物联网能力分析

虽然近几年物联网技术开发与应用快速增长,但物联网理论研究仍然处于发展阶段.物联网作为一个典 型的信息与通信系统,不仅具有现有互联网的信息存储和传递的能力,而且具有物品信息的自动采集和处理能力.构 建物联网信息模型是分析物联网特征能力的一种有效方法.根据国际电信联盟有关物联网的定义和特征描述,通过 采用统一建模语言构建物联网信息模型,分析和验证了物联网的物品相关能力、自主操作能力以及隐私保护能力, 讨论了物联网信息模型在物联网技术标准方面的指导性结论,分析了物联网信息模型在讨论有争议的物联网概念 或观点方面的应用价值.

Abstract: While the technical development and app

lications of the Internet of things (IoT) grow rapidly in recent years, the theoretical  research of the IoT is still in the developing stage. The IoT is a typical information and communication system. It possesses not only the  capabilities of storing and transferring information as with the existing Internet, but also the capabilities of automatic capturing and  processing the information of things. The IoT information modeling is an effective method to analyze the characteristic capabilities of the  IoT. In this paper, an information model of the IoT is described by unified modeling language according to the definition and  characteristics of the IoT specified by International Telecommunication Union (ITU). The capabilities of things association, autonomic  operation, and privacy protection are analyzed and validated based on the information model of the IoT. The conclusions of guiding the  standardization of the IoT technology from the information model of the IoT are discussed, and the values of the IoT information model in  resolving the issues of debated concepts or opinions of the IoT are analyzed.

物联网(Internet of things,简称 IoT)的出现可以追溯到 1998 年,美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of  Technology,简称 MIT)基于无线射频标识(radio frequency identification,简称 RFID)技术提出的产品电子编码(electronic product code,简称 EPC)系统.2005 年,国际电信联盟(International Telecommunication Union,简称 ITU) 发布了《ITU 互联网报告 2005:物联网》[1],系统地阐述了物联网的基本概念、相关技术、潜在市场、面临挑战 以及对未来全球经济和社会发展的可能影响,正式向全球揭示了物联网技术发展的必然趋势.

物联网从字面上很容易解释成连接物品的网络.物联网实际上是物品互联网的简称.它必须具有互联网的 功能特征,用于构成连接物品的全球信息基础设施.按照这种定义,目前并没有真正意义上的物联网,现有的某 些连接物品的网络应该准确地称为物品内联网(Intranet of things)[2]。

物联网网关

经过近几年国内外有关物联网的研究和技术标准化工作,物联网的定义和基本特征已经基本明确,并且在 一定范围内达成了共识.国际上在物联网研究和技术标准化方面比较有代表性的工作包括:2010 年 9 月,欧洲信 息技术领域的著名企业、研究机构和高校发起的、欧洲联盟参与资助的物联网体系结构(Internet of thingsarchitecture,简称 IoT-A)项目;2011 年 3 月,国际电信联盟电信标准化部(ITU Telecommunication Standardization  Sector,简称 ITU-T)发起的“物联网全球标准化行动(Internet of things global standards initiative,简称 IoT-GSI)”项 目.ITU-T 于 2012 年 6 月正式发表了有关物联网技术标准的第一个建议——物联网概览[3],给出了物联网作为 连接物品的全球信息基础设施的定义,明确了物品相关服务的特征以及自主联网、自主服务提供、隐私保护等 高层需求.IoT-A 于 2013 年 7 月正式发布了有关物联网体系结构参考模型的最终研究报告[4],明确了物联网技术 开发过程中需要解决的体系结构方法的核心问题以及有关物联网体系结构参考模型的阶段性研究结果,提出 了从物联网领域模型、信息模型、通信模型、功能模型、部署模型系统研究和制定物联网体系结构参考模型 的思路和初步结果.这些标准建议和技术报告为物联网理论研究提供了诸多值得深入研究的课题。

我们通常认为,为了系统地解决物联网技术和应用开发过程中的互连、互通、互操作的问题,必须实现物 联网技术的标准化.就像计算机网络标准化技术必须依赖于开放系统互连(open system interconnection,简称 OSI)参考模型[5]一样,物联网的标准化技术必须依赖于物联网参考模型.有些专家提出质疑:为何不能采用现有 的 OSI 参考模型或者互联网体系结构作为物联网的参考模型?这也是一项值得研究的问题,根据 IoT-A 的研究 结论[4],物联网涉及到物品数据的采集、存储、融合、传递和处理,现有的 OSI 参考模型和互联网体系结构仅仅 涉及到数据透明传送,仅提供了一种通信模型,无法满足物联网对物品数据采集和处理的需求.所以,为了制定 准确的、满足应用需求的物联网技术标准,需要从理论上研究物联网的信息模型、功能模型和部署模型。

国内外学者已经对物联网信息模型的构建展开了相关的研究.文献[6]从领域属性、时间属性和位置属性这 3 个方面定义了物品模型,并且在此基础上定义了包括实体模型、资源模型以及物联网服务的信息模型,但该物 联网信息模型仅仅应用于传感器网络的相关应用.文献[7]讨论了物联网建模的思路和方法,提出了一个基于生 物的自主特征的、允许智能物品互连、互操作的、具有自组织、自治的能力的服务实体模型.这个服务实体模 型还仅仅是概念层次的模型,对于物联网技术和应用开发的参考价值有待进一步讨论.文献[8]从感知即服务的 物联网体系结构角度讨论了传感器查找的技术,试图从场景感知模型直接查询到传感器,这方面工作涉及到较 为具体的物联网建模方法,从某个角度反映了物联网信息模型的实际应用价值.文献[9]从物联网工业应用发展 的角度综述了面向服务的物联网架构及其关键技术.文献[10]介绍了一种崭新的物联网架构模型,利用语义融 合架构封装来自传感网络的处理信息.文献[11]提出了一种物联网网关参考模型,作为代理集成多个不同的网 络.文献[12]介绍了一种物联网通信协议栈,以满足物联网低功耗、高可靠性及与互联网互通的要求.文献[13]综 述了支持物联网通信的现有互联网工程任务组(Internet engineering task force,简称 IETF)协议簇和开放标准.总 体来看,虽然 IoT-A 明确提出了物联网信息模型研究的必要性,并且提出了物联网信息模型,但国内外目前可以 查找到且与物联网信息模型相关的研究成果比较少.所以,物联网信息模型值得学术界和工业界进一步研究和 探索.