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物 联 网 技 术 与 实 践 作 者 : 华 清 远 见 第 1 章 物 联 网 综 述 本 章 简 介 随 着 国 内 互 联 网 的 发 展, 物 联 网 相 关 概 念 也 随 之 进 入 了 人 们 的 视 线 所 谓 物 联 网 是 指 把 所 有 物 品 通 过 射 频 识 别 等 信 息 传 感 设 备 与 互 联 网 连 接 起 来, 从 而 实 现 智 能 化 识 别 和 管 理, 是 继 计 算 机 互 联 网 和 移 动 通 信 之 后 的 又 一 次 信 息 产 业 的 革 命 性 发 展 以 信 息 感 知 为 特 征 的 物 联 网 被 称 为 世 界 信 息 产 业 的 第 三 次 浪 潮, 在 人 类 生 活 和 生 产 服 务 中 具 有 更 加 广 阔 的 应 用 前 景 物 联 网 已 经 成 为 我 国 的 战 略 性 新 兴 产 业 本 章 主 要 对 物 联 网 进 行 基 本 的 介 绍, 包 括 物 联 网 的 基 本 概 念 发 展 历 史 体 系 架 构 与 物 联 网 相 关 的 几 个 方 面 及 物 联 网 的 发 展 与 应 用

1.1 物 联 网 的 定 义 1.1.1 通 用 定 义 物 联 网 (Internet of Things,IOT; 也 称 为 Web of Things) 是 指 通 过 各 种 信 息 传 感 设 备, 如 传 感 器 射 频 识 别 (RFID) 技 术 全 球 定 位 系 统 红 外 感 应 器 激 光 扫 描 器 气 体 感 应 器 等 各 种 装 置 与 技 术, 实 时 对 任 何 需 要 监 控 连 接 互 动 的 物 体 或 过 程, 采 集 其 声 光 热 电 力 学 化 学 生 物 位 置 等 各 种 需 要 的 信 息, 与 互 联 网 结 合 形 成 的 一 个 巨 大 网 络 其 目 的 是 实 现 物 与 物 物 与 人, 所 有 的 物 品 与 网 络 的 连 接, 方 便 识 别 管 理 和 控 制 1.1.2 中 国 式 定 义 在 中 国, 物 联 网 通 常 指 的 是 将 无 处 不 在 的 末 端 设 备 (Devices) 和 设 施 (Facilities), 包 括 具 备 内 在 智 能 的 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 (Enabled), 如 贴 上 RFID 的 各 种 资 产 (Assets) 携 带 无 线 终 端 的 个 人 与 车 辆 等 智 能 化 物 件 或 智 能 尘 埃 (Mote), 通 过 各 种 无 线 和 有 线 的 长 距 离 或 短 距 离 通 信 网 络 实 现 互 联 互 通 (M2M) 应 用 大 集 成 (Grand Integration), 以 及 基 于 云 计 算 的 SaaS 营 运 等 模 式, 在 内 网 (Intranet) 专 网 (Extranet) 和 互 联 网 (Internet) 环 境 下, 采 用 适 当 的 信 息 安 全 保 障 机 制, 提 供 安 全 可 控 乃 至 个 性 化 的 实 时 在 线 监 测 定 位 追 溯 报 警 联 动 调 度 指 挥 预 案 管 理 远 程 控 制 安 全 防 范 远 程 维 保 在 线 升 级 统 计 报 表 决 策 支 持 领 导 桌 面 等 管 理 和 服 务 功 能, 实 现 对 万 物 的 高 效 节 能 安 全 环 保 的 管 控 营 一 体 化 1.1.3 欧 盟 的 定 义 2009 年 9 月, 在 北 京 举 办 的 物 联 网 与 企 业 环 境 中 欧 研 讨 会 上, 欧 盟 委 员 会 信 息 和 社 会 媒 体 司 RFID 部 门 负 责 人 Lorent Ferderix 博 士 给 出 了 欧 盟 对 物 联 网 的 定 义 : 物 联 网 是 一 个 动 态 的 全 球 网 络 基 础 设 施, 它 具 有 基 于 标 准 和 互 操 作 通 信 协 议 的 自 组 织 能 力, 其 中 物 理 的 和 虚 拟 的 物 具 有 身 份 标 识 物 理 属 性 虚 拟 特 性 和 智 能 的 接 口, 并 与 信 息 网 络 无 缝 整 合 物 联 网 将 与 媒 体 互 联 网 服 务 互 联 网 和 企 业 互 联 网 一 道 构 成 未 来 的 互 联 网 1.2 物 联 网 的 发 展 历 史 物 联 网 的 实 践 最 早 可 以 追 溯 到 1990 年 施 乐 公 司 的 网 络 可 乐 贩 售 机 (Networked Coke Machine) 1999 年, 在 美 国 召 开 的 移 动 计 算 和 网 络 国 际 会 议 首 先 提 出 了 物 联 网 (Internet of Things) 这 个 概 念 ; 它 是 1999 年 由 麻 省 理 工 学 院 Auto-ID 中 心 的 Ashton 教 授 在 研 究 RFID 时 最 早 提 出 来 的 Ashton 教 授 提 出 了 结 合 物 品 编 码 RFID 和 互 联 网 技 术 的 解 决 方 案, 基 于 当 时 互 联 网 RFID 技 术 EPC 标 准, 在 计 算 机 互 联 网 的 基 础 上, 利 用 射 频 识 别 技 术 无 线 数 据 通 信 技 术 等, 构 造 了 一 个 实 现 全 球 物 品 信 息 实 时 共 享 的 实 物 互 联 网 Internet of things ( 简 称 物 联 网 ) 这 也 是 2003 年 掀 起 的 第 一 轮 物 联 网 热 潮 的 基 础 2003 年, 美 国 技 术 评 论 提 出, 传 感 网 络 技 术 将 是 未 来 改 变 人 们 生 活 的 十 大 技 术 之 首 2005 年 11 月 17 日, 在 突 尼 斯 举 行 的 信 息 社 会 世 界 峰 会 (WSIS) 上, 国 际 电 信 联 盟 (ITU) 发 布 2005 年 度 互 联 网 报 告 : 物 联 网, 引 用 了 物 联 网 的 概 念 物 联 网 的 定 义 和 范 围 发 生 了 变 化, 覆 盖 范 围 有 了 较 大 的 拓 展, 不 再 只 是 指 基 于 RFID 技 术 的 物 联 网 2008 年 后, 为 了 促 进 科 技 发 展, 寻 找 经 济 新 的 增 长 点, 各 国 政 府 开 始 重 视 下 一 代 的 技 术 规 划, 将 目 光 放 在 了 物 联 网 上 2

2009 年 1 月 28 日, 就 任 美 国 总 统 后 的 奥 巴 马 与 美 国 工 商 业 领 袖 举 行 了 一 次 圆 桌 会 议, 作 为 仅 有 的 两 名 代 表 之 一,IBM 首 席 执 行 官 彭 明 盛 首 次 提 出 智 慧 地 球 这 一 概 念, 建 议 新 政 府 投 资 新 一 代 的 智 慧 型 基 础 设 施 同 年, 美 国 将 新 能 源 和 物 联 网 列 为 振 兴 经 济 的 两 大 重 点 2009 年 2 月 24 日, 在 2009 IBM 论 坛 上,IBM 大 中 华 区 首 席 执 行 官 钱 大 群 公 布 了 名 为 智 慧 的 地 球 的 最 新 战 略 2009 年 8 月, 温 家 宝 总 理 在 视 察 中 科 院 无 锡 物 联 网 产 业 研 究 所 时, 对 于 物 联 网 应 用 也 提 出 了 一 些 看 法 和 要 求 自 温 家 宝 总 理 提 出 感 知 中 国 以 来, 物 联 网 被 正 式 列 为 国 家 五 大 新 兴 战 略 性 产 业 之 一, 写 入 政 府 工 作 报 告 物 联 网 在 中 国 受 到 了 全 社 会 极 大 的 关 注, 受 关 注 程 度 是 其 在 美 国 欧 盟 及 其 他 各 国 和 地 区 所 不 可 比 拟 的 截 至 2010 年, 国 家 发 展 和 改 革 委 员 会 工 业 和 信 息 化 部 等 部 委 会 同 有 关 部 门, 在 新 一 代 信 息 技 术 方 面 开 展 研 究, 以 形 成 支 持 新 一 代 信 息 技 术 的 一 些 新 政 策 措 施, 从 而 推 动 我 国 经 济 的 发 展 1.3 物 联 网 的 体 系 架 构 从 技 术 架 构 上 来 看, 物 联 网 可 分 为 3 层 : 感 知 层 网 络 层 和 应 用 层, 如 图 1-1 所 示 图 1-1 物 联 网 整 体 框 架 感 知 层 由 各 种 传 感 器 及 传 感 器 网 关 构 成, 包 括 二 氧 化 碳 浓 度 传 感 器 温 度 传 感 器 湿 度 传 感 器 二 维 码 标 签 RFID 标 签 和 读 / 写 器 摄 像 头 GPS 等 感 知 终 端 感 知 层 的 作 用 相 当 于 人 的 眼 耳 鼻 喉 和 皮 肤 等 神 经 末 梢, 其 主 要 功 能 是 识 别 物 体 和 采 集 信 息 网 络 层 由 各 种 私 有 网 络 互 联 网 有 线 和 无 线 通 信 网 网 络 管 理 系 统 和 云 计 算 平 台 等 组 成, 相 当 于 人 的 神 经 中 枢 和 大 脑, 负 责 传 递 和 处 理 感 知 层 获 取 的 信 息 应 用 层 是 物 联 网 和 用 户 ( 包 括 人 组 织 和 其 他 系 统 ) 的 接 口, 它 与 行 业 需 求 结 合, 实 现 物 联 网 的 智 能 应 用 1.4 物 联 网 产 业 标 准 物 联 网 覆 盖 的 技 术 领 域 非 常 广 泛, 涉 及 总 体 架 构 感 知 技 术 通 信 网 络 技 术 应 用 技 术 等 方 面, 物 联 网 标 准 组 织 也 是 种 类 繁 多 有 的 从 机 器 对 机 器 通 信 (M2M) 的 角 度 进 行 研 究 ; 有 的 从 泛 在 网 角 度 进 行 研 究 ; 有 的 从 互 联 网 的 角 度 进 行 研 究 ; 有 的 专 注 传 感 网 的 技 术 研 究 ; 有 的 关 注 移 动 网 络 技 术 研 究 ; 有 的 关 注 总 体 架 构 研 究 目 前 介 入 物 联 网 领 域 主 要 的 国 际 标 准 组 织 有 IEEE ISO ETSI ITU-T 3GPP 3GPP2 等 针 对 泛 在 网 总 体 框 架 方 面 进 行 系 统 研 究 的 国 际 标 准 组 织 比 较 有 代 表 性 的 是 国 际 电 信 联 盟 (ITU-T) 及 欧 洲 电 信 标 准 化 协 会 (ETSI)M2M 技 术 委 员 会 ITU-T 从 泛 在 网 角 度 研 究 总 体 架 构,ETSI 从 M2M 的 角 度 研 究 总 体 架 构 3

从 感 知 技 术 ( 主 要 是 对 无 线 传 感 网 的 研 究 ) 方 面 进 行 研 究 的 国 际 标 准 组 织, 比 较 有 代 表 性 的 是 国 际 标 准 化 组 织 (ISO) 美 国 电 气 及 电 子 工 程 师 学 会 (IEEE) 从 通 信 网 络 技 术 方 面 进 行 研 究 的 国 际 标 准 组 织 主 要 有 3GPP 和 3GPP2 他 们 主 要 从 M2M 业 务 对 移 动 网 络 的 需 求 进 行 研 究, 只 限 定 在 移 动 网 络 层 面 在 应 用 技 术 方 面, 各 标 准 组 织 都 有 一 些 研 究, 主 要 针 对 特 定 应 用 制 订 标 准 各 标 准 组 织 都 比 较 重 视 应 用 方 面 的 标 准 制 订 在 智 能 测 量 电 子 健 康 (E-Health) 城 市 自 动 化 汽 车 应 用 消 费 电 子 应 用 等 领 域 均 有 相 当 数 量 的 标 准 正 在 制 订 中, 这 与 传 统 的 计 算 机 和 通 信 领 域 的 标 准 体 系 有 很 大 不 同 ( 传 统 的 计 算 机 和 通 信 领 域 标 准 体 系 一 般 不 涉 及 具 体 的 应 用 标 准 ), 这 也 说 明 了 物 联 网 是 由 应 用 主 导 的 观 点 在 国 际 上 已 经 成 为 共 识 总 的 来 说, 国 际 上 物 联 网 标 准 工 作 还 处 于 起 步 阶 段, 目 前 各 标 准 组 织 自 成 体 系, 标 准 内 容 涉 及 架 构 传 感 编 码 数 据 处 理 应 用 等, 不 尽 相 同 1.4.1 ITU-T 物 联 网 标 准 发 展 提 到 物 联 网 标 准, 不 得 不 提 及 的 是 ITU-T ITU-T 早 在 2005 就 开 始 进 行 泛 在 网 的 研 究, 可 以 说 是 最 早 进 行 物 联 网 研 究 的 标 准 组 织 ITU-T 的 研 究 内 容 主 要 集 中 在 泛 在 网 总 体 框 架 标 识 及 应 用 3 方 面 ITU-T 在 泛 在 网 研 究 方 面 已 经 从 需 求 阶 段 逐 渐 进 入 到 框 架 研 究 阶 段, 目 前 研 究 的 框 架 模 型 还 处 在 高 层 层 面 ITU-T 提 出 的 物 联 网 架 构, 曾 经 在 各 种 场 合 被 广 泛 引 用 ITU-T 在 标 识 研 究 方 面 和 ISO 通 力 合 作, 主 推 基 于 对 象 标 识 (OID) 的 解 析 体 系, 在 泛 在 网 应 用 方 面 已 经 逐 步 展 开 了 对 健 康 和 车 载 方 面 的 研 究 下 面 详 细 介 绍 ITU-T 各 个 相 关 研 究 课 题 组 的 研 究 情 况 SG13 组 主 要 从 NGN 角 度 展 开 泛 在 网 的 相 关 研 究, 标 准 主 导 方 是 韩 国 目 前 标 准 化 工 作 集 中 在 基 于 NGN 的 泛 在 网 络 / 泛 在 传 感 器 网 络 需 求 及 架 构 研 究 支 持 标 签 应 用 的 需 求 和 架 构 研 究 身 份 管 理 (IDM) 相 关 研 究 NGN 对 车 载 通 信 的 支 持 等 方 面 SG16 组 则 成 立 专 门 的 问 题 组 展 开 泛 在 网 应 用 相 关 的 研 究, 日 韩 共 同 主 导, 内 容 集 中 在 业 务 和 应 用 标 识 解 析 方 面 SG16 组 研 究 的 具 体 内 容 有 :Q.25/16 泛 在 感 测 网 络 (USN) 应 用 和 业 务 Q.27/16 通 信 / 智 能 交 通 系 统 (ITS) 业 务 / 应 用 的 车 载 网 关 平 台 Q.28/16 电 子 健 康 应 用 的 多 媒 体 架 构 Q.21 和 Q.22 标 识 研 究 ( 主 要 给 出 了 针 对 标 识 应 用 的 需 求 和 高 层 架 构 ) SG17 组 主 要 开 展 泛 在 网 安 全 身 份 管 理 解 析 的 研 究 SG17 组 研 究 的 具 体 内 容 有 :Q.6/17 泛 在 通 信 业 务 安 全 Q.10/17 身 份 管 理 架 构 和 机 制 Q.12/17 抽 象 语 法 标 记 (ASN.1) OID 及 相 关 注 册 SG11 组 成 立 了 专 门 的 NID 和 USN 测 试 规 范 问 题 组, 主 要 研 究 结 点 标 识 (NID) 和 泛 在 感 测 网 络 (USN) 的 测 试 架 构 H.IRP 测 试 规 范 及 X.oid-res 测 试 规 范 此 外,ITU-T 还 在 智 能 家 居 车 辆 管 理 等 应 用 方 面 开 展 了 一 些 研 究 工 作 1.4.2 ETSI 物 联 网 标 准 进 展 ETSI 采 用 M2M(Machine to Machine) 的 概 念 主 要 进 行 物 联 网 总 体 架 构 方 面 的 研 究, 相 关 工 作 的 进 展 非 常 迅 速, 是 在 物 联 网 总 体 架 构 方 面 研 究 得 比 较 深 入 和 系 统 的 标 准 组 织, 也 是 目 前 在 总 体 架 构 方 面 最 有 影 响 力 的 标 准 组 织 ETSI 专 门 成 立 了 一 个 专 项 小 组 (M2M TC), 从 M2M 的 角 度 进 行 相 关 标 准 化 研 究 ETSI 成 立 M2M TC 小 组 主 要 是 出 于 以 下 考 虑 : 虽 然 目 前 已 经 有 一 些 M2M 的 标 准 存 在, 涉 及 各 种 无 线 接 口 格 状 网 络 路 由 器 和 标 识 机 制 等 方 面, 但 这 些 标 准 主 要 是 针 对 某 种 特 定 应 用 场 景, 彼 此 相 互 独 立, 而 将 这 些 相 对 分 散 的 技 术 和 标 准 放 到 一 起 并 找 出 不 足, 这 方 面 所 做 的 工 作 很 少 在 这 样 的 研 究 背 景 下,ETSI M2M TC 小 组 的 主 要 研 究 目 标 是 从 端 到 端 的 全 景 角 度 研 究 机 器 对 机 器 通 信, 并 与 ETSI 内 NGN 的 研 究 及 3GPP 已 有 的 研 究 展 开 协 同 工 作 4

M2M TC 小 组 的 职 责 是 : 从 利 益 相 关 方 收 集 和 制 订 M2M 业 务 及 运 营 需 求, 建 立 一 个 端 到 端 的 M2M 高 层 体 系 架 构, 如 果 需 要 会 制 订 详 细 的 体 系 结 构, 找 出 现 有 标 准 不 能 满 足 需 求 的 地 方 并 制 订 相 应 的 具 体 标 准, 将 现 有 的 组 件 或 子 系 统 映 射 到 M2M 体 系 结 构 中 M2M 解 决 方 案 间 的 互 操 作 性 ( 制 订 测 试 标 准 ) 硬 件 接 口 标 准 化 方 面 则 与 其 他 标 准 化 组 织 进 行 交 流 及 合 作 1.4.3 3GPP/3GPP2 物 联 网 标 准 进 展 3GPP 和 3GPP2 也 采 用 M2M 的 概 念 进 行 研 究 作 为 移 动 网 络 技 术 的 主 要 标 准 组 织,3GPP 和 3GPP2 关 注 的 重 点 在 于 物 联 网 网 络 能 力 增 强 方 面, 是 在 网 络 层 方 面 开 展 研 究 的 主 要 标 准 组 织 3GPP 针 对 M2M 的 研 究 主 要 从 移 动 网 络 出 发, 研 究 M2M 应 用 对 网 络 的 影 响, 包 括 网 络 优 化 技 术 等 3GPP 研 究 范 围 为 : 只 讨 论 移 动 网 络 的 M2M 通 信 ; 只 定 义 M2M 业 务, 不 具 体 定 义 特 殊 的 M2M 应 用 Verizon Vodafone 等 移 动 运 营 商 在 M2M 的 应 用 中 发 现 了 很 多 问 题, 例 如, 大 量 M2M 终 端 对 网 络 的 冲 击, 系 统 控 制 面 容 量 的 不 足 等 因 此, 在 Verizon Vodafone 三 星 高 通 等 公 司 推 动 下,3GPP 对 M2M 的 研 究 在 2009 年 开 始 加 速, 目 前 基 本 完 成 了 需 求 分 析, 转 入 网 络 架 构 和 技 术 框 架 的 研 究, 但 核 心 的 无 线 接 入 网 络 (RAN) 研 究 工 作 还 未 展 开 相 比 较 而 言,3GPP2 相 关 研 究 的 进 展 要 慢 一 些, 目 前 关 于 M2M 方 面 的 研 究 多 处 于 研 究 报 告 的 阶 段 1.4.4 IEEE 物 联 网 标 准 进 展 在 物 联 网 的 感 知 层 研 究 领 域,IEEE 的 重 要 地 位 显 然 是 毫 无 争 议 的 目 前 无 线 传 感 网 领 域 用 得 比 较 多 的 ZigBee 技 术 就 基 于 IEEE 802.15.4 标 准 IEEE 802 系 列 标 准 是 IEEE 802 LAN/MAN 标 准 委 员 会 制 订 的 局 域 网 城 域 网 技 术 标 准 1998 年,IEEE 802.15 工 作 组 成 立, 专 门 从 事 无 线 个 人 局 域 网 (WPAN) 标 准 化 工 作 在 IEEE 802.15 工 作 组 内 有 5 个 任 务 组, 分 别 制 订 适 合 不 同 应 用 的 标 准 这 些 标 准 在 传 输 速 率 功 耗 和 支 持 的 服 务 等 方 面 存 在 差 异 TG1 组 制 订 IEEE 802.15.1 标 准, 即 蓝 牙 无 线 通 信 标 准 标 准 适 用 于 手 机 PDA 等 设 备 的 中 等 速 率 短 距 离 通 信 TG2 组 制 订 IEEE 802.15.2 标 准, 研 究 IEEE 802.15.1 标 准 与 IEEE 802.11 标 准 的 共 存 TG3 组 制 订 IEEE 802.15.3 标 准, 研 究 超 宽 带 (UWB) 标 准, 标 准 适 用 于 个 人 局 域 网 中 多 媒 体 方 面 高 速 率 近 距 离 通 信 的 应 用 TG4 组 制 订 IEEE 802.15.4 标 准, 研 究 低 速 无 线 个 人 局 域 网 该 标 准 把 低 能 量 消 耗 低 速 率 传 输 低 成 本 作 为 重 点 目 标, 旨 在 为 个 人 或 者 家 庭 范 围 内 不 同 设 备 之 间 的 低 速 互 联 提 供 统 一 标 准 TG5 组 制 订 IEEE 802.15.5 标 准, 研 究 无 线 个 人 局 域 网 的 无 线 网 状 网 (MESH) 组 网 该 标 准 旨 在 研 究 提 供 MESH 组 网 的 WPAN 的 物 理 层 与 MAC 层 的 必 要 的 机 制 传 感 器 网 络 的 特 征 与 低 速 无 线 个 人 局 域 网 有 很 多 相 似 之 处, 因 此 传 感 器 网 络 大 多 采 用 IEEE 802.15.4 标 准 作 为 物 理 层 和 媒 体 存 取 控 制 层 (MAC), 其 中 最 为 著 名 的 就 是 ZigBee 因 此,IEEE 的 802.15 工 作 组 也 是 目 前 物 联 网 领 域 在 无 线 传 感 网 层 面 的 主 要 标 准 组 织 之 一 中 国 也 参 与 了 IEEE 802.15.4 系 列 标 准 的 制 订 工 作, 其 中 IEEE 802.15.4c 和 IEEE 802.15.4e 主 要 由 中 国 起 草 IEEE 802.15.4c 扩 展 了 适 合 中 国 使 用 的 频 段,IEEE 802.15.4e 扩 展 了 工 业 级 控 制 部 分 1.4.5 中 国 物 联 网 标 准 进 展 总 的 来 说, 中 国 物 联 网 标 准 的 制 订 工 作 还 处 于 起 步 阶 段, 但 发 展 迅 速 目 前 中 国 已 有 涉 及 物 联 网 总 体 架 构 无 线 传 感 网 物 联 网 应 用 层 面 的 众 多 标 准 在 制 订, 并 且 有 相 当 一 部 分 的 标 准 项 目 已 在 相 关 国 际 标 准 组 织 立 项 中 国 研 究 物 联 网 的 标 准 组 织 主 要 有 传 感 器 网 络 标 准 工 作 组 (WGSN) 和 中 国 通 信 标 准 化 协 会 (CCSA) 5

WGSN 是 由 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 批 准 筹 建 中 国 信 息 技 术 标 准 化 技 术 委 员 会 批 准 成 立 并 领 导, 从 事 传 感 器 网 络 ( 简 称 传 感 网 ) 标 准 化 工 作 的 全 国 性 技 术 组 织 WGSN 于 2009 年 9 月 正 式 成 立, 由 中 国 科 学 院 上 海 微 系 统 与 信 息 技 术 研 究 所 任 组 长 单 位, 中 国 电 子 技 术 标 准 化 研 究 所 任 秘 书 处 单 位, 成 员 单 位 包 括 中 国 三 大 运 营 商 主 要 科 研 院 校 主 流 设 备 厂 商 等 WGSN 将 适 应 中 国 社 会 主 义 市 场 经 济 建 设 的 需 要, 促 进 中 国 传 感 器 网 络 的 技 术 研 究 和 产 业 化 的 迅 速 发 展, 加 快 开 展 标 准 化 工 作, 认 真 研 究 国 际 标 准 和 国 际 上 的 先 进 标 准, 积 极 参 与 国 际 标 准 化 工 作, 并 把 中 国 和 国 际 标 准 化 工 作 结 合 起 来, 加 速 传 感 网 标 准 的 制 修 订 工 作, 建 立 和 不 断 完 善 传 感 网 标 准 化 体 系, 进 一 步 提 高 中 国 传 感 网 技 术 水 平 作 为 其 宗 旨 目 前 WGSN 已 有 一 些 标 准 正 在 制 订 中, 并 代 表 中 国 积 极 参 加 ISO IEEE 等 国 际 标 准 组 织 的 标 准 制 订 工 作 由 于 成 立 时 间 尚 短,WGSN 还 没 有 制 定 出 可 发 布 的 标 准 文 稿 CCSA 于 2002 年 12 月 18 日 在 北 京 正 式 成 立 CCSA 的 主 要 任 务 是 为 了 更 好 地 开 展 通 信 标 准 研 究 工 作, 把 通 信 运 营 企 业 制 造 企 业 研 究 单 位 大 学 等 关 心 标 准 的 企 事 业 单 位 组 织 起 来, 按 照 公 平 公 正 公 开 的 原 则 制 订 标 准, 进 行 标 准 的 协 调 把 关, 把 高 技 术 高 水 平 高 质 量 的 标 准 推 荐 给 政 府, 把 具 有 中 国 自 主 知 识 产 权 的 标 准 推 向 世 界, 支 撑 中 国 的 通 信 产 业, 为 世 界 通 信 做 出 贡 献 2009 年 11 月,CCSA 新 成 立 了 泛 在 网 技 术 工 作 委 员 会 (TC10), 专 门 从 事 物 联 网 相 关 的 研 究 工 作 虽 然 TC10 成 立 时 间 尚 短, 但 在 TC10 成 立 以 前,CCAS 的 其 他 工 作 委 员 会 已 经 对 物 联 网 相 关 的 领 域 进 行 过 一 些 研 究 目 前 CCSA 有 多 个 与 物 联 网 相 关 的 标 准 正 在 制 订 中, 但 尚 没 有 发 布 标 准 文 稿 其 他 与 物 联 网 相 关 的 标 准 制 订 组 织 还 有 2009 年 4 月 成 立 的 RFID 标 准 工 作 组 RFID 工 作 组 在 信 息 产 业 部 科 技 司 领 导 下 开 展 工 作, 专 门 致 力 于 中 国 RFID 领 域 的 技 术 研 究 和 标 准 制 订, 目 前 已 有 一 定 的 工 作 成 果 上 述 标 准 组 织 各 自 独 立 开 展 工 作, 各 标 准 组 的 工 作 各 有 侧 重 WGSN 偏 重 传 感 器 网 络 层 面,CCSA TC10 偏 重 通 信 网 络 和 应 用 层 面,RFID 标 准 工 作 组 则 关 注 RFID 相 关 的 领 域 同 时 各 标 准 组 的 工 作 也 有 不 少 重 复 的 部 分, 如 WGSN 也 会 涉 及 传 感 器 网 络 上 的 通 信 部 分 和 应 用 部 分 内 容, 而 CCSA 也 涉 及 一 些 传 感 网 层 面 的 工 作 内 容 对 于 这 些 重 复 的 部 分, 各 标 准 组 之 间 目 前 还 没 有 很 好 的 横 向 沟 通 和 协 调 机 制, 因 此, 近 期 国 家 层 面 正 在 筹 备 成 立 物 联 网 标 准 联 合 工 作 组 联 合 工 作 组 旨 在 整 合 中 国 物 联 网 相 关 标 准 化 资 源, 联 合 产 业 各 方 共 同 开 展 物 联 网 技 术 的 研 究, 积 极 推 进 物 联 网 标 准 化 工 作, 加 快 制 订 符 合 中 国 发 展 需 求 的 物 联 网 技 术 标 准, 为 政 府 部 门 的 物 联 网 产 业 发 展 决 策 提 供 全 面 的 技 术 和 标 准 化 服 务 支 撑 1.5 物 联 网 与 网 络 安 全 1.5.1 安 全 问 题 正 如 任 何 一 个 新 的 信 息 系 统 出 现 都 会 伴 随 着 信 息 安 全 问 题 一 样, 物 联 网 也 不 可 避 免 地 伴 生 着 物 联 网 安 全 问 题 同 样, 与 任 何 一 个 信 息 系 统 一 样, 物 联 网 也 存 在 着 自 身 和 对 他 方 的 安 全 其 中 自 身 的 安 全 关 乎 的 是 物 联 网 是 否 会 被 攻 击 而 不 可 信, 其 重 点 表 现 在 如 果 物 联 网 出 现 了 被 攻 击 数 据 被 篡 改 等, 并 致 使 其 出 现 了 与 所 期 望 的 功 能 不 一 致 的 情 况, 或 者 不 再 发 挥 应 有 的 功 能, 那 么 依 赖 物 联 网 的 控 制 结 果 将 会 出 现 灾 难 性 的 问 题, 如 工 厂 停 产 或 出 现 错 误 的 操 控 结 果, 这 一 点 通 常 称 为 物 联 网 的 安 全 问 题 而 对 他 方 的 安 全 则 涉 及 如 何 通 过 物 联 网 来 获 取 处 理 传 输 用 户 的 隐 私 数 据, 如 果 物 联 网 没 有 防 范 措 施, 则 会 导 致 用 户 隐 私 的 泄 露 这 一 点 通 常 称 为 物 联 网 的 隐 私 保 护 问 题 因 此, 有 人 说 物 联 网 的 安 全 与 隐 私 保 护 问 题 是 最 让 人 困 惑 的 物 联 网 安 全 问 题 1.5.2 安 全 分 析 物 联 网 应 该 说 是 一 种 广 义 的 信 息 系 统, 因 此 物 联 网 安 全 也 属 于 信 息 安 全 的 一 个 子 集 信 息 安 全 通 常 分 为 4 个 层 次 物 理 安 全 : 即 信 息 系 统 硬 件 方 面, 或 者 说 是 表 现 在 信 息 系 统 电 磁 特 性 方 面 的 安 全 问 题 6

运 行 安 全 : 即 信 息 系 统 的 软 件 方 面, 或 者 说 是 表 现 在 信 息 系 统 代 码 执 行 过 程 中 的 安 全 问 题 数 据 安 全 : 即 信 息 自 身 的 安 全 问 题 内 容 安 全 : 即 信 息 利 用 方 面 的 安 全 问 题 物 联 网 作 为 以 控 制 为 目 的 的 数 据 体 系 与 物 理 体 系 相 结 合 的 复 杂 系 统, 一 般 不 会 考 虑 内 容 安 全 方 面 的 问 题 但 是, 在 物 理 安 全 运 行 安 全 数 据 安 全 方 面 则 与 互 联 网 有 着 一 定 的 异 同 性 这 一 点 需 要 从 物 联 网 的 构 成 来 考 虑 物 联 网 的 构 成 要 素 包 括 传 感 器 传 输 系 统 ( 泛 在 网 ) 及 处 理 系 统, 因 此, 物 联 网 的 安 全 形 态 表 现 在 这 3 个 要 素 上 就 物 理 安 全 而 言, 主 要 表 现 在 传 感 器 的 安 全 方 面, 包 括 对 传 感 器 的 干 扰 屏 蔽 信 号 截 获 等, 这 一 点 应 该 说 是 物 联 网 的 重 点 关 注 所 在 ; 就 运 行 安 全 而 言, 则 存 在 于 各 个 要 素 中, 即 涉 及 传 感 器 传 输 系 统 及 信 息 处 理 系 统 的 正 常 运 行, 这 方 面 与 传 统 的 信 息 安 全 基 本 相 同 ; 数 据 安 全 也 是 存 在 于 各 个 要 素 中, 要 求 在 传 感 器 传 输 系 统 信 息 处 理 系 统 中 的 信 息 不 会 出 现 被 窃 取 被 篡 改 被 伪 造 被 抵 赖 等 性 质 但 这 里 面 传 感 器 与 传 感 网 所 面 临 的 问 题 比 传 统 的 信 息 安 全 更 为 复 杂, 因 为 传 感 器 与 传 感 网 可 能 会 因 为 能 量 受 限 的 问 题 而 不 能 运 行 过 于 复 杂 的 保 护 体 系 1.5.3 安 全 防 护 从 保 护 要 素 的 角 度 来 看, 物 联 网 的 保 护 要 素 仍 然 是 可 用 性 机 密 性 可 鉴 别 性 与 可 控 性 由 此 可 以 形 成 一 个 物 联 网 安 全 体 系 其 中 可 用 性 是 从 体 系 上 来 保 障 物 联 网 的 健 壮 性 与 可 生 存 性 ; 机 密 性 指 应 构 建 整 体 的 加 密 体 系 来 保 护 物 联 网 的 数 据 隐 私 ; 可 鉴 别 性 指 应 构 建 完 整 的 信 任 体 系 来 保 证 所 有 的 行 为 来 源 数 据 的 完 整 性 等 都 是 真 实 可 信 的 ; 可 控 性 是 物 联 网 安 全 中 最 为 特 殊 的 地 方, 指 应 采 取 措 施 来 保 证 物 联 网 不 会 因 为 错 误 而 带 来 控 制 方 面 的 灾 难, 包 括 控 制 判 断 的 冗 余 性 控 制 命 令 传 输 渠 道 的 可 生 存 性 控 制 结 果 的 风 险 评 估 能 力 等 总 之, 物 联 网 安 全 既 蕴 涵 着 传 统 信 息 安 全 的 各 项 技 术 需 求, 又 包 括 物 联 网 自 身 特 色 所 面 临 的 特 殊 需 求, 如 可 控 性 问 题 传 感 器 的 物 联 安 全 问 题 等 这 些 都 需 要 得 到 相 关 研 究 者 的 重 视 1.6 物 联 网 与 云 计 算 云 计 算 是 物 联 网 发 展 的 核 心, 并 且 从 两 个 方 面 促 进 物 联 网 的 实 现 首 先, 云 计 算 是 实 现 物 联 网 的 核 心, 运 用 云 计 算 模 式 使 物 联 网 中 以 兆 计 算 的 各 类 物 品 的 实 时 动 态 管 理 和 智 能 分 析 变 得 可 能 物 联 网 通 过 将 射 频 识 别 技 术 传 感 技 术 纳 米 技 术 等 新 技 术 充 分 运 用 在 各 个 行 业 中, 将 各 种 物 体 充 分 连 接, 并 通 过 无 线 网 络 将 采 集 到 的 各 种 实 时 动 态 信 息 送 达 计 算 机 处 理 中 心 进 行 汇 总 分 析 和 处 理, 建 设 物 联 网 的 三 大 基 石 包 括 : (1) 传 感 器 等 电 子 元 器 件 (2) 传 输 的 通 道, 比 如 电 信 网 (3) 高 效 的 动 态 的 可 以 大 规 模 扩 展 的 技 术 资 源 处 理 能 力 其 中 第 三 个 基 石 : 高 效 的 动 态 的 可 以 大 规 模 扩 展 的 技 术 资 源 处 理 能 力, 正 是 通 过 云 计 算 模 式 帮 助 实 现 的 其 次, 云 计 算 可 促 进 物 联 网 和 互 联 网 的 智 能 融 合, 从 而 构 建 智 慧 地 球 物 联 网 和 互 联 网 的 融 合, 需 要 更 高 层 次 的 整 合, 需 要 更 透 彻 的 感 知 更 安 全 的 互 联 互 通 更 深 入 的 智 能 化 这 同 样 需 要 依 靠 高 效 的 动 态 的 可 以 大 规 模 扩 展 的 技 术 资 源 处 理 能 力, 而 这 正 是 云 计 算 模 式 所 擅 长 的 同 时, 采 用 云 计 算 的 创 新 型 服 务 交 付 模 式, 可 以 简 化 服 务 的 交 付, 加 强 物 联 网 和 互 联 网 之 间 及 其 内 部 的 互 联 互 通 ; 可 以 实 现 新 商 业 模 式 的 快 速 创 新, 促 进 物 联 网 和 互 联 网 的 智 能 融 合 把 物 联 网 和 云 计 算 放 在 一 起, 是 因 为 物 联 网 和 云 计 算 的 关 系 非 常 密 切 物 联 网 的 四 大 组 成 部 分 : 感 应 识 别 网 络 传 输 管 理 服 务 和 综 合 应 用, 其 中 中 间 两 个 部 分 就 会 利 用 到 云 计 算 特 别 是 管 理 服 务 这 一 项, 因 为 这 里 有 海 量 的 数 据 存 储 和 计 算 的 要 求, 使 用 云 计 算 可 能 是 最 省 钱 的 一 种 方 式 7

云 计 算 与 物 联 网 的 结 合 是 互 联 网 络 发 展 的 必 然 趋 势, 它 将 引 导 互 联 网 和 通 信 产 业 的 发 展, 并 将 在 3~5 年 内 形 成 一 定 的 产 业 规 模, 相 信 越 来 越 多 的 公 司 厂 家 会 对 此 进 行 关 注 与 物 联 网 结 合 后, 云 计 算 才 算 是 真 正 从 概 念 走 上 应 用, 进 入 产 业 发 展 的 蓝 海 1.7 物 联 网 与 智 能 处 理 物 联 网 智 能 信 息 处 理 的 目 标 是 将 RFID 传 感 器 和 执 行 器 信 息 收 集 起 来, 通 过 数 据 挖 掘 等 手 段 从 这 些 原 始 信 息 中 提 取 有 用 信 息, 为 创 新 型 服 务 提 供 技 术 支 持 物 联 网 智 能 信 息 处 理 同 互 联 网 中 其 他 智 能 信 息 处 理 方 法 有 很 多 相 似 之 处 同 时 物 联 网 也 有 自 身 的 特 点, 比 如, 物 联 网 内 传 感 结 点 所 采 集 的 信 息 具 有 明 显 的 时 间 先 后 关 系 因 此, 物 联 网 中 的 信 息 处 理 较 互 联 网 中 的 信 息 处 理 所 面 临 的 挑 战 会 更 大 1.8 本 章 习 题 1. 物 联 网 的 定 义 是 什 么? 2. 物 联 网 的 基 本 特 征 是 什 么? 3. 详 细 介 绍 物 联 网 与 其 他 产 业 的 结 合 联 系 方 式 集 团 官 网 :www.hqyj.com 嵌 入 式 学 院 :www.embedu.org 移 动 互 联 网 学 院 :www.3g-edu.org 企 业 学 院 :www.farsight.com.cn 物 联 网 学 院 :www.topsight.cn 研 发 中 心 :dev.hqyj.com 集 团 总 部 地 址 : 北 京 市 海 淀 区 西 三 旗 悦 秀 路 北 京 明 园 大 学 校 内 华 清 远 见 教 育 集 团 北 京 地 址 : 北 京 市 海 淀 区 西 三 旗 悦 秀 路 北 京 明 园 大 学 校 区, 电 话 :010-82600386/5 上 海 地 址 : 上 海 市 徐 汇 区 漕 溪 路 银 海 大 厦 A 座 8 层, 电 话 :021-54485127 深 圳 地 址 : 深 圳 市 龙 华 新 区 人 民 北 路 美 丽 AAA 大 厦 15 层, 电 话 :0755-22193762 成 都 地 址 : 成 都 市 武 侯 区 科 华 北 路 99 号 科 华 大 厦 6 层, 电 话 :028-85405115 南 京 地 址 : 南 京 市 白 下 区 汉 中 路 185 号 鸿 运 大 厦 10 层, 电 话 :025-86551900 武 汉 地 址 : 武 汉 市 工 程 大 学 卓 刀 泉 校 区 科 技 孵 化 器 大 楼 8 层, 电 话 :027-87804688 西 安 地 址 : 西 安 市 高 新 区 高 新 一 路 12 号 创 业 大 厦 D3 楼 5 层, 电 话 :029-68785218 8