物聯網（IoT）：國內現狀和國家標準綜述

◆尹鐘舒 洛向剛 楊成 王靖翔

（1.中國人民公安大學信息網絡安全學院 北京 100038；2.中化商務有限公司 北京 100038）

物聯網通過提供異構網絡之間的無縫銜接改變了數據交互模式[1]。在物聯網范式中，許多實體將以另一種形式出現在網絡中[2]并生成大量數據，因此要求物理環境中的通信系統擁有更大的數據容量與更高的傳輸速率。為推動國內物聯網研究和相關行業發展，本文主要探討國內物聯網發展現狀與相關國家標準。基于國內IoT 設備連接數量和產業規模分析其發展趨勢；概述當前物聯網國家標準適用范圍和具體內容；展望物聯網的發展前景和相關標準的制定方向。

1 國內物聯網發展現狀

近年來，中國物聯網的發展動能持續提升，面向消費者的智能終端市場潛力巨大。隨著物聯網被定位為我國新型基礎設施的重要組成部分[3]，碎片化、安全風險、成本問題將成為限制其未來規模化發展的要害。

1.1 物聯網設備連接數量和產業規模巨大且保持高速增長

根據全球移動通信系統協會的統計，2019 年國內IoT 總設備連接數量為36.3 億，移動設備占比28.37%，增長量為3.29 億，預計2019 到2025 年我國IoT 設備連接數將持續增長至80.1 億[4]。

1.2 物聯網整體產業設備連接數量結構將改變

圖1 2020 年中國物聯網卡行業占比[11]

由于受眾基數大、支撐技術成熟、產品類型多樣，消費物聯網取得先發優勢，面向消費者的IoT 應用設備，如溫濕度調節控制器、智能水表等智能家居產品[5]在連接總數中占比較高。但隨著行業信息化和互聯能力不斷提高，產業IoT 連接數占比將逐漸加大，據GSMA Intelligence 預測，smart grid[6]（智能電網）中的智能電表、智能負載控制開關[7]等產業IoT 設備數量，將在2024 年超過消費IoT。2019年中國IoT 連接數中雙方平分秋色，而由于智慧工業[8]、智慧交通[9]、智慧健康[10]等領域發展的加持，到2025年產業市場占比有望達61.2%。

2 IoT 相關國家標準

根據GB/T33745-2017《物聯網 術語》，74 項物聯網國家標準分為基礎共性標準和行業應用標準。基礎共性標準包括術語、系統接口、參考體系結構、感知對象信息融合、信息共享交換、物聯網系統評價指標體系編制通則等共計39 項；行業應用標準涉及9 個領域35 項。

2.1 物聯網參考體系結構

物聯網模型是物聯網應用系統的高度抽象；域是具有特定功能目的的實體集合。GB/T33474-2016《物聯網 參考體系結構》[12]中給出了以域描述的物聯網概念模型，如圖2[13]，以期從應用系統角度梳理用戶需求、開發系統功能和建設物聯網生態體系。

圖2 物聯網概念模型[13]

標準中提出的物聯網系統參考體系結構描述了各個業務功能域中主要實體及實體間的接口關系，如圖3 所示，在實體規范方面具有普適性。

圖3 物聯網系統參考體系結構

GB/T35319-2017《物聯網 系統接口要求》根據參考體系結構中的接口描述和IoT 系統實體間接口的設計、開發和應用，明確接口的具體功能要求[14]。由于大部分IoT 設備布設在兩個功能域內部和連接處，規范接口可使目標對象域與感知控制域間的邏輯連接轉換為實體和系統間的物理連接。

GB/T36468-2018《物聯網 系統評價指標體系編制通則》構建了針對物聯網系統架構與功能的指標。IoT 系統評價指標體系包括架構類（A1）、功能類（A2）、安全類（A3）三類[15]，B、C 加阿拉伯數字組成一級和二級指標標識編號，逐層深入到物聯網微觀，總計一級指標15 項和二級71 項。

2.2 圍繞資源交換域的信息交換共享

資源交換域實現了IoT 系統與外部系統間的信息共享與交換。全國信息技術標準化技術委員會制定的《物聯網 信息交換和共享》中包括GB/T36487.1-2018 總體架構、GB/T36487.2-2018 通用技術要求、GB/T36487.3-2019 元數據、GB/T36487.4-2019 數據接口。

總體架構中明確了數據供需雙方信息交換共享的活動過程、實體功能和交換共享模式，如圖4 所示[16]。

圖4 交換與共享的總體架構[16]

通用技術要求承接總體架構中的模塊設計，規范數據提供和使用服務、數據標準化處理、數據存儲與管理、數據傳遞接口等內容[17]，使技術滿足評價指標體系中A2 和A3 的要求。

GB/T33745-2017 將元數據定義為“描述物聯網數據及其相關信息的數據”，涵蓋功能實體從環境中感知的數據、數據分級信息、數據生命周期、目錄信息、行為以及操作和用戶歷史記錄等。

根據GB/T36478.1-2018 中的架構規定，供需雙方物聯網系統進行數據交換共享需要數據接口作為底層支撐，按照GB/T36478.2-2018的功能模塊劃分，完備的接口結構如圖5[18]所示，其位于不同域之間對交換的數據進行登記，一定程度上保證數據的可靠性。鑒于絕大多數IoT 設備算力較小，相關數據保存標準以及不同域產生的數據體量仍需進一步規范。

圖5 數據接口結構[18]

GB/T37684-2019《物聯網 協同信息處理參考模型》新增協同實體定義，即具有能力評估、協同策略規劃、協同效能評估和過程管控等部分或全部功能的實體。如圖6[19]所示，信息處理被劃分為若干子任務，協同實體分別面向需求方和提供方，使對應的任務分配和任務處理功能脫離資源交換域，有助于提高信息交換共享效率，明確資源交換域的功能和屬性。

圖6 協同信息處理參考模型[19]

2.3 圍繞感知控制域和運維管控域的安全需求與管理

感知控制域是各類獲取感知對象信息與操控控制對象的軟硬件實體集合，該域實體通過對物理世界對象的本地化感知、協同和操控，為其他域提供遠程管理和服務接口[12]；目前IoT 設備以感知設備為主，因此亟待設立國家標準滿足安全要求。

GB/T 37024-2018《信息安全技術 物聯網感知層網關安全技術要求》中定義了感知層網關部署于物聯網感知層的網絡連接軟硬件實體。其實現了感知網絡之間、感知網絡與通信網絡的協議轉換和互聯，支持短距傳輸協議與廣域網通信協議之間的編碼和數據轉換功能。該標準提出安全技術要求等級分為基礎級和增強級[20]，增加了感知終端接入認證與支持基于網絡標識、MAC 地址、通信協議、端口和口令五項之一的鑒別機制，以及限定鑒別失敗次數的閾值終止訪問等機制

[21]。

運維管控域是實現物聯網運行維護和法規符合性監管的軟硬件系統的實體集合[12]。全國信息安全標準化技術委員會為滿足IoT 系統的通用安全需求、規范安全對象及各對象的安全責任，制定運維管控域安全標準：

GB/T37044-2018《信息安全技術 物聯網安全參考模型及通用要求》描述安全區是由若干功能域或子域所對應的信息安全需求組成，因其組成的功能目標不同，信息安全防護需求各有側重。在IoT 參考體系結構的基礎上，形成從安全分區、生存周期和防護措施三個維度構建的物聯網安全參考模型，如圖7 所示，各類相應的安全標準均可以在此模型基礎上進行再開發[22]。

圖7 物聯網安全參考模型[22]

2.4 物聯網各域在行業應用標準中的規范

各個行業均已形成體系成熟且契合功能設備應用與服務的標準，基于此，物聯網行業應用標準針對不同域進一步規范產業IoT 設備屬性，便于標準高效推行。

2.4.1 工業物聯網

工業互聯網標準的提出源于工業儀表在互聯互通、無縫融合中的不足，具體內容由全國工業過程測量、控制和自動化標準技術委員會制定。

針對感知控制域下的設備，GB/T33899-2017《工業物聯網儀表互操作協議》定義總長89+X bytes 的互操作報文編碼結構[23]，其中前24 位是由GB/T33901-2017《工業物聯網儀表身份標識協議》定義的針對目標對象域標簽識別系統的身份標識編碼，中間65 位由消息優先級、源設備地址、目標設備地址、時間先后排列構成，最后的X位為長度可變的消息內容[24]；《工業物聯網儀表應用屬性協議》中描述了工業儀表的結構、功能、性能、位置、商業，并在附錄中提供了供電方式、外殼防護等級、防爆型式與通信方式[25]。

針對服務提供域，GB/T33904-2017《工業物聯網儀表服務協議》結合工業儀表屬性擴展了服務內容，包含觀測服務（IIOS）、配置服務（IICS）、規劃服務（IIPS）、警告服務（IIAS）、網絡注冊服務（IIWRS），并對服務進行標識編碼[26]。

2.4.2 智能家居

智能家居，又稱家庭自動化，涵蓋監控家庭屬性如照明、溫濕度、娛樂系統、電器使用，以及家庭安全如訪問控制和警報系統。作為當前IoT 產業的重要組成部分，智能家居相關標準的歸口單位為全國智能建筑及居住區數字化標準化技術委員會。

針對感知控制域，GB/T35134-2017《物聯網智能家居 設備描述方法》從設備功能角度規定了相關數據元素，通過設備描述語言（DDL）描述了5 類智能家居實體，分為系統功能對象、基礎功能對象、合成功能對象、關聯功能對象和組合功能對象[27]。

針對目標對象域，GB/T35143-2017《物聯網智能家居 數據和設備編碼》定義了設備基礎數據、運行數據、廠家自定義數據及其序號，作為物聯網智能家居產品的唯一標識，其中A 部代表企業的EAN-13編碼；B、C、D 部分別表示設備所屬的大、中、小類；E 部代表廠商自定義型號、生產序列號，如圖8 所示。

圖8 智能家居設備標識示意圖[30]

針對用戶域，GB/T 39189-2020《物聯網智能家居 用戶界面描述方法》規定了物聯網智能家居系統中用戶交互模型、數據服務、用戶界面等要求[28]，并給出了用utf-8 編寫的完整用戶界面描述文件內容。

針對服務提供域，GB/T39190-2020《物聯網智能家居 設計內容及要求》基于GB/T35143-2017 中的智能家用電器分類設定對應系統與子系統，并明確物聯網智能家居的基本功能和擴展功能[29]，以打造安全高效、舒適便利的家居環境。

3 總結與展望

作為國家新型基礎設施建設的重要組成部分，物聯網已進入發展的第二個十年，未來在產業標準化建設與推廣方面存在諸多挑戰。

3.1 加強對標準適用范圍和關聯性的研究

由于各行業在發展過程中已形成相對獨立的設備描述、標識與編碼以及安全與管理的國家標準，因而前文所論述的物聯網行業應用標準中，相關標準在內容上存在冗余；部分物聯網行業應用標準的制定基準已更新或補充內容，而現行標準沒有及時更新版本，在面對云計算、移動互聯等新領域時缺少相應規范；不同產業的物聯網模塊彼此較為孤立，使得標準間關聯性不足，且難以滿足應用服務和設計內容的要求。

鑒于上述問題存在以及物聯網關聯領域廣泛、設備接入方式多樣，對通用設備、應用服務要求與監管控制技術規范宜形成共性標準，以之為基礎制定行業特殊標準。其中，應用服務和設計內容的標準制定可參照 GB/T33904-2017《工業物聯網儀表服務協議》和GB/T39190-2020《物聯網智能家居 設計內容及要求》，將相關實體的應用范圍劃分成具有邏輯關聯或真實關聯的服務模塊，并按照設備種類形成對應的系統、子系統，減少目前物聯網應用場景中功能實體之間的耦合性，使后續標準對不同類型物聯網應用服務產品的規范更清晰。

3.2 促進技術、產業與標準制定融合

隨著物聯網在社會生活領域的不斷滲透，相關應用程序與其他行業技術結合取得了顯著成功。在對抗COVID-19 傳播方面，醫療物聯網（IoHT/IoMT）監測被隔離患者生物特征，大幅提高醫務人員工作效率，降低工作量、資源耗費和失誤率[31]；在工業制造業方面，物聯網與數字孿生相結合，以數字化形式對物理實體的行為流程進行動態展現，實現傳感器數據與企業核心系統信息的實時流動，不斷優化企業的產品更新周期、資源成本管理、研發銷售策略[32]。因此對于物聯網技術發展與標準制定應當遵循市場發展規律并融合到功能實體的創新周期之中。