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1 第 三 届 国 家 期 刊 奖 百 种 重 点 期 刊 中 国 科 技 核 心 期 刊 工 信 部 优 秀 科 技 期 刊 中 国 五 大 文 献 数 据 库 收 录 期 刊 ISSN CN /TN ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 年 4 月 第 2 期 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P1

2 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 专 题 导 读 物 联 网 作 为 新 一 代 信 息 技 术 的 代 表 已 成 为 信 息 产 业 的 重 要 发 展 方 向, 引 起 了 各 国 的 广 泛 重 视 近 年 来 物 联 网 在 中 国 更 是 受 到 了 前 所 未 有 的 高 度 关 注, 它 已 成 为 中 国 战 略 性 新 兴 产 业 的 重 要 组 成 部 分, 对 推 动 信 息 化 与 工 业 化 融 合 促 进 中 国 经 济 发 展 和 社 会 进 步 产 生 重 要 作 用 物 联 网 是 融 合 通 信 计 算 机 网 络 传 感 器 微 电 子 软 件 等 多 个 领 域 的 技 术 而 产 生 的 新 兴 交 叉 学 科, 不 仅 是 传 感 网 互 联 网 和 通 信 网 的 网 络 延 伸 与 应 用 拓 展, 更 是 诸 多 新 一 代 信 息 技 术 的 集 成 创 新 虽 然 各 方 对 物 联 网 的 认 识 和 理 解 还 不 够 统 一, 但 业 界 通 常 都 认 为 物 联 网 应 该 包 含 信 息 感 知 传 递 和 处 理 3 个 基 本 要 素 感 知 层 使 用 传 感 器 RFID 等 手 段 来 实 现 信 息 采 集 和 标 识 ; 网 络 层 利 用 移 动 网 互 联 网 或 其 他 专 用 网, 对 采 集 来 的 信 息 进 行 传 输 和 基 础 处 理, 并 提 供 公 共 管 理 服 务 ; 应 用 层 对 所 感 知 的 信 息 进 行 智 能 处 理 和 决 策 后, 实 现 各 类 应 用 服 务 物 联 网 的 基 本 目 的 是 利 用 信 息 技 术 实 现 对 物 理 世 界 的 协 同 感 知 和 智 能 处 理, 从 而 更 好 地 服 务 于 人 们 的 生 产 生 活 物 联 网 与 行 业 信 息 化 息 息 相 关, 基 于 物 联 网 的 行 业 应 用 是 物 联 网 产 业 发 展 的 基 础 驱 动 力 物 联 网 将 人 与 人 的 通 信 扩 展 到 了 人 与 物 物 与 物 之 间 的 信 息 交 互, 也 为 信 息 通 信 业 开 辟 了 新 的 市 场 市 场 研 究 机 构 赛 迪 顾 问 的 报 告 显 示 :2010 年 中 国 物 联 网 产 业 市 场 规 模 达 到 亿 元, 到 2015 年 中 国 物 联 网 整 体 市 场 规 模 将 达 到 亿 元, 年 复 合 增 长 率 将 超 过 30% 但 总 体 看, 物 联 网 还 处 于 市 场 培 育 和 初 级 发 展 阶 段, 物 联 网 的 大 发 展 还 需 要 政 产 学 研 各 方 的 全 面 协 作 不 断 创 新 和 持 续 努 力 本 专 题 旨 在 从 应 用 技 术 和 标 准 等 多 个 维 度 探 讨 物 联 网 与 行 业 信 息 化 的 关 系, 论 文 内 容 涵 盖 物 联 网 发 展 策 略 标 准 进 展 关 键 技 术 业 务 平 台 以 及 车 联 网 智 慧 医 疗 等 典 型 应 用 文 章 的 作 者 都 是 物 联 网 领 域 的 专 家, 他 们 分 别 来 自 高 校 科 研 院 所 运 营 商 和 设 备 制 造 商 在 此 对 各 位 作 者 的 大 力 支 持 和 精 心 撰 稿 表 示 衷 心 的 感 谢, 也 希 望 本 专 题 能 为 关 心 物 联 网 与 行 业 信 息 化 的 读 者 提 供 有 价 值 的 参 考 唐 雄 燕 本 期 专 题 策 划 人 唐 雄 燕 中 国 联 通 教 授 级 高 工, 现 任 中 国 联 通 研 究 院 副 总 工 程 师 中 国 联 通 科 技 委 固 网 专 业 副 主 任 NGI 宽 带 业 务 应 用 国 家 工 程 实 验 室 技 术 负 责 人, 并 兼 任 北 京 邮 电 大 学 教 授 博 士 生 导 师, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 副 主 席, 北 京 通 信 学 会 常 务 理 事 兼 青 年 工 作 委 员 会 主 任 ; 入 选 新 世 纪 百 千 万 人 才 工 程 国 家 级 人 选, 享 受 国 务 院 特 殊 津 贴 ; 长 期 从 事 通 信 新 技 术 新 业 务 研 发 和 技 术 管 理 工 作, 主 要 专 业 领 域 包 括 宽 带 通 信 光 纤 传 输 接 入 网 IP 技 术 下 一 代 网 络 泛 在 网 / 物 联 网 等 2012 年 第 1 6 期 专 题 计 划 智 能 管 道 及 其 运 营 续 合 元 电 信 研 究 院 通 信 标 准 所 总 工 物 联 网 与 行 业 信 息 化 唐 雄 燕 智 能 终 端 技 术 糜 正 琨 中 国 联 通 国 家 工 程 实 验 室 副 总 工 南 京 邮 电 大 学 教 授 数 据 中 心 网 络 关 键 技 术 杜 军 朝 郭 得 科 西 安 电 子 科 技 大 学 副 教 授 国 防 科 技 大 学 副 教 授 光 与 无 线 融 合 接 入 技 术 陈 建 平 上 海 交 通 大 学 教 授 云 存 储 与 云 灾 备 杨 义 先 北 京 邮 电 大 学 教 授 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P2

3 第 三 届 国 家 期 刊 奖 百 种 重 点 期 刊 中 国 科 技 核 心 期 刊 工 信 部 优 秀 科 技 期 刊 中 国 五 大 文 献 数 据 库 收 录 期 刊 ISSN CN /TN ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 2012 年 4 月 第 2 期 办 刊 宗 旨 目 次 以 人 为 本, 荟 萃 通 信 技 术 领 域 精 英 ; 迎 接 挑 战, 把 握 世 界 通 信 技 术 动 态 ; 立 即 行 动, 求 解 通 信 发 展 疑 难 课 题 ; 励 精 图 治, 促 进 民 族 信 息 产 业 崛 起 ZHONGXING TONGXUN JISHU 双 月 刊 1995 年 创 刊 总 第 103 期 2012 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 主 管 安 徽 省 科 学 技 术 厅 主 办 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司 安 徽 省 科 学 技 术 情 报 研 究 所 编 辑 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 部 总 编 谢 大 雄 副 总 编 邓 新 常 务 副 总 编 黄 新 明 责 任 编 缉 杨 勤 义 编 辑 徐 烨, 卢 丹, 朱 莉,Paul Sleswick 排 版 制 作 余 刚 发 行 王 萍 萍 编 务 王 坤 专 题 : 物 联 网 与 行 业 信 息 化 01 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦 05 物 联 网 的 标 准 化 进 展 刘 多 10 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民, 刘 伟 15 物 联 网 应 用 前 景 和 解 决 方 案 叶 云 18 物 联 网 能 力 开 放 体 系 研 究 刘 越 22 智 慧 医 疗 应 用 技 术 特 点 及 发 展 趋 势 李 建 功, 唐 雄 燕 27 基 于 REST 的 混 杂 感 知 车 载 网 信 息 服 务 设 计 黄 江 龙, 陆 剑 峰 32 物 联 网 在 节 能 减 排 中 的 应 用 张 凤 全 专 家 视 点 36 构 建 网 络 认 证 体 系, 打 造 可 信 网 络 空 间 刘 飞 运 营 应 用 39 CDMA x EVDO Rev.A 系 统 的 QoS 应 用 杨 召 江 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 部 地 址 合 肥 市 金 寨 路 329 号 凯 旋 大 厦 12 楼 邮 编 网 址 : 投 稿 平 台 : 电 子 信 箱 magazine@zte.com.cn 电 话 (0551) 传 真 (0551) 出 版 发 行 中 兴 通 讯 技 术 杂 志 社 发 行 范 围 全 球 发 行 印 刷 合 肥 中 建 彩 色 印 刷 厂 出 版 日 期 2012 年 4 月 10 日 ISSN 刊 号 CN / TN 广 告 经 营 许 可 证 皖 合 工 商 广 字 0058 定 价 每 册 元, 全 年 元 研 究 论 文 45 移 动 无 线 传 感 器 网 络 中 节 点 自 定 位 算 法 研 究 陈 晶 晶, 刘 萍 开 发 园 地 51 移 动 SNS 的 关 键 技 术 及 架 构 邝 宇 锋, 蔡 求 喜 系 列 讲 座 57 云 存 储 (2) 薛 一 波, 易 成 岐 综 合 信 息 中 兴 通 讯 推 出 U-Government 方 案 (9) 中 兴 通 讯 管 理 服 务 复 合 增 长 率 达 81%(38) 广 告 索 引 (44) 中 兴 通 讯 独 家 实 现 下 一 代 PON 产 品 规 模 发 货 (50) 中 兴 通 讯 智 能 手 机 专 利 居 全 球 第 四 中 国 企 业 第 一 (56) 中 兴 通 讯 CPE 销 售 额 和 出 货 量 双 居 全 球 第 一 (56) 期 刊 基 本 参 数 :CN /TN 1995 b zh P D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P3

4 C ontents ZTE TECHNOLOGY JOURNAL Vol.18 No.2 Apr Special Topic: IoT and Industry Informatization 01 The Industrial Development of IOT and Ubiquitous Wireless Communications Expert View Operational Application ZHU Hongbo, YANG Longxiang, ZHU Qi 05 Standardization of Internet of Things LIU Duo 10 Issues in Large-Scale Wireless Sensor Networks SUN Limin, LIU Wei 15 Prospects and Solutions for the Internet of Things YE Yun 18 Open Enabler Architecture of IoT LIU Yue 22 Development of Smart Health Applications LI Jiangong, TANG Xiongyan 27 Design of RESTful Service for Hybrid Sensor and Vehicular Networks HUANG Jianglong, LU Jianfeng 32 Energy Saving and Emissions Reduction in IoT ZHANG Fengquan 36 Constructing the Internet Authentication System and Trusted Internet LIU Fei 中 兴 通 讯 技 术 编 辑 委 员 会 主 任 钟 义 信 副 主 任 侯 为 贵 糜 正 琨 编 委 ( 按 姓 氏 拼 音 顺 序 排 列 ) 艾 波 曹 淑 敏 陈 建 平 陈 杰 陈 锡 生 程 时 端 高 文 顾 畹 仪 郭 云 飞 侯 为 贵 何 士 友 洪 波 纪 越 峰 江 华 蒋 林 涛 雷 震 洲 李 红 滨 李 建 东 李 乐 民 李 少 谦 李 星 孟 洛 明 糜 正 琨 倪 勤 史 立 荣 谈 振 辉 田 文 果 王 晓 明 王 育 民 韦 乐 平 卫 国 谢 大 雄 徐 安 士 须 成 忠 续 合 元 杨 义 先 杨 震 尤 肖 虎 乐 光 新 张 同 须 张 智 江 赵 厚 麟 赵 慧 玲 赵 先 明 钟 义 信 朱 近 康 39 QoS in CDMA x EVDO Rev.A System YANG Zhaojiang Research Paper 45 Node Self-Localization Algorithms in Mobile Wireless Sensor Networks CHEN Jingjing, LIU Ping Development Field 51 Key Technology and Architecture of Mobile SNS KUANG Yufeng, CAI Qiuxi Lecture Series 57 Cloud Storage (2) XUE Yibo, YI Chengqi 敬 告 读 者 本 刊 享 有 所 发 表 文 章 的 版 权, 包 括 英 文 版 电 子 版 和 网 络 版 版 权, 所 支 付 的 稿 酬 已 经 包 含 上 述 各 版 本 的 费 用 未 经 本 刊 许 可, 不 得 以 任 何 形 式 全 文 转 载 本 刊 内 容 ; 如 部 分 引 用 本 刊 内 容, 须 注 明 该 内 容 出 自 本 刊 邮 购 须 知 本 刊 常 年 办 理 邮 购 订 阅 业 务, 欢 迎 订 阅 订 阅 方 法 : 从 邮 局 汇 款 至 编 辑 部, 在 汇 款 单 上 将 订 阅 者 的 详 细 地 址 收 件 人 姓 名 及 联 系 电 话 填 写 清 楚, 并 在 汇 款 单 附 言 栏 注 明 所 购 杂 志 期 次 及 数 量 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P4

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6 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波 等 专 题 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 The Industrial Development of IoT and Ubiquitous Wireless Communications 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (2012) 摘 要 : 文 章 基 于 物 联 网 的 特 征 技 术 思 想 及 其 与 新 兴 产 业 的 关 系, 重 点 研 究 了 实 现 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 泛 在 无 线 技 术, 主 要 包 括 末 梢 感 知 层 网 络 融 合 层 无 线 资 源 管 理 以 及 对 数 据 进 行 综 合 处 理 的 信 息 处 理 等 关 键 技 术 文 章 指 出 物 联 网 的 本 质 是 利 用 泛 在 网 络 实 现 泛 在 服 务, 是 一 种 更 加 广 泛 深 远 的 未 来 网 络 应 用 形 态 物 联 网 正 催 生 一 场 战 略 性 新 兴 产 业 革 命, 将 带 来 千 载 难 逢 的 机 遇, 全 面 推 动 社 会 的 经 济 振 兴 和 社 会 进 步 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦 /ZHU Qi ( 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院, 江 苏 南 京 ) (College of Telecommunications and Information Engineering, Academy of Internet of Things, Nanjing University of Posts and telecommunications, Nanjing , China) 关 键 词 : 物 联 网 ; 泛 在 网 ; 后 互 联 网 ; 异 构 网 络 融 合 ; 云 计 算 Abstract: This paper discusses one of the key aspects of industrial IoT: ubiquitous wireless technology. Ubiquitous wireless technology includes peripheral perception layer, network convergence layer, radio resource management, and information processing for integrated data. In this paper, we suggest that the essence of IoT is to achieve ubiquitous services through a ubiquitous network, which is a far-reaching network. We also suggest that IoT will create opportunities and promote economic revitalization and social progress. Keywords: Internet of things; ubiquitous networks; post internet; heterogeneous network convergence; cloud computing 1 物 联 网 的 技 术 思 想 联 网 作 为 全 球 战 略 性 新 兴 产 业 物 已 经 受 到 国 家 和 社 会 的 高 度 重 视 物 联 网 的 应 用 标 志 着 互 联 网 的 发 展 已 经 开 始 进 入 一 个 新 的 历 史 阶 段, 而 基 于 互 联 网 的 产 业 化 应 用 和 智 慧 化 服 务 将 成 为 下 一 代 互 联 网 的 重 要 时 代 特 征 物 联 网 将 充 分 发 挥 新 一 代 信 息 通 信 技 术 的 发 展 优 势, 与 传 统 产 业 服 务 深 度 融 合, 促 进 传 统 产 业 的 革 命 性 转 型, 研 究 满 足 国 家 产 业 发 展 需 求 的 信 息 化 解 决 方 案, 推 动 信 息 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2012ZX ZX ) 服 务 产 业 的 发 展 与 建 设, 实 现 战 略 信 息 服 务 产 业 的 智 慧 化 ; 将 形 成 以 新 兴 信 息 服 务 业 为 龙 头, 网 络 运 营 业 为 支 撑, 网 络 设 备 制 造 业 为 补 充 的 完 善 的 产 业 结 构 物 联 网 的 技 术 思 想 可 以 定 义 为 利 用 泛 在 网 络 实 现 泛 在 服 务, 是 一 种 更 加 广 泛 深 远 的 未 来 网 络 应 用 形 态 ; 其 原 意 是 用 网 络 形 式 将 世 界 上 的 物 体 都 连 接 在 一 起, 使 世 界 万 物 都 可 以 主 动 上 网 它 的 基 本 方 式 是 将 射 频 识 别 设 备 (RFID) 传 感 设 备 全 球 定 位 系 统 或 其 他 信 息 获 取 方 式 等 各 种 创 新 的 传 感 科 技 嵌 入 到 世 界 的 各 种 物 体 设 施 和 环 境 中 ; 把 信 息 处 理 能 力 和 智 能 技 术 通 过 互 联 网 注 入 到 世 界 的 每 一 个 物 体 里 面, 令 物 质 世 界 被 极 大 程 度 的 数 据 化, 并 赋 予 生 命 ; 物 联 网 希 望 世 界 万 物 能 够 智 慧 化 地 上 网, 使 物 体 会 说 话 会 思 考 会 行 动 物 联 网 的 本 质 就 是 借 助 于 网 络 智 慧 化 的 实 现, 把 各 种 事 物 以 信 息 化 的 方 式 通 过 网 络 表 现 出 来 ; 物 品 能 够 利 用 RFID 等 传 感 技 术 彼 此 进 行 智 慧 交 流, 而 无 需 人 的 干 预 ; 通 过 互 联 网 实 现 物 品 的 自 动 识 别 和 信 息 的 互 联 与 共 享 物 联 网 最 为 明 显 的 特 征 是 物 物 相 连, 而 无 需 人 为 干 预, 从 而 极 大 程 度 地 提 升 效 率, 同 时 降 低 人 工 带 来 的 不 稳 定 性 因 此, 物 联 网 在 行 业 应 用 中 将 发 挥 无 穷 的 潜 力 比 如, 将 感 应 器 嵌 入 和 装 备 到 电 网 铁 路 桥 梁 隧 道 公 路 建 筑 供 水 系 统 大 坝 油 气 管 道 等 各 种 物 体 中, 然 后 将 物 联 网 与 现 有 的 互 联 网 整 合 起 来, 实 现 人 类 社 会 与 物 理 系 统 的 整 合 在 一 个 网 络 物 理 平 台 上 提 供 多 种 业 务, 这 才 是 多 域 资 源 和 服 务 融 合 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 01 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P6

7 专 题 朱 洪 波 等 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 的 真 正 内 涵 真 正 的 多 域 融 合 以 后, 将 会 提 供 一 个 统 一 的 网 络 平 台, 所 有 的 业 务 就 都 可 以 在 这 个 网 络 平 台 上 实 现, 当 然, 接 入 方 式 是 多 种 多 样 的, 但 整 个 网 络 将 会 是 一 个 统 一 融 合 的 网 融 合 后 的 网 络, 将 能 够 为 用 户 的 使 用 带 来 极 大 的 方 便 物 联 网 是 一 个 多 设 备 多 网 络 多 应 用 互 联 互 通 互 相 融 合 的 一 个 大 网, 相 关 的 接 口 通 信 协 议 等 都 需 要 有 一 个 统 一 标 准 来 指 导 而 目 前, 各 地 的 物 联 网 都 各 有 自 己 的 标 准 标 准 很 多, 又 缺 乏 权 威 性, 这 就 导 致 不 同 的 物 联 网 项 目 难 以 互 通, 成 为 一 个 个 孤 岛 仅 仅 RFID 在 全 球 就 有 几 十 个 标 准 化 组 织 出 台 了 250 个 标 准, 而 全 球 两 万 多 种 传 感 器 的 标 准 化 现 状 可 想 而 知 因 此 统 一 的 标 准 对 物 联 网 产 业 化 发 展 显 得 至 关 重 要 不 仅 可 以 让 各 地 正 开 展 的 示 范 应 用 的 成 功 案 例 在 其 他 地 区 进 行 有 效 复 制, 推 而 广 之, 并 且 能 让 一 个 个 信 息 孤 岛 有 效 融 合, 整 合 资 源 链, 在 一 定 程 度 上 避 免 重 复 建 设 带 来 的 资 源 耗 费 从 而 提 高 效 率 广 泛 的 物 联 网 应 用 需 求 必 将 积 极 推 进 物 联 网 标 准 体 系 的 构 建, 建 立 跨 行 业 跨 领 域 的 物 联 网 标 准 化 协 作 机 制, 鼓 励 和 支 持 企 业 积 极 参 与 国 际 标 准 化 工 作, 推 动 中 国 具 有 自 主 知 识 产 权 的 技 术 成 为 国 际 标 准 国 家 将 围 绕 物 联 网 关 键 技 术 和 产 业, 开 展 技 术 攻 关 和 产 业 化 推 进 工 程, 着 力 突 破 传 感 器 网 物 联 网 关 键 技 术, 加 快 通 信 网 传 感 网 络 以 及 物 联 网 的 结 合, 推 动 形 成 完 整 产 业 链 和 自 主 发 展 的 规 模 产 业 化 能 力, 提 升 整 体 产 业 层 级 和 在 国 际 分 工 体 系 的 位 置, 推 动 形 成 具 有 国 际 竞 争 力 的 物 联 网 制 造 和 运 营 产 业 体 系 国 家 将 大 力 支 持 自 主 知 识 产 权 的 创 造 和 应 用, 鼓 励 企 业 建 立 专 利 联 盟, 加 大 对 物 联 网 知 识 产 权 保 护 和 管 理 物 联 网 的 技 术 思 想 正 在 催 生 一 [1-3] 场 战 略 性 新 兴 产 业 革 命, 物 联 网 时 代 的 到 来 将 给 我 们 带 来 千 载 难 逢 的 机 遇 物 联 网 产 业 发 展 的 核 心 价 值 是 传 促 使 传 统 产 业 在 这 场 新 兴 产 业 革 命 的 新 一 轮 竞 争 中 占 领 制 高 点, 抢 占 先 机, 掌 握 主 动 权, 引 领 世 界 信 息 化 的 发 展 与 建 设, 全 面 推 动 社 会 的 经 济 振 兴 和 社 会 进 步 2 泛 在 无 线 技 术 是 实 现 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 物 联 网 可 以 理 解 为 是 泛 在 网 的 [4] 应 用 形 式, 而 不 是 传 统 意 义 上 的 网 络 概 念 泛 在 网 是 在 异 构 网 络 融 合 和 频 谱 资 源 共 享 基 础 上 实 现 无 所 不 在 的 网 络 覆 盖, 是 一 种 基 于 个 人 和 社 会 的 需 求 泛 在 网 利 用 现 有 的 和 新 的 网 络 技 术, 实 现 人 与 人 人 与 物 物 与 物 之 间 无 所 不 在 并 且 按 需 进 行 的 信 息 获 取 传 递 存 储 认 知 决 策 使 用 等 [5] 综 合 服 务 的 网 络 体 系 泛 在 无 线 技 术 是 泛 在 网 在 连 接 物 质 世 界 过 程 中 实 现 末 梢 效 应 和 边 缘 价 值 的 核 心 技 术, 也 是 促 进 物 联 网 产 业 化 应 用 的 关 键 泛 在 网 通 过 泛 在 无 线 技 术 完 成 与 物 质 世 界 的 连 接, 并 且 实 现 环 境 感 知 内 容 感 知 以 及 智 慧 性, 为 个 人 和 社 会 提 供 泛 在 的 无 所 不 含 的 信 息 服 务 和 应 用 泛 在 网 具 有 比 物 联 网 更 广 泛 的 内 涵 作 为 泛 在 无 线 技 术 重 要 组 成 部 分 的 传 感 网 可 以 看 作 是 物 联 网 的 一 种 末 梢 网 络 和 感 知 延 伸 网 传 感 网 是 多 个 由 传 感 器 数 据 处 理 单 元 和 通 信 单 元 组 成 的 节 点, 通 过 自 组 织 方 式 构 成 范 围 受 限 的 无 线 局 域 网 络 传 感 网 为 物 联 网 提 供 事 物 的 连 接 和 信 息 的 感 知 目 前, 与 物 联 网 紧 密 相 关 的 无 线 通 信 技 术 已 渗 透 到 社 会 各 领 域, 成 为 很 多 行 业 的 支 撑, 并 形 成 新 的 经 济 增 长 点 随 着 无 线 通 信 网 络 发 展 所 呈 现 出 的 高 速 化 宽 带 化 异 构 化 泛 在 化 趋 势, 由 于 泛 在 网 络 实 现 的 关 键 就 在 于 泛 在 无 线 技 术, 泛 在 无 线 通 信 成 为 近 年 来 无 线 通 信 领 域 关 注 的 热 点 之 一 作 为 泛 在 无 线 通 信 的 一 个 重 要 应 用, 无 所 不 在 的 物 联 网 通 信 时 代 即 将 来 临, 从 长 远 来 看, 物 联 网 的 产 业 化 应 用 有 望 成 为 后 互 联 网 时 代 经 济 增 长 的 引 擎 通 信 网 络 正 在 朝 着 泛 在 网 络 发 展, 而 泛 在 无 线 接 入 是 泛 在 网 络 和 物 联 网 的 核 心 和 关 键 技 术 泛 在 网 络 能 够 随 时 随 地 提 供 网 络 服 务, 泛 在 网 络 中 用 户 通 过 智 能 终 端 可 以 从 网 络 上 获 得 除 传 统 的 话 音 短 信 视 频 业 务 外 的 各 种 各 样 的 服 务 泛 在 网 络 是 一 个 无 处 不 在 的 网 络, 人 们 可 以 在 任 意 时 间 任 意 地 点 接 入 网 络 泛 在 网 络 帮 助 人 类 实 现 在 任 何 时 间 任 何 地 点, 任 何 人 任 何 物 都 能 顺 畅 地 通 信 通 信 对 象 可 以 是 机 器 对 机 器 机 器 对 人 人 对 机 器 和 人 对 人 随 着 国 民 经 济 的 发 展 和 社 会 信 息 化 水 平 的 日 益 提 高, 泛 在 网 络 已 经 成 为 国 内 外 政 府 学 术 界 运 营 商 社 会 团 体 设 备 厂 商 关 注 的 重 要 话 题 3 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 进 展 在 物 联 网 产 业 发 展 的 过 程 中, 关 于 泛 在 无 线 通 信 技 术 的 研 究 进 展 已 经 在 业 界 引 起 了 广 泛 的 关 注, 所 涉 及 的 关 键 无 线 技 术 主 要 包 括 : 末 梢 感 知 层 的 关 键 技 术 网 络 融 合 层 的 关 键 技 术 无 线 资 源 管 理 的 关 键 技 术 以 及 对 数 据 进 行 综 合 处 理 的 信 息 处 理 等 关 键 技 术 3.1 末 梢 感 知 层 末 梢 感 知 层 的 关 键 技 术 主 要 涉 及 数 据 的 感 知 采 集 和 传 输 技 术, 其 中 无 线 技 术 主 要 集 中 在 数 据 传 输 部 分 物 联 网 的 末 梢 网 络 主 要 是 以 无 线 传 感 器 为 代 表 的 大 规 模 自 组 织 网 络 结 构 传 感 器 网 络 内 部 署 了 海 量 的 多 种 类 型 传 感 器, 每 个 传 感 器 都 是 一 个 信 息 源, 不 同 类 别 的 传 感 器 对 不 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P7

8 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 朱 洪 波 等 专 题 同 的 环 境 和 信 息 进 行 感 知 并 捕 获 数 据 传 感 器 按 一 定 周 期 采 集 不 同 类 型 的 数 据, 所 采 集 的 信 息 内 容 和 信 息 格 式 也 不 同 数 据 采 集 需 要 采 用 短 距 离 低 功 率 的 无 线 通 信 技 术, 之 后 要 将 数 据 传 输 到 控 制 中 心 或 者 处 理 平 台, 经 过 处 理 后, 由 应 用 平 台 控 制 实 现 不 同 的 系 统 应 用 因 为 本 文 主 要 探 讨 物 联 网 与 无 线 技 术, 因 此, 以 下 着 重 说 明 短 距 离 无 线 通 信 技 术 和 无 线 传 感 器 网 络 短 距 离 无 线 通 信 技 术 鉴 于 物 联 网 的 无 线 连 通 方 式 有 部 署 灵 活 移 动 性 渗 透 性 强 等 特 点, 近 年 来, 世 界 众 多 站 在 技 术 前 沿 的 国 家 和 企 业 在 制 订 标 准 研 究 新 技 术 和 应 用 解 决 方 案 方 面 纷 纷 予 以 关 注, 以 期 掌 握 市 场 主 动 国 家 近 期 也 通 过 一 系 列 措 施 支 持 和 鼓 励 中 短 距 离 无 线 通 信 与 无 线 传 感 技 术 相 关 技 术 的 研 发 和 产 业 化 短 距 离 无 线 通 信 尤 其 适 合 物 联 网 的 感 知 延 伸 层 的 组 网 和 应 用, 尤 其 以 无 线 个 域 网 (WPAN) 为 主 的 无 线 通 信 网 络 为 主 要 内 容 目 前, 主 流 的 微 功 率 短 距 离 的 无 线 通 信 技 术 如 WLAN UWB RFID [6] Bluetooth Zigbee 60 GHz 毫 米 波 的 WPAN 等, 其 中 大 部 分 技 术 的 工 作 频 率 都 集 中 在 了 2.3~2.4 GHz 频 段 上 2.4 GHz 频 段 无 线 系 统 主 要 有 Bluetooth Wi-Fi Wireless USB Zigbee 以 及 无 绳 电 话 和 微 波 炉 等 系 统 与 设 备 如 此 密 集 的 系 统 分 布, 必 然 造 成 该 频 段 的 资 源 紧 缺, 频 谱 日 益 拥 挤, 电 磁 兼 容 问 题 日 益 凸 现 [7-8] 蓝 牙 (Bluetooth) 技 术 是 一 种 适 用 于 短 距 离 无 线 数 据 与 语 音 通 信 的 开 放 性 全 球 规 范 目 前, 蓝 牙 技 术 已 经 经 历 了 艰 难 的 酝 酿 阶 段, 进 入 了 全 面 起 飞 阶 段 蓝 牙 越 来 越 多 地 嵌 入 到 中 高 档 产 品 中, 如 PDA 移 动 电 话 无 绳 电 话 台 式 计 算 机 笔 记 本 计 算 机 MP3 播 放 机 数 字 相 机 和 便 携 式 上 网 设 备 等, 并 从 移 动 信 息 电 器 逐 步 拓 展 到 汽 车 工 业 控 制 医 疗 设 备 等 新 的 领 域 Wi-Fi [9-10] 是 一 种 可 以 将 个 人 电 脑 手 持 设 备 ( 如 PDA 手 机 ) 等 终 端 以 无 线 方 式 互 相 连 接 的 技 术 其 技 术 标 准 采 用 IEEE b 标 准 Wi-Fi 可 以 帮 助 用 户 访 问 电 子 邮 件 Web 和 流 式 媒 体 它 为 用 户 提 供 了 无 线 的 宽 带 互 联 网 访 问 同 时, 它 也 是 在 家 里 办 公 室 或 在 旅 途 中 上 网 的 快 速 便 捷 的 途 径 在 物 联 网 应 用 中,Wi-Fi 将 作 为 无 线 和 有 线 相 连 接 短 距 离 与 长 距 离 通 信 相 衔 接 的 桥 梁, 发 挥 更 大 的 作 用 Zigbee [11] 使 用 IEEE 标 准 作 为 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 和 物 理 (PHY) 层 规 范, 并 在 此 基 础 上 定 义 了 应 用 层 (APL) 网 络 层 以 及 用 户 应 用 框 架 Zigbee 之 所 以 能 在 自 动 控 制 领 域 得 到 广 泛 应 用, 是 由 于 它 自 身 具 备 的 多 种 优 点, 包 括 低 功 耗 低 成 本 低 速 率 近 距 离 短 时 延 高 容 量 高 安 全 免 执 照 频 段 总 之, 除 了 底 层 的 传 感 器 技 术 海 量 的 IPv4/IPv6 地 址 资 源 自 动 控 制 智 能 嵌 入 等 配 套 技 术 之 外, 实 现 真 正 的 无 所 不 在 的 大 规 模 的 物 与 物 联 网, 更 为 重 要 的 是 在 传 输 层 实 现 统 一 协 作 的 通 信 协 议 基 础, 而 这 其 中, 各 种 无 线 电 通 信 技 术, 将 起 到 特 别 关 键 作 用 WPAN WLAN NGBWA 等 无 线 通 信 技 术, 以 及 基 于 这 些 无 线 技 术 相 结 合 的 融 合 应 用 将 是 物 联 网 产 业 链 中, 最 为 重 要 的 组 成 部 分 无 线 传 感 器 网 络 [12-13] 无 线 传 感 器 网 络 将 以 其 网 络 规 模 大 自 组 织 性 强 网 络 拓 扑 动 态 变 化 强 以 数 据 为 中 心 等 优 势 成 为 物 联 网 不 可 或 缺 的 主 要 部 分 ITU 架 构 中 泛 在 传 感 器 网 络 基 础 骨 干 网 络 和 泛 在 传 感 器 接 入 网 络 是 物 联 网 网 络 架 构 中 可 能 采 用 无 线 传 输 技 术 的 部 分, 也 是 物 联 网 频 谱 需 求 的 主 要 来 源 传 感 器 网 络 基 础 骨 干 网 络 以 传 统 的 公 共 移 动 通 信 网 络 和 数 字 集 群 网 络 为 代 表, 泛 在 传 感 器 接 入 网 络 则 以 短 距 离 无 线 传 输 技 术 为 代 表 物 联 网 在 各 个 行 业 ( 如 智 能 家 居 智 能 安 全 动 物 溯 源 智 能 医 院 智 能 交 通 智 能 物 流 等 ) 领 域 应 用 中, 末 端 设 备 和 设 施, 包 括 具 备 内 在 智 能 的 ( 如 传 感 器 移 动 终 端 工 业 系 统 楼 控 系 统 家 庭 智 能 设 施 视 频 监 控 系 统 等 ) 和 外 在 使 能 的 ( 如 贴 上 RFID 的 各 种 资 产 携 带 无 线 终 端 的 个 人 与 车 辆 甚 至 智 能 尘 埃 等 ) 物 理 界 实 体, 都 需 要 通 过 各 种 传 感 器 设 备 无 线 有 线 的 通 信 网 络 实 现 互 联 互 通, 以 实 现 其 智 能 化 物 件 或 动 物 的 特 质, 这 其 中 无 线 传 感 器 网 络 的 应 用 需 求 最 为 强 烈 目 前, 我 们 在 无 线 传 感 器 网 络 方 面 研 发 的 技 术 包 括 : 无 线 传 感 网 接 入 技 术, 内 容 包 括 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 多 网 络 融 合 系 统 结 构 和 多 种 无 线 传 感 器 网 络 接 入 技 术 的 比 较 无 线 传 感 网 路 由 技 术, 内 容 包 括 无 线 传 感 器 网 络 路 由 协 议 设 计 无 线 传 感 网 拓 扑 控 制 技 术, 内 容 包 括 无 线 传 感 器 网 络 功 率 控 制 技 术 和 典 型 的 拓 扑 控 制 方 法 无 线 传 感 网 中 数 据 聚 合 与 管 理, 内 容 包 括 无 线 传 感 网 数 据 聚 合 技 术, 无 线 传 感 网 数 据 管 理 技 术 以 及 无 线 传 感 网 安 全 技 术 3.2 无 线 频 谱 资 源 应 用 与 管 理 策 略 我 们 对 物 联 网 应 用 过 程 中 对 无 线 资 源 特 别 是 无 线 频 谱 资 源 的 需 求 做 了 分 析 在 末 梢 网 络 中, 以 无 线 传 感 器 网 络 的 频 谱 需 求 为 例, 无 线 传 感 器 网 络 所 能 提 供 的 无 线 通 信 带 宽 是 十 分 有 限 的, 特 别 是 在 2.4 GHz 的 通 信 频 段 上, 聚 集 了 蓝 牙 Wi-Fi ZigBee 等 无 线 网 络, 使 得 该 频 段 的 信 道 变 得 十 分 拥 挤 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 03 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P8

9 专 题 朱 洪 波 等 物 联 网 产 业 化 发 展 思 路 与 泛 在 无 线 通 信 技 术 研 究 从 全 局 的 观 点 考 虑, 根 据 ITU-R [14] M.2078 等 国 际 报 告,4G 还 需 要 352~1 152 MHz 的 频 率, 这 些 频 谱 都 是 按 照 4G 的 用 户 流 量 模 型 为 人 与 人 的 通 信 而 设 计 的, 并 不 包 括 物 联 网 的 频 谱 需 求, 因 此 解 决 物 联 网 的 频 谱 需 求 的 难 度 远 远 大 于 4G 无 线 频 谱 资 源 紧 张 可 能 成 为 物 联 网 应 用 的 瓶 颈 问 题 同 时, 我 们 发 现, 可 以 通 过 有 效 的 资 源 管 理 机 制 实 现 频 谱 的 合 理 和 高 效 再 利 用, 从 而 解 决 频 谱 资 源 紧 张 问 题, 使 资 源 的 供 需 达 到 平 衡 无 线 资 源 管 理 可 以 从 国 家 政 策 和 规 划 角 度 得 到 很 好 的 再 配 置, 我 们 也 对 该 方 面 提 出 了 相 关 的 建 议 例 如 对 物 联 网 频 谱 的 合 理 规 划 与 管 理 物 联 网 频 率 划 分 调 整 及 频 率 保 护 政 策 参 照 国 际 惯 例 对 物 联 网 频 谱 进 行 规 划 建 立 物 联 网 的 流 量 模 型 及 常 见 应 用 模 型 为 典 型 的 物 联 网 应 用 制 订 频 谱 标 准 借 鉴 频 谱 拍 卖 机 制 适 当 实 施 频 谱 开 放 计 划 等 等 目 前, 我 们 主 要 从 技 术 方 面 提 出 了 适 合 于 物 联 网 无 线 资 源 管 理 的 各 种 措 施, 包 括 : 从 空 时 频 能 复 用 角 度, 开 发 频 谱 池 频 谱 聚 合 智 能 天 线 软 件 无 线 电 多 点 协 作 等 技 术 ; 在 授 权 频 段 开 发 D2D 直 通 技 术, 在 非 授 权 频 段, 开 发 多 种 短 距 离 通 信 技 术 共 存 技 术 等 ; 从 系 统 级 角 度 开 发 频 谱 分 析 频 谱 决 策 频 谱 监 视 频 谱 搬 移 和 频 谱 共 享 等 频 谱 管 理 技 术 ; 从 频 谱 二 次 利 用 角 度 开 发 可 见 光 通 信 太 赫 兹 通 信 白 色 空 间 通 信 以 及 开 发 2.5 GHz 3.3~3.4 GHz 3.5 GHz 5 GHz 5.15~ GHz 等 新 频 段 业 务 ; 此 外, 在 无 线 资 源 管 理 方 面, 着 重 开 发 无 线 技 术 的 电 磁 兼 容 和 电 磁 干 扰 技 术, 为 无 线 资 源 的 有 效 复 用 多 种 技 术 和 系 统 的 高 效 共 存 提 供 保 障 3.3 异 构 网 络 融 合 与 协 同 技 术 网 络 的 异 构 性 主 要 体 现 在 以 下 几 个 方 面 : 不 同 的 无 线 频 段 特 性 导 致 的 频 谱 资 源 使 用 的 异 构 性 不 同 的 组 网 接 入 技 术 所 使 用 的 空 中 接 口 设 计 及 相 关 协 议 在 实 现 方 式 上 的 差 异 性 和 不 可 兼 容 性 业 务 的 多 样 化 终 端 的 多 样 化 不 同 运 营 商 针 对 异 构 网 络 所 实 施 的 相 应 的 运 营 管 理 策 略 不 同 以 上 几 个 方 面 交 叉 联 系, 相 互 影 响 构 成 了 无 线 网 络 的 异 构 性 这 种 异 构 性 对 网 络 的 稳 定 性 可 靠 性 和 高 效 性 带 来 了 挑 战, 同 时 给 移 动 性 管 理 联 合 无 线 资 源 管 理 服 务 质 量 保 证 等 带 来 了 很 大 的 问 题 网 络 融 合 的 主 要 策 略 可 以 理 解 为 各 种 异 构 网 络 之 间, 在 基 础 性 网 络 构 建 的 公 共 通 信 平 台 之 上, 实 现 共 性 的 融 合 与 个 性 的 协 同 所 谓 融 合 是 在 技 术 创 新 和 概 念 创 新 的 基 础 上 对 不 同 系 统 间 共 性 的 整 合, 具 体 是 指 各 种 异 构 网 络 与 作 为 公 共 通 信 平 台 的 移 动 通 信 网 或 者 下 一 代 网 络 的 融 合, 从 而 构 成 一 张 无 所 不 在 的 大 网 所 谓 协 同 则 是 在 技 术 创 新 和 概 念 创 新 的 基 础 上 对 不 同 系 统 间 个 性 的 整 合, 具 体 是 指 大 网 中 的 各 个 接 入 子 网 通 过 彼 此 之 间 的 协 同, 实 现 共 存 竞 争 与 协 作 的 关 系 以 满 足 用 于 的 业 务 和 应 用 需 求 不 同 通 信 网 络 的 融 合 是 为 了 更 好 地 服 务 于 异 构 通 信 网 络 的 协 同 协 同 技 术 是 实 现 多 网 互 通 及 无 线 服 务 的 泛 在 化 高 速 化 和 便 捷 化 的 必 然 选 择, 也 是 未 来 的 物 联 网 频 谱 资 源 共 享 亟 待 解 决 的 问 题 具 体 来 说, 异 构 网 络 融 合 的 实 现 分 为 两 个 阶 段 : 一 是 连 通 阶 段, 二 是 融 合 阶 段 连 通 阶 段 指 各 种 网 络 如 传 感 器 网 络 RFID 网 络 局 域 网 广 域 网 等 都 能 互 联 互 通, 感 知 信 息 和 业 务 信 息 传 送 到 网 络 另 一 端 的 应 用 服 务 器 进 行 处 理 以 支 持 应 用 服 务 融 合 阶 段 是 指 在 网 络 连 通 层 面 的 网 络 平 台 上, 分 布 式 部 署 若 干 信 息 处 理 的 功 能 单 元, 根 据 应 用 需 求 而 在 网 络 中 对 传 递 的 信 息 进 行 收 集 融 合 和 处 理, 从 而 使 基 于 感 知 的 智 能 服 务 实 现 得 更 为 精 确 从 该 阶 段 开 始, 网 络 将 从 提 供 信 息 交 互 功 能 扩 展 到 提 供 智 能 信 息 处 理 功 能 乃 至 支 撑 服 务, 并 且 传 统 的 应 用 服 务 器 网 络 架 构 向 可 管 可 控 可 信 的 集 中 智 慧 参 与 的 网 络 架 构 演 进 因 此, 异 构 网 络 融 合 不 是 对 现 有 网 络 的 革 命 与 颠 覆, 而 是 对 现 有 网 络 分 阶 段 的 演 进 有 效 地 规 划 异 构 网 络 融 合 的 研 究 与 应 用 3.4 海 量 信 息 处 理 技 术 与 云 计 算 在 物 联 网 中, 从 末 梢 网 络 采 集 了 大 量 的 数 据, 这 些 数 据 需 要 进 行 处 理 才 能 实 现 各 种 不 同 的 应 用 需 求 于 是, 海 量 信 息 智 能 处 理 与 云 计 算 技 术 应 运 而 生 根 据 泛 在 无 线 网 络 中 数 据 信 息 的 特 点, 可 以 采 用 诸 如 数 据 时 间 对 准 技 术 集 中 式 数 据 融 合 算 法 及 分 布 式 数 据 融 合 算 法 等 技 术 进 行 数 据 融 合, 采 用 分 类 估 值 预 言 相 关 性 分 组 或 关 联 规 则 聚 集 描 述 和 可 视 化 复 杂 数 据 类 型 (Text Web 图 形 图 像 视 频 音 频 等 ) 挖 掘 等 进 行 数 据 挖 掘 目 前, 我 们 针 对 海 量 信 息 处 理 和 云 计 算 方 面, 建 立 了 相 应 的 实 验 平 台, 涵 盖 网 络 信 息 处 理 等 领 域 的 应 用, 围 绕 机 器 翻 译 语 言 信 息 处 理 海 量 信 息 存 储 与 搜 索 网 络 内 容 技 术 语 义 计 算 Web 挖 掘 与 服 务 云 计 算 网 络 通 信 及 安 全 等 若 干 领 域 的 理 论 技 术 与 应 用 开 展 研 究 4 结 束 语 如 今, 物 联 网 正 越 来 越 多 地 运 用 到 人 们 的 生 活 中 全 中 国 的 力 量 都 被 发 动 起 来 迎 接 物 联 网 时 代 的 到 来, 作 为 科 研 力 量 之 一 的 学 校 和 科 研 团 队 一 直 努 力 在 物 联 网 研 究 方 面 做 出 有 价 值 的 工 作, 目 前, 我 们 研 发 了 智 慧 校 园 系 统 校 园 环 境 控 制 系 统 云 计 算 开 发 平 台, 将 各 种 信 息 与 服 务 孤 下 转 第 14 页 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P9

10 物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 物 联 网 标 准 化 进 展 Standardization of the Internet of Things 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (2012) 摘 要 : 物 联 网 是 跨 行 业 跨 领 域 具 有 明 显 交 叉 学 科 特 征 面 向 应 用 的 信 息 基 础 设 施, 其 标 准 需 要 各 行 业 与 通 信 行 业 分 工 协 作 密 切 配 合 文 章 认 为 物 联 网 标 准 需 要 以 应 用 为 主 导 和 牵 引, 需 要 通 信 行 业 积 极 配 合 从 横 向 上 考 虑, 需 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 ; 从 纵 向 上 考 虑, 需 确 保 网 络 架 构 层 面 的 互 联 互 通, 做 好 信 息 获 取 传 输 处 理 服 务 等 环 节 标 准 的 配 套 文 章 指 出 特 别 要 加 强 各 个 物 联 网 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 协 调 沟 通, 建 立 及 时 有 效 的 联 络 机 制, 使 其 明 确 各 自 定 位 和 范 围, 共 同 做 好 物 联 网 标 准 体 系 建 设 关 键 词 : 物 联 网 ; 智 能 电 网 ; 标 准 化 体 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. Keywords: 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX ) Internet of things; smart grid; standard system 联 网 对 于 促 进 社 会 信 息 化 建 设 物 和 经 济 发 展 具 有 重 要 的 意 义, 因 此 全 球 多 个 国 家 和 地 区 都 把 物 联 网 作 为 其 重 要 的 经 济 和 科 技 发 展 战 略, 给 予 了 高 度 的 重 视 物 联 网 的 发 展 依 赖 于 多 个 方 面 的 因 素, 包 括 法 律 技 术 产 业 标 准 等, 其 中 标 准 是 物 联 网 大 规 模 产 业 化 发 展 和 互 联 互 通 的 先 决 条 件, 因 此 多 个 国 家 / 地 区 的 政 府 和 全 球 的 众 多 标 准 化 组 织 都 在 积 极 开 展 物 联 网 的 标 准 化 工 作, 并 在 有 些 领 域 取 得 了 一 些 成 效 1 物 联 网 的 概 念 目 前 与 物 联 网 相 关 的 概 念 很 多, 包 括 物 联 网 泛 在 网 智 能 电 网 机 器 到 机 器 的 通 信 (M2M) 等, 他 们 所 涵 盖 的 范 围 和 重 点 不 同, 但 都 有 密 切 的 相 关 性 物 联 网 是 泛 在 网 发 展 的 初 级 阶 段, 智 能 电 网 是 物 联 网 技 术 在 电 力 行 业 的 应 用,M2M 则 是 与 通 信 网 络 相 连 的 具 备 通 信 能 力 的 终 端 设 备 之 间 的 通 信 一 般 电 信 运 营 商 将 利 用 其 网 络 实 现 的 应 用 叫 做 M2M 应 用, 其 是 刘 多 /LIU Duo ( 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院, 北 京 ) (China Academy of Telecommunication Research, Beijing , China) 物 联 网 的 一 个 组 成 部 分 在 不 同 的 国 家 和 地 区, 所 使 用 的 名 词 术 语 也 不 尽 相 同, 例 如 在 欧 洲, 主 要 提 及 物 联 网 和 机 器 到 机 器 的 通 信 ; 在 美 国, 则 把 物 联 网 的 具 体 应 用 智 能 电 网 作 为 国 家 战 略 项 目, 而 不 强 调 泛 在 网 和 物 联 网 ; 在 日 本 和 韩 国, 则 更 加 强 调 泛 在 网 和 泛 在 社 会 愿 景 但 无 论 用 哪 一 种 说 法, 其 实 质 都 是 通 过 射 频 标 识 (RFID) 和 传 感 器 等 可 标 识 和 感 知 的 设 备 获 取 物 的 信 息 从 而 为 各 行 各 业 提 供 服 务 国 际 电 信 联 盟 (ITU-T) 的 物 联 网 全 球 标 准 化 工 作 组 (IoT-GSI) 于 2011 [1] 年 11 月 初 步 给 出 了 物 联 网 的 概 念, 即 物 联 网 是 全 球 信 息 社 会 基 础 设 施, 物 与 物 ( 包 括 物 理 的 和 虚 拟 的 ) 之 间 通 过 现 有 的 和 演 进 的 信 息 通 信 技 术 进 行 互 联 从 而 提 供 先 进 的 服 务 物 联 网 通 过 识 别 数 据 获 取 处 理 和 通 信 等 能 力, 在 保 证 隐 私 的 条 件 下 利 用 物 向 所 有 的 应 用 提 供 服 务 物 理 的 物 通 常 是 指 可 以 看 得 见 或 触 摸 到 的 在 物 理 世 界 存 在 的 实 体, 可 以 被 感 知 和 / 或 操 作, 虚 拟 的 物 是 指 在 信 息 通 信 系 统 能 够 被 识 别 和 访 问 的 可 以 标 准 化 的 具 有 标 识 的 对 象, 能 够 被 获 取 存 储 分 析 或 控 制 物 理 世 界 的 物 通 常 可 以 对 应 到 虚 拟 的 物 从 而 提 供 与 物 相 关 的 服 务, 但 有 些 虚 拟 的 物 没 有 物 理 世 界 的 物 与 之 相 对 应, 例 如 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 05 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P10

11 专 题 刘 多 物 联 网 标 准 化 进 展 数 字 动 画 片 等 2 物 联 网 的 核 心 特 征 物 联 网 之 所 以 冠 以 一 个 新 的 名 词, 一 定 有 它 不 同 于 其 他 现 有 的 网 络 和 服 务 的 特 征 ITU-T 正 在 研 究 的 建 议 草 案 物 联 网 概 述 给 出 了 物 联 网 的 如 下 核 心 特 征 : 基 于 标 识 的 连 接 物 联 网 需 要 支 持 建 立 基 于 标 识 的 物 与 物 之 间 的 连 接, 并 支 持 用 统 一 的 方 式 处 理 异 构 的 标 识 自 动 组 网 为 了 在 不 同 的 应 用 中 适 配 不 同 的 通 信 环 境 和 不 同 类 型 的 传 感 器 / 执 行 器, 物 联 网 需 支 持 自 动 组 网 功 能, 包 括 自 我 配 置 自 我 修 复 自 我 优 化 和 自 我 保 护 的 技 术 和 机 制 业 务 的 自 动 提 供 根 据 运 营 者 或 用 户 配 置 的 规 则 而 自 动 地 获 取 通 信 和 处 理 物 的 数 据, 业 务 的 自 动 提 供 依 赖 于 自 动 数 据 聚 合 和 数 据 挖 掘 的 技 术 基 于 位 置 的 通 信 一 些 物 由 于 没 有 被 分 配 网 络 地 址 而 只 有 标 签, 所 以 这 些 与 物 相 关 的 通 信 将 依 赖 于 物 的 位 置 信 息 这 些 物 的 位 置 信 息 可 以 用 于 定 位 物 的 终 端 节 点, 例 如 RFID 阅 读 器 基 于 位 置 的 通 信 将 受 限 于 法 律 和 监 管 基 于 位 置 的 服 务 物 联 网 中 的 一 些 生 成 编 译 选 择 和 过 滤 信 息 的 服 务 要 基 于 物 的 位 置 用 户 不 需 要 手 动 输 入 位 置 信 息, 这 些 位 置 信 息 被 自 动 感 知 和 跟 踪 物 联 网 中 的 位 置 信 息 在 物 理 世 界 是 有 意 义 的, 而 不 同 于 现 有 的 网 络 数 据 源 的 鉴 权 物 联 网 对 数 据 源 的 鉴 权 主 要 包 含 以 下 两 个 方 面, 一 方 面 是 鉴 权 发 送 数 据 的 物 是 真 实 的 ; 另 外 一 方 面 是 鉴 权 传 送 的 和 存 储 的 数 据, 用 以 保 证 这 些 数 据 是 原 始 的 数 据 隐 私 保 护 很 多 人 工 的 物 有 其 拥 有 者 和 使 用 者 所 感 知 的 数 据 可 能 包 含 与 他 们 的 拥 有 者 和 使 用 者 相 关 的 私 人 信 息 物 联 网 需 在 传 送 汇 集 存 储 挖 掘 和 处 理 数 据 过 程 中 支 持 隐 私 保 护, 但 隐 私 保 护 不 能 为 数 据 源 鉴 权 设 置 障 碍 与 人 体 相 关 的 高 质 量 和 高 安 全 性 服 务 低 质 量 或 不 安 全 的 服 务 将 有 害 于 人 的 身 体 这 类 服 务 在 不 同 的 国 家 有 不 同 的 法 律 和 管 制 政 策 3 物 联 网 的 标 准 化 特 点 物 联 网 不 是 全 新 的 网 络 和 应 用 物 联 网 是 在 现 有 电 信 网 互 联 网 行 业 专 用 网 的 基 础 上, 增 强 网 络 延 伸 和 信 息 感 知 的 能 力 和 信 息 处 理 能 力, 基 于 应 用 的 需 求 构 建 的 信 息 通 信 融 合 应 用 的 基 础 设 施, 因 此 物 联 网 不 是 新 的 网 络 和 应 用, 而 是 多 年 来 各 行 各 业 应 用 与 信 息 通 信 技 术 融 合 发 展 的 产 物 物 联 网 的 应 用 和 感 知 设 备 呈 现 跨 行 业 的 多 样 性 物 联 网 应 用 涉 及 经 济 与 社 会 发 展 的 各 个 行 业 和 领 域, 并 与 各 自 业 务 流 程 紧 密 结 合, 具 有 应 用 跨 度 大 需 求 长 尾 化 产 业 分 散 度 高 产 业 链 长 和 技 术 集 成 性 高 的 特 点 物 联 网 的 应 用 按 照 最 终 用 户 来 进 行 分 类, 可 以 分 为 公 共 服 务 ( 服 务 于 普 通 消 费 者, 例 如 智 能 家 居 手 机 支 付 等 ) 和 行 业 服 务 ( 服 务 于 各 行 各 业, 例 如 智 能 电 网 智 能 物 流 等 ) 由 于 应 用 的 不 同, 应 用 所 需 感 知 的 内 容 不 同, 因 此 对 感 知 设 备 的 性 能 和 接 口 要 求 也 不 一 样 物 联 网 应 用 的 提 供 者 是 各 行 各 业, 应 用 提 供 者 利 用 信 息 通 信 技 术 和 网 络 为 其 提 供 服 务 物 联 网 是 各 行 各 业 应 用 与 信 息 通 信 技 术 融 合 发 展 的 产 物, 各 行 各 业 的 应 用 提 供 者 是 物 联 网 应 用 的 主 体, 其 应 用 种 类 繁 多, 需 求 差 异 较 大 信 息 通 信 行 业 是 其 中 一 个 行 业, 但 因 通 信 行 业 具 有 网 络 规 模 大 覆 盖 范 围 广 的 优 势, 因 此 能 够 为 其 他 行 业 提 供 信 息 通 信 基 础 网 络 设 施 物 联 网 的 上 述 特 点 决 定 了 物 联 网 的 标 准 化 特 点, 即 物 联 网 的 标 准 不 是 某 一 个 行 业 或 仅 仅 信 息 通 信 行 业 所 能 够 单 独 完 成 的, 而 需 要 各 行 各 业 与 信 息 通 信 行 业 共 同 制 订, 才 能 既 符 合 行 业 需 求, 也 能 将 最 好 的 最 适 合 的 信 息 通 信 技 术 应 用 于 各 个 行 业, 因 此 物 联 网 的 标 准 既 包 含 行 业 应 用 和 特 定 行 业 需 求 的 标 准, 例 如 电 力 交 通 医 疗 等 行 业 标 准, 同 时 也 包 含 信 息 通 信 行 业 的 标 准, 例 如 感 知 通 信 和 信 息 处 理 等 技 术 标 准 4 物 联 网 的 标 准 化 现 状 基 于 以 上 的 物 联 网 标 准 化 特 点, 物 联 网 的 标 准 化 工 作 在 全 球 的 多 个 标 准 化 组 织 竞 相 展 开, 包 括 国 际 标 准 化 组 织 ( 如 ITU ISO 和 IEC) 区 域 性 标 准 化 组 织 ( 如 ETSI) 国 家 标 准 化 组 织 ( 如 CCSA ATIS TTA TTC) 行 业 标 准 化 组 织 论 坛 和 任 务 组 ( 如 IETF IEEE OMA) 等, 这 些 标 准 化 组 织 各 自 沿 着 自 己 擅 长 的 领 域 进 行 研 究, 所 开 发 的 标 准 有 重 叠 也 有 分 工, 但 他 们 之 间 的 竞 争 大 于 合 作, 目 前 尚 缺 乏 整 体 的 协 调 组 织 和 配 合 在 各 标 准 化 组 织 进 行 研 究 的 同 时, 有 些 行 业 标 准 在 国 家 或 地 区 政 府 的 推 动 下 也 在 快 速 形 成, 这 些 行 业 应 用 的 标 准 带 动 了 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 分 工 和 合 作, 为 物 联 网 标 准 做 出 了 实 质 性 的 贡 献 目 前 在 行 业 应 用 标 准 化 方 面, 智 能 电 网 智 能 交 通 和 智 能 医 疗 等 方 面 的 进 展 比 较 快 4.1 国 际 标 准 化 组 织 的 物 联 网 标 准 进 展 物 联 网 涉 及 的 范 围 很 广, 因 此 目 前 与 之 相 关 的 国 际 标 准 化 组 织 和 工 业 标 准 化 组 织 都 在 从 事 物 联 网 相 关 的 标 准 化 工 作, 如 图 1 所 示 下 面 介 绍 几 个 主 要 的 标 准 化 组 织 的 研 究 进 展 情 况 ITU-T 专 门 成 立 了 物 联 网 全 球 标 准 化 工 作 组 (IoT-GSI), 正 在 研 究 物 联 网 定 义 和 物 联 网 概 述 两 个 国 际 建 议, 并 在 2012 年 2 月 份 通 过 在 物 联 网 概 述 建 议 草 案 中 给 出 了 物 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P11

12 物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 IEEE 的 物 理 层 和 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 层 技 术, 重 点 制 订 了 网 络 层 和 应 用 层 协 议, 支 持 Mesh 和 簇 状 动 态 路 由 网 络, 在 目 前 的 无 线 传 感 器 网 络 中 得 到 广 泛 应 用 图 1 物 联 网 相 关 的 国 际 标 准 组 织 联 网 的 体 系 架 构, 如 图 2 所 示 从 图 2 可 见, 在 业 务 / 应 用 支 撑 层 能 力 管 理 能 力 和 安 全 能 力 方 面 都 分 为 两 个 方 面 的 能 力, 即 通 用 能 力 和 面 向 某 类 应 用 的 特 定 能 力, 比 如 智 能 电 网 和 智 能 交 通 所 需 的 能 力 可 能 不 同 IEEE 主 要 研 究 IEEE 低 速 近 距 离 无 线 通 信 技 术 标 准, 并 针 对 智 能 电 网 开 展 了 大 量 工 作 IEEE P2030 技 术 委 员 会 成 立 于 2009 年 5 月, 分 为 电 力 信 息 和 通 信 3 个 工 作 组, 旨 在 为 理 解 和 定 义 智 能 电 网 互 操 作 性 提 供 技 术 基 础 和 指 南, 针 对 NIST 智 能 电 网 应 用 各 个 环 节, 帮 助 电 力 系 统 与 应 用 和 设 备 协 同 工 作, 确 定 模 块 和 接 口, 为 智 能 电 网 相 关 的 标 准 制 订 奠 定 基 础 IEEE 2010 年 4 月 发 布 了 P2030 草 案 ETSI 成 立 了 M2M 技 术 委 员 会, 对 M2M 需 求 网 络 架 构 智 能 电 网 智 能 医 疗 城 市 自 动 化 等 方 面 进 行 了 研 究, 并 陆 续 出 台 了 多 个 技 术 规 范 IETF 制 订 以 IP 协 议 为 基 础 的, 适 应 感 知 延 伸 层 特 点 的 组 网 协 议 目 前 IETF 的 工 作 主 要 集 中 于 6LoWPAN 和 ROLL 协 议 两 个 方 面,6LoWPAN 以 IEEE 为 基 础, 针 对 传 感 器 节 点 低 开 销 低 复 杂 度 低 功 耗 的 要 求, 对 现 有 IPv6 系 统 进 行 改 造, 压 缩 包 头 信 息, 提 高 对 感 知 延 伸 层 应 用 的 使 用 能 力 而 ROLL 的 目 标 是 使 公 共 的 可 互 操 作 的 第 3 层 路 由 能 够 穿 越 任 何 数 量 的 基 本 链 路 层 协 议 和 物 理 媒 体, 例 如, 一 个 公 共 路 由 协 议 能 够 工 作 在 各 种 网 络, 如 无 线 传 感 网 络 蓝 牙 个 人 区 域 网 络 以 及 未 来 低 功 耗 Wi-Fi 网 络 之 内 和 之 间 目 前 6LoWPAN 已 进 入 标 准 化 的 中 期 阶 段, 而 ROLL 仍 处 于 草 案 阶 段 3GPP 结 合 移 动 通 信 网 研 究 M2M 的 需 求 架 构 以 及 对 无 线 接 入 的 优 化 技 术 ; 其 SA 和 RAN 分 别 针 对 网 络 架 构 核 心 网 以 及 无 线 接 入 网 开 展 了 工 作, 目 前 网 络 架 构 的 增 强 已 经 进 入 实 质 性 工 作 阶 段, 而 无 线 接 入 网 的 增 强 仍 处 于 研 究 阶 段 ZigBee 联 盟 的 Zigbee 协 议 基 于 管 理 能 力 ( 通 用 管 理 能 力 特 定 管 理 能 力 ) 应 用 层 业 务 / 应 用 支 撑 层 网 络 层 端 点 层 图 2 物 联 网 的 体 系 架 构 通 用 支 撑 能 力 终 端 能 力 4.2 智 能 电 网 的 标 准 进 展 智 能 电 网 的 标 准 推 进 主 要 来 自 于 政 府 行 业 标 准 化 开 发 组 织 和 协 会 等 几 个 方 面 的 力 量 美 国 和 欧 盟 都 通 过 法 案 将 智 能 电 网 的 建 设 作 为 重 要 战 略, 组 织 多 个 标 准 化 组 织 进 行 分 工 合 作, 极 大 地 促 进 了 智 能 电 网 的 标 准 化 工 作, 使 得 智 能 电 网 成 为 目 前 物 联 网 标 准 化 最 活 跃 和 有 成 果 的 领 域, 也 成 为 垂 直 行 业 标 准 化 的 典 范 美 国 能 源 部 于 2003 年 7 月 就 提 出 建 设 现 代 化 电 力 系 统, 以 确 保 经 济 安 全 和 促 进 电 力 系 统 自 身 的 安 全 运 行, 并 于 2007 年 12 月 通 过 了 能 源 独 立 与 安 全 法 案 2007, 确 立 了 国 家 层 面 的 电 网 现 代 化 政 策, 并 指 定 由 美 国 标 准 与 技 术 研 究 院 (NIST) 负 责 协 调 相 关 部 门 和 相 关 标 准 化 组 织 进 行 分 工 合 作 制 订 智 能 电 网 标 准 NIST 制 订 了 3 个 阶 段 的 智 能 电 网 互 操 作 计 划, 并 在 第 二 阶 段 成 立 了 智 能 电 网 互 操 作 小 组 (SGIP), 成 员 包 括 680 个 组 织 成 员 位 个 人 成 员, 主 要 包 括 电 力 企 业 电 子 产 业 提 供 商 自 动 化 和 物 联 网 应 用 组 网 能 力 传 送 能 力 特 定 支 撑 能 力 网 关 能 力 端 节 点 能 力 安 全 能 力 ( 通 用 安 全 能 力 特 定 安 全 能 力 ) Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 07 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P12

13 专 题 刘 多 物 联 网 标 准 化 进 展 端 用 户 功 能 请 求 和 响 应 本 地 发 电 和 存 储 插 入 式 电 动 汽 车 计 费 楼 内 / 家 内 能 源 管 理 自 动 化 电 网 功 能 有 效 智 能 能 源 分 配 可 再 生 的 集 中 或 分 布 发 电 图 3 智 能 电 网 的 体 系 架 构 电 器 提 供 商 标 准 化 组 织 IT 和 电 信 公 司 独 立 系 统 运 营 商 和 区 域 性 传 输 组 织 产 业 协 会 等 在 组 织 成 员 中 包 括 国 际 标 准 化 组 织 ( 如 IEC) 标 准 开 发 组 织 ( 如 IEEE IETF SAE International 等 ) 美 国 标 准 化 组 织 ( 如 ANSI 北 美 电 力 可 靠 性 公 司 等 ) NIST 于 2009 年 9 月 发 布 了 智 能 电 网 互 操 作 框 架 和 演 进 的 1.0 版 本, 并 于 2010 年 2 月 发 布 了 智 能 电 网 网 络 安 全 战 略 和 需 求, 包 括 安 全 战 略 对 逻 辑 接 口 安 全 隐 私 保 护, 以 及 对 现 有 相 关 标 准 的 分 析 目 前 已 经 发 布 的 指 南 包 括 智 能 电 网 互 操 作 框 架 和 路 线 图 草 案 版 本 1.0, 其 中 包 含 25 项 标 准 和 50 项 侯 选 标 准 欧 盟 委 员 会 (EU) 的 智 能 电 网 标 准 化 推 动 工 作 从 2009 年 3 月 颁 发 的 M441 指 令 开 始,2010 年 6 月 EU 发 布 指 令 M468, 要 求 欧 洲 各 标 准 组 织 回 顾 和 制 订 电 动 汽 车 相 关 标 准, 以 实 现 充 电 器 供 电 站 等 相 关 设 备 之 间 的 互 操 作 2011 年 3 月 EU 发 布 指 令 M490, 要 求 欧 洲 各 标 准 组 织 在 2012 年 底 之 前 制 订 推 动 高 级 智 能 电 网 业 务 应 用 的 标 准 2011 年 4 月,EU 发 布 Smart Grids: from innovation to deployment 文 件, 从 标 准 管 制 等 方 面 说 明 了 对 智 能 电 网 的 推 动 措 施 分 布 式 能 源 存 储 应 用 功 能 信 息 管 理 ( 数 据 句 法 语 义 存 储 ) 客 户 管 理 ( 签 约 账 单 ) 能 源 市 场 和 动 态 定 价 请 求 和 响 应 电 表 控 制 维 护 电 表 读 取 和 数 据 管 理 智 能 电 表 功 能 网 络 功 能 服 务 质 量 管 理 可 靠 数 据 传 送 计 量 网 络 能 源 控 制 功 能 广 域 获 知 分 配 系 统 欧 盟 为 推 动 智 能 电 网 的 标 准 化 工 作, 成 立 了 若 干 专 家 组, 主 要 的 标 准 化 机 构 包 括 ETSI CEN 和 CENELEC,ETSI 专 门 成 立 了 M2M 技 术 委 员 会, 并 完 成 了 M2M 应 用 系 统 架 构 智 能 电 网 电 表 等 标 准 除 了 上 述 的 美 国 和 欧 盟 的 强 力 推 动, 国 际 上 相 关 的 标 准 化 组 织 也 都 在 对 智 能 电 网 的 相 关 标 准 进 行 研 究, 包 括 ITU ISO Zigbee OASIS 等, ITU-T 专 门 成 立 了 智 能 电 网 焦 点 组 (SG FG), 完 成 了 5 份 技 术 报 告, 包 括 智 能 电 网 名 词 术 语 智 能 电 网 使 用 案 例 智 能 电 网 概 述 智 能 电 网 的 通 信 需 求 智 能 电 网 体 系 架 构 智 能 电 网 [2] 的 体 系 架 构 如 图 3 所 示 中 国 在 智 能 电 网 方 面 也 在 制 订 相 应 的 标 准, 包 括 国 网 信 通 公 司 和 中 国 通 信 标 准 化 协 会 (CCSA) CCSA 正 在 制 订 面 向 智 能 电 网 中 物 联 网 应 用 的 无 线 技 术 研 究 安 全 功 能 物 理 系 统 运 行 表 1 CCSA TC10 的 组 织 结 构 及 工 作 范 围 应 用 层 应 用 工 作 组 (WG2): 对 各 种 泛 在 网 业 务 的 应 用 及 业 务 应 用 中 间 件 等 内 容 进 行 研 究 及 标 准 化 监 测 和 管 理 恢 复 ( 监 控 和 数 据 采 集 ) 支 持 插 入 式 电 动 汽 车 计 费 能 力 管 理 数 据 聚 合 监 控 和 数 据 采 集 网 络 网 络 层 管 理 功 能 提 供 ( 服 务 质 量 可 获 得 性 ) 运 行 差 错 诊 断 和 恢 复 网 络 工 作 组 (WG3): 研 发 网 络 中 业 务 能 力 层 的 相 关 标 准, 负 责 现 有 网 络 的 优 化 异 构 网 络 间 的 交 互 协 同 工 作 等 方 面 的 研 究 及 标 准 化 经 过 各 界 的 努 力, 智 能 电 网 的 标 准 化 体 系 已 经 初 步 形 成, 包 括 名 词 术 语 需 求 体 系 架 构 电 力 系 统 标 准 无 线 通 信 标 准 面 向 物 联 网 的 轻 量 级 IP 标 准 互 联 互 通 标 准 等, 这 些 标 准 不 仅 为 智 能 电 网 的 实 施 做 出 了 贡 献, 也 为 物 联 网 标 准 体 系 奠 定 了 基 础 4.3 中 国 通 信 标 准 化 协 会 中 国 通 信 标 准 化 协 会 (CCSA) 于 2010 年 2 月 专 门 成 立 了 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 (TC10), 下 设 4 个 工 作 组, 对 物 联 网 的 共 性 总 体 标 准 应 用 标 准 网 络 标 准 和 感 知 延 伸 等 标 准 进 行 了 全 面 的 研 究 和 行 业 标 准 的 制 订 表 1 列 出 了 此 技 术 工 作 委 员 会 的 组 织 架 构 和 工 作 范 围 自 成 立 以 来,TC10 已 共 计 完 成 行 标 技 术 报 告 和 研 究 课 题 立 项 31 项, 内 容 涵 盖 了 物 联 网 标 准 体 系 中 的 3 个 层 次 以 及 相 关 的 总 体 架 构 和 公 共 技 术 其 中, 涉 及 总 体 架 构 和 公 共 技 术 的 立 项 6 项, 涉 及 物 联 网 应 用 层 的 立 项 16 项, 涉 及 物 联 网 网 络 层 的 立 项 4 项, 涉 及 物 联 网 感 知 延 伸 层 的 立 项 5 项 同 时 CCSA 与 智 能 交 通 标 准 工 作 组 签 订 了 合 作 协 议, 对 智 能 交 通 的 标 准 进 行 合 作 5 物 联 网 标 准 化 体 系 的 构 建 物 联 网 是 跨 行 业 跨 领 域 具 有 明 显 交 叉 学 科 特 征 面 向 应 用 的 信 息 基 础 设 施, 因 此 构 建 物 联 网 的 标 准 体 系 时, 不 仅 要 考 虑 已 有 行 业 制 订 的 标 准, 而 且 要 兼 顾 物 联 网 服 务 体 系 的 发 展 需 要 ; 要 避 免 不 同 行 业 标 准 组 织 的 重 复 制 订, 还 要 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 感 知 延 伸 层 感 知 / 延 伸 工 作 组 (WG4): 对 信 息 采 集 获 取 的 前 端 及 相 应 的 网 络 技 术 进 行 研 究 及 标 准 化 重 点 解 决 各 种 泛 在 感 知 节 点, 以 多 种 信 息 获 取 技 术 ( 包 括 传 感 器 RFID 近 距 离 通 信 等 ) 多 样 化 的 网 络 形 态 进 行 信 息 的 获 取 及 传 递 的 问 题 总 体 工 作 组 (WG1): 通 过 对 标 准 体 系 的 研 究, 重 点 负 责 泛 在 网 络 所 涉 及 的 名 词 术 语 总 体 需 求 框 架 以 及 码 号 寻 址 和 解 析 频 谱 资 源 安 全 服 务 质 量 管 理 等 方 面 的 研 究 和 标 准 化 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P13

14 物 联 网 标 准 化 进 展 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 刘 多 专 题 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 物 联 网 标 准 化 体 系 应 由 物 联 网 总 体 标 准 物 联 网 共 性 技 术 标 准 以 及 行 业 物 联 网 标 准 构 成 物 联 网 总 体 标 准 由 基 本 类 标 准 物 联 网 需 求 类 标 准 物 联 网 架 构 类 标 准 物 联 网 评 估 和 测 试 类 标 准 构 成 基 本 类 标 准 将 包 括 物 联 网 基 本 术 语 物 联 网 的 总 体 参 考 模 型 物 联 网 标 准 指 南 等 ; 物 联 网 需 求 类 标 准 包 括 物 联 网 的 总 体 技 术 要 求 物 联 网 安 全 的 总 体 技 术 要 求 物 联 网 服 务 质 量 总 体 要 求 物 联 网 标 识 和 解 析 总 体 需 求 ; 物 联 网 架 构 类 标 准 包 括 物 联 网 系 统 的 总 体 架 构 物 联 网 安 全 的 总 体 架 构 物 联 网 标 识 和 解 析 的 总 体 架 构 智 慧 城 市 总 体 架 构 等 ; 物 联 网 评 估 和 测 试 类 标 准 包 括 物 联 网 应 用 评 估 物 联 网 公 共 测 试 等 物 联 网 共 性 技 术 标 准 包 括 信 息 感 知 技 术 类 标 准 信 息 传 输 技 术 类 标 准 信 息 开 放 技 术 类 标 准 和 信 息 处 理 技 术 类 标 准, 这 些 标 准 是 用 于 不 同 行 业 物 联 网 的 共 性 技 术 标 准 物 联 网 共 性 标 准 基 于 可 重 用 于 物 联 网 应 用 的 现 有 各 类 信 息 通 信 技 术 标 准, 同 时 各 类 ICT 技 术 标 准 也 面 向 物 联 网 应 用 发 展 增 强 行 业 物 联 网 标 准 由 公 共 服 务 和 智 能 电 网 智 能 交 通 智 能 医 疗 等 垂 直 行 业 物 联 网 标 准 构 成 物 联 网 的 纵 向 模 型 分 为 感 知 层 网 络 层 应 用 层, 因 此 行 业 物 联 网 标 准 包 括 行 业 应 用 和 公 共 服 务 特 定 的 感 知 标 准 网 络 标 准 和 行 业 应 用 标 准 行 业 物 联 网 标 准 将 遵 循 物 联 网 总 体 性 标 准 和 共 性 技 术 标 准 的 要 求, 面 向 行 业 应 用 需 求, 研 制 开 发 行 业 特 有 的 技 术 产 品 和 应 用 类 标 准 6 结 束 语 物 联 网 应 用 涉 及 到 各 个 行 业 各 个 产 业, 因 此 物 联 网 的 标 准 需 要 形 成 以 需 求 方 为 主 导, 通 信 行 业 标 准 积 极 配 合 的 局 面 从 横 向 上 考 虑, 需 做 好 各 行 业 和 部 门 间 的 协 调 合 作, 保 证 各 自 标 准 相 互 衔 接, 满 足 跨 行 业 跨 地 区 的 应 用 需 求 ; 从 纵 向 上 考 虑, 确 保 网 络 架 构 层 面 的 互 联 互 通, 做 好 信 息 获 取 传 输 处 理 服 务 等 环 节 标 准 的 配 套 特 别 是 加 强 各 个 物 联 网 相 关 标 准 化 组 织 之 间 的 协 调 沟 通, 建 立 及 时 有 效 的 联 络 机 制, 使 其 明 确 各 自 定 位 和 范 围, 共 同 做 好 物 联 网 标 准 体 系 建 设 物 联 网 的 标 准 体 系 构 建 需 要 经 历 以 下 3 个 阶 段 : 阶 段 1, 着 重 行 业 应 用 和 公 共 服 务 标 准 的 制 订, 每 一 类 应 用 自 成 体 系, 其 中 包 括 行 业 本 身 的 标 准 和 本 行 业 对 通 信 技 术 的 要 求 ; 阶 段 2, 对 阶 段 1 各 类 应 用 的 标 准 进 行 收 集 分 析, 从 而 提 取 出 共 性 标 准, 尤 其 是 共 性 的 通 信 类 要 求 和 接 口 标 准 ; 阶 段 3, 用 阶 段 2 的 共 性 标 准 指 导 行 业 应 用 和 公 共 服 务 的 实 施, 并 不 断 完 善 阶 段 2 的 共 性 标 准 其 中 物 联 网 的 总 体 标 准 将 贯 穿 这 3 个 阶 段, 并 不 断 深 化 和 完 善 目 前 全 球 的 物 联 网 标 准 处 于 阶 段 2, 即 尚 处 于 收 集 应 用 实 例, 分 析 现 有 需 求 和 架 构, 提 取 共 性 需 求 能 力 和 架 构 的 阶 段 7 参 考 文 献 [1] ITU-T draft Recommendation of Y. IoT-Overview [S] [2] ITU-T SG-FG. Output Document of Smart Grid Architecture [S] 收 稿 日 期 : 作 者 简 介 刘 多, 工 业 和 信 息 化 部 电 信 研 究 院 副 院 长 教 授 级 高 级 工 程 师, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 副 秘 书 长, 中 国 通 信 标 准 化 协 会 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 主 席, 中 国 下 一 代 互 联 网 第 二 届 专 家 委 秘 书 长, 互 动 媒 体 产 业 联 盟 秘 书 长, 国 际 电 信 联 盟 标 准 局 (ITU-T) 第 13 研 究 组 (SG13) 副 主 席,ITU-T 物 联 网 全 球 标 准 化 技 术 和 战 略 工 作 组 (IoT-GSI TSR) 主 席 综 合 信 息 中 兴 通 讯 推 出 U-Government 方 案 本 刊 讯 2012 年 3 月 7 日, 在 博 茨 瓦 纳 世 界 数 字 政 府 论 坛 中, 中 兴 通 讯 对 外 发 布 其 U-Government 数 字 政 府 解 决 方 案, 中 兴 通 讯 将 采 用 现 代 化 的 信 息 通 信 技 术 网 络 通 信 技 术, 进 行 信 息 通 信 基 础 设 施 建 设 和 办 公 自 动 化 等 方 面 的 建 设, 致 力 于 助 力 政 府 及 相 关 部 门 建 设 高 速 和 高 可 靠 的 信 息 交 互 系 统, 提 高 信 息 化 水 平, 改 善 政 府 效 率, 实 现 可 持 续 发 展 随 着 各 个 国 家 在 行 业 信 息 化 和 企 业 信 息 化 领 域 的 大 力 推 进 ICT 融 合 的 进 一 步 加 速, 政 府 和 企 业 网 络 市 场 飞 速 发 展 中 兴 通 讯 作 为 全 球 化 通 信 设 备 供 应 商, 将 在 持 续 保 持 电 信 系 统 设 备 市 场 领 先 的 基 础 上, 积 极 推 进 政 府 和 企 业 网 级 市 场, 以 及 云 终 端 和 云 应 用 等 多 领 域 多 维 度 的 拓 展 作 为 领 先 的 国 际 化 通 信 企 业 网 络 通 讯 领 域 专 家, 中 兴 通 讯 是 全 球 最 早 研 究 数 字 政 府 并 应 用 于 实 践 的 方 案 提 供 厂 商 之 一, 对 数 字 政 府 领 域 有 着 深 入 的 分 析 以 及 丰 富 的 经 验 此 次 推 出 的 U-Government 综 合 解 决 方 案, 是 以 ZESCM 为 蓝 本, 采 用 最 新 的 云 计 算 技 术, 并 针 对 各 国 不 同 发 展 阶 段, 不 同 需 求 层 次 的 定 制 化 数 字 政 府 建 设 方 案 依 托 U-Government 综 合 解 决 方 案, 中 兴 通 讯 致 力 于 助 力 客 户 实 现 由 内 及 外 的 推 动 政 府 以 致 国 家 全 社 会 数 字 化 进 程 进 而 加 快 国 民 经 济 发 展, 提 升 民 众 素 质 及 其 生 活 水 平 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 09 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P14

15 专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 Issues in Large-Scale Wireless Sensor Networks 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (2012) 摘 要 : 资 源 受 限 和 环 境 干 扰 使 得 无 线 传 感 器 网 络 大 规 模 应 用 面 临 诸 多 问 题, 包 括 流 量 不 均 衡 功 能 与 需 求 失 衡 理 论 与 实 际 失 衡 等 文 章 在 分 析 这 些 问 题 的 基 础 上, 结 合 当 前 技 术 的 发 展 和 应 用 需 求, 从 传 感 器 网 络 应 用 架 构 体 系 结 构 稀 疏 网 络 部 署 下 的 数 据 传 输 及 大 规 模 传 感 器 网 络 的 仿 真 测 试 技 术 等 方 面, 给 出 了 对 大 规 模 传 感 器 应 用 的 一 些 思 考 孙 利 民 /SUN Limin 刘 伟 /LIU Wei ( 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所, 北 京 ) (Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing , China) 关 键 词 : 大 规 模 传 感 器 网 络 ; 系 统 架 构 ; 体 系 结 构 ; 移 动 数 据 收 集 ; 仿 真 与 测 试 Abstract: There are a number of issues in large-scale wireless sensor networks because of environmental interference and a scarcity of system resources. Issues include imbalances between sensing and delivering, ability and demand, and theory and practice. In this paper, recommendations are made for a network framework, system architecture, and data forwarding in sparse networks. We also give a brief introduction to simulation and testing technologies for large-scale networks. Keywords: large scale wireless sensor network; system architecture; mobile data collection; simulation and testing 线 传 感 器 网 络 是 大 量 的 静 止 或 无 移 动 的 传 感 器 以 自 组 织 和 多 跳 的 方 式 构 成 的 无 线 网 络, 其 目 的 是 协 作 地 感 知 采 集 处 理 和 传 输 网 络 覆 盖 地 理 区 域 内 感 知 对 象 的 监 测 信 息, 并 报 告 给 用 户 传 感 器 网 络 一 般 由 传 感 器 节 点 汇 聚 节 点 和 数 据 服 务 器 组 成 越 来 越 多 的 传 感 器 网 络 的 研 究 和 技 术 针 对 于 特 定 的 行 业 和 应 用 其 中, 很 多 应 用 都 需 要 进 行 大 规 模 的 部 署, 以 达 到 高 覆 盖 高 精 确 感 知 等 目 的 如 森 林 火 灾 监 测 战 场 上 敌 情 监 测 等, 成 千 上 万 枚 传 感 器 节 点 部 署 于 环 境 中, 用 于 完 成 监 测 任 务 然 而, 与 小 规 模 应 用 相 比, 大 规 模 应 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2011ZX ) 用 中 除 了 节 点 数 量 上 的 区 别 外, 还 会 产 生 节 点 管 理 困 难 资 源 使 用 不 均 衡 等 一 系 列 问 题 1 大 规 模 应 用 面 临 的 问 题 经 过 传 感 器 网 络 理 论 与 技 术 的 发 展, 虽 然 其 在 各 行 各 业 都 得 到 了 广 泛 的 应 用, 然 而 目 前 大 多 数 的 应 用 仍 然 局 限 于 小 规 模 程 度 如 在 火 山 活 [1] 动 状 况 监 测 的 应 用 中, 设 计 者 在 火 山 口 布 置 了 16 个 传 感 器 节 点, 用 来 监 测 火 山 温 度 震 动 等 信 息 ; 在 野 生 [2] 斑 马 监 测 系 统 中, 部 署 了 6~10 套 装 置 于 斑 马 颈 部, 监 测 斑 马 的 移 动 及 生 活 习 性 ; 在 大 鸭 岛 行 为 监 测 系 统 中, 部 署 了 32 个 节 点 用 于 监 测 岛 上 [3] 海 鸟 的 习 性 等 少 量 传 感 器 网 络 在 部 署 组 网 能 量 等 方 面 的 问 题 都 不 会 太 突 出, 其 要 解 决 与 处 理 的 关 注 点 与 大 规 模 应 用 不 同 因 此, 要 探 究 大 规 模 传 感 器 网 络 中 存 在 的 问 题, 要 依 靠 大 规 模 传 感 器 网 络 的 应 用 系 统 很 多 科 研 机 构 与 公 司 已 经 开 始 在 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 方 面 做 了 尝 试 如 香 港 科 技 大 学 等 单 位 在 浙 [4] 江 省 天 目 山 建 立 的 绿 野 千 传 系 统, 部 署 了 上 千 枚 节 点, 持 续 工 作 了 1 年 以 上, 用 于 监 测 森 林 环 境 的 温 度 湿 度 光 照 和 二 氧 化 碳 浓 度 等 为 了 减 少 冬 季 一 氧 化 碳 中 毒 事 故 的 发 生, 在 北 京 朝 阳 区 崔 各 庄 乡 部 署 的 一 氧 化 碳 监 测 报 警 系 统, 每 个 村 庄 有 大 约 到 个 房 间, 每 个 房 间 内 都 部 署 了 一 氧 化 碳 监 测 传 感 器 节 点, 这 些 节 点 将 室 内 的 一 氧 化 碳 浓 度 信 息 收 集 到 管 理 节 点 进 行 监 测 和 管 理 现 有 的 应 用 实 例 对 我 们 设 计 和 研 究 大 规 模 传 感 器 网 络 和 系 统 提 供 了 有 力 的 依 据 通 过 对 大 规 模 传 感 器 网 络 系 统 的 研 究, 归 纳 出 目 前 大 规 模 应 用 面 临 的 三 大 问 题 1.1 流 量 不 均 衡 在 传 感 器 网 络 中 并 不 是 每 个 节 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P15

16 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民 等 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 点 的 流 量 都 是 一 样 的, 这 主 要 由 于 传 感 器 网 络 中 数 据 汇 聚 服 务 为 主 要 业 务, 数 据 从 感 知 节 点 到 汇 聚 节 点 的 汇 聚 过 程 中, 越 靠 近 汇 聚 节 点 的 节 点 需 要 担 负 越 多 的 转 发 任 务, 使 得 越 靠 近 汇 聚 节 点 的 节 点 数 据 量 越 大, 产 生 漏 斗 流 量 效 应 流 量 的 不 均 衡 容 易 使 流 量 大 的 节 点 的 能 量 过 早 耗 尽, 影 响 整 个 网 络 的 连 通 性 和 工 作 寿 命 当 传 感 器 节 点 网 络 规 模 增 加 时, 网 络 中 的 流 量 会 成 倍 增 加, 每 个 数 据 包 经 历 的 平 均 跳 数 就 会 增 加, 使 得 中 间 的 节 点 不 得 不 耗 费 大 量 的 能 量 用 于 数 据 的 中 转, 降 低 了 能 量 的 使 用 效 率 ; 而 且 由 于 节 点 数 量 的 增 加, 路 由 维 护 成 本 也 将 相 应 增 加 1.2 需 求 与 功 能 失 衡 在 互 联 网 中, 数 据 处 理 设 备 和 数 据 传 输 设 备 往 往 有 明 显 界 限, 且 由 于 使 用 环 境 多 为 非 受 限, 其 性 能 与 功 能 容 易 做 到 匹 配 相 比 而 言 在 传 感 器 网 络 中, 节 点 既 是 信 息 采 集 设 备 又 要 起 到 中 间 路 由 作 用, 几 乎 每 个 节 点 都 需 要 完 成 感 知 传 输 计 算 的 功 能 但 是 传 感 器 节 点 往 往 是 一 个 嵌 入 式 系 统, 这 就 造 成 与 其 网 络 资 源 计 算 资 源 与 存 储 资 源 等 受 限 的 事 实 严 重 不 匹 配 由 于 传 感 器 网 络 漏 斗 流 量 特 性, 使 得 网 络 流 量 和 节 点 负 载 不 均 衡, 这 更 加 剧 了 这 种 失 衡 相 比 而 言, 后 端 系 统 由 于 不 受 能 量 的 束 缚, 其 性 能 可 以 不 受 限 制, 不 会 成 为 系 统 的 瓶 颈, 而 其 完 成 的 功 能 主 要 为 数 据 的 存 储 或 透 传, 相 对 较 单 一 在 传 感 器 网 络 中 性 能 差 的 设 备 工 作 负 载 重, 而 性 能 好 的 设 备 工 作 负 载 低, 造 成 了 需 求 与 功 能 失 衡 的 矛 盾 1.3 理 论 与 实 际 失 衡 在 无 线 传 感 器 网 络 系 统 实 际 部 署 前, 常 需 要 进 行 模 拟 仿 真 与 小 规 模 测 试 其 中 使 用 的 理 论 模 型 与 实 际 模 型 差 距 较 大 例 如 无 线 信 道 模 型, 常 用 的 理 论 模 型 为 圆 盘 模 型, 即 当 接 受 设 备 位 于 以 发 射 设 备 为 中 心, 通 信 距 离 为 半 径 的 一 个 圆 内 时, 可 正 常 通 信 然 而 在 实 际 情 况 中, 由 于 受 到 遮 挡 及 天 线 方 向 图 等 原 因, 通 信 范 围 不 可 能 是 标 准 的 圆 形, 而 是 一 个 不 规 则 的 形 [5] 状, 如 图 1 所 示 另 外 无 线 信 道 易 受 到 周 围 的 环 境 的 干 扰, 其 通 信 的 范 围 也 是 时 变 的, 造 成 对 通 信 范 围 的 评 估 产 生 困 难 目 前 仍 然 没 有 很 好 的 模 型 能 够 精 确 地 描 述 信 道 特 性 2 对 于 大 规 模 应 用 问 题 的 思 考 影 响 传 感 器 网 络 大 规 模 应 用 有 多 种 因 素 首 先 部 署 的 传 感 器 节 点 资 源 是 受 限 的 在 小 型 化 节 点 的 要 求 下 传 感 器 节 点 的 计 算 资 源 存 储 资 源 及 能 量 都 非 常 有 限 由 于 大 多 数 的 应 用 需 要 传 感 器 节 点 进 行 野 外 布 置, 为 了 灵 活 性, 电 池 成 为 首 选 能 源 电 池 有 限 的 能 量 需 满 足 传 感 器 网 络 长 期 工 作 的 任 务 为 了 延 长 电 池 的 工 作 时 间, 只 能 使 用 低 功 耗 的 处 理 器 和 通 信 方 式, 因 此 造 成 传 感 器 节 点 的 处 理 能 力 低, 通 信 范 围 和 传 输 速 率 受 限 无 线 信 号 容 易 受 到 各 种 因 素 的 干 扰, 会 造 成 无 线 链 路 的 质 量 和 网 络 拓 扑 结 构 的 变 化 由 于 大 多 数 应 用 的 传 感 器 节 点 部 署 于 不 受 控 的 环 境 中, 环 境 的 变 化 会 影 响 无 线 链 路 的 质 量 和 节 点 间 的 连 通 性, 进 而 会 改 变 网 络 的 拓 扑 结 构, 这 些 动 态 变 化 的 环 境 给 理 论 模 型 的 建 立 和 推 导 提 出 了 挑 战, 进 而 对 建 立 于 其 上 的 网 络 协 议 设 计 等 产 生 影 响 图 1 无 线 信 道 模 型 为 了 应 对 大 规 模 应 用 中 的 问 题, 本 文 从 网 络 架 构 体 系 结 构 移 动 传 感 器 网 络 3 个 方 面 来 展 开 针 对 大 规 模 应 用 实 用 化 方 面 的 思 考 2.1 应 用 相 关 的 网 络 架 构 降 低 流 量 失 衡 影 响 传 统 的 传 感 器 网 络 采 用 多 跳 单 汇 聚 节 点 的 解 决 思 路, 即 所 有 的 传 感 器 节 点 的 数 据 采 用 多 跳 的 传 输 手 段 汇 聚 到 同 一 个 汇 聚 节 点 上 这 种 架 构 的 问 题 在 于 可 扩 展 性 差 能 量 利 用 率 低 通 信 协 议 复 杂 且 容 易 造 成 漏 斗 流 量 效 应 为 了 应 对 这 些 问 题, 很 多 大 规 模 应 用 中 采 用 了 变 形 的 架 构, 如 单 跳 单 汇 聚 节 点 单 跳 多 汇 聚 节 点 多 跳 多 汇 聚 节 点 等 : dbm : -59 dbm 单 跳 单 汇 聚 节 点 模 式 中 所 有 传 感 器 节 点 与 汇 聚 节 点 的 距 离 只 有 一 跳 也 就 是 说 所 有 传 感 器 节 点 与 汇 聚 节 点 进 行 直 接 通 信 这 种 模 式 适 用 于 网 络 覆 盖 范 围 不 是 很 大, 所 有 节 点 都 在 一 跳 通 信 范 围 距 离 之 内 的 情 况 目 前 很 多 应 用 使 用 的 此 种 架 构, 如 智 能 家 居 Wi-Fi 网 络 等 单 跳 多 汇 聚 节 点 模 式 中 有 多 个 汇 聚 节 点, 每 个 节 点 到 汇 聚 节 点 之 间 的 距 离 是 一 跳, 即 每 个 节 点 只 要 与 任 一 个 汇 聚 节 点 通 信 上 即 可 实 现 网 络 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 11 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P16

17 专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 的 连 通 性 这 些 汇 聚 节 点 将 收 集 到 的 数 据 汇 聚 到 同 一 组 数 据 服 务 器 上 进 行 存 储 与 处 理 本 架 构 适 用 于 不 同 区 域 且 相 距 较 远 的 场 景 下 的 数 据 收 集 应 用 层 传 送 层 网 络 层 链 路 层 在 大 范 围 的 网 络 中, 无 法 使 用 单 跳 的 方 式 进 行 部 署, 此 时 不 得 不 采 用 多 跳 多 汇 聚 节 点 的 网 络 架 构 汇 聚 节 点 之 间 一 般 可 通 过 有 线 网 络 或 其 他 网 络 进 行 互 联, 并 将 数 据 通 过 同 一 个 后 端 服 务 器 针 对 特 定 应 用, 选 择 合 适 的 网 络 架 构 可 以 降 低 网 络 协 议 设 计 的 复 杂 度, 增 加 系 统 的 可 靠 性, 并 解 决 数 据 流 量 不 均 衡 和 能 量 使 用 效 率 的 问 题 2.2 标 准 化 的 体 系 结 构 降 低 网 络 管 理 难 度 SPIN Broadcast Storm Tiny OSOG 图 2 经 典 传 感 器 网 络 协 议 WooMAC GAF S-MAC Aloha PS PSFQ 随 着 传 感 器 节 点 数 量 的 增 加, 原 有 的 体 系 结 构 不 适 于 大 规 模 网 络 节 点 的 管 理 传 统 的 传 感 器 节 点 硬 件 资 源 受 到 限 制, 为 了 更 高 效 地 进 行 数 据 处 理, 放 弃 了 分 层 的 思 想 而 使 用 跨 [6] 层 设 计, 图 2 所 示 为 近 10 年 内 经 典 GDI CODA MintRoute T-MAC RMST B-MAC Multihop LQI Fusion Deluge FPS WiseMAC 的 传 感 器 网 络 协 议, 多 数 协 议 采 用 了 跨 层 的 设 计 思 想 ; 大 多 数 协 议 使 用 了 局 部 算 法 ; 由 于 传 感 器 网 络 的 操 作 大 多 集 中 于 分 发 和 汇 聚 操 作, 因 此 大 多 数 的 协 议 没 有 为 每 个 节 点 进 行 地 址 [7] 标 识 在 传 统 传 感 器 网 络 体 系 结 构 上 对 节 点 进 行 管 理 变 得 较 为 困 难 然 而 经 过 10 年 技 术 的 发 展, 传 感 器 的 硬 件 性 能 得 到 了 较 大 的 提 升, 处 理 能 力 也 大 幅 提 升, 针 对 单 个 节 点 进 行 查 询 控 制 操 作 需 求 的 应 用 的 出 现 及 传 感 器 节 点 的 任 务 更 加 复 杂, 改 变 了 原 有 设 计 的 观 点 和 准 则, 使 得 应 该 考 虑 更 加 层 次 化 可 复 用 性 高 易 于 寻 址 与 路 由 便 于 自 配 置 与 自 管 理 的 网 络 体 系 结 构 在 现 有 技 术 中,IPv6 是 [8] 较 好 的 解 决 思 路 之 一 通 过 修 改 媒 体 访 问 控 制 (MAC) 协 议 和 增 加 6LoWPAN 适 配 层 可 实 现 将 IPv6 应 用 于 传 感 器 网 络 中 SP Drip Drain BVR Redwoods North Sea SCP-MAC PEDAMACS 工 业 界 针 对 6LoWPAN 的 应 用 和 发 展, 制 订 了 不 同 场 景 下 的 路 由 要 求, 如 针 对 城 市 环 境 和 工 业 场 景 等 从 国 家 战 略 层 面 上 对 6LoWPAN 也 在 X-MAC Flush Golden Gate Bridge 1999 年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 Volcano CTP S4 Dip 进 行 大 力 支 持, 如 2010 年 工 业 与 信 息 化 部 发 布 的 国 家 科 技 重 大 专 项 中 (03 专 项 ), 发 布 了 基 于 IPv6 的 无 线 传 感 网 的 网 络 协 议 研 发 及 验 证 基 于 IPv6 的 无 线 传 感 器 网 络 协 议 一 致 性 测 试 方 法 研 究 及 仪 表 研 发 两 个 专 项 子 课 题 2.3 引 入 和 利 用 移 动 性 优 化 网 络 性 能 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 中, 往 往 没 有 固 定 的 网 络 基 础 设 施 如 战 场 监 测 边 境 监 测 森 林 监 测 等, 网 络 覆 盖 范 围 大, 但 是 节 点 密 度 稀 疏, 网 络 往 往 是 分 离 的, 因 此 不 能 保 证 提 供 持 续 稳 定 的 连 接, 此 时 传 统 的 网 络 架 构 及 形 式 将 不 能 满 足 需 求 在 这 种 情 形 下, 通 过 汇 聚 节 点 的 移 动 对 各 个 节 点 信 息 的 收 集 是 一 个 较 好 的 选 择 在 汇 聚 节 点 自 身 移 动, 或 者 人 动 物 直 升 机 等 携 带 移 动 的 过 程 中, 当 到 达 某 一 个 节 点 的 通 信 范 围 内 时, 传 感 器 节 点 将 其 收 集 到 的 信 息 发 送 给 汇 聚 节 点, 由 汇 聚 节 点 携 带 信 息 回 后 端 系 统 通 过 汇 聚 节 点 的 移 动, 使 得 网 络 不 需 要 全 连 通, 大 大 减 少 节 点 的 部 署 密 度, 避 免 了 漏 斗 流 量 效 应 的 问 题 造 成 的 后 果 是 数 据 延 时 较 大, 因 此 适 用 于 对 网 络 延 时 要 求 不 高 的 应 用 目 前 的 一 个 研 究 热 点 移 动 容 迟 网 络 (DTN) 属 于 这 种 网 络 形 式 以 我 们 团 队 设 计 实 现 的 感 知 城 市 信 息 收 集 系 统 为 例 城 市 中 部 署 有 各 种 类 型 的 传 感 器 节 点, 这 些 节 点 周 期 性 地 或 基 于 事 件 触 发 地 收 集 周 围 环 境 的 信 息, 如 车 祸 等 突 发 事 件 交 通 流 量 信 息 环 境 噪 音 信 息 环 境 污 染 情 况 等, 城 市 公 交 车 及 出 租 车 中 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P17

18 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 孙 利 民 等 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 真 实 度 安 装 有 移 动 汇 聚 节 点, 利 用 行 驶 的 公 交 车 或 出 租 车 将 传 感 器 节 点 采 集 到 的 数 据 收 集 回 服 务 器, 并 将 其 通 过 因 特 网 发 布, 使 用 者 可 通 过 浏 览 器 智 能 手 机 PDA 等 设 备 查 看 这 些 数 据 由 于 城 市 范 围 太 广, 部 署 的 传 感 器 节 点 无 法 达 到 全 连 通 的 网 络 状 态, 而 公 交 车 及 出 租 车 又 遍 及 城 市, 因 此, 利 用 了 车 载 移 动 汇 聚 节 点 成 功 实 现 了 感 知 数 据 的 收 集 2.4 强 化 网 络 测 试 评 估 能 力 完 善 理 论 模 型 实 际 场 地 部 署 测 试 床 仿 真 图 3 传 感 器 网 络 开 发 阶 段 传 感 器 网 络 通 常 部 署 在 复 杂 环 境 中, 环 境 中 多 种 因 素 的 干 扰 和 节 点 失 效 等 可 能 造 成 节 点 间 无 线 链 路 与 网 络 拓 扑 动 态 变 化, 准 确 测 量 与 评 估 网 络 性 能 非 常 困 难, 因 此, 需 要 在 部 署 前 仿 真 大 规 模 传 感 器 网 络 的 行 为, 及 时 发 现 网 络 故 障 和 优 化 网 络 配 置 传 感 器 网 络 系 统 的 研 发 过 程 划 [9] 分 为 3 个 阶 段 : 首 先, 在 系 统 研 发 初 期 对 网 络 系 统 进 行 小 规 模 的 模 拟 仿 真, 验 证 协 议 算 法 和 系 统 的 可 行 性 然 后 把 协 议 算 法 等 移 植 到 实 际 的 小 规 模 测 试 床 上, 进 行 小 规 模 实 物 测 试 和 评 估 最 后 在 实 际 场 景 中 进 行 部 署, 进 入 ( 试 ) 运 行 阶 段 如 图 3 所 示, 其 中, 横 轴 代 表 节 点 规 模, 纵 轴 代 表 真 实 度 ( 即 实 验 环 境 与 实 际 部 署 环 境 的 差 异 程 度 ),3 个 条 块 代 表 3 个 研 发 阶 段 仿 真 范 围 大 规 模 应 用 中 需 要 更 为 精 细 与 实 际 更 为 贴 近 的 理 论 模 型 与 实 验 仿 真 手 段 要 获 取 准 确 的 理 论 模 型, 需 要 有 配 套 的 测 试 手 段, 因 此 研 究 传 感 器 网 络 测 试 平 台 与 工 具 具 有 重 要 的 现 实 意 义 传 感 器 网 络 的 测 试 贯 穿 在 科 研 标 准 化 网 络 规 划 建 设 运 维 优 化 等 阶 段, 是 科 学 研 究 的 重 要 数 据 来 源, 是 商 业 化 大 规 模 应 用 的 重 要 保 障 但 是 传 感 器 网 络 的 测 试 不 同 于 传 统 网 络, 其 在 测 试 需 求 测 试 内 容 测 试 方 法 测 试 工 具 等 诸 多 方 面 有 明 显 差 异 传 感 器 网 络 的 测 试 困 难, 因 为 恶 劣 的 运 行 环 境 受 限 的 资 源 和 复 杂 多 样 的 应 用 使 得 传 感 器 网 络 测 试 极 为 困 难, 且 与 节 点 设 计 组 网 协 议 信 息 处 理 和 系 统 应 用 等 技 术 环 节 有 着 密 切 的 联 系 应 用 目 标 节 点 规 模 / 个 传 感 器 网 络 测 试 的 难 点 主 要 体 现 为 : 在 传 感 器 网 络 的 测 量 评 估 行 为 中, 为 了 获 得 网 络 的 内 部 状 态 信 息, 总 是 需 要 执 行 额 外 的 计 算 任 务 传 输 额 外 的 测 量 所 需 要 的 信 息 抽 象 而 言, 任 何 一 种 测 量 行 为 均 会 在 一 定 程 度 上 影 响 被 测 对 象 的 自 身 状 态, 即 所 谓 的 海 森 堡 (Heisenberg) 测 不 准 现 象, 这 是 网 络 测 量 研 究 中 得 共 性 和 基 础 的 关 键 问 题 具 体 到 传 感 器 网 络 测 试 而 言, 测 试 行 为 本 身 对 传 感 器 网 络 自 身 运 行 存 在 打 扰, 资 源 受 限 的 传 感 器 网 络 使 得 该 矛 盾 尤 为 突 出 降 低 或 避 免 测 试 行 为 对 传 感 器 网 络 自 身 运 行 的 影 响 高 精 度 获 取 网 络 测 试 数 据 是 传 感 器 网 络 测 试 的 关 键 针 对 上 述 问 题 我 们 团 队 研 制 了 零 打 扰 传 感 器 网 络 测 试 平 台 (HINT), 并 已 成 功 应 用 于 多 所 高 校 及 研 究 所 等 HINT [10] 测 试 平 台 是 基 于 内 部 侦 听 测 试 技 术 研 发 的 一 类 传 感 器 网 络 测 试 平 台, 对 于 传 感 器 节 点 及 节 点 上 的 应 用 软 件 具 有 透 明 性, 节 点 本 身 无 法 察 觉 测 试 平 台 的 存 在, 节 点 的 软 件 也 无 需 增 加 任 何 用 于 测 试 目 的 的 辅 助 代 码 ;HINT 测 试 平 台 通 过 额 外 的 高 精 度 测 试 设 备 捕 获 传 感 器 节 点 内 部 芯 片 的 互 连 信 号 来 产 生 测 试 数 据, 测 试 数 据 经 由 额 外 的 传 输 网 络 收 集 并 集 中 分 析 处 理, 从 而 避 免 对 传 感 器 节 点 的 资 源 占 用, 满 足 高 精 度 和 零 打 扰 的 测 试 需 求 HINT 可 实 现 远 程 编 程 信 号 分 析 分 组 分 析 行 为 回 放 数 据 管 理 和 性 能 评 估 等 功 能 3 结 束 语 随 着 传 感 器 网 络 技 术 的 成 熟, 越 来 越 多 的 应 用 趋 向 于 大 规 模 化 与 小 规 模 应 用 相 比, 大 规 模 化 的 传 感 器 网 络 向 我 们 提 出 了 更 为 尖 锐 的 挑 战 本 文 在 现 有 大 规 模 应 用 的 基 础 上, 归 纳 并 分 析 了 目 前 传 感 器 网 络 流 量 不 均 衡 需 求 与 规 模 失 衡 理 论 与 模 型 失 衡 的 三 大 问 题, 并 基 于 这 些 特 点 对 当 前 现 有 的 网 络 架 构 体 系 结 构 及 移 动 网 络 方 面 进 行 了 分 析 和 思 考, 针 对 传 感 器 网 络 的 测 试 和 仿 真 工 具 的 重 要 性 进 行 了 论 述 和 分 析 4 参 考 文 献 [1] ZHANG P, SADLER C M, LYON S A, et al. Hardware design experiences in ZebraNet [C]//Proceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems (SenSys 04), Nov 3-5,2004, Baltimore, MD, USA. New York, NY, USA: Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 13 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P18

19 专 题 孙 利 民 等 对 大 规 模 传 感 器 网 络 应 用 面 临 问 题 的 思 考 ACM, 2004: [2] WERNER-ALLEN G, LORINCZ K, RUIZ M, et al. Deploying a wireless sensor network on an active volcano [J]. IEEE Internet Computing, 2006,10(2): [3] MAINWARING A, POLASTRE J, SZEWCZYK R, et al. Wireless sensor networks for habitat monitoring [C]//Proceedings of the 1st ACM International Workshop on Wireless Sensor Networks and Applications (WSNA 02), Sep 28, 2002, Atlanta, GA, USA. New York, NY, USA: ACM, 2002: [4] IOT center of TNLIST [EB/OL]. [ ]. [5] ZHOU G, HE T, KRISHNAMURTHY S, et al. Models and solutions for radio irregularity in wireless sensor networks [J]. ACM Transactions on Sensor Networks, 2006, 2(2): [6] CULLER D. The Internet of every thing -- Steps toward sustainability [C]//Proceedings of the 5th China Wireless Sensor Network Conference (CWSN 11), Sep 26-27,2011, Beijing, China [7] ESTRIN D, GOVINDAN R, HEIDEMANN J S, et al. Next century challenges: Scalable coordination in sensor networks [C]// Proceedings of the 5th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MOBICOM 99), Aug 15-19, 1999, Seattle, WA, USA. New York, NY,USA:ACM, 1999: [8] HUI J W, CULLER D E. IP is dead, long live IP for wireless sensor networks [C]// Proceedings of the 6th ACM Conference on Embedded Network Sensor Systems (SenSys '08), Nov 5-7, 2008,Raleigh, NC, USA. New York, NY, USA:ACM, 2008: [9] WOEHRLE M, PLESSL C, BEUTEL J, et al. Increasing the reliability of wireless sensor networks with a distributed testing framework [C]//Proceedings of the 4th Workshop on Embedded Networked Sensors(EmNets 07), Jun 25-26,2007, Cork, Ireland. New York, NY, USA: ACM, 2007: [10] WEI Huangfu, SUN Limin, LIU Jiangchuan. A high-accuracy nonintrusive networking tested for wireless sensor networks [J]. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2010(2): ID 收 稿 日 期 : 作 者 简 介 孙 利 民, 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所 研 究 员 博 士 生 导 师, 中 国 计 算 机 学 会 高 级 会 员, 计 算 机 学 会 传 感 器 网 络 专 业 委 员 会 副 主 任, 计 算 机 学 会 互 联 网 专 业 委 员 会 委 员, 中 关 村 物 联 网 产 业 联 盟 副 理 事 长, 国 家 物 联 网 基 础 标 准 工 作 组 成 员 ; 主 要 研 究 方 向 为 无 线 传 感 器 网 络 车 载 网 和 容 迟 网 络 ; 主 持 和 参 与 国 家 级 项 目 10 余 项 ; 已 发 表 论 文 100 余 篇, 出 版 学 术 著 作 3 部, 获 得 或 申 请 国 家 专 利 30 余 项 刘 伟, 中 国 科 学 院 信 息 工 程 研 究 所 在 读 博 士 研 究 生 ; 主 要 研 究 方 向 为 无 线 自 组 织 网 络 物 联 网 上 接 第 4 页 岛 融 合 成 为 一 个 统 一 的 平 台, 统 一 了 门 户, 统 一 了 用 户 的 身 份, 实 现 了 全 校 资 源 服 务 和 用 户 的 融 合 共 享 ; 采 用 云 计 算 和 新 一 代 信 息 技 术 使 校 园 服 务 逐 步 实 现 智 慧 化 将 人 才 培 养 科 学 研 究 服 务 社 会 融 为 一 体 需 要 融 合 需 要 创 新 需 要 共 享, 这 是 物 联 网 的 方 向 还 有 一 个 是 面 向 服 务 面 向 应 用, 而 云 计 算 就 是 基 础 相 信, 我 们 会 继 续 为 物 联 网 时 代 做 出 更 多 有 意 义 的 成 果 在 后 互 联 网 时 代 的 国 家 物 联 网 产 业 化 发 展 和 技 术 应 用 策 略 中 应 当 高 度 重 视 泛 在 无 线 通 信 技 术 的 研 发, 并 加 快 推 进 与 物 联 网 产 业 化 应 用 的 深 度 融 合, 以 新 兴 信 息 服 务 业 为 龙 头 优 先 发 展 基 于 网 络 的 新 兴 智 慧 服 务 产 业, 以 社 会 发 展 的 服 务 需 求 为 导 向 发 展 物 联 网 物 联 网 不 仅 需 要 技 术 革 命, 它 更 是 牵 涉 到 新 兴 经 济 领 域 各 个 行 业 各 个 产 业 的 发 展, 需 要 多 种 力 量 的 整 合 这 就 需 要 国 家 的 新 兴 经 济 产 业 政 策 和 立 法 上 要 走 在 前 面, 要 制 订 出 适 合 新 兴 产 业 革 命 和 发 展 的 政 策 与 法 规, 保 证 新 兴 经 济 的 正 常 发 展 对 于 物 联 网 时 代 的 新 兴 产 业 和 经 济 发 展, 必 须 要 有 政 府 的 政 策 支 持, 必 须 要 有 专 门 人 员 和 专 门 机 构 来 研 究 和 协 调, 这 样 物 联 网 才 能 真 正 带 动 新 兴 经 济 的 发 展 而 大 有 作 为 5 参 考 文 献 [1] ITU Internet Reports 2005: The Internet of things [R]. ITU, [2] GIUSTO D, IERA A, MORABITO G, et al. The Internet of things [M]. New York, NY, USA: Springer, [3] 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 于 铨. 物 联 网 的 技 术 思 想 与 应 用 策 略 研 究 [J]. 通 信 学 报, 2010,31(11) 1-8. [4] 朱 洪 波, 杨 龙 祥, 朱 琦. 物 联 网 技 术 进 展 与 应 用 [J]. 南 京 邮 电 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版, 2011, 31 (1): 1-7. [5] 朱 晓 荣, 孙 君, 齐 丽 娜, 等. 物 联 网 [M]. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社, [6] 沈 苏 彬, 范 曲 立, 宗 平, 等. 物 联 网 的 体 系 结 构 与 相 关 技 术 研 究 [J]. 南 京 邮 电 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版,2009, 29(6):1-11. [7] 马 凯, 庄 奕 琪, 程 雪 梅. 蓝 牙 无 线 信 道 建 模 及 系 统 仿 真 [J]. 移 动 通 信, 2004,(S3): 1-5. [8] 戴 迎. 蓝 牙 室 内 信 道 模 型 与 同 频 干 扰 研 究 [J]. 计 算 机 工 程 与 应 用, 2008,(05): [9] 李 扬. Wi-Fi 技 术 原 理 及 应 用 研 究 [J]. 科 技 信 息, 2010,06(1): [10] 季 晓 澎. IEEE n 关 键 技 术 研 究 [D]. 北 京 邮 电 大 学, [11] 关 健. 无 线 个 人 区 域 网 ZigBee 与 Wi-Fi 的 干 扰 分 析 [D]. 北 京 : 北 京 邮 电 大 学, [12] 赵 忠 华, 皇 甫 伟, 孙 利 民, 等. 无 线 传 感 器 网 络 管 理 技 术 [J]. 计 算 机 科 学, 2011,01(01): [13] 胡 湘 华. 无 线 传 感 器 网 络 节 点 调 度 方 法 研 究 [D]. 国 防 科 学 技 术 大 学, [14] Internet of things An action plan for Europe [R]. Commission of the European Communities, 收 稿 日 期 : 作 者 简 介 朱 洪 波, 南 京 邮 电 大 学 副 校 长 教 授 博 士 生 导 师, 南 京 邮 电 大 学 物 联 网 研 究 院 院 长 物 联 网 科 技 园 董 事 长 兼 首 席 科 学 家, 江 苏 省 重 点 学 科 通 信 与 信 息 系 统 博 士 点 学 科 带 头 人, 江 苏 省 无 线 通 信 重 点 实 验 室 主 任, 教 育 部 泛 在 无 线 通 信 与 传 感 网 技 术 重 点 实 验 室 常 务 副 主 任, 国 际 电 信 联 盟 无 线 电 通 信 局 (ITU-R) 第 三 研 究 组 (SG3) 副 主 席, 中 国 电 子 学 会 学 术 工 作 委 员 会 副 主 任 物 联 网 专 家 委 员 会 副 主 任, 中 国 通 信 学 会 无 线 电 应 用 与 管 理 委 员 会 副 主 任, 科 技 部 国 家 973 计 划 信 息 学 科 领 域 专 家 组 成 员, 国 家 自 然 科 学 基 金 通 信 学 科 评 审 专 家 组 成 员, 工 信 部 国 家 科 技 重 大 专 项 评 审 专 家 组 成 员, 研 究 方 向 为 移 动 通 信 与 宽 带 无 线 技 术 泛 在 无 线 通 信 与 物 联 网 技 术 电 波 传 播 与 电 磁 兼 容 等 杨 龙 祥, 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 教 授 博 士 生 导 师 副 院 长, 通 信 技 术 研 究 所 所 长, 江 苏 省 无 线 通 信 重 点 实 验 室 副 主 任, 研 究 方 向 为 宽 带 无 线 通 信 未 来 移 动 通 信 系 统 协 作 通 信 和 网 络 编 码 朱 琦, 南 京 邮 电 大 学 通 信 与 信 息 工 程 学 院 教 授 博 士 生 导 师, 研 究 方 向 为 移 动 通 信 与 无 线 技 术 中 兴 通 讯 技 术 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 Apr Vol.18 No.2 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P19

20 物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 叶 云 ZTE TECHNOLOGY JOURNAL 专 题 物 联 网 的 应 用 前 景 和 解 决 方 案 Prospects and Solutions for the Internet of Things 中 图 分 类 号 :TN929.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (2012) 摘 要 : 文 章 认 为 要 实 现 物 联 网 规 模 化 发 展, 产 业 链 的 横 向 整 合 行 业 应 用 的 纵 向 深 入 是 关 键 电 信 运 营 商 作 为 物 联 网 的 重 要 推 动 者, 在 横 向 整 合 方 面, 应 以 建 设 社 会 公 共 物 联 网 基 础 架 构 为 目 标, 并 通 过 物 联 网 智 能 管 道 能 力 开 放 提 供 附 加 增 值 服 务 ; 在 纵 向 深 入 方 面, 应 以 新 技 术 变 革 政 府 示 范 项 目 商 业 模 式 创 新 为 契 机, 以 个 人 / 家 庭 业 务 为 发 展 重 点, 同 时 致 力 于 打 造 物 联 网 开 放 生 态 环 境, 实 现 行 业 应 用 的 长 尾 聚 合 基 于 上 述 思 路, 文 章 提 出 了 服 务 运 营 商 的 端 到 端 物 联 网 解 决 方 案 关 键 词 : 物 联 网 ; 物 联 网 支 撑 平 台 ; 智 能 管 道 ; 开 放 生 态 环 境 ; 智 能 家 居 ; 健 康 保 健 Abstract: To scale the development of the Internet of things (IoT), converging the industrial chain is necessary. Operators need to construct public IoT infrastructure and provide value-added services by opening IoT smart pipes. To open up the IoT environment and long-tail industrial applications, chances have to be taken with new technology, government projects, and business models. The focus should also be on individual and family services. We propose IoT E2E solutions for operators. Keywords: IoT; IoT support platform; smart pipe; opening environment; intelligence home; health care 联 网 的 发 展 潮 流 代 表 了 社 会 信 物 息 化 的 发 展 方 向, 存 在 着 客 观 的 发 展 需 求 长 期 以 来, 通 信 产 业 的 发 展 目 标 一 直 是 实 现 人 与 人 之 间 无 缝 的 联 系 和 沟 通 这 一 目 标 已 经 较 好 实 现, 但 未 来 发 展 空 间 有 限 2009 年 以 来, 以 物 联 网 智 慧 地 球 为 代 表 的 信 息 化 发 展 理 念 在 全 球 范 围 内 出 现, 标 志 着 社 会 信 息 化 逐 步 从 人 与 人 向 人 与 物 物 与 物 方 向 发 展, 为 [1] 通 信 产 业 未 来 的 发 展 指 明 了 方 向 在 全 球 范 围 内, 运 营 商 成 为 物 联 网 发 展 的 重 要 推 动 者 人 们 期 望 其 在 物 联 网 的 发 展 中 获 得 巨 大 利 益 的 同 时 带 领 整 个 通 信 产 业 迈 向 更 加 广 阔 的 空 间 这 一 方 面 是 由 于 传 统 通 信 业 务 的 饱 和, 运 营 商 迫 切 需 要 寻 找 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2010ZX ) 新 的 蓝 海 ; 另 一 方 面 也 期 望 通 过 物 联 网 业 务 进 一 步 拓 展 粘 滞 度 高 的 行 业 用 户, 获 得 持 续 稳 定 收 入 来 源 在 物 联 网 发 展 的 过 程 中, 运 营 商 除 了 为 物 联 网 提 供 基 础 承 载 网 络 之 外, 还 希 望 借 助 物 联 网, 深 入 到 各 行 各 业 的 应 用 中, 提 供 物 联 网 专 业 服 务, 扩 大 自 身 生 存 空 间 1 物 理 层 实 现 规 模 化 发 展 面 临 的 挑 战 及 应 对 策 略 物 联 网 的 发 展 将 经 历 应 用 示 范 期 规 模 成 长 期 全 面 发 展 期 3 个 阶 段 经 过 多 年 的 努 力 和 尝 试, 全 球 物 联 网 当 前 正 处 在 规 模 发 展 的 前 夜 物 联 网 突 破 瓶 颈 实 现 规 模 化 发 展, [2] 面 临 三 大 挑 战 : (1) 横 向 欠 缺 整 合 面 对 复 杂 的 物 联 网 产 业 链, 缺 乏 社 会 公 共 的 物 联 叶 云 /YE Yun ( 中 兴 通 讯 股 份 有 限 公 司, 广 东 深 圳 ) (ZTE Corporation, Shenzhen , China) 网 基 础 架 构 整 合 众 多 厂 家 形 成 的 物 联 网 产 业 联 盟 联 系 松 散, 缺 乏 有 效 的 价 值 链 分 工 这 一 现 状 导 致 单 一 厂 商 被 迫 考 虑 物 联 网 应 用 方 案 端 到 端 的 各 个 环 节, 资 源 投 入 大 见 效 慢, 提 高 了 整 个 社 会 的 物 联 网 建 设 成 本 同 时 导 致 厂 商 自 身 资 源 投 入 分 散, 难 以 聚 焦 资 源 实 现 应 用 深 化, 导 致 物 联 网 应 用 肤 浅, 无 法 满 足 最 终 客 户 复 杂 的 实 际 需 求 (2) 纵 向 亟 待 深 入 首 先, 物 联 网 面 对 的 行 业 众 多 且 分 散, 部 署 环 境 应 用 场 景 本 身 存 在 巨 大 差 异 ; 其 次, 部 分 行 业 控 制 力 较 强, 工 业 级 环 境 要 求 严 格, 客 观 或 人 为 存 在 着 行 业 壁 垒 ; 此 外, 行 业 难 以 规 模 化, 一 些 行 业 物 联 网 应 用 改 造 成 本 高 企, 而 新 的 商 业 模 式 匮 乏 这 些 均 阻 碍 着 物 联 网 行 业 应 用 的 深 化, 以 及 跨 行 业 主 导 厂 商 的 培 育 和 发 展 (3) 基 础 网 络 需 要 优 化 伴 随 物 联 网 进 一 步 的 发 展 和 规 模 化, 其 对 通 信 网 络 产 生 巨 大 压 力, 并 且 产 生 地 址 安 全 服 务 质 量 (QoS) 等 一 系 列 的 新 问 题, 需 要 对 整 个 基 础 网 络 进 行 针 对 性 优 化 其 中, 既 需 要 通 盘 考 虑 规 划 通 信 网 络 的 长 期 演 进, 并 进 行 相 应 的 标 准 化 工 作, 也 需 要 从 现 实 的 网 络 升 级 需 求 出 发, 逐 步 探 索 物 联 网 基 础 网 络 优 化 的 途 径 下 面 分 别 就 应 对 这 些 挑 战 的 方 Apr 2012 Vol.18 No 年 4 月 第 18 卷 第 2 期 中 兴 通 讯 技 术 15 D:\MAG\ /VOL17\EDITOR.VFT 1PPS/P20