wǎng)標識技術是以二維碼、RFID標識為基礎的，對象標識體系是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要技術點。從應用需求的角度，識別技術首先要解決的是對象的全局標識問題，需要研究物聯(lián)網(wǎng)的標準化物體標識體系，進一步融合及適當兼容現(xiàn)有各種傳感器和標識方法，并支持現(xiàn)有的和未來的識別方案。

4.2 網(wǎng)絡與通信技術

網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞和服務支撐的基礎設施，通過泛在的互聯(lián)功能，實現(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)絡技術涵蓋泛在接入和骨干傳輸?shù)榷鄠€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，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎網(wǎng)條件。以傳感器網(wǎng)絡為代表的末梢網(wǎng)絡在規(guī)?；瘧煤螅媾R與骨干網(wǎng)絡的接入問題，并且其網(wǎng)絡技術與需要與骨干網(wǎng)絡進行充分協(xié)同，這些都將面臨著新的挑戰(zhàn)，需要研究固定、無線和移動網(wǎng)及Ad-hoc網(wǎng)技術、自治計算與連網(wǎng)技術等。

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，其中近距離無線通信技術將是物聯(lián)網(wǎng)的研究重點。由于物聯(lián)網(wǎng)終端一般使用工業(yè)科學醫(yī)療（ISM）頻段進行通信（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)設備以及現(xiàn)有的無線保真（WiFi）、超寬帶（UWB）、ZigBee、藍牙等設備，頻譜空間將極其擁擠，制約物聯(lián)網(wǎng)的實際大規(guī)模應用。為提升頻譜資源的利用率，讓更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能實現(xiàn)空間并存，需切實提高物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧玫念l譜保障能力，保證異種物聯(lián)網(wǎng)的共存，并實現(xiàn)其互聯(lián)互通互操作。

4.3 計算與服務技術

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

1）信息計算。海量感知信息計算與處理技術是物聯(lián)網(wǎng)應用大規(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、語義集成、并行處理、知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等關鍵技術，攻克物聯(lián)網(wǎng)“云計算”中的虛擬化、網(wǎng)格計算、服務化和智能化技術。核心是采用云計算技術實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享，為海量信息的高效利用提供支撐。

2）服務計算。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應以應用為導向，在“物聯(lián)網(wǎng)”的語境下，服務的內(nèi)涵將得到革命性擴展，不斷涌現(xiàn)的新型應用將使物聯(lián)網(wǎng)的服務模式與應用開發(fā)受到巨大挑戰(zhàn)，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的技術路線必定束縛物聯(lián)網(wǎng)應用的創(chuàng)新。從適應未來應用環(huán)境變化和服務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)中的應用需求，提煉行業(yè)普遍存在或要求的核心共性支撐技術，研究針對不同應用需求的規(guī)范化、通用化服務體系結(jié)構以及應用支撐環(huán)境、面向服務的計算技術等。

4.4 管理與支撐技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模的擴大、承載業(yè)務的多元化和服務質(zhì)量要求的提高以及影響網(wǎng)絡正常運行因素的增多，管理與支撐技術是保證物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“可運行—可管理—可控制”的關鍵，包括測量分析、網(wǎng)絡管理和安全保障等方面。

1）測量分析。測量是解決網(wǎng)絡可知性問題的基本方法，可測性是網(wǎng)絡研究中的基本問題。隨著網(wǎng)絡復雜性的提高與新型業(yè)務的不斷涌現(xiàn)，需研究高效的物聯(lián)網(wǎng)測量分析關鍵技術，建立面向服務感知的物聯(lián)網(wǎng)測量機制與方法。

2）網(wǎng)絡管理。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)絡運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)管理模型與關鍵技術，保證網(wǎng)絡系統(tǒng)正常高效的運行。

3）安全保障。安全是基于網(wǎng)絡的各種系統(tǒng)運行的重要基礎之一，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)安全關鍵技術，滿足機密性、真實性、完整性、抗抵賴性的4大要求，同時還需解決好物聯(lián)網(wǎng)中的用戶隱私保護與信任管理問題。

5 物聯(lián)網(wǎng)的標準體系

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

5.1 物聯(lián)網(wǎng)涉及的標準化組織

物聯(lián)網(wǎng)涉及技術較多，應用形式多樣，其標準化工作也分散在不同的標準組織。

不同標準組織的工作側(cè)重點不同，也有少量重疊和交叉。例如，ITU-T的標準化集中在泛在總體框架、標識、應用3個方面；國際標準化組織（ISO）、美國電氣及電子工程師學會（IEEE）主要側(cè)重于傳感器網(wǎng)的標準化工作；EPCGlobal主要側(cè)重于RFID的標準化工作。

毫無疑問，這些組織需要攜手才可能完成物聯(lián)網(wǎng)的整個標準化工作。當前，無論是國內(nèi)還是國外都已出現(xiàn)這種趨勢。

2010年3月9日，中國物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組籌備工作啟動，目標是整合國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)相關標準化資源，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)各方共同開展物聯(lián)網(wǎng)技術的研究，積極推進物聯(lián)網(wǎng)標準化工作，加快符合中國發(fā)展需求的物聯(lián)網(wǎng)技術標準。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)標準化發(fā)展建議

物聯(lián)網(wǎng)標準體系是一個漸進發(fā)展成熟的過程。針對物聯(lián)網(wǎng)的標準化工作，可首先分離各行業(yè)的共性技術特點和應用特殊要求，形成相應的基礎技術標準，保證必要的統(tǒng)一。然后依托共性技術標準，根據(jù)不同行業(yè)成熟度和特點，構建各行業(yè)應用標準，并統(tǒng)一面向公眾的應用標準。

在具體的實施層面，可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術與應用密切相關的特點，按照產(chǎn)業(yè)共性技術和行業(yè)應用技術2個層次，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、行業(yè)應用規(guī)范的標準體系，以求通過標準體系指導成體系的物聯(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。

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)把傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡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)展的一個大趨勢。物聯(lián)網(wǎng)將帶來信息產(chǎn)業(yè)新一輪的發(fā)展浪潮，必將對經(jīng)濟發(fā)展和社會生活產(chǎn)生深遠影響。

物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)既是機遇，更是挑戰(zhàn)。通過對物聯(lián)網(wǎng)及相關領域發(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，近年來相關信息網(wǎng)絡領域（特別是泛在傳感器網(wǎng)絡）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。

針對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與應用發(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《北京郵電大學學報》2010年6期）