基于開放架構的物聯網設計

任勁松

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

基于開放架構的物聯網設計

任勁松

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

物聯網是實現物與物之間智能聯系的網絡，是繼計算機產業、互聯網產業之后的又一個重大產業。依托RFID、紅外傳感器、GPS、激光掃描等傳感技術及移動通訊、云計算、大數據存儲等數據通訊處理技術，按約定協議把任何物品與互聯網相連接，形成互聯網＋，因此從結構上分析，物聯網的構成是開放架構的?；仡櫫宋锫摼W概念的提出及產生背景，詳細闡述了其開放的技術架構及組成物聯網的關鍵技術，結合當前國際上物聯網領域的熱點問題，提出了我國物聯網未來發展的思路和建議。

物聯網；開放架構；互聯網＋；無線傳輸

1 引 言

物聯網（Internet of Things）這個詞，最早由MIT Auto－ID中心Ashton教授1999年在研究RFID時提出來，在2005年國際電信聯盟（ITU）發布的同名報告中，物聯網的定義被明確下來，覆蓋范圍有了新的拓展，不再只是指基于RFID技術的物聯網。

在我國，自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一并寫入“政府工作報告”，物聯網在中國受到了全社會極大的關注。

具體而言，物聯網的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外傳感器、GPS、激光掃描等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、監控和管理的一種網絡。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，它是互聯網的應用拓展，因此與其說物聯網是網絡，不如說物聯網是互聯網基礎上的業務和應用。從這一定義我們可以明確物聯網的兩層含義：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。

2 物聯網組成架構

2．1 物聯網組成

宏觀上看，物聯網由三部分組成：網絡終端、傳輸網絡和數據處理中心。網絡終端以傳感器為核心，是物聯網的數據來源，也被成為感知層。通過各種傳感器（RFID、Zigbee、Bluetooth、Wlan等）采集各種有用的數據信息，形成原始網絡數據；傳輸網絡包括傳統的Internet及無線網絡，組成信息傳輸平臺，將終端采集的各種信息通過此平臺傳輸到數據處理中心；數據處理中心將采集的數據通過云計算技術及大數據挖掘處理技術進行分類、整合，篩選出有用數據，形成控制信息及各種存儲信息，完成物聯網最終的數據處理。其組成如圖1所示。

圖1 物聯網組成

2．2 物聯網技術架構

物聯網多元化的元素組成要求其技術架構必須是開放式架構，具體分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端，其作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息；網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息；應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。目前物聯網的行業應用已深入到社會生活的各個領域，包括工業控制、公共安全、城市管理、遠程醫療、智能家居、智能交通、環境監測等。其組成架構如圖2所示。

圖2 物聯網技術架構

2．3 物聯網關鍵技術

從以上物聯網的概念及開放式的多元化組成架構可以看出，組成物聯網的關鍵技術有如下幾個：

（1）傳感器技術：這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道，到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理。

（2）RFID標簽：也是一種傳感器技術，RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術，RFID在自動識別、物品物流管理等領域有著廣闊的應用前景。

（3）嵌入式系統技術：是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。經過幾十年的演變，以嵌入式系統為特征的智能終端產品隨處可見，小到人們身邊的MP3，大到航天航空的衛星系統，嵌入式系統正在改變著人們的生活，推動著工業生產以及國防工業的發展。物聯網關鍵技術組成示意圖如圖3所示。

圖3 物聯網關鍵技術

（4）云計算技術及大數據挖掘存儲技術

物聯網終端采集的數據是龐大、多元、異構的，如何將這些數據高效地傳輸、整合、篩選、計算和存儲是物聯網數據處理中心的核心任務。運用目前開放先進的云計算技術及數據庫挖掘技術，極大提高了物聯網的數據處理能力，使得物聯網的數據管理更加高效、安全和可靠。

2．4 物聯網與互聯網的區別與融合

盡管從某種意義上看，可以認為物聯網就是互聯網從人向物的延伸，但物聯網和互聯網還是有本質區別的。

想要通過互聯網了解一個東西，必須要有人去收集這個東西的相關信息，數字化后再放置到互聯網絡（服務器）上供人們瀏覽其信息，人在其中要做很多的工作，且難以動態了解其變化。

物聯網是物體自己“說話”，通過在物體上植入各種微型感應芯片、借助無線通信網絡，與現在的互聯網絡相互聯接，讓其“開口”。不僅人可以和物體“對話”，物體和物體之間也能“交流”。

所以說，互聯網是連接的虛擬世界網絡，物聯網是連接物理的、真實的世界網絡。物聯網未來與互聯網充分互聯、無縫整合，并與通信網一起，組成一個更加龐大、復雜的網絡，將實現物理世界與人類社會系統的全面互聯互通。

3 物聯網的安全性問題

和一般互聯網系統的安全基本一樣，物聯網系統的安全主要有8個方面：讀取控制，隱私保護，用戶認證，不可抵賴性，數據保密性，通訊層安全，數據完整性，隨時可用性。前4項主要處在物聯網DCM三層架構的應用層，后4項主要位于傳輸層和感知層。其中“隱私權”和“可信度”（數據完整性和保密性）問題在物聯網體系中尤其受關注。如果從物聯網系統體系架構的各個層面仔細分析，我們會發現現有的安全體系基本上可以滿足物聯網應用的需求，尤其在其初級和中級發展階段。

物聯網應用特有（比一般IT系統更易受侵擾）的安全問題有如下幾種：

（1）Skimming：在末端設備或RFID持卡人不知情的情況下，信息被讀取；

（2）Eavesdropping：在一個通訊通道的中間，信息被中途截取；

（3）Spoofing：偽造復制設備數據，冒名輸入到系統中；

（4）Cloning：克隆末端設備，冒名頂替；

（5）Killing：損壞或盜走末端設備；

（6）Jamming：偽造數據造成設備阻塞不可用；

（7）Shielding：用機械手段屏蔽電信號讓末端無法連接。

目前物聯網的建設方興未艾，導致很多安全監管措施都沒有形成，因此迫切需要出臺配套保障信息安全、保護個人隱私的法令、法規，加強信息應用的監管。同時還要加強技術研發的力度，用高技術的安全產品確保物聯網的安全運行。

4 我國物聯網發展前景

與計算機、互聯網產業不同，中國在‘物聯網’領域已經走到了世界前列。

目前，我國的無線通信網絡已經基本實現全覆蓋，無線網絡是實現“物聯網”必不可少的基礎設施。而在“物聯網”這個全新產業中，我國的技術研發水平也處于世界前列，具有重大的影響力。中科院早在1999年就啟動了傳感網研究，與其它國家相比具有同發優勢。目前已擁有從材料、技術、器件、系統到網絡的完整產業鏈。在世界傳感網領域，中國與德國、美國、韓國一起，成為國際標準制定的主導國之一。

目前全球都將物聯網視為信息技術的第三次浪潮，確立未來信息社會競爭優勢的關鍵。據美國獨立市場研究機構Forrester預測，物聯網所帶來的產業價值要比互聯網高30倍，物聯網將形成下一個上萬億元規模的高科技市場。

在我國，物聯網的發展已被寫入“政府工作報告”和“十二五規劃綱要”中，物聯網必將成為我國未來發展的戰略性資源。據工信部預測，“到2020年，中國物聯網產業將經歷應用創新、技術創新、服務創新三個關鍵的發展階段，成長為一個超過五萬億規模的巨大市場?！?/p>

5 結束語

物聯網的發展一日千里。目前，互聯網、移動通信網、電視網甚至是電網的“多網融合時代”已經來臨，成為新世紀又一個發展機遇。物聯網是多網融合時代的必然產物，它將人與人之間的溝通連接擴展到了人與物、物與物之間的溝通連接，智能化、網絡化的生活將讓人們工作、生活更加便捷和人性化。做好我國物聯網的規劃、設計和開發工作是實現這一目標的首要前提。

［1］ GEI．中國物聯網產業發展線路圖［J］，通信世界，2010（4）：48－49．

［2］ 徐培利．泛在網／物聯網應用與標準化探討［R］．華為技術有限公司技術報告，2010．05．19

［3］ 孫利民．無線傳感器網絡［M］．北京：清華大學出版社，2005．

［4］ 李航，陳后金．物聯網的關鍵技術及其應用前景［J］．中國科技論壇．2011（1）：81－85．

［5］ 黃衛東，岳中剛．物聯網核心技術鏈演進及其產業政策研究［J］．中國人民大學學報．2011（4）：47－53．

Design on IOT based on open Architecture

Ren Jinsong
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

Internet of things（IOT）is the network to achieve intelligent connection between the physical objects，which is an important industry following computer industry and internet industry．Based on the sensing technology such as RFID，IR sensor，GPS，laser scan，etc，and data communication processing technology such as mobile communication，cloud computing，large data storage，etc，according to the regulated protocol，the physical objects are connected to the internet to produce internet plus．So，by analysis of the structure，the architecture of IOT is open．In this paper，the definition and background of IOT are reviewed，the opened technical architecture and the key technology for composing IOT are described in detail and the concept and suggestion of the future IOT development are proposed combining with the present focuses in the field of international IOT．

Internet of things（IOT）；Open architecture；Internet plus；Wireless transmission

10．3969／j．issn．1002－2279．2015．04．007

TP393

A

1002－2279（2015）04－0024－03

任勁松（1969－），女，河北省邯鄲市人，工程師，主研方向：信息化。

2015－03－15