盧捍華，邵媛媛，孫洪波，丁 斌

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

1 引言

2009 年，時(shí)任國務(wù)院總理溫家寶提出“感知中國”，揭開了中國物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）發(fā)展的序幕。當(dāng)時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的估計(jì)十分樂觀，例如，中國社會(huì)科學(xué)院研究所指出，預(yù)計(jì)10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)會(huì)大規(guī)模普及，發(fā)展成為一個(gè)上萬億元規(guī)模的高科技市場(chǎng)，其產(chǎn)業(yè)規(guī)模將比互聯(lián)網(wǎng)大30倍[1]；物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、長(zhǎng)城戰(zhàn)略咨詢聯(lián)合發(fā)布的“2010年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告”[2]也曾指出，預(yù)計(jì)到2015年，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模將超過1萬億元，到2020年將超過5萬億元。

迄今為止，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展并不盡如人意，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，并沒有確切的數(shù)據(jù)證明上述預(yù)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)；其次，作為支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，傳感器和控制器的應(yīng)用還遠(yuǎn)未像移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)那樣，達(dá)到一種開放融合的程度。

“物聯(lián)網(wǎng)”這一術(shù)語從提出至今已有十多年歷史，在發(fā)展中，其定義在不斷發(fā)生變化。為了研究物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的問題，首先要確認(rèn)物聯(lián)網(wǎng)的定義。物聯(lián)網(wǎng)最初由麻省理工學(xué)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(shí)別（RFID）標(biāo)簽等傳感設(shè)備信息與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

2005 年，ITU的“The Internet of Things”報(bào)告[4]中提出了任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任意物體之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計(jì)算的發(fā)展前景，將物聯(lián)網(wǎng)的概念推廣到泛在網(wǎng)絡(luò)和泛在計(jì)算。

中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）于2012年制定了物聯(lián)網(wǎng)總體框架和技術(shù)要求的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]，除指出物聯(lián)網(wǎng)的泛在性和開放性以外，標(biāo)準(zhǔn)中還給出物聯(lián)網(wǎng)的通用分層模型，從上到下分別是應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層和感知延伸層。物聯(lián)網(wǎng)的概念實(shí)際擴(kuò)展到ICT的全面融合與應(yīng)用，與IBM提出的“智慧星球”的內(nèi)涵基本相同，后者提出的是“深入感知、廣泛互聯(lián)、高度智能（instrumented,interconnected,intelligent）”的概念[6]，也包含感知、網(wǎng)絡(luò)、（智慧）應(yīng)用3個(gè)層次。

綜合上述內(nèi)容，結(jié)合ICT當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，可以得知我國物聯(lián)網(wǎng)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(lián)和應(yīng)用的組成部分。本文討論的“物聯(lián)網(wǎng)”即采用這種概念。

2 物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)

基于融合開放理念，作為一個(gè)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)具有明顯的系統(tǒng)體系（system of system）[7]特征，與已有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一樣，廣泛互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(gè)應(yīng)用建立的，也不是應(yīng)用者所擁有的，這和傳統(tǒng)的信息化應(yīng)用有很大的不同，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的涉眾各方必須意識(shí)到這一點(diǎn)，不要用傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)觀念看待物聯(lián)網(wǎng)。

在這種情況下，物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用的一些特點(diǎn)值得注意，具體如下：

·應(yīng)用需求的多樣性、不確定性很大，同一個(gè)應(yīng)用也會(huì)隨技術(shù)、環(huán)境、規(guī)模和使用者需求等的變化而發(fā)生變化；

·對(duì)于特定的應(yīng)用來說，開放的資源并不是專門為其建立的，因此在技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面不受應(yīng)用的控制，應(yīng)用必須適應(yīng)這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)才能有效地使用這些資源；

·有較長(zhǎng)的生命周期，并且以逐步演進(jìn)的方式發(fā)展，在演進(jìn)中，很多舊的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)會(huì)過時(shí)，新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)會(huì)出現(xiàn)，新舊共存的狀態(tài)會(huì)普遍存在；

·組成部分關(guān)聯(lián)復(fù)雜，一般需要涉及傳感、通信、平臺(tái)等多個(gè)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(gòu)成一個(gè)應(yīng)用的組成部分可能來自多個(gè)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(shí)需要對(duì)多來源的信息進(jìn)行綜合才能減少或消除這種不確定性。

由于具有這些特點(diǎn)，局部技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一并不能解決物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)體系和應(yīng)用全局的問題。

3 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)

如前所述，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展并不盡如人意。很多人將這種形勢(shì)歸結(jié)于標(biāo)準(zhǔn)問題，即沒有標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)不完善造成物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展障礙[8～10]。

“無規(guī)矩不成方圓”，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于廣泛互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用來說十分重要，但就物聯(lián)網(wǎng)本身，到底需要制訂和遵循哪些標(biāo)準(zhǔn)，怎樣看待標(biāo)準(zhǔn)的作用則是一個(gè)值得探討的問題。

如果按照第1節(jié)的定義，總體上，物聯(lián)網(wǎng)并不是一種技術(shù)，也不是一門學(xué)科，而是對(duì)ICT各種技術(shù)綜合應(yīng)用的開放理念和體系，因?yàn)樗瑐鞲?、通信、?yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)，是一個(gè)既廣泛又特定的概念。從廣泛來看，是ICT的綜合應(yīng)用，涉及ICT的方方面面，但無論是其中哪個(gè)方面，都不能等同于物聯(lián)網(wǎng)；從特定來看，在ICT的應(yīng)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(gè)特征的應(yīng)用才符合物聯(lián)網(wǎng)的概念。

從這一觀點(diǎn)出發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)屬于相對(duì)形而上的范疇，不應(yīng)僅針對(duì)某一技術(shù)（如傳感網(wǎng)），應(yīng)當(dāng)包括以下多個(gè)方面：

·對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念的統(tǒng)一描述；

·對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)抽象的統(tǒng)一描述；

·對(duì)物聯(lián)網(wǎng)組成部分關(guān)聯(lián)的規(guī)范；

·對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)融合與應(yīng)用的統(tǒng)一方法；

·對(duì)組成部分全局地位的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和描述。

這種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是全局性、抽象、框架結(jié)構(gòu)的。如果針對(duì)某種技術(shù)制訂物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，無疑是舍本求末、緣木求魚，這是因?yàn)椋?/p>

·物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是開放融合的應(yīng)用，其不同的組成部分必然會(huì)涉及不同的局部技術(shù)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須能夠融合這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)；

·物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)和平臺(tái)的生命周期可能比技術(shù)和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的生命周期要長(zhǎng)，正如通信網(wǎng)的生命周期比某種傳輸技術(shù)和傳輸標(biāo)準(zhǔn)（如載波傳輸標(biāo)準(zhǔn)）的周期要長(zhǎng)；

·不斷有新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，需要整個(gè)體系不斷兼容新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，之所以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傾注了很大的熱情，除了有物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)的誤區(qū)以外，還是各種利益之間博弈的一種體現(xiàn)。其實(shí)，像過去某些公司那樣，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)惡霸，借助壟斷一門技術(shù)而壟斷整個(gè)行業(yè)的時(shí)代已經(jīng)過去。在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，需要借鑒移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和模式，其中很重要的是運(yùn)用平臺(tái)策略，為價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)提供關(guān)聯(lián)和發(fā)展的便利（如Google API、亞馬遜云計(jì)算等[11,12]），而不僅僅企圖主導(dǎo)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。用一兩種技術(shù)“一統(tǒng)天下”的想法和物聯(lián)網(wǎng)的概念格格不入，盡管在技術(shù)方面依然需要進(jìn)行創(chuàng)新與發(fā)展，需要把握標(biāo)準(zhǔn)，但這是不同的事情。

4 系統(tǒng)抽象

既然物聯(lián)網(wǎng)是一種融合開放的ICT綜合應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的融合和兼容也就成為物聯(lián)網(wǎng)必須解決的問題，只有達(dá)到“無招勝有招”的境界，前述的物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)。

和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相仿，為了實(shí)現(xiàn)多方面的融合與參與，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須依賴于適當(dāng)?shù)钠脚_(tái)。平臺(tái)的規(guī)模、范圍可以不同，其共同特性是多方的接入和互操作?？梢哉f，平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“深入感知、廣泛互聯(lián)、高度智能”的關(guān)鍵。

在平臺(tái)的規(guī)劃和建設(shè)中，必須從物聯(lián)網(wǎng)縱橫兩個(gè)方面擴(kuò)展ICT關(guān)聯(lián)和應(yīng)用的特點(diǎn)，介紹如下：

·從縱向來看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及從傳感到控制的ICT各個(gè)組成部分，特別是傳感和控制部分，是過去互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用較少涉及的內(nèi)容；

·從橫向來看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及廣泛開放資源的關(guān)聯(lián)和使用，這些資源并不屬于應(yīng)用的使用者，和傳統(tǒng)的自動(dòng)控制應(yīng)用有很大的差別。

為了進(jìn)行廣泛的關(guān)聯(lián)，同時(shí)在不斷適應(yīng)變化的前提下保持應(yīng)用的穩(wěn)定性，抽象方法的介入可能是最好的選擇。在信息系統(tǒng)工程中，針對(duì)大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的抽象方法由來已久，也建立了一些為行業(yè)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(tǒng)不同方面的抽象，例如：

·業(yè)務(wù)或應(yīng)用需求的抽象；

·系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抽象；

·業(yè)務(wù)和系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的抽象；

·系統(tǒng)生命周期中各種過程的抽象等。

對(duì)于一個(gè)企業(yè)來說，建立和使用大型的信息系統(tǒng)需要對(duì)不同的方面進(jìn)行抽象，需要面面俱到的描述。和一般的企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用不同，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)開放的環(huán)境，有較長(zhǎng)的價(jià)值鏈，價(jià)值鏈的不同環(huán)節(jié)有不同的涉眾或利益相關(guān)者，它們對(duì)系統(tǒng)的抽象描述站在不同的立場(chǎng)和角度進(jìn)行，因此不同的涉眾所涉及的抽象描述的重點(diǎn)也不相同，舉例如下。

·對(duì)于平臺(tái)來說，不同的平臺(tái)可以有自己的抽象描述方法，只要能夠完成各自的資源關(guān)聯(lián)和應(yīng)用目標(biāo)即可，這和目前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的情況相仿。而資源的關(guān)聯(lián)則涉及不同的標(biāo)準(zhǔn)，抽象描述的重要目標(biāo)是能夠兼容盡量多的標(biāo)準(zhǔn)，以真正實(shí)現(xiàn)“深入感知，廣泛互聯(lián)”。因此，平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)營者的重點(diǎn)是建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抽象描述，以使采用不同技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的資源可以按照一定的規(guī)范順利組織到平臺(tái)中。

·對(duì)于應(yīng)用來說，要利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的資源優(yōu)勢(shì)為應(yīng)用目標(biāo)服務(wù)，要理解這些資源的語義及其與應(yīng)用之間的關(guān)系。因此，應(yīng)用的開發(fā)和使用者不必考慮資源的技術(shù)細(xì)節(jié)，將抽象描述的重點(diǎn)放在業(yè)務(wù)或應(yīng)用目標(biāo)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(yè)務(wù)需求的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值鏈的其他環(huán)節(jié)（如傳感器、網(wǎng)絡(luò)等）是具體技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，主要考慮其開放性（關(guān)聯(lián)）和領(lǐng)域內(nèi)部的抽象（如傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)），與物聯(lián)網(wǎng)的抽象描述相比，是另一個(gè)層次的工作。

由于物聯(lián)網(wǎng)是對(duì)各種技術(shù)的融合，雖然抽象描述是相對(duì)形而上的描述，但對(duì)于具體實(shí)現(xiàn)（無論是平臺(tái)還是應(yīng)用）來說，完全沒有必要強(qiáng)求一致，只要能夠達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)即可，通過現(xiàn)在的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以看到這一趨勢(shì)。

5 平臺(tái)原型簡(jiǎn)述

為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)和功能，南京郵電大學(xué)建立了實(shí)驗(yàn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感和控制應(yīng)用平臺(tái)，平臺(tái)的措施要點(diǎn)介紹如下：

·用參考結(jié)構(gòu)方法對(duì)整個(gè)端到端應(yīng)用的不同層次進(jìn)行抽象，抽象由一系列功能組（虛擬的設(shè)備或軟件功能）和參考點(diǎn)（虛擬的接口）組成；

·建立全局節(jié)點(diǎn)和設(shè)備標(biāo)識(shí)，并與具體的采用不同標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的節(jié)點(diǎn)、設(shè)備進(jìn)行映射，實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)設(shè)備的融合，這種標(biāo)識(shí)還有利于傳感和控制設(shè)備的即插即用；

·建立虛擬的傳感控制服務(wù)，將設(shè)備細(xì)節(jié)與應(yīng)用隔離，并可以使用不同的數(shù)據(jù)來源實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)備，例如，來自網(wǎng)絡(luò)的雨量分布信息經(jīng)處理后可以代替雨量傳感器；

·開放參考點(diǎn)結(jié)構(gòu)和接口，任何感興趣者都可以開發(fā)相應(yīng)的功能或設(shè)備，接入平臺(tái)，并與平臺(tái)的其他組成部分進(jìn)行互操作；

·對(duì)外的參考點(diǎn)采用基準(zhǔn)協(xié)議的方式，使用方便，這些基準(zhǔn)協(xié)議包括IP地 址、IEEE 802.15.4、Web Services等，其他協(xié)議通過抽象、映射完成適配。

通過上述措施，平臺(tái)適配和接入不同通信協(xié)議（包括IEEE 802.15.4、ZigBee、6LoPAN、EnOCean、有線串口等）的傳感節(jié)點(diǎn)和不同高層（ZigBee、EnOCean高層、Mobus等）的應(yīng)用協(xié)議，實(shí)現(xiàn)傳感控制設(shè)備的融合與開放；與此同時(shí)，平臺(tái)還可以接入或獲取開放的傳感信息（如遙感信息、氣象數(shù)據(jù)等）形成邏輯傳感設(shè)備數(shù)據(jù)，供平臺(tái)用戶使用。為了方便應(yīng)用的開發(fā)和使用，除了采用上述結(jié)構(gòu)處理開放傳感控制信息，還設(shè)計(jì)了目錄功能和輔助開發(fā)環(huán)境，進(jìn)一步方便開發(fā)者和使用者。

6 結(jié)束語

新一代信息產(chǎn)業(yè)的核心理念是開放融合，在開放物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面，也應(yīng)當(dāng)以此為原則。系統(tǒng)抽象和框架方法是實(shí)現(xiàn)這一原則的重要途徑，在框架定位的基礎(chǔ)上，通過適配方法實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的兼容；同樣在框架的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)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(fā)者。

除了開放融合機(jī)制以外，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)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(duì)此，抽象方法依然是重要的。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，還可以利用廣泛互聯(lián)和大數(shù)據(jù)處理的一些特性和優(yōu)勢(shì)，更好地應(yīng)對(duì)這些問題，目前正在進(jìn)行這方面的研究，并將成果逐步引入平臺(tái)中。

1 賈麗.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展意見即將出臺(tái) 產(chǎn)業(yè)規(guī)模是互聯(lián)網(wǎng)30倍.證券日?qǐng)?bào)，2013-01-24

2 長(zhǎng)城戰(zhàn)略咨詢.2010年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告,2010

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

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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