物聯網標準化進展

摘要：物聯網是跨行業、跨領域、具有明顯交叉學科特征、面向應用的信息基礎設施，其標準需要各行業與通信行業分工協作、密切配合。文章認為物聯網標準需要以應用為主導和牽引，需要通信行業積極配合。從橫向上考慮，需做好各行業和部門間的協調合作，保證各自標準相互銜接，滿足跨行業、跨地區的應用需求；從縱向上考慮，需確保網絡架構層面的互聯互通，做好信息獲取、傳輸、處理、服務等環節標準的配套。文章指出特別要加強各個物聯網相關標準化組織之間的協調溝通，建立及時有效的聯絡機制，使其明確各自定位和范圍，共同做好物聯網標準體系建設。

關鍵詞：物聯網；智能電網；標準化體系

Abstract:The Internet of things is a global infrastructure that is application oriented, interdisciplinary, and that cuts across industries. The development of IoT standards is based on the requirements of IoT applications, and close collaboration is needed between communication industries and other industries. On the one hand, collaboration between different industries and departments is needed to ensure standards are connected and meet the requirements of cross-industry applications. On the other hand, internetworking and interoperability are needed between different layers for information capturing, transmission, processing, and services. Improving coordination between various IoT standardization organizations is necessary, and more effective liaison mechanisms need to be established to improve the systems used to devise IoT standards.

Key words:Internet of things; smart grid; standard system

物聯網對于促進社會信息化建設和經濟發展具有重要的意義，因此全球多個國家和地區都把物聯網作為其重要的經濟和科技發展戰略，給予了高度的重視。物聯網的發展依賴于多個方面的因素，包括法律、技術、產業、標準等，其中標準是物聯網大規模產業化發展和互聯互通的先決條件，因此多個國家/地區的政府和全球的眾多標準化組織都在積極開展物聯網的標準化工作，并在有些領域取得了一些成效。

1 物聯網的概念

目前與物聯網相關的概念很多，包括物聯網、泛在網、智能電網、機器到機器的通信(M2M)等，他們所涵蓋的范圍和重點不同，但都有密切的相關性。

物聯網是泛在網發展的初級階段，智能電網是物聯網技術在電力行業的應用，M2M則是與通信網絡相連的具備通信能力的終端設備之間的通信。一般電信運營商將利用其網絡實現的應用叫做M2M應用，其是物聯網的一個組成部分。

在不同的國家和地區，所使用的名詞術語也不盡相同，例如在歐洲，主要提及物聯網和機器到機器的通信；在美國，則把物聯網的具體應用“智能電網”作為國家戰略項目，而不強調泛在網和物聯網；在日本和韓國，則更加強調泛在網和泛在社會愿景。但無論用哪一種說法，其實質都是通過射頻標識(RFID)和傳感器等可標識和感知的設備獲取“物”的信息從而為各行各業提供服務。

國際電信聯盟(ITU-T)的物聯網全球標準化工作組(IoT-GSI)于2011年11月初步給出了物聯網的概念[1]，即物聯網是全球信息社會基礎設施，物與物(包括物理的和虛擬的)之間通過現有的和演進的信息通信技術進行互聯從而提供先進的服務。物聯網通過識別、數據獲取、處理和通信等能力，在保證隱私的條件下利用物向所有的應用提供服務。物理的物通常是指可以看得見或觸摸到的在物理世界存在的實體，可以被感知和/或操作，虛擬的物是指在信息通信系統能夠被識別和訪問的、可以標準化的具有標識的對象，能夠被獲取、存儲、分析或控制。物理世界的物通常可以對應到虛擬的物從而提供與物相關的服務，但有些虛擬的物沒有物理世界的物與之相對應，例如數字動畫片等。

2 物聯網的核心特征

物聯網之所以冠以一個新的名詞，一定有它不同于其他現有的網絡和服務的特征。ITU-T正在研究的建議草案“物聯網概述”給出了物聯網的如下核心特征：

·基于標識的連接。物聯網需要支持建立基于標識的物與物之間的連接，并支持用統一的方式處理異構的標識。

·自動組網。為了在不同的應用中適配不同的通信環境和不同類型的傳感器/執行器，物聯網需支持自動組網功能，包括自我配置、自我修復、自我優化和自我保護的技術和機制。

·業務的自動提供。根據運營者或用戶配置的規則而自動地獲取、通信和處理物的數據，業務的自動提供依賴于自動數據聚合和數據挖掘的技術。

·基于位置的通信。一些物由于沒有被分配網絡地址而只有標簽，所以這些與物相關的通信將依賴于物的位置信息。這些物的位置信息可以用于定位物的終端節點，例如RFID閱讀器。基于位置的通信將受限于法律和監管。

·基于位置的服務。物聯網中的一些生成、編譯、選擇和過濾信息的服務要基于物的位置。用戶不需要手動輸入位置信息，這些位置信息被自動感知和跟蹤。物聯網中的位置信息在物理世界是有意義的，而不同于現有的網絡。

·數據源的鑒權。物聯網對數據源的鑒權主要包含以下兩個方面，一方面是鑒權發送數據的物是真實的；另外一方面是鑒權傳送的和存儲的數據，用以保證這些數據是原始的數據。

·隱私保護。很多人工的物有其擁有者和使用者。所感知的數據可能包含與他們的擁有者和使用者相關的私人信息。物聯網需在傳送、匯集、存儲、挖掘和處理數據過程中支持隱私保護，但隱私保護不能為數據源鑒權設置障礙。

·與人體相關的高質量和高安全性服務。低質量或不安全的服務將有害于人的身體。這類服務在不同的國家有不同的法律和管制政策。

3 物聯網的標準化特點

物聯網不是全新的網絡和應用。物聯網是在現有電信網、互聯網、行業專用網的基礎上，增強網絡延伸和信息感知的能力和信息處理能力，基于應用的需求構建的信息通信融合應用的基礎設施，因此物聯網不是新的網絡和應用，而是多年來各行各業應用與信息通信技術融合發展的產物。

物聯網的應用和感知設備呈現跨行業的多樣性。物聯網應用涉及經濟與社會發展的各個行業和領域，并與各自業務流程緊密結合，具有應用跨度大、需求長尾化、產業分散度高、產業鏈長和技術集成性高的特點。物聯網的應用按照最終用戶來進行分類，可以分為公共服務(服務于普通消費者，例如智能家居、手機支付等)和行業服務(服務于各行各業，例如智能電網、智能物流等)。由于應用的不同，應用所需感知的內容不同，因此對感知設備的性能和接口要求也不一樣。

物聯網應用的提供者是各行各業，應用提供者利用信息通信技術和網絡為其提供服務。物聯網是各行各業應用與信息通信技術融合發展的產物，各行各業的應用提供者是物聯網應用的主體，其應用種類繁多，需求差異較大。信息通信行業是其中一個行業，但因通信行業具有網絡規模大、覆蓋范圍廣的優勢，因此能夠為其他行業提供信息通信基礎網絡設施。

物聯網的上述特點決定了物聯網的標準化特點，即物聯網的標準不是某一個行業或僅僅信息通信行業所能夠單獨完成的，而需要各行各業與信息通信行業共同制訂，才能既符合行業需求，也能將最好的最適合的信息通信技術應用于各個行業，因此物聯網的標準既包含行業應用和特定行業需求的標準，例如電力、交通、醫療等行業標準，同時也包含信息通信行業的標準，例如感知、通信和信息處理等技術標準。

4 物聯網的標準化現狀

基于以上的物聯網標準化特點，物聯網的標準化工作在全球的多個標準化組織競相展開，包括國際標準化組織(如ITU、ISO和IEC)、區域性標準化組織(如ETSI)、國家標準化組織(如CCSA、ATIS、TTA、TTC)、行業標準化組織、論壇和任務組(如IETF、IEEE、OMA)等，這些標準化組織各自沿著自己擅長的領域進行研究，所開發的標準有重疊也有分工，但他們之間的競爭大于合作，目前尚缺乏整體的協調、組織和配合。

在各標準化組織進行研究的同時，有些行業標準在國家或地區政府的推動下也在快速形成，這些行業應用的標準帶動了相關標準化組織之間的分工和合作，為物聯網標準做出了實質性的貢獻。目前在行業應用標準化方面，智能電網、智能交通和智能醫療等方面的進展比較快。

4.1 國際標準化組織的物聯網標準

進展

物聯網涉及的范圍很廣，因此目前與之相關的國際標準化組織和工業標準化組織都在從事物聯網相關的標準化工作，如圖1所示。

下面介紹幾個主要的標準化組織的研究進展情況。

ITU-T專門成立了物聯網全球標準化工作組(IoT-GSI)，正在研究“物聯網定義”和“物聯網概述”兩個國際建議，并在2012年2月份通過。在“物聯網概述”建議草案中給出了物聯網的體系架構，如圖2所示。

從圖2可見，在業務/應用支撐層能力、管理能力和安全能力方面都分為兩個方面的能力，即通用能力和面向某類應用的特定能力，比如智能電網和智能交通所需的能力可能不同。

IEEE主要研究IEEE 802.15低速近距離無線通信技術標準，并針對智能電網開展了大量工作。IEEE P2030技術委員會成立于2009年5月，分為電力、信息和通信3個工作組，旨在為理解和定義智能電網互操作性提供技術基礎和指南，針對NIST智能電網應用各個環節，幫助電力系統與應用和設備協同工作，確定模塊和接口，為智能電網相關的標準制訂奠定基礎。IEEE 2010年4月發布了P2030草案。

ETSI成立了M2M技術委員會，對M2M需求、網絡架構、智能電網、智能醫療、城市自動化等方面進行了研究，并陸續出臺了多個技術規范。

IETF制訂以IP協議為基礎的，適應感知延伸層特點的組網協議。目前IETF的工作主要集中于6LoWPAN和ROLL協議兩個方面，6LoWPAN以IEEE 802.15.4為基礎，針對傳感器節點低開銷、低復雜度、低功耗的要求，對現有IPv6系統進行改造，壓縮包頭信息，提高對感知延伸層應用的使用能力。而ROLL的目標是使公共的、可互操作的第3層路由能夠穿越任何數量的基本鏈路層協議和物理媒體，例如，一個公共路由協議能夠工作在各種網絡，如802.15.4無線傳感網絡、藍牙個人區域網絡以及未來低功耗802.11 Wi-Fi網絡之內和之間。目前6LoWPAN已進入標準化的中期階段，而ROLL仍處于草案階段。

3GPP結合移動通信網研究M2M的需求、架構以及對無線接入的優化技術；其SA和RAN分別針對網絡架構、核心網以及無線接入網開展了工作，目前網絡架構的增強已經進入實質性工作階段，而無線接入網的增強仍處于研究階段。

ZigBee聯盟的Zigbee協議基于IEEE 802.15.4的物理層和媒體訪問控制(MAC)層技術，重點制訂了網絡層和應用層協議，支持Mesh和簇狀動態路由網絡，在目前的無線傳感器網絡中得到廣泛應用。

4.2 智能電網的標準進展

智能電網的標準推進主要來自于政府、行業、標準化開發組織和協會等幾個方面的力量。

美國和歐盟都通過法案將智能電網的建設作為重要戰略，組織多個標準化組織進行分工合作，極大地促進了智能電網的標準化工作，使得智能電網成為目前物聯網標準化最活躍和有成果的領域，也成為垂直行業標準化的典范。

美國能源部于2003年7月就提出建設現代化電力系統，以確保經濟安全和促進電力系統自身的安全運行，并于2007年12月通過了“能源獨立與安全法案2007”，確立了國家層面的電網現代化政策，并指定由美國標準與技術研究院(NIST)負責協調相關部門和相關標準化組織進行分工合作制訂智能電網標準。NIST制訂了3個階段的智能電網互操作計劃，并在第二階段成立了智能電網互操作小組(SGIP)，成員包括680個組織成員、1 794位個人成員，主要包括電力企業、電子產業提供商、自動化和電器提供商、標準化組織、IT和電信公司、獨立系統運營商和區域性傳輸組織、產業協會等。在組織成員中包括國際標準化組織(如IEC)、標準開發組織(如IEEE、IETF、SAE International等)、美國標準化組織(如ANSI、北美電力可靠性公司等)。NIST于2009年9月發布了智能電網互操作框架和演進的1.0版本，并于2010年2月發布了智能電網網絡安全戰略和需求，包括安全戰略、對邏輯接口安全、隱私保護，以及對現有相關標準的分析。目前已經發布的指南包括“智能電網互操作框架和路線圖草案版本1.0”，其中包含25項標準和50項侯選標準。

歐盟委員會(EU)的智能電網標準化推動工作從2009年3月頒發的M441指令開始，2010年6月EU發布指令M468，要求歐洲各標準組織回顧和制訂電動汽車相關標準，以實現充電器、供電站等相關設備之間的互操作。2011年3月EU發布指令M490，要求歐洲各標準組織在2012年底之前制訂推動高級智能電網業務應用的標準。2011年4月，EU發布“Smart Grids: from innovation to deployment”文件，從標準、管制等方面說明了對智能電網的推動措施。歐盟為推動智能電網的標準化工作，成立了若干專家組，主要的標準化機構包括ETSI、CEN和CENELEC，ETSI專門成立了M2M技術委員會，并完成了M2M應用系統架構、智能電網電表等標準。

除了上述的美國和歐盟的強力推動，國際上相關的標準化組織也都在對智能電網的相關標準進行研究，包括ITU、ISO、Zigbee、OASIS等，ITU-T專門成立了智能電網焦點組(SG FG)，完成了5份技術報告，包括智能電網名詞術語、智能電網使用案例、智能電網概述、智能電網的通信需求、智能電網體系架構。智能電網的體系架構如圖3所示[2]。中國在智能電網方面也在制訂相應的標準，包括國網信通公司和中國通信標準化協會(CCSA)。CCSA正在制訂“面向智能電網中物聯網應用的無線技術研究”。

經過各界的努力，智能電網的標準化體系已經初步形成，包括名詞術語、需求、體系架構、電力系統標準、無線通信標準、面向物聯網的輕量級IP標準、互聯互通標準等，這些標準不僅為智能電網的實施做出了貢獻，也為物聯網標準體系奠定了基礎。

4.3 中國通信標準化協會

中國通信標準化協會(CCSA)于2010年2月專門成立了“泛在網技術工作委員會”(TC10)，下設4個工作組，對物聯網的共性總體標準、應用標準、網絡標準和感知延伸等標準進行了全面的研究和行業標準的制訂。表1列出了此技術工作委員會的組織架構和工作范圍。

自成立以來，TC10已共計完成行標、技術報告和研究課題立項31項，內容涵蓋了物聯網標準體系中的3個層次以及相關的總體架構和公共技術。其中，涉及總體架構和公共技術的立項6項，涉及物聯網應用層的立項16項，涉及物聯網網絡層的立項4項，涉及物聯網感知延伸層的立項5項。同時CCSA與智能交通標準工作組簽訂了合作協議，對智能交通的標準進行合作。

5 物聯網標準化體系的構建

物聯網是跨行業、跨領域、具有明顯交叉學科特征、面向應用的信息基礎設施，因此構建物聯網的標準體系時，不僅要考慮已有行業制訂的標準，而且要兼顧物聯網服務體系的發展需要；要避免不同行業標準組織的重復制訂，還要做好各行業和部門間的協調合作，保證各自標準相互銜接，滿足跨行業、跨地區的應用需求。

物聯網標準化體系應由物聯網總體標準、物聯網共性技術標準以及行業物聯網標準構成。

物聯網總體標準由基本類標準、物聯網需求類標準、物聯網架構類標準、物聯網評估和測試類標準構成。基本類標準將包括物聯網基本術語、物聯網的總體參考模型、物聯網標準指南等；物聯網需求類標準包括物聯網的總體技術要求、物聯網安全的總體技術要求、物聯網服務質量總體要求、物聯網標識和解析總體需求；物聯網架構類標準包括物聯網系統的總體架構、物聯網安全的總體架構、物聯網標識和解析的總體架構、智慧城市總體架構等；物聯網評估和測試類標準包括物聯網應用評估、物聯網公共測試等。

物聯網共性技術標準包括信息感知技術類標準、信息傳輸技術類標準、信息開放技術類標準和信息處理技術類標準，這些標準是用于不同行業物聯網的共性技術標準。物聯網共性標準基于可重用于物聯網應用的現有各類信息通信技術標準，同時各類ICT技術標準也面向物聯網應用發展增強。

行業物聯網標準由公共服務和智能電網、智能交通、智能醫療等垂直行業物聯網標準構成。物聯網的縱向模型分為感知層、網絡層、應用層，因此行業物聯網標準包括行業應用和公共服務特定的感知標準、網絡標準和行業應用標準。行業物聯網標準將遵循物聯網總體性標準和共性技術標準的要求，面向行業應用需求，研制開發行業特有的技術、產品和應用類標準。

6 結束語

物聯網應用涉及到各個行業、各個產業，因此物聯網的標準需要形成以需求方為主導，通信行業標準積極配合的局面。從橫向上考慮，需做好各行業和部門間的協調合作，保證各自標準相互銜接，滿足跨行業、跨地區的應用需求；從縱向上考慮，確保網絡架構層面的互聯互通，做好信息獲取、傳輸、處理、服務等環節標準的配套。特別是加強各個物聯網相關標準化組織之間的協調溝通，建立及時有效的聯絡機制，使其明確各自定位和范圍，共同做好物聯網標準體系建設。

物聯網的標準體系構建需要經歷以下3個階段：階段1，著重行業應用和公共服務標準的制訂，每一類應用自成體系，其中包括行業本身的標準和本行業對通信技術的要求；階段2，對階段1各類應用的標準進行收集、分析，從而提取出共性標準，尤其是共性的通信類要求和接口標準；階段3，用階段2的共性標準指導行業應用和公共服務的實施，并不斷完善階段2的共性標準。其中物聯網的總體標準將貫穿這3個階段，并不斷深化和完善。目前全球的物聯網標準處于階段2，即尚處于收集應用實例，分析現有需求和架構，提取共性需求、能力和架構的階段。

7 參考文獻

[1] ITU-T draft Recommendation of Y. IoT-Overview [S]. 2012.

[2] ITU-T SG-FG. Output Document of Smart Grid Architecture [S]. 2012.

收稿日期：2012-02-06

作者簡介

劉多，工業和信息化部電信研究院副院長、教授級高級工程師，中國通信標準化協會副秘書長，中國通信標準化協會泛在網技術工作委員會主席，中國下一代互聯網第二屆專家委秘書長，互動媒體產業聯盟秘書長，國際電信聯盟標準局(ITU-T)第13研究組(SG13)副主席，ITU-T物聯網全球標準化技術和戰略工作組(IoT-GSI TSR)主席。