物聯網體系結構及其標準化分析

倪文紅

摘 ?要：現階段我國科學技術雖得以高速發展，而物聯網的發展仍處于初級階段，其中存在部分問題對物聯網的高層次發展加以限制。為此，需重視物聯網行業發展。該文首先針對物聯網及標準化體系構建原則加以闡述，其次針對物聯網針對體系結構的通用需求加以分析，最后針對物聯網標準化體系構建視圖展開探討，以期為物聯網體系結構標準化設計提供參考。

關鍵詞：物聯網 ?體系結構 ?標準化 ?互聯網

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0039-03

Analysis on the Architecture and Standardization of Internet of Things

NI Wenhong

（Jiangsu Institute of Quality and Standardization， Nanjing， Jiangsu Province， 210029 ?China）

Absrtact： Although science and technology in China have developed rapidly at present， the development of Internet of things is still in the primary stage， and some problems restrict the high-level development of Internet of things. To this end， we need to pay attention to the development of the Internet of things industry. This paper first expounds the principles of the Internet of things and the construction of standardization system， then analyzes the general requirements of the Internet of things for the architecture， and finally discusses the view of the construction of the Internet of things standardization system. Hope to provide a reference for the Internet of things architecture standardization design.

Key Words： Internet of things; Architecture; Standardization; Internet

近年來，物聯網在表面上雖獲得一定發展，然而實際上在物聯網建設層面卻尚未形成健全的基礎標準，特別是物聯網參考結構方面的標準仍然缺失。這使得物聯網應用過程中存在產品生產設計周期耗時較長及產業鏈上下游產品兼容性差等問題，對物聯網行業大規模發展是一種阻礙。因此，應當對物聯網結構體系標準化建設予以重視。該文將圍繞物聯網體系結構及其標準化展開分析。

1 ?物聯網概述

物聯網即為將連接物與物的網絡結構，從本質角度分析，物聯網基礎仍為互聯網，以此為基礎展開擴展、延伸至物與物間即為物聯網，由此展開物與物之間的信息通信、交換。物聯網概念提出較早，然而直到近些年才得以重視，各國政府為找尋經濟新增長點及推動科學技術進步，將下一代技術規劃作為重點，物聯網在此背景下被重視[1]。新時代背景下，多數企業多將目光聚集在物聯網市場中，各國政府也均將物聯網放置在一定戰略高度，物聯網具備廣闊發展前景。

2 ?物聯網標準化體系構建原則

物聯網標準化體系的構建為促進我國物聯網應用、物聯網產業、物聯網技術發展的重要基礎，物聯網標準化體系構建的首要前提即為統一、科學的標準化體系建設。物聯網標準化體系構建過程中，需以產業發展需求作為依據，完成頂層設計、整體布局的科學謀劃，推動層次分明、邏輯清晰的物聯網標準化體系的構建，借此還可對我國物聯網發展的重點標準、急需標準加以明確，完成產業、標準、技術這幾者相協調的共同促進機制，同時還可在一定程度上保障物聯網產業快速健康發展。物聯網和包括互聯網在內的多種網絡均存在一定區別，互聯網為實現全球性計算機通信網的建立，而物聯網則將數據作為核心，借助多種網絡通信技術的應用傳輸業務信息，此也為應用技術、智能決策二者的整體展現。因模型角度、功能角度的不同，所構建的體系結構性能、樣式也各不相同[2]。通常情況下，物聯網體系結構模型構建時，需參考如下幾條原則：（1）多樣性原則。物聯網體系結構構建時需結合服務節點及類型差異，存在諸多類型，可平滑地同互聯網展開互聯互通。（2）包容性。現階段，物聯網技術尚未發展成熟，因此所構建的物聯網體系結構需同能源、空間、時間方面所提出的需求加以充分滿足，借此實現不同信息技術、傳輸技術、通信技術的集成，滿足各領域針對物聯網所提出的需求。（3）可擴展性。物聯網體系所構建的結構框架，需具備相應的可擴展性，借此可同現有網絡通信技術設施相匹配，實現基礎設施的充分利用，對已投資利益加以保護[3]。（4）為互操作性。具體即指物聯網系統可遵循相應的實現資源共享、任務執行、互相訪問[4]。

3 ?物聯網針對體系結構的通用需求

物聯網通用需求尤其為特征需求，針對物聯網體系結構提供明確、清晰的技術要求，部分要求同現階段網絡體系結構要求存在一定差異。非功能類需求為決定物聯網體系結構核心內容、整體框架的重要因素，物聯網為實現在各操作層面均可具備互操作性，則需將非功能類需求作為重點。分析現階段網絡技術標準發現，實現類、部署類、功能類技術標準均已有所涉及，為此要求所構建的物聯網體系結構中需具備部署類、實現類及功能類等視圖。體系結構中所涉及的可縮放性需求，要求物聯網體系構建中需具備分布支持處理功能;可用性、可靠性需求要求互聯網所構建的物聯網體系中需具備冗余備份支持功能;而可適配性需求則要求物聯網體系不可過度依賴于某一類特定技術。

應用支撐類需求，要求物聯網體系結構以物聯網應用支撐功能單元為主，同時還應具備標準化物聯網應用支撐接口。分析服務類需求發現，其中以語義為技術依托的場景感知服務需求、位置感知服務需求、自主服務需求等均為物聯網所具備的獨特需求，因此部分物聯網獨特需求的存在，要求物聯網在設計體系結構時，需對場景感知、自主計算、語義識別及語義標注等提供支持，同時為應用支撐層次及服務層次等以知識操作功能為基礎的功能操作提供支持。分析通信類需求發現，以事件作為基礎的內容感知需求、自主聯網需求、時間約束的通信需求、周期性通信需求等均為物聯網在通信方面所提出的獨特需求。實際上，現階段電信網、互聯網難以滿足上述需求。因此，要對上述物聯網特征需求提供支撐，則需在物聯網體系結構中的應用支撐層次、服務層次以及網絡層次圍繞物聯網所提出的特殊需求完成相應功能單元的設計。裝置類需求中所提出的全部需求均為物聯網特征需求，因此，構建物聯網結構時需對裝置單元的獨立設計予以重視。

4 ?物聯網標準化體系構建視圖

以原型系統制定技術標準、技術實現為依托的互聯網技術標準化模式已取得一定成功，由此證明，技術標準需達到系統部署、技術實現層面，方可在工業界被廣泛認同，在產品生產、產品設計中得以應用，為技術標準賦予實際應用價值。這也為現階段通信技術、信息技術標準化工作發展的必然趨勢，因此需對此種技術標準化模式予以高度認同，由此提出借助部署視圖、實現視圖、功能視圖這3種不同視圖完成物聯網標準化體系的架構，并與部署層面、物聯網實現層面所提出的技術標準要求相符[5]。上述3個技術標準視圖并非為互相獨立的，而是處于互相覆蓋狀態，比如：部分同互聯網功能構建冗余備份相關的物聯網技術標準，僅為部署視圖技術標準層面所需考慮的問題，然而如物聯網協同控制機制的物聯網標準則為部署視圖、實現視圖技術標準層面所需考慮的問題，而同物聯網自主操作相關的物聯網技術標準則應為功能視圖、實現視圖、部署視圖技術標準層面均需加以考慮的問題。上述3個視圖依次對應物聯網部署階段、實現階段、設計階段[6]。

4.1 物聯網功能視圖

物聯網功能模型中主要包括隱私保護、安全、服務提供、數據管理、連接、應用支撐、通信，其中隱私保護、安全、數據管理、連接為物聯網獨有功能，上述功能需求可對物聯網通用需求加以充分滿足。

連接功能組主要負責對物聯網裝置類需求加以滿足;數據管理功能即為物聯網在數據管理方面所提出的需求加以滿足;應用支撐功能即指對物聯網在應用支撐方面所提出的需求加以滿足;安全隱私保護功能即指對物聯網在安全隱私保護方面所提出的需求加以滿足;管理功能主要對物聯網在數據管理、通信、應用支撐等在操作方面所提出的需求加以滿足。物聯網功能模型實現對物聯網整體設計加以簡化，以此實現物聯網通用需求的準確掌握，將物聯網具體需求映射至特定物聯網功能組中，可進一步驗證物聯網的設計可否對物聯網應用需求予以充分滿足[7]。

4.2 物聯網實現視圖

該文中所提及的物聯網功能模型的實現視圖以ITU-T所設計的NGN功能體系結構的相關標準為基礎形成實現視圖。實現視圖主要由服務控制功能、內容提交、服務提供、應用支撐、傳送控制、傳送、功能實體等諸多功能構成，其中功能實體為以NGN功能體系結構中定義的功能實體為基礎所展開的延展，因此，具備物聯網相應能力，如物聯網數據管理、物聯網傳送控制、物聯網網關、物聯網裝置等均為物聯網所獨有的功能實體。

分析NGN功能體系結構發現，并未對上述功能實體加以明確描述或定義。物聯網裝置功能主要涉及物品控制、物品監測及連接等諸多功能，物聯網網關功能主要涉及物聯網與其他裝置的互連、自主通信、自助服務及移動通信等功能;物聯網傳送控制功能主要涉及場景感知通信、自主聯網、通信監測模式等諸多功能;物聯網數據管理功能主要涉及物品數據的維護、分析、更新、查詢、存儲及自主收集等功能;物聯網服務控制功能主要涉及服務、時間同步及組管理之間的協調，自主服務的監測等功能;物聯網安全隱私保護實體功能主要包括服務提供、數據管理及通信等相關數據的操作安全及隱私保護等[8]。

4.3 物聯網部署視圖

該文中所提及的物聯網功能模型部署視圖以ITU-T所設計的NGN功能體系結構相關標準作為基礎，由此所生成的部署視圖。該文中所構建的物聯網功能模型中涵蓋一組構件，為實現視圖定義的功能實現，可在物聯網中獨立運行并以產品形態存在于物聯網中的功能單元，主要包括裝置管理器、端用戶裝置、物聯網網關、物聯網服務控制器、物聯網裝置等，均為物聯網的獨有裝置，其余構件均為NGN功能體系結構標準提議書中所設計的，需以物聯網應用需求為基礎所展開的功能構件。其中物聯網裝置功能構件主要以安全和隱私保護及物聯網裝置等功能實體為主;物聯網網絡控制主要以安全和隱私保護及物聯網傳送控制等為主;物聯網服務控制器主要以安全和隱私保護及物聯網服務控制等為主[9]。

5 ?結語

綜上所述，現階段物聯網發展過程中仍存在部分問題，對物聯網高發展形成制約，因此要求相關從業人員需圍繞所制約因素積極展開探討，找尋物聯網標準化體系的構建方式，明確標準化結構構建原則，了解物聯網標準化體系構建視圖，推動物聯網發展。

參考文獻

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