物联网互通与共享体系架构研究建议

0 前言

物联网作为当前信息技术领域一次重大的变革和发展的机遇日益受到重视。2009年以来，西方发达国家接连制定出了一系列物联网发展推动计划，并对技术开发与相关产业进行了积极地战略布局。与此同时，我国也紧跟形势，将物联网作为战略性的新兴产业高度重视的同时积极、大力推进。

1 物联网的发展现状

物联网的概念最早起源于美国麻省理工学院，该学院在1999年建立的自动识别中心 Au所提出的wlwwww的网络无线射频实现智能化识别和管理。该领域尤其值得一提的是美国，作为全球物联网技术的主要推动国，美国在物联网的基础架构、关键技术等诸多领域拥有绝对优势，其物联网产业相关优势也日益增强并提升。在《2025年对美国利益潜在影响的关键技术》中，美国国家情报委员会就将物联网列入 6种关键技术之一，更在其“智慧地球”计划中将物联网提升至国家战略高度。当前，在PFID领域中呼声最高的当属由美国主导的EPCglobal标准，而在通信芯片及通信模块设计制造方面领先全球的则是德州仪器、IBM、微软和英特尔这几个品牌。目前，美国物联网技术已经在农业、军事、环境监测、医疗、海洋和空间探索等诸多领域投入应用。

与此同时，欧盟也制定出了一系列的优惠政策用以助推物联网技术的研发与应用。欧盟委员会于2009年6月出台《欧盟物联网行动计划》建议欧盟政府应加强针对物联网的管理，以确保欧盟在物联网智能基础方面能继续保持领先地位。日本政府于2004年提出了以发展泛在网络社会为目标的“U-JAPAN”计划，通过制定国家战略的方式来推动物联网相关领域发展，以实现无论何时、何物、何地、何人均可受益于ICT社会的战略。2009年更将该计划升级为“I-Japan”战略。借助这一系列的战略举措，日本得以在医疗、交通、教育、环境监测和灾难应对等诸多领域大力推广物联网的应用，并取得了良好的社会效应。

韩国早在2004年就提出了为期十年的U-Korea战略，其目标在于“在全球最游的泛在基础设施上，将韩国建设成全球第一个泛在社会”。2006年，韩国政府又制定“U-It839”计划，将泛在的传感器网发展列入到重点发展计划。2009年10月，韩国政府出台《物联网基础设施构建计划》，正式将物联网确定为新的增长动力。计划提出到2012年，韩国要实现“通过构建世界最先进的传感器网基础设施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国”的目标。为了尽快达到该目标，韩国政府更是确立了包括构建基础设施、技术研发、应用、营造可扩散环境等四大领域在内的12大项课题。

我国也将物联网纳入到国家五大战略性新兴产业，并出台了“十二五”发展规划，并积极制定相关产业标准。 各地地方政府也积极跟进，纷纷将物联网列入重点培育的新兴产业之列。在政府的大力支持和助推下，传感器网络标准工作组得以迅速组建，并已初步打造出我国传感网标准体系框架，目前已有多项标准和提案提交国际标准化组织，并被采纳。不仅如此，物联网还被列入《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）》。

由此可见，物联网及其相关技术当前已经在世界各国得到广泛应用，并在交通、物流、智能电网、智能家居、农业生产、医疗健康、国防军事等诸多领域取得了长足发展，其市场规模也在日益壮大。

2 当前物联网技术发展存在的问题

物联网及其相关技术的发展潜力和市场潜力是无限的，但当前物联网的发展过程中还存在诸多问题需要逐一解决，主要集中表现在核心技术、信息安全、标准规范、隐私保护、产品研发等诸多方面。物联网关键技术的研发和规模化应用当前都还处于初级阶段，尤其在传感器接入技术、传感器核心芯片和中间件技术方面有待进一步研究开发，具体表现在以下几个方面：

一是当前的传感器大多受限于连接有效通信距离，且对外部工作环境的各项指标要求较高，受外部环境影响较大。二是传感器在节点计算能力、通信能力和存储能力方面存在短板。此外，要实现传感器网络上的海量应用在有效运行的同时，确保应用程序的运行性能，传感器网络的中间件技术将是未来传感器网络领域亟需解决的首要问题。标准，无疑也是保障物联网应用有效推动的核心问题。 当前，在物联网标准体系的建立过程当中，尚缺乏具有可执行性的统一标准体系，这个问题极大的阻碍了物联网的发展进程。中国、美国、德国和韩国是世界物联网领域标准的重要制定国。但由于物联网发展牵涉到国家间巨大的利益分配问题，因此统一标准体系难度较大，统一的规范协议难以在短期内成型。

不仅如此，物联网与互联网和其他移动通信网络相比，还存在一些特殊的安全性问题。首先，物联网应用是基于对物品感知的基础上的，射频识别无疑是物联网发展的关键技术。物联网中的物与人、物与物之间实现互联必须借助RFID（射频识别）、二维识别码、传感器和 GPS定位等技术，才能自由地自动感知和获取物品信息。如不加以控制和限制，物品信息则会不受限地被扫描、被定位甚至被追踪。这无疑将会对个人信息安全和隐私构成极大的威胁。

其次，在大多数情况下，加密仍然是保证实现信息机密性的有效手段。保密问题现在已经成为物联网识别技术中的的核心关键问题。对感知网络的密钥管理问题，也是制约物联网信息机密性的瓶颈问题。物联网的安全特征体现了感知信息、应用需求的多样性及其所处的网络环境。物联网网络规模庞大、海量数据处理和决策控制复杂等问题，也给其安全研究带来了诸多的挑战。

3 加强物联网互通与共享体系架构研究的建议

鉴于以上问题，我们对于研究物联网互通与共享体系架构等问题提出了以下建议：重点包括队友物联网各单元互联体系架构、安全体系架构、统一操作管理显示平台，制定各种接口、协议和规范等进行深入研究，以实现不同物联网应用平台之间的互联互通、开放访问、统一服务获取以及信息共享等问题，进而推动物联网技术与相关应用与新一代移动通信计算、卫星通信、下一代互联网等技术的融合发展，加快物联网技术创新体系及其能力建设。

对于物联网互通与共享体系架构问题，我们在研究当中可以遵循网络分层原理，将物联网划分为由对象感知层、信息整合层、数据交换层、应用服务层组成的4层体系架构。其中，对象感知层主要用于实现对物理对象的感知和数据获取；信息整合层提供对网络所获取的各类不确定信息重组、清洗、融合等处理的服务，并将其整合分析形成相对准确的结论；数据交换层提供透明的数据传输能力；应用服务层则负责将已有信息转化为有效的内容提供服务。可以基于这种架构，从用户、应用开发者、网络提供者、服务提供者等多用户视角研究物联网体系架构，进一步研究异构网络的互联模型及其互联机理，同时利用形式化方法对物联网结构进行精准描述，从而为各种接口、协议和规范的制订提供依据。

动态拓扑构架策略方面的研究。物联网具有区域自治的松耦合性，该特性导致了其具有网络拓扑结构多变，链路质量和网络连通性无法保障等问题，给物联网自治域带来了一定困难。对于这个问题，建议从以下几个方面展开相关研究：对物联网自治域内的网络流量、拓扑等数据进行测量统计，计算并提炼出自治网络相关行为特征，进而设计出具备预测性的网络行为统计分析模型；通过研究自治域内的路由稳定性问题，分析各类路由判决本身的变化规律，提出路由稳定性的模型化分析方法，从而为自治域内的路由协议设计提供依据。

4 小结

总而言之，应针对物联网应用垂直化、管道化等独有特征，研究建立并统一物联网互通与共享体系架构的参考模型、方法以及可应用的物联网互通与共享平台（软件），具体包括研究物联网各单元互联体系架构、安全体系架构、统一操作管理显示平台，制定各种接口、协议和规范等，从而实现不同物联网应用平台之间的互联互通、通用访问、统一服务获取与信息共享，从而构建起统一的物联网互通与共享体系架构参考模型、接口协议、数据共享协议以及具有实际应用性的物联网互联互通与共享系统。