物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)化分析

倪文紅

摘 ?要：現(xiàn)階段我國(guó)科學(xué)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(jí)階段，其中存在部分問(wèn)題對(duì)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(duì)物聯(lián)網(wǎng)及標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建原則加以闡述，其次針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)針對(duì)體系結(jié)構(gòu)的通用需求加以分析，最后針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建視圖展開(kāi)探討，以期為物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) ?體系結(jié)構(gòu) ?標(biāo)準(zhǔn)化 ?互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(lái)，物聯(lián)網(wǎng)在表面上雖獲得一定發(fā)展，然而實(shí)際上在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)層面卻尚未形成健全的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，特別是物聯(lián)網(wǎng)參考結(jié)構(gòu)方面的標(biāo)準(zhǔn)仍然缺失。這使得物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期耗時(shí)較長(zhǎng)及產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品兼容性差等問(wèn)題，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)大規(guī)模發(fā)展是一種阻礙。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)予以重視。該文將圍繞物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)化展開(kāi)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(luò)結(jié)構(gòu)，從本質(zhì)角度分析，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)仍為互聯(lián)網(wǎng)，以此為基礎(chǔ)展開(kāi)擴(kuò)展、延伸至物與物間即為物聯(lián)網(wǎng)，由此展開(kāi)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(guó)政府為找尋經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)及推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，將下一代技術(shù)規(guī)劃作為重點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)在此背景下被重視[1]。新時(shí)代背景下，多數(shù)企業(yè)多將目光聚集在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，各國(guó)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(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建原則

物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系的構(gòu)建為促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建的首要前提即為統(tǒng)一、科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建過(guò)程中，需以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求作為依據(jù)，完成頂層設(shè)計(jì)、整體布局的科學(xué)謀劃，推動(dòng)層次分明、邏輯清晰的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系的構(gòu)建，借此還可對(duì)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)、急需標(biāo)準(zhǔn)加以明確，完成產(chǎn)業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)這幾者相協(xié)調(diào)的共同促進(jìn)機(jī)制，同時(shí)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(luò)均存在一定區(qū)別，互聯(lián)網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)全球性計(jì)算機(jī)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(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用傳輸業(yè)務(wù)信息，此也為應(yīng)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(shí)，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(shí)需結(jié)合服務(wù)節(jié)點(diǎn)及類型差異，存在諸多類型，可平滑地同互聯(lián)網(wǎng)展開(kāi)互聯(lián)互通。（2）包容性?，F(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(shí)間方面所提出的需求加以充分滿足，借此實(shí)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(lǐng)域針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所提出的需求。（3）可擴(kuò)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(yīng)的可擴(kuò)展性，借此可同現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)施相匹配，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的充分利用，對(duì)已投資利益加以保護(hù)[3]。（4）為互操作性。具體即指物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可遵循相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)資源共享、任務(wù)執(zhí)行、互相訪問(wèn)[4]。

3 ?物聯(lián)網(wǎng)針對(duì)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(duì)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(luò)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(shí)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(diǎn)。分析現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)類、部署類、功能類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(guò)度依賴于某一類特定技術(shù)。

應(yīng)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(yīng)用支撐功能單元為主，同時(shí)還應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐接口。分析服務(wù)類需求發(fā)現(xiàn)，其中以語(yǔ)義為技術(shù)依托的場(chǎng)景感知服務(wù)需求、位置感知服務(wù)需求、自主服務(wù)需求等均為物聯(lián)網(wǎng)所具備的獨(dú)特需求，因此部分物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)特需求的存在，要求物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，需對(duì)場(chǎng)景感知、自主計(jì)算、語(yǔ)義識(shí)別及語(yǔ)義標(biāo)注等提供支持，同時(shí)為應(yīng)用支撐層次及服務(wù)層次等以知識(shí)操作功能為基礎(chǔ)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(chǔ)的內(nèi)容感知需求、自主聯(lián)網(wǎng)需求、時(shí)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(dú)特需求。實(shí)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(duì)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(yīng)用支撐層次、服務(wù)層次以及網(wǎng)絡(luò)層次圍繞物聯(lián)網(wǎng)所提出的特殊需求完成相應(yīng)功能單元的設(shè)計(jì)。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(shí)需對(duì)裝置單元的獨(dú)立設(shè)計(jì)予以重視。

4 ?物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建視圖

以原型系統(tǒng)制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)為依托的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化模式已取得一定成功，由此證明，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到系統(tǒng)部署、技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，方可在工業(yè)界被廣泛認(rèn)同，在產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得以應(yīng)用，為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)賦予實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這也為現(xiàn)階段通信技術(shù)、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此需對(duì)此種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化模式予以高度認(rèn)同，由此提出借助部署視圖、實(shí)現(xiàn)視圖、功能視圖這3種不同視圖完成物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系的架構(gòu)，并與部署層面、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)層面所提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求相符[5]。上述3個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖并非為互相獨(dú)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(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅為部署視圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)層面所需考慮的問(wèn)題，然而如物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同控制機(jī)制的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)則為部署視圖、實(shí)現(xiàn)視圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)層面所需考慮的問(wèn)題，而同物聯(lián)網(wǎng)自主操作相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)為功能視圖、實(shí)現(xiàn)視圖、部署視圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)層面均需加以考慮的問(wèn)題。上述3個(gè)視圖依次對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)部署階段、實(shí)現(xiàn)階段、設(shè)計(jì)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(hù)、安全、服務(wù)提供、數(shù)據(jù)管理、連接、應(yīng)用支撐、通信，其中隱私保護(hù)、安全、數(shù)據(jù)管理、連接為物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)有功能，上述功能需求可對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通用需求加以充分滿足。

連接功能組主要負(fù)責(zé)對(duì)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(yīng)用支撐功能即指對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用支撐方面所提出的需求加以滿足;安全隱私保護(hù)功能即指對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在安全隱私保護(hù)方面所提出的需求加以滿足;管理功能主要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)管理、通信、應(yīng)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(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)整體設(shè)計(jì)加以簡(jiǎn)化，以此實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通用需求的準(zhǔn)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(jìn)一步驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)可否對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求予以充分滿足[7]。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視圖

該文中所提及的物聯(lián)網(wǎng)功能模型的實(shí)現(xiàn)視圖以ITU-T所設(shè)計(jì)的NGN功能體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)形成實(shí)現(xiàn)視圖。實(shí)現(xiàn)視圖主要由服務(wù)控制功能、內(nèi)容提交、服務(wù)提供、應(yīng)用支撐、傳送控制、傳送、功能實(shí)體等諸多功能構(gòu)成，其中功能實(shí)體為以NGN功能體系結(jié)構(gòu)中定義的功能實(shí)體為基礎(chǔ)所展開(kāi)的延展，因此，具備物聯(lián)網(wǎng)相應(yīng)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(guān)、物聯(lián)網(wǎng)裝置等均為物聯(lián)網(wǎng)所獨(dú)有的功能實(shí)體。

分析NGN功能體系結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，并未對(duì)上述功能實(shí)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(cè)及連接等諸多功能，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)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(wù)及移動(dòng)通信等功能;物聯(lián)網(wǎng)傳送控制功能主要涉及場(chǎng)景感知通信、自主聯(lián)網(wǎng)、通信監(jiān)測(cè)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(hù)、分析、更新、查詢、存儲(chǔ)及自主收集等功能;物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)控制功能主要涉及服務(wù)、時(shí)間同步及組管理之間的協(xié)調(diào)，自主服務(wù)的監(jiān)測(cè)等功能;物聯(lián)網(wǎng)安全隱私保護(hù)實(shí)體功能主要包括服務(wù)提供、數(shù)據(jù)管理及通信等相關(guān)數(shù)據(jù)的操作安全及隱私保護(hù)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(shè)計(jì)的NGN功能體系結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，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(shí)現(xiàn)視圖定義的功能實(shí)現(xiàn)，可在物聯(lián)網(wǎng)中獨(dú)立運(yùn)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(guān)、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)控制器、物聯(lián)網(wǎng)裝置等，均為物聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)有裝置，其余構(gòu)件均為NGN功能體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)提議書(shū)中所設(shè)計(jì)的，需以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求為基礎(chǔ)所展開(kāi)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(hù)及物聯(lián)網(wǎng)裝置等功能實(shí)體為主;物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制主要以安全和隱私保護(hù)及物聯(lián)網(wǎng)傳送控制等為主;物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)控制器主要以安全和隱私保護(hù)及物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)控制等為主[9]。

5 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中仍存在部分問(wèn)題，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)高發(fā)展形成制約，因此要求相關(guān)從業(yè)人員需圍繞所制約因素積極展開(kāi)探討，找尋物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系的構(gòu)建方式，明確標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)建原則，了解物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化體系構(gòu)建視圖，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

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