物聯網發展的標準問題*

盧捍華，邵媛媛，孫洪波，丁 斌

（1.南京郵電大學云計算研究中心 南京210003；2.南京郵電大學通信與信息工程學院 南京210003；3.福富信息技術股份有限公司 福州350013）

1 引言

2009 年，時任國務院總理溫家寶提出“感知中國”，揭開了中國物聯網（internet of things，IoT）發展的序幕。當時對物聯網的估計十分樂觀，例如，中國社會科學院研究所指出，預計10年內物聯網會大規模普及，發展成為一個上萬億元規模的高科技市場，其產業規模將比互聯網大30倍[1]；物聯網產業聯盟、長城戰略咨詢聯合發布的“2010年中國物聯網產業發展研究報告”[2]也曾指出，預計到2015年，中國物聯網產業的總體規模將超過1萬億元，到2020年將超過5萬億元。

迄今為止，物聯網的發展并不盡如人意，主要表現在兩個方面：首先，并沒有確切的數據證明上述預計中的發展趨勢；其次，作為支持物聯網應用的基礎，傳感器和控制器的應用還遠未像移動互聯網那樣，達到一種開放融合的程度。

“物聯網”這一術語從提出至今已有十多年歷史，在發展中，其定義在不斷發生變化。為了研究物聯網發展中的問題，首先要確認物聯網的定義。物聯網最初由麻省理工學院Auto-ID研究中心（Auto-ID Labs）于1999年提出[3]，其本意是指將所有物品通過射頻識別（RFID）標簽等傳感設備信息與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。

2005 年，ITU的“The Internet of Things”報告[4]中提出了任何時刻、任何地點、任意物體之間的互聯，實現無所不在的網絡和無所不在的計算的發展前景，將物聯網的概念推廣到泛在網絡和泛在計算。

中國通信標準化協會（CCSA）于2012年制定了物聯網總體框架和技術要求的行業標準[5]，除指出物聯網的泛在性和開放性以外，標準中還給出物聯網的通用分層模型，從上到下分別是應用層、網絡/業務層和感知延伸層。物聯網的概念實際擴展到ICT的全面融合與應用，與IBM提出的“智慧星球”的內涵基本相同，后者提出的是“深入感知、廣泛互聯、高度智能（instrumented,interconnected,intelligent）”的概念[6]，也包含感知、網絡、（智慧）應用3個層次。

綜合上述內容，結合ICT當前的發展趨勢，可以得知我國物聯網的定義有兩方面概念：一是其融合開放的理念；二是其包含的感知、互聯和應用的組成部分。本文討論的“物聯網”即采用這種概念。

2 物聯網特點

基于融合開放理念，作為一個系統，物聯網具有明顯的系統體系（system of system）[7]特征，與已有移動互聯網應用一樣，廣泛互聯的物聯網應用將充分利用開放的信息資源。這些信息資源并不是為某個應用建立的，也不是應用者所擁有的，這和傳統的信息化應用有很大的不同，物聯網應用的涉眾各方必須意識到這一點，不要用傳統的信息系統觀念看待物聯網。

在這種情況下，物聯網及其應用的一些特點值得注意，具體如下：

·應用需求的多樣性、不確定性很大，同一個應用也會隨技術、環境、規模和使用者需求等的變化而發生變化；

·對于特定的應用來說，開放的資源并不是專門為其建立的，因此在技術和標準方面不受應用的控制，應用必須適應這些技術和標準才能有效地使用這些資源；

·有較長的生命周期，并且以逐步演進的方式發展，在演進中，很多舊的技術和標準會過時，新的技術和標準會出現，新舊共存的狀態會普遍存在；

·組成部分關聯復雜，一般需要涉及傳感、通信、平臺等多個層次的多種信息能力和資源；

·由于融合使用開放的信息能力和資源，構成一個應用的組成部分可能來自多個屬主，組成部分自治、不受控、不確定性大；

·由于開放和融合，信息資源的來源有很大的不確定性，有時需要對多來源的信息進行綜合才能減少或消除這種不確定性。

由于具有這些特點，局部技術和標準的統一并不能解決物聯網整個體系和應用全局的問題。

3 對物聯網標準的認識

如前所述，物聯網的發展并不盡如人意。很多人將這種形勢歸結于標準問題，即沒有標準或標準不完善造成物聯網發展障礙[8～10]。

“無規矩不成方圓”，標準對于廣泛互聯的物聯網發展和應用來說十分重要，但就物聯網本身，到底需要制訂和遵循哪些標準，怎樣看待標準的作用則是一個值得探討的問題。

如果按照第1節的定義，總體上，物聯網并不是一種技術，也不是一門學科，而是對ICT各種技術綜合應用的開放理念和體系，因為它包含傳感、通信、應用的各個領域和環節，是一個既廣泛又特定的概念。從廣泛來看，是ICT的綜合應用，涉及ICT的方方面面，但無論是其中哪個方面，都不能等同于物聯網；從特定來看，在ICT的應用中，必須具有開放融合以及包含傳感控制端到端處理兩個特征的應用才符合物聯網的概念。

從這一觀點出發，物聯網標準的內容應當屬于相對形而上的范疇，不應僅針對某一技術（如傳感網），應當包括以下多個方面：

·對物聯網概念的統一描述；

·對物聯網體系結構抽象的統一描述；

·對物聯網組成部分關聯的規范；

·對不同標準融合與應用的統一方法；

·對組成部分全局地位的統一標識和描述。

這種標準應當是全局性、抽象、框架結構的。如果針對某種技術制訂物聯網標準，無疑是舍本求末、緣木求魚，這是因為：

·物聯網應用是開放融合的應用，其不同的組成部分必然會涉及不同的局部技術和相應的標準，物聯網應用必須能夠融合這些技術和標準；

·物聯網應用系統和平臺的生命周期可能比技術和相應標準的生命周期要長，正如通信網的生命周期比某種傳輸技術和傳輸標準（如載波傳輸標準）的周期要長；

·不斷有新的物聯網應用領域發展，需要整個體系不斷兼容新的技術和標準。

在物聯網的發展中，之所以對標準傾注了很大的熱情，除了有物聯網認識的誤區以外，還是各種利益之間博弈的一種體現。其實，像過去某些公司那樣，作為知識產權惡霸，借助壟斷一門技術而壟斷整個行業的時代已經過去。在物聯網的發展中，需要借鑒移動互聯網的發展經驗和模式，其中很重要的是運用平臺策略，為價值鏈各環節提供關聯和發展的便利（如Google API、亞馬遜云計算等[11,12]），而不僅僅企圖主導技術標準。用一兩種技術“一統天下”的想法和物聯網的概念格格不入，盡管在技術方面依然需要進行創新與發展，需要把握標準，但這是不同的事情。

4 系統抽象

既然物聯網是一種融合開放的ICT綜合應用，標準的融合和兼容也就成為物聯網必須解決的問題，只有達到“無招勝有招”的境界，前述的物聯網才能真正實現。

和互聯網應用相仿，為了實現多方面的融合與參與，物聯網應用必須依賴于適當的平臺。平臺的規模、范圍可以不同，其共同特性是多方的接入和互操作。可以說，平臺是物聯網實現“深入感知、廣泛互聯、高度智能”的關鍵。

在平臺的規劃和建設中，必須從物聯網縱橫兩個方面擴展ICT關聯和應用的特點，介紹如下：

·從縱向來看，物聯網應用涉及從傳感到控制的ICT各個組成部分，特別是傳感和控制部分，是過去互聯網應用較少涉及的內容；

·從橫向來看，物聯網應用涉及廣泛開放資源的關聯和使用，這些資源并不屬于應用的使用者，和傳統的自動控制應用有很大的差別。

為了進行廣泛的關聯，同時在不斷適應變化的前提下保持應用的穩定性，抽象方法的介入可能是最好的選擇。在信息系統工程中，針對大系統和復雜系統的抽象方法由來已久，也建立了一些為行業廣泛接受的抽象框架，如TOGAF[13]、FEAF[14]、DoDAF[15]、Zachman[16]等，這 些 框 架 包 含信息系統不同方面的抽象，例如：

·業務或應用需求的抽象；

·系統結構的抽象；

·業務和系統信息數據的抽象；

·系統生命周期中各種過程的抽象等。

對于一個企業來說，建立和使用大型的信息系統需要對不同的方面進行抽象，需要面面俱到的描述。和一般的企業信息系統應用不同，物聯網是一個開放的環境，有較長的價值鏈，價值鏈的不同環節有不同的涉眾或利益相關者，它們對系統的抽象描述站在不同的立場和角度進行，因此不同的涉眾所涉及的抽象描述的重點也不相同，舉例如下。

·對于平臺來說，不同的平臺可以有自己的抽象描述方法，只要能夠完成各自的資源關聯和應用目標即可，這和目前移動互聯網平臺的情況相仿。而資源的關聯則涉及不同的標準，抽象描述的重要目標是能夠兼容盡量多的標準，以真正實現“深入感知，廣泛互聯”。因此，平臺的建設和運營者的重點是建立系統結構的抽象描述，以使采用不同技術和標準的資源可以按照一定的規范順利組織到平臺中。

·對于應用來說，要利用物聯網平臺的資源優勢為應用目標服務，要理解這些資源的語義及其與應用之間的關系。因此，應用的開發和使用者不必考慮資源的技術細節，將抽象描述的重點放在業務或應用目標方面，以保證在不同的資源條件、具體需求下能夠靈活重組各種資源，形成滿足業務需求的應用。

物聯網價值鏈的其他環節（如傳感器、網絡等）是具體技術和標準的實現，主要考慮其開放性（關聯）和領域內部的抽象（如傳感網結構），與物聯網的抽象描述相比，是另一個層次的工作。

由于物聯網是對各種技術的融合，雖然抽象描述是相對形而上的描述，但對于具體實現（無論是平臺還是應用）來說，完全沒有必要強求一致，只要能夠達到相應的目標即可，通過現在的移動互聯網應用可以看到這一趨勢。

5 平臺原型簡述

為了實現物聯網的目標和功能，南京郵電大學建立了實驗的物聯網傳感和控制應用平臺，平臺的措施要點介紹如下：

·用參考結構方法對整個端到端應用的不同層次進行抽象，抽象由一系列功能組（虛擬的設備或軟件功能）和參考點（虛擬的接口）組成；

·建立全局節點和設備標識，并與具體的采用不同標準和技術的節點、設備進行映射，實現不同標準和技術設備的融合，這種標識還有利于傳感和控制設備的即插即用；

·建立虛擬的傳感控制服務，將設備細節與應用隔離，并可以使用不同的數據來源實現相應的設備，例如，來自網絡的雨量分布信息經處理后可以代替雨量傳感器；

·開放參考點結構和接口，任何感興趣者都可以開發相應的功能或設備，接入平臺，并與平臺的其他組成部分進行互操作；

·對外的參考點采用基準協議的方式，使用方便，這些基準協議包括IP地 址、IEEE 802.15.4、Web Services等，其他協議通過抽象、映射完成適配。

通過上述措施，平臺適配和接入不同通信協議（包括IEEE 802.15.4、ZigBee、6LoPAN、EnOCean、有線串口等）的傳感節點和不同高層（ZigBee、EnOCean高層、Mobus等）的應用協議，實現傳感控制設備的融合與開放；與此同時，平臺還可以接入或獲取開放的傳感信息（如遙感信息、氣象數據等）形成邏輯傳感設備數據，供平臺用戶使用。為了方便應用的開發和使用，除了采用上述結構處理開放傳感控制信息，還設計了目錄功能和輔助開發環境，進一步方便開發者和使用者。

6 結束語

新一代信息產業的核心理念是開放融合，在開放物聯網應用方面，也應當以此為原則。系統抽象和框架方法是實現這一原則的重要途徑，在框架定位的基礎上，通過適配方法實現各種技術和標準的兼容；同樣在框架的基礎上，實現物聯網各組成部分的開放，這種開放既有利于使用者，也有利于開發者。

除了開放融合機制以外，物聯網的應用還必須解決安全問題，解決從開放信息源獲得信息的確定性和可靠性問題。對此，抽象方法依然是重要的。在物聯網環境下，還可以利用廣泛互聯和大數據處理的一些特性和優勢，更好地應對這些問題，目前正在進行這方面的研究，并將成果逐步引入平臺中。

1 賈麗.物聯網發展意見即將出臺 產業規模是互聯網30倍.證券日報，2013-01-24

2 長城戰略咨詢.2010年中國物聯網產業發展研究報告,2010

3 Conti P.The internet of things.Communications Engineer,2006,4(6):20～25

4 International Telecommunication Union.Internet Reports 2005:the Internet of Things,2005

5 YDT 2437-2012.物聯網總體框架與技術要求,2012

6 甘綺翠,Harreld J C,姜一煒等.智慧地球 贏在中國.IBM大中華區:IBM商業價值研究院,2009

7 Maier M W.Architecting principles for system of systems.Systems Engineering,1998,1(4):267～284

8 程元棟,陳巧蓮.我國物聯網發展中的瓶頸及應對策略分析.改革與戰略,2012,28(3):64～66

9 肖青.物聯網標準體系介紹.電信工程技術與標準化,2012(6):8～12

10 范鵬飛,張學禮,張敏.政策如何為物聯網產業發展服務.中國電信業,2013(2):46～49

11 高昂,段念,何峰等.Google API大全——編程·開發·實例.北京:電子工業出版社,2006

12 Bermudez I,Traverso S,Mellia M,et al.Exploring the cloud from passive measurements:the Amazon AWS case.Proceedings of IEEE INFOCOM,Turin,Apr 2013:230～234

13 The Open Group.A Pocket Guide,TOGAF Version 9.Van Haren Publishing,2009

14 The Chief Information Officers Council:Federal Enterprise Architecture Framework,Version 1.1,1999

15 DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0.The DoD of USA,2009

16 Zachman J.A Framework for Information Systems Architecture.IBN Los Angeles Scientific Center,1987