基于關鍵詞分析的物聯網相關標準研究

摘要：文章首先對物聯網標準數據進行基本統計，結合標準實施日期，從時間維度對標準制定的數量趨勢展開分析。其次，構建合作網絡，從空間維度上對標準起草單位各機構的合作情況進行分析。再次，使用國際標準分類號分析標準的類別分布，探究物聯網標準在不同領域的分布情況。最后，對標準名稱和適用范圍進行文本分析，統計關鍵詞詞頻，構建詞云圖和知識聚類圖譜，挖掘關鍵詞間的語義關系，探究物聯網行業標準制定情況。

關鍵詞：物聯網；標準數據；領域分布；合作網絡

中圖分類號：G350" 文獻標志碼：A

0 引言

2016年，國家物聯網基礎標準工作組發布了《物聯網標準化白皮書》，設計了我國物聯網標準體系［1］。以物聯網產業錨主要涉及的環節為依據，劃分為電子信息業相關標準、信息通信業相關標準、信息軟件業相關標準、物聯網應用標準。

物聯網是一種通過互聯網連接各種設備和傳感器的技術，可以實現信息交換和協同工作［1］。隨著物聯網應用速度的加快，全球互聯網企業、通信企業、IT服務商、垂直行業領軍企業對物聯網的重視程度持續提升，物聯網產業力量不斷豐富。伴隨著全球物聯網產業的快速發展，對標準化的需求也與日俱增，國際標準化工作空前活躍，我國參與國際標準化工作方向也在由量的累積邁入質的提升的嶄新發展階段。

物聯網技術標準基本確立，

截至目前，共計發布國家及行業標準70項，包括物聯網感知技術、網絡與通信技術以及邊緣計算等新技術。隨著物聯網的迅猛發展及其應用領域的不斷擴大，物聯網應用標準也在逐步推進。目前，物聯網應用國家及行業標準涉及工業、農業、電網、交通運輸、物流、醫療衛生、節能環保和公共安全等領域。物聯網在社會治理中有很多應用，如智慧城市［2］、智慧電網［3］等，但物聯網的發展也面臨著挑戰，如缺乏統一的標準體系。不同的物聯網設備可能采用不同的協議［4-5］、接口［6］、數據格式［7］等，導致互操作性、兼容性、安全性［8-9］等問題。因此，完善物聯網行業的標準體系十分必要，能夠促進物聯網規范化，對規范和指導物聯網行業發展具有重要作用，為物聯網的發展提供堅實基礎。

1 標準數據統計與分析

標準數據經預處理后可提取出多項字段。對標準的分析角度包含：（1）標準編號是標準的唯一標識符，結合實施日期的時間，能夠進行時間維度上的分析；（2）標準的起草單位包含多家單位，能夠從空間維度上分析各機構的合作情況；（3）國際標準分類號可用于分析標準的類別分布，探究物聯網標準的不同領域分布情況；（4）通過對標準名稱和適用范圍進行文本分析，對關鍵詞進行詞頻統計并構建詞云圖，可以探究物聯網行業標準制定情況。

1.1 數量特征

標準數據共2315項，涵蓋了國際標準（ISO、IEC）、國家標準（GB、GB/T）、 行業標準、地方標準（DB）、企業標準（Q）、團體標準（T）、國外標準（IEEE、DIN）等不同層級的標準。在物聯網標準中，強制性標準1153項，占標準總量的49.8%。2315項標準數據中，行業標準共647項，數量最多，表明物聯網行業標準化進展較為迅速，物聯網技術行業標準對于推動行業的發展和創新至關重要。國際標準數量為247項，占領域標準的10.67%，即采標率為10.67%。這反映出物聯網領域標準與國際標準的接軌程度較低。因此，后續應加強國際合作和參與，借鑒和引進國際先進的物聯網標準和經驗，推動形成統一的物聯網標準體系。

現行標準共1696項，占標準總量的73.3%，廢止標準占比24.8%，其余為還未實施標準，占比1.9%，這說明超半數強制性標準需要廢止或轉化。

1.2 標準體系時空布局分析

1.2.1 時間維度

物聯網標準項實施時間涉及跨度較廣，對物聯網相關標準在1953—2024年間的發布狀況進行統計，結果如圖1所示。從發布數量上來看，1953—1984年間，物聯網相關標準發布數量較少；自1985年起，發布數量明顯增加。從增長趨勢來看，除1994年和2017年增長趨勢較為明顯外，大多數年份增長緩慢甚至負增長。整體時間跨度上，物聯網標準發布數量呈穩定的總體趨勢。進入21世紀之后，我國物聯網市場規模持續增長，物聯網設備持續規模部署，連接數保持強勁增長，軟硬件企業融合趨勢愈發明顯。因此，物聯網相關底層技術加速迭代，相關標準體系也在進一步完善，促使相關標準發布實施和迭代得更為迅速。

1.2.2 空間維度

基于起草單位之間的合作，以網絡模型作為分析方法，對物聯網領域的標準制定單位合作情況進行深層次、多維度的深入分析。

在2315項標準中，共有1126條標準項有起草單位記錄。在排除僅有一個起草單位的261項標準后（不存在合作關系的標準），對剩余的865項標準的起草單位合作情況開展分析。

可以發現，國家信息通信研究院以及部分國家及省屬市級信息技術龍頭企業，如中國電子技術標準化研究院、中國信息通信研究院、無錫物聯網產業研究院、中國移動通信集團、華為技術有限公司、中國聯合網絡通信集團公司、中興通訊股份有限公司、深圳賽西信息技術有限公司等單位占據標準制定的主導地位。其中，中國電子技術標準化研究院共參與起草120項標準，中國信息通信研究院共參與起草94項標準，無錫物聯網產業研究院共參與起草71項標準，中國移動通信集團和華為技術有限公司均參與起草72項標準，中國聯合網絡通信集團公司共參與起草67項標準，中興通訊股份有限公司共參與起草66項標準，深圳賽西信息技術有限公司共參與起草37項標準。部分企業如國家計算機網絡應急技術處理協調中心、大唐電信科技產業控股有限公司、深圳市標準技術研究院等也參與制定標準。

從合作網絡的節點中心度情況來看，中國電子技術標準化研究院和中國信息通信研究院的特征向量中心度均比較高，且這兩個單位也具備較高的PageRank得分，說明這兩個單位在網絡中的地位明顯高于其他單位，在標準起草單位的合作網絡中非常重要。其他表現較好的單位包括：國家無線電監測中心、浙江中訊電子有限公司、中國質量認證中心等，這些單位在網絡中也有著較高的重要性。華為技術有限公司、中國移動通信集團和中國聯合網絡通信集團公司的特征向量中心度也很高，這表明這些節點在網絡中的地位非常重要。值得注意的是，合作網絡中大多數節點（起草單位）有1～5個合作單位。合作網絡的平均度為4.552，平均加權度為91.31，側面印證了這一情況。另外，除重慶郵電大學、河南科技大學、東南大學外幾乎沒有高等院校參與制定物聯網相關標準。

從合作網絡的聚類情況來看，合作網絡中節點的平均聚類系數為0.791，共有14個不同的合作模塊，模塊化程度為0.702，這表明合作網絡在模塊內的節點之間相對來說具有密集連接。合作網絡集群內部存在較強的合作關系，共同參與了多個標準的制定，但在不同模塊的節點之間聯系較弱。

總體而言，標準起草單位之間的合作較為分散。從起草單位的合作情況來看，其中節點大小根據權重（度）表示。根據數據，起草單位合作網絡中節點的權重分布不平衡，少數單位的權重較大，而其他大多數單位的權重較小。同時，前5個權重最大的節點分別為中國電子技術標準化研究院、中國信息通信研究院、中國移動通信集團、華為技術有限公司和無錫物聯網產業研究院，這5個節點的權重占總權重的近一半，說明這些單位在合作網絡中扮演著至關重要的角色。其中，中國電子技術標準化研究院的權重最大，表明其在地區合作網絡中具有很大的影響力和地位。中國電子技術標準化研究院是工業和信息化部直屬事業單位，是國家從事電子信息技術領域標準化的基礎性、公益性、綜合性研究機構，與多個國際標準化組織及國外著名機構建立了合作關系，為標準的應用推廣、產業推動和國際交流合作發揮了重要的促進作用。中國信息通信研究院的網絡權重是除了北京市權重最大的節點。它是國家高端專業智庫，參與起草了許多物聯網相關技術標準及規范，在物聯網電信行業發展的重大戰略、規劃、政策、標準和測試認證等方面發揮了有力支撐作用，為我國通信業跨越式發展和信息技術產業創新壯大起到了重要推動作用。

綜上，起草單位合作網絡中的節點權重分布不平衡，合作企業的重要性存在著集中和離散分布現象，少數國家研究院和電子通信企業扮演著重要核心角色，對物聯網行業的發展起到至關重要的作用。

1.3 領域分布

根據國家標準ICS號一級分類整理出相應技術領域的標準數量，參考國家標準ICS號整理出類別名稱。排名前10的依次為ICS17、35、33、29、31、25、13、83、27、65，前10個領域的標準記錄數均超過40項，前4個領域的標準記錄數均超過100項，如表1所示。“計量學和測量、物理現象”“信息技術、辦公機械設備”以及“電信、音頻和視頻技術”是3個最大的分類，它們分別擁有480個、281個和147個標準。這表明在計量學、信息技術和電信領域的標準需求最為迫切。

其他重要的分類包括電氣工程（126項標準）、電子學（99項標準）和機械制造（84個標準），這些分類也反映出現代物聯網產業對電器、電子工程和機械制造等方面的標準需求。環保保健與安全、橡膠和塑料工業、能源和熱傳導工程、農業、道路車輛工程、試驗等分類也有很多標準。這些分類涵蓋了環保、健康、農業、能源和交通等領域。

然而，一些分類的標準數量相對較少，如材料儲運設備、紡織和皮革技術、軍事工程、機械系統和通用件、成像技術、服裝工業以及涂料和顏料工業等領域。這表明這些領域可能需要更多的標準以確保其質量、安全和可持續發展。

總體而言，這些數據表明從1953年以來，物聯網標準覆蓋的領域較為廣泛，反映了當今社會對技術、農業、環保、健康、經濟和交通等方面的標準需求。

2 基于關鍵詞的物聯網標準文本分析

關鍵詞是描述標準內容和特征的重要信息，可以反映出標準的主題和范圍。通過結巴分詞工具對每份標準的名稱和適用范圍進行分詞，得到了每份標準的關鍵詞集合。為了保證關鍵詞的質量和一致性，設計了一個包含約1000個詞條的物聯網領域關鍵詞詞典，對分詞結果進行過濾和校正，最終得到了每份標準的有效關鍵詞集合。

對關鍵詞進行詞頻統計并構建關鍵詞詞云圖，為了準確把握標準內容，過濾掉詞頻低于10的關鍵詞。通過中文分詞技術可以得到標準名稱和內容的高頻詞列表，其中位列第一的詞是“傳感器”，表明該詞在標準名稱和適用范圍中出現的頻率最高，共出現907次。傳感器作為物聯網數據的輸入端，正是負責

實現物聯網對事物的感知和檢測功能的工具，物聯網實現物物相連的前提就是要檢測和連接所有事物，實現信息共享。在物聯網（IoT）生態系統中，傳感器類的執行器等物理設備極為重要，物聯網系統的底層由傳感器連接和信息采集網絡組成，與下一層即網關層和網絡層建立網絡連接。因此，傳感器是物聯網系統的重要組成部分。其次，“物聯網”“要求”“技術”“規范”“校準”等字體顯示較大，表示這些詞在標準名稱和適用范圍中出現的頻率也較高。這說明標準是為了達到一定目標而制定的準則和規范，要求相關部門通過制定統一的產品質量標準，從而獲得最佳秩序和促進最佳社會效益。而“過程”“服務”“機械”“農業”等字體較小，表示它們出現的頻率較小，但在物聯網行業標準規范也有著不可或缺的作用。

3 結語

本研究對于推動物聯網標準工作的規范化、科學化、信息化具有重要意義。研究發現：（1）從整體時間跨度上看，物聯網標準發布數量呈穩定的總體趨勢，尤其是進入21世紀之后，我國物聯網市場規模持續增長。（2）從空間維度上來看，標準起草單位參與情況廣泛，但存在不同的權重和影響力。（3）總體上，起草單位合作情況相對較為分散，合作網絡在模塊內的節點之間相對來說具有密集連接，即集群內部之間有較強的合作關系，共同參與了多個標準的制定，但在不同模塊的節點之間具有稀疏連接。（4）對于標準的領域分布，“計量學和測量、物理現象”“信息技術、辦公機械設備”“電信、音頻和視頻技術”是3個最大的分類。這表明在計量學、信息技術和電信領域的標準需求最為迫切。

本研究的政策啟示是：（1）加強國際合作和參與，借鑒和引進國際先進的物聯網標準和經驗，推動形成統一的物聯網標準體系。（2）加強標準制定過程中的各方協作和溝通，推動起草單位之間的合作和交流，提高標準制定的科學性和實用性。（3）加強標準制定人才的培養和儲備，提高標準制定工作的專業化和高效性。標準建立對于物聯網的發展至關重要，只有統一標準，不同的物聯網系統才能互聯互通，促成大規模生產，降低成本，從而惠利物聯網產業發展。

參考文獻

［1］ATZORI L，IERA A，MORABITO G.The Internet of things：a survey［J］.Computer Networks，2010（15）：2787-2805.

［2］ZANELLA A，BUI N，CASTELLANI A，et al.Internet of Things for smart cities［J］.IEEE Internet of Things Journal，2014（1）：22-32.

［3］何奉祿，陳佳琦，李欽豪，等.智能電網中的物聯網技術應用與發展［J］.電力系統保護與控制，2020（3）：58-69.

［4］GRANJAL J，MONTEIRO E，SILVA J S.Security for the Internet of Things：a survey of existing protocols and open research issues［J］.IEEE Communications Surveys and Tutorials，2015（3）：1294-1312.

［5］王樂菲，劉海濤，吳明娟，等.物聯網通信協議與一致性測試［J］.信息技術與標準化，2022（3）：50-56.

［6］鄭曉慶，應站煌，汪強，等.面向泛在電力物聯網的無線通信接入技術［J］.電力建設，2019（11）：16-23.

［7］吳宇.物聯網數據服務中間件的設計與實現［J］.計算機應用與軟件，2022（1）：10-18.

［8］KHAN M A，SALAH K.IoT security：review，blockchain solutions，and open challenges［J］.Future Generation Computer Systems，2018（82）：395-411.

［9］SISINNI E，SAIFULLAH A，HAN S，et al.Industrial Internet of Things：challenges，opportunities，and directions［J］.IEEE Transactions on Industrial Informatics，2018（11）：4724-4734.

（編輯 姚 鑫編輯）

Research on Internet of Things related standards based on keyword analysis

ZHANG" Xuezhou1， XIE" Yaoyao2*， LI" Ruobing2， HUANG" Jie1

（1.Jiangsu Institute of Quality and Standardization， Nanjing 210001， China;

2.School of Information Management， Nanjing University， Nanjing 210023， China）

Abstract：" The article first conducts basic statistics on Internet of Things （IoT） standard data， and combines the implementation date of the standards to analyze the quantity trend of standard formulation from the time dimension. Secondly， build a collaborative network and analyze the cooperation between the drafting units and institutions of the standards from a spatial dimension. Next， use the International Standard Classification Number to analyze the category distribution of standards and explore the distribution of IoT standards in different fields. Finally， text analysis is conducted on the standard name and scope of application， keyword frequency is counted， word cloud maps and knowledge clustering graphs are constructed， semantic relationships between keywords are explored， and the development of IoT industry standards is explored.

Key words： Internet of Things; standard data; area distribution; cooperation network

基金項目：南京大學信息管理學院統一社會信用代碼大數據研究中心年度項目；項目編號：202401。

作者簡介：章學周（1969— ），男，教授級高工，碩士；研究方向：標準分析。

*通信作者：謝瑤瑤（2001— ），女，碩士研究生；研究方向：情報學。