基于开放架构的物联网设计

任劲松

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

基于开放架构的物联网设计

任劲松

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

物联网是实现物与物之间智能联系的网络，是继计算机产业、互联网产业之后的又一个重大产业。依托RFID、红外传感器、GPS、激光扫描等传感技术及移动通讯、云计算、大数据存储等数据通讯处理技术，按约定协议把任何物品与互联网相连接，形成互联网＋，因此从结构上分析，物联网的构成是开放架构的。回顾了物联网概念的提出及产生背景，详细阐述了其开放的技术架构及组成物联网的关键技术，结合当前国际上物联网领域的热点问题，提出了我国物联网未来发展的思路和建议。

物联网；开放架构；互联网＋；无线传输

1 引 言

物联网（Internet of Things）这个词，最早由MIT Auto－ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时提出来，在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义被明确下来，覆盖范围有了新的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。

在我国，自2009年8月温家宝总理提出“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并写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注。

具体而言，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外传感器、GPS、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、监控和管理的一种网络。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，它是互联网的应用拓展，因此与其说物联网是网络，不如说物联网是互联网基础上的业务和应用。从这一定义我们可以明确物联网的两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

2 物联网组成架构

2．1 物联网组成

宏观上看，物联网由三部分组成：网络终端、传输网络和数据处理中心。网络终端以传感器为核心，是物联网的数据来源，也被成为感知层。通过各种传感器（RFID、Zigbee、Bluetooth、Wlan等）采集各种有用的数据信息，形成原始网络数据；传输网络包括传统的Internet及无线网络，组成信息传输平台，将终端采集的各种信息通过此平台传输到数据处理中心；数据处理中心将采集的数据通过云计算技术及大数据挖掘处理技术进行分类、整合，筛选出有用数据，形成控制信息及各种存储信息，完成物联网最终的数据处理。其组成如图1所示。

图1 物联网组成

2．2 物联网技术架构

物联网多元化的元素组成要求其技术架构必须是开放式架构，具体分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端，其作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，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。目前物联网的行业应用已深入到社会生活的各个领域，包括工业控制、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通、环境监测等。其组成架构如图2所示。

图2 物联网技术架构

2．3 物联网关键技术

从以上物联网的概念及开放式的多元化组成架构可以看出，组成物联网的关键技术有如下几个：

（1）传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

（2）RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理等领域有着广阔的应用前景。

（3）嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见，小到人们身边的MP3，大到航天航空的卫星系统，嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。物联网关键技术组成示意图如图3所示。

图3 物联网关键技术

（4）云计算技术及大数据挖掘存储技术

物联网终端采集的数据是庞大、多元、异构的，如何将这些数据高效地传输、整合、筛选、计算和存储是物联网数据处理中心的核心任务。运用目前开放先进的云计算技术及数据库挖掘技术，极大提高了物联网的数据处理能力，使得物联网的数据管理更加高效、安全和可靠。

2．4 物联网与互联网的区别与融合

尽管从某种意义上看，可以认为物联网就是互联网从人向物的延伸，但物联网和互联网还是有本质区别的。

想要通过互联网了解一个东西，必须要有人去收集这个东西的相关信息，数字化后再放置到互联网络（服务器）上供人们浏览其信息，人在其中要做很多的工作，且难以动态了解其变化。

物联网是物体自己“说话”，通过在物体上植入各种微型感应芯片、借助无线通信网络，与现在的互联网络相互联接，让其“开口”。不仅人可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”。

所以说，互联网是连接的虚拟世界网络，物联网是连接物理的、真实的世界网络。物联网未来与互联网充分互联、无缝整合，并与通信网一起，组成一个更加庞大、复杂的网络，将实现物理世界与人类社会系统的全面互联互通。

3 物联网的安全性问题

和一般互联网系统的安全基本一样，物联网系统的安全主要有8个方面：读取控制，隐私保护，用户认证，不可抵赖性，数据保密性，通讯层安全，数据完整性，随时可用性。前4项主要处在物联网DCM三层架构的应用层，后4项主要位于传输层和感知层。其中“隐私权”和“可信度”（数据完整性和保密性）问题在物联网体系中尤其受关注。如果从物联网系统体系架构的各个层面仔细分析，我们会发现现有的安全体系基本上可以满足物联网应用的需求，尤其在其初级和中级发展阶段。

物联网应用特有（比一般IT系统更易受侵扰）的安全问题有如下几种：

（1）Skimming：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取；

（2）Eavesdropping：在一个通讯通道的中间，信息被中途截取；

（3）Spoofing：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中；

（4）Cloning：克隆末端设备，冒名顶替；

（5）Killing：损坏或盗走末端设备；

（6）Jamming：伪造数据造成设备阻塞不可用；

（7）Shielding：用机械手段屏蔽电信号让末端无法连接。

目前物联网的建设方兴未艾，导致很多安全监管措施都没有形成，因此迫切需要出台配套保障信息安全、保护个人隐私的法令、法规，加强信息应用的监管。同时还要加强技术研发的力度，用高技术的安全产品确保物联网的安全运行。

4 我国物联网发展前景

与计算机、互联网产业不同，中国在‘物联网’领域已经走到了世界前列。

目前，我国的无线通信网络已经基本实现全覆盖，无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施。而在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平也处于世界前列，具有重大的影响力。中科院早在1999年就启动了传感网研究，与其它国家相比具有同发优势。目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。

目前全球都将物联网视为信息技术的第三次浪潮，确立未来信息社会竞争优势的关键。据美国独立市场研究机构Forrester预测，物联网所带来的产业价值要比互联网高30倍，物联网将形成下一个上万亿元规模的高科技市场。

在我国，物联网的发展已被写入“政府工作报告”和“十二五规划纲要”中，物联网必将成为我国未来发展的战略性资源。据工信部预测，“到2020年，中国物联网产业将经历应用创新、技术创新、服务创新三个关键的发展阶段，成长为一个超过五万亿规模的巨大市场。”

5 结束语

物联网的发展一日千里。目前，互联网、移动通信网、电视网甚至是电网的“多网融合时代”已经来临，成为新世纪又一个发展机遇。物联网是多网融合时代的必然产物，它将人与人之间的沟通连接扩展到了人与物、物与物之间的沟通连接，智能化、网络化的生活将让人们工作、生活更加便捷和人性化。做好我国物联网的规划、设计和开发工作是实现这一目标的首要前提。

［1］ GEI．中国物联网产业发展线路图［J］，通信世界，2010（4）：48－49．

［2］ 徐培利．泛在网／物联网应用与标准化探讨［R］．华为技术有限公司技术报告，2010．05．19

［3］ 孙利民．无线传感器网络［M］．北京：清华大学出版社，2005．

［4］ 李航，陈后金．物联网的关键技术及其应用前景［J］．中国科技论坛．2011（1）：81－85．

［5］ 黄卫东，岳中刚．物联网核心技术链演进及其产业政策研究［J］．中国人民大学学报．2011（4）：47－53．

Design on IOT based on open Architecture

Ren Jinsong
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

Internet of things（IOT）is the network to achieve intelligent connection between the physical objects，which is an important industry following computer industry and internet industry．Based on the sensing technology such as RFID，IR sensor，GPS，laser scan，etc，and data communication processing technology such as mobile communication，cloud computing，large data storage，etc，according to the regulated protocol，the physical objects are connected to the internet to produce internet plus．So，by analysis of the structure，the architecture of IOT is open．In this paper，the definition and background of IOT are reviewed，the opened technical architecture and the key technology for composing IOT are described in detail and the concept and suggestion of the future IOT development are proposed combining with the present focuses in the field of international IOT．

Internet of things（IOT）；Open architecture；Internet plus；Wireless transmission

10．3969／j．issn．1002－2279．2015．04．007

TP393

A

1002－2279（2015）04－0024－03

任劲松（1969－），女，河北省邯郸市人，工程师，主研方向：信息化。

2015－03－15