物联网体系结构及其标准化分析

倪文红

摘  要：现阶段我国科学技术虽得以高速发展，而物联网的发展仍处于初级阶段，其中存在部分问题对物联网的高层次发展加以限制。为此，需重视物联网行业发展。该文首先针对物联网及标准化体系构建原则加以阐述，其次针对物联网针对体系结构的通用需求加以分析，最后针对物联网标准化体系构建视图展开探讨，以期为物联网体系结构标准化设计提供参考。

关键词：物联网  体系结构  标准化  互联网

中图分类号：TP393                         文献标识码：A文章编号：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，物联网在表面上虽获得一定发展，然而实际上在物联网建设层面却尚未形成健全的基础标准，特别是物联网参考结构方面的标准仍然缺失。这使得物联网应用过程中存在产品生产设计周期耗时较长及产业链上下游产品兼容性差等问题，对物联网行业大规模发展是一种阻碍。因此，应当对物联网结构体系标准化建设予以重视。该文将围绕物联网体系结构及其标准化展开分析。

1  物联网概述

物联网即为将连接物与物的网络结构，从本质角度分析，物联网基础仍为互联网，以此为基础展开扩展、延伸至物与物间即为物联网，由此展开物与物之间的信息通信、交换。物联网概念提出较早，然而直到近些年才得以重视，各国政府为找寻经济新增长点及推动科学技术进步，将下一代技术规划作为重点，物联网在此背景下被重视[1]。新时代背景下，多数企业多将目光聚集在物联网市场中，各国政府也均将物联网放置在一定战略高度，物联网具备广阔发展前景。

2  物联网标准化体系构建原则

物联网标准化体系的构建为促进我国物联网应用、物联网产业、物联网技术发展的重要基础，物联网标准化体系构建的首要前提即为统一、科学的标准化体系建设。物联网标准化体系构建过程中，需以产业发展需求作为依据，完成顶层设计、整体布局的科学谋划，推动层次分明、逻辑清晰的物联网标准化体系的构建，借此还可对我国物联网发展的重点标准、急需标准加以明确，完成产业、标准、技术这几者相协调的共同促进机制，同时还可在一定程度上保障物联网产业快速健康发展。物联网和包括互联网在内的多种网络均存在一定区别，互联网为实现全球性计算机通信网的建立，而物联网则将数据作为核心，借助多种网络通信技术的应用传输业务信息，此也为应用技术、智能决策二者的整体展现。因模型角度、功能角度的不同，所构建的体系结构性能、样式也各不相同[2]。通常情况下，物联网体系结构模型构建时，需参考如下几条原则：（1）多样性原则。物联网体系结构构建时需结合服务节点及类型差异，存在诸多类型，可平滑地同互联网展开互联互通。（2）包容性。现阶段，物联网技术尚未发展成熟，因此所构建的物联网体系结构需同能源、空间、时间方面所提出的需求加以充分满足，借此实现不同信息技术、传输技术、通信技术的集成，满足各领域针对物联网所提出的需求。（3）可扩展性。物联网体系所构建的结构框架，需具备相应的可扩展性，借此可同现有网络通信技术设施相匹配，实现基础设施的充分利用，对已投资利益加以保护[3]。（4）为互操作性。具体即指物联网系统可遵循相应的实现资源共享、任务执行、互相访问[4]。

3  物联网针对体系结构的通用需求

物联网通用需求尤其为特征需求，针对物联网体系结构提供明确、清晰的技术要求，部分要求同现阶段网络体系结构要求存在一定差异。非功能类需求为决定物联网体系结构核心内容、整体框架的重要因素，物联网为实现在各操作层面均可具备互操作性，则需将非功能类需求作为重点。分析现阶段网络技术标准发现，实现类、部署类、功能类技术标准均已有所涉及，为此要求所构建的物联网体系结构中需具备部署类、实现类及功能类等视图。体系结构中所涉及的可缩放性需求，要求物联网体系构建中需具备分布支持处理功能;可用性、可靠性需求要求互联网所构建的物联网体系中需具备冗余备份支持功能;而可适配性需求则要求物联网体系不可过度依赖于某一类特定技术。

应用支撑类需求，要求物联网体系结构以物联网应用支撑功能单元为主，同时还应具备标准化物联网应用支撑接口。分析服务类需求发现，其中以语义为技术依托的场景感知服务需求、位置感知服务需求、自主服务需求等均为物联网所具备的独特需求，因此部分物联网独特需求的存在，要求物联网在设计体系结构时，需对场景感知、自主计算、语义识别及语义标注等提供支持，同时为应用支撑层次及服务层次等以知识操作功能为基础的功能操作提供支持。分析通信类需求发现，以事件作为基础的内容感知需求、自主联网需求、时间约束的通信需求、周期性通信需求等均为物联网在通信方面所提出的独特需求。实际上，现阶段电信网、互联网难以满足上述需求。因此，要对上述物联网特征需求提供支撑，则需在物联网体系结构中的应用支撑层次、服务层次以及网络层次围绕物联网所提出的特殊需求完成相应功能单元的设计。装置类需求中所提出的全部需求均为物联网特征需求，因此，构建物联网结构时需对装置单元的独立设计予以重视。

4  物联网标准化体系构建视图

以原型系统制定技术标准、技术实现为依托的互联网技术标准化模式已取得一定成功，由此证明，技术标准需达到系统部署、技术实现层面，方可在工业界被广泛认同，在产品生产、产品设计中得以应用，为技术标准赋予实际应用价值。这也为现阶段通信技术、信息技术标准化工作发展的必然趋势，因此需对此种技术标准化模式予以高度认同，由此提出借助部署视图、实现视图、功能视图这3种不同视图完成物联网标准化体系的架构，并与部署层面、物联网实现层面所提出的技术标准要求相符[5]。上述3个技术标准视图并非为互相独立的，而是处于互相覆盖状态，比如：部分同互联网功能构建冗余备份相关的物联网技术标准，仅为部署视图技术标准层面所需考虑的问题，然而如物联网协同控制机制的物联网标准则为部署视图、实现视图技术标准层面所需考虑的问题，而同物联网自主操作相关的物联网技术标准则应为功能视图、实现视图、部署视图技术标准层面均需加以考虑的问题。上述3个视图依次对应物联网部署阶段、实现阶段、设计阶段[6]。

4.1 物联网功能视图

物联网功能模型中主要包括隐私保护、安全、服务提供、数据管理、连接、应用支撑、通信，其中隐私保护、安全、数据管理、连接为物联网独有功能，上述功能需求可对物联网通用需求加以充分满足。

连接功能组主要负责对物联网装置类需求加以满足;数据管理功能即为物联网在数据管理方面所提出的需求加以满足;应用支撑功能即指对物联网在应用支撑方面所提出的需求加以满足;安全隐私保护功能即指对物联网在安全隐私保护方面所提出的需求加以满足;管理功能主要对物联网在数据管理、通信、应用支撑等在操作方面所提出的需求加以满足。物联网功能模型实现对物联网整体设计加以简化，以此实现物联网通用需求的准确掌握，将物联网具体需求映射至特定物联网功能组中，可进一步验证物联网的设计可否对物联网应用需求予以充分满足[7]。

4.2 物联网实现视图

该文中所提及的物联网功能模型的实现视图以ITU-T所设计的NGN功能体系结构的相关标准为基础形成实现视图。实现视图主要由服务控制功能、内容提交、服务提供、应用支撑、传送控制、传送、功能实体等诸多功能构成，其中功能实体为以NGN功能体系结构中定义的功能实体为基础所展开的延展，因此，具备物联网相应能力，如物联网数据管理、物联网传送控制、物联网网关、物联网装置等均为物联网所独有的功能实体。

分析NGN功能体系结构发现，并未对上述功能实体加以明确描述或定义。物联网装置功能主要涉及物品控制、物品监测及连接等诸多功能，物联网网关功能主要涉及物联网与其他装置的互连、自主通信、自助服务及移动通信等功能;物联网传送控制功能主要涉及场景感知通信、自主联网、通信监测模式等诸多功能;物联网数据管理功能主要涉及物品数据的维护、分析、更新、查询、存储及自主收集等功能;物联网服务控制功能主要涉及服务、时间同步及组管理之间的协调，自主服务的监测等功能;物联网安全隐私保护实体功能主要包括服务提供、数据管理及通信等相关数据的操作安全及隐私保护等[8]。

4.3 物联网部署视图

该文中所提及的物联网功能模型部署视图以ITU-T所设计的NGN功能体系结构相关标准作为基础，由此所生成的部署视图。该文中所构建的物联网功能模型中涵盖一组构件，为实现视图定义的功能实现，可在物联网中独立运行并以产品形态存在于物联网中的功能单元，主要包括装置管理器、端用户装置、物联网网关、物联网服务控制器、物联网装置等，均为物联网的独有装置，其余构件均为NGN功能体系结构标准提议书中所设计的，需以物联网应用需求为基础所展开的功能构件。其中物联网装置功能构件主要以安全和隐私保护及物联网装置等功能实体为主;物联网网络控制主要以安全和隐私保护及物联网传送控制等为主;物联网服务控制器主要以安全和隐私保护及物联网服务控制等为主[9]。

5  结语

综上所述，现阶段物联网发展过程中仍存在部分問题，对物联网高发展形成制约，因此要求相关从业人员需围绕所制约因素积极展开探讨，找寻物联网标准化体系的构建方式，明确标准化结构构建原则，了解物联网标准化体系构建视图，推动物联网发展。

参考文献

[1] 杨一.物联网环境下多智能体决策信息支持技术[J].科技创新导报，2017（17）：67.

[2] Baines TS， Lightfoot H， Benedettini O， et al. The adoption of servitization strategies by UK-based manufacturers[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part B： Journal of Engineering Manufacture，2010，224（5）：815-829.

[3] 姜明.物联网架构下的国民体质测试模式探讨[J].当代体育科技，2019，9（9）：237，239.

[4] 靳聪.低轨卫星物联网体系架构研究[D].南京邮电大学，2020.

[5] 任补补.物联网中无线传感器网络安全认证方法研究[D].兰州理工大学，2020.

[6] 汪泽家.基于物联网技术的设备管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2020.

[7] Kim M J. The Study on Consideration of Voice User Interface Design - Focused on Intelligent Voice Assistant on Smartphones[J].Journal of the Korean Society Design Culture，2017，23（3）：57-66.

[8] 赵元绍.基于物联网的智能家居控制终端设计研究[D].北方工业大学，2017.

[9] 张普宁.面向物联网搜索服务的实体状态匹配估计方法研究[D].北京邮电大学，2017.