林业物联网标准体系框架研究

顾红波,白 莹,卓 兰

(1.国家林业局信息中心,北京 100714；2.中国电子技术标准化研究院,北京 100007)

林业物联网标准体系框架研究

顾红波1,白 莹1,卓 兰2

(1.国家林业局信息中心,北京 100714；2.中国电子技术标准化研究院,北京 100007)

以《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》和《中国林业物联网发展指导意见》为指导思想,对国内外林业物联网标准化发展现状和存在问题进行了研究,以林业物联网总体架构为依托,应用模块化理念,提出林业物联网标准体系框架由基础标准、数据采集标准、网络传输标准、信息处理标准、业务应用标准及共性支撑标准等五大部分组成。旨在为建立一个既符合国际标准,又能够满足林业物联网建设需求的标准体系提供参考。

物联网；林业物联网；标准化；体系框架

1 国内外林业物联网标准化发展现状和存在的问题

自2009年以来,欧盟围绕物联网技术和应用做了不少创新性的工作。2009年6月,《欧盟物联网行动计划》发布,提出在微电子技术、非硅基组件、泛在定位技术、智能系统无线通信王、语义分析技术和新应用软件等方面持续深入研究。并提出将促使现有标准向包含物联网应用方面延伸,将协调欧盟标准化组织以及他们的国际合作机构(ISO,ITU)和其他标准实体(IFTF,etc),以开放、透明和各方参与者协商的方式促进物联网标准化工作[1]。2009年9月,《欧盟物联网战略研究路线图》发布,提出到2010年、2015年、2020年3个阶段的物联网研发路线图,并提出物联网发展需要优先考虑的标识技术、物联网架构技术、通信技术、网络技术、网络定位和发现技术、软件和算法技术、硬件技术、数据和信号处理技术、发现和搜索引擎技术、关系网络管理技术、安全和隐私技术、标准化和相关技术等[2]。近年来,以美国、日本、韩国为主的发达国家也在大力开展物联网技术研发与应用,以谋求在未来国际竞争中占据有利位置。随着物联网技术在各行业的应用,物联网标准化工作也随之开展,并逐渐成为国际标准化组织的工作热点。

目前,从电子标签(RFID)、机器类通信(M2M)、传感网(SN)、物联网(IOT)到泛在网(UN),国际标准化组织开展了大量的物联网相关标准工作。投入物联网相关整体架构研究的国际组织有欧洲电信标准化协会(ETSI)、国际电信联盟(ITU)、国际标准化组织/国际电工协会(ISO/IEC)等。ETSI,IEEE,ZigBee等区域标准化组织和联盟组织也在物联网及其相关技术方面做了大量探索,发布了一些标准,并产生了较大影响[3]。总体看来,国际上各个标准组织的物联网标准制定,还主要出在架构分析和需求分析阶段。作为战略性新兴产业,我国政府非常重视物联网标准工作。在国家发展和改革委员会、国家标准化管理委员会、工业和信息化部的指导下,近几年物联网标准工作取得了很大进展,相继成立了电子标签标准工作组、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会、国家传感器网络标准工作组、泛在网技术工作委员会、国家物联网基础标准工作组以及中国物联网标准联合工作组等,一些行业、研究机构、有关企业也积极参与物联网标准化工作。我国在传感器网络接口、标识、安全、传感器网络与通信网融合、物联网体系架构等方面相关技术标准的研究取得积极进展。总之,在各方的共同努力下,我国的物联网标准化工作在国际物联网标准领域已占领一席之地。

虽然国际国内在物联网标准化工作方面都取得了一些进展,但在行业应用领域还存在一些问题。由于林业的行业特点,其生态系统的开放性和复杂性,所以符合林业野外环境要求的传感设备、网络设备、供电设备等还存在技术瓶颈,已有的物联网标准有些还不能够满足需求,相关的应用标准比较缺乏。因此,在林业物联网标准建设方面,全球还几乎处在同一个水平线上。

2 林业物联网总体架构

根据信息生成、传输和应用的规则,林业物联网总体架构包括3个层次和2个体系。分别为感知层、网络层、应用层和标准规范体系、安全与综合管理体系[4](图1)。

1) 感知层。解决的是信息采集、组网和短距离传输问题,主要由各种传感器以及传感器网关等构成。不同业务领域采用的主要感知方式不尽相同。该层的核心技术包括RFID、条码、传感器、多媒体、导航定位、卫星遥感、航空遥感、航空摄影、激光雷达、现场总线、红外感应、WiFi等,主要功能是实现对林业主体、客体及其环境的实时感知、识别、监测以及反应与控制。

2) 网络层。也称为传输层,是进行信息交换、传递的数据通路,主要解决感知层所获得的数据的长距离传输问题。网络层由接入网和传输网构成,按照用户对象又可划分为公用网络和专用网络两类,其中前者包括公用的互联网、卫星网、移动通信网等,后者包括有线的林业专网以及局部的自组织通信网络等。构建大宽带、全覆盖的林业通信网络,对林业物联网发展具有十分现实的意义。

3) 应用层。也称为处理层,解决的是信息处理和人机界面的问题,包括应用支撑子层和应用执行子层两个子层次。应用支撑子层由基础数据库、业务数据库、知识库、模型库等数据库以及数据管理体系等构成,涉及的技术包括数据库技术、云计算技术、大数据技术、基于SOA的中间件技术以及支撑跨行业、跨业务、跨系统的信息共享交换技术等。应用执行子层由林业资源监管、林业工程管理、林业灾害监测预警、生态监测与评估、林产品追溯以及林业综合服务等各类应用系统构成,满足林业生产、管理、决策、服务的实际需求。

4) 标准规范体系。主要由物联网国家标准、行业标准以及各类技术和管理规范构成,为林业物联网系统规划、设计、建设、应用、管理和运维提供科学指导,确保系统互联互通和稳定高效运行。

5) 安全与综合管理体系。主要由信息安全制度、管理制度、运维制度以及管理机构等构成,实现对林业物联网基础设施、应用系统等的有效监管与安全保障。

图1 林业物联网总体架构

3 林业物联网标准体系框架的构建

3.1 构建原则

1) 统筹规划,协调推进。为确保林业物联网标准体系建设的有序性,必须做好统筹规划、并与国际国内各层面的物联网标准相衔接,形成并不断完善与我国物联网应用相适应的标准体系。

2) 重点突出,狠抓关键。针对林业物联网建设中存在的技术瓶颈和信息共享利用水平偏低等问题,重点研究制定林业物联网标准建设所需的基础共性标准和应用标准,突破技术难关、降低应用成本,确保林业物联网健康有序发展。

3) 循序渐进,急用先上。根据林业物联网建设需求,按照轻重缓急的原则,合理安排林业物联网标准的研究和制定,使技术驱动和需求牵引相统一。

4) 开放兼容,确保安全。与物联网技术发展和其他领域标准相适应,建立一个与时俱进、动态变化、兼容开放的林业物联网标准体系。同时加强网络安全体系建设,确保网络和信息安全。

5) 充分借鉴,加强合作。认真研究国际标准和国家标准,对适合林业物联网建设的标准积极采用。同时,坚持根据行业特点自主开发,以自有技术或自主知识产权支持标准的制定。鼓励企业、科研院所和高等院校积极参与标准制定,尽快建立起完善的标准体系。

3.2 构建思路

林业物联网标准体系建设旨在有目的、有计划、有步骤地建立起联系紧密、相互协调、层次分明、构成合理、相互支持、满足需求的系列标准并贯彻实施,以支撑林业物联网的健康有序发展。为此,根据《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》和《国家林业局关于推进中国林业物联网发展的指导意见》精神,参照我国物联网标准体系框架,结合林业行业特点,本着“统筹规划、突出重点、面向应用、开放兼容”的方针,依托林业物联网总体架构设计和相关标准工作的基础,坚持自主制定与采用国际标准相结合、基础技术标准制定与行业应用标准制定相结合的原则,提出与林业物联网应用和产业发展相适应的标准体系,为林业物联网持续健康发展提供支撑和保障。

3.3 体系框架

1) 体系框架图。根据构建原则和思路,按照GB/T 13016-2009标准体系表编制原则和要求,林业物联网标准体系包括基础标准、数据采集标准、网络传输标准、信息处理标准、共性支撑标准及业务应用标准等5大部分[5](图2)。林业物联网标准体系由林业物联网建设所需的各类标准规范,按照其内在联系构成的科学有机整体,是林业物联网标准建设的蓝图。

图2 林业物联网标准体系框架

2) 体系内容分析

①基础标准。基础标准包括林业物联网总则,林业物联网术语、体系架构、参考模型,及林业物联网需求分析等标准。

②数据采集标准。数据采集标准包括林业传感器、多媒体、二维条码、射频识别、生物识别等标准,主要规范相关产品性能及采集频率、采集精度等。

③网络传输标准。网络传输标准包括传输和组网两部分,包括近距离、局域网、广域网的传输和组网等标准。主要规范感知信息传输网络相关产品的技术要求及技术规程。

④信息处理标准。信息处理标准包括面向服务的体系结构(SOA)、海量存储、数据处理、信息与业务协同及林业物联网支撑平台五个方面的标准,为业务应用提供支撑。

⑤共性支撑标准。共性支撑标准包括标识解析、信息安全等标准,为林业物联网组网和自动识别及网络安全提供保障。

⑥业务应用标准。业务应用标准包括林业物联网工程建设和运行维护等标准。

3) 标准体系编号。林业物联网标准体系采取分层分类、逐层累进的编码方式,每层用2个阿拉伯数字表示。第一层编号为2位,其中基础类标准编号为00、数据采集类标准编号为01、网络传输类标准编号为02、信息处理类标准编号为03、共性支撑类标准编号为05。第二层编号为4位,如传输标准编号为0201。第三层编号为6位,如近距离传输编号为020101,其他以此类推。

4 林业物联网标准化工作策略

1) 分阶段推进标准化工作。林业物联网标准体系的建设是一个持续的过程。从全生命周期的角度可以划分为体系预研、体系规划、标准制定、试用验证、培训贯标和应用推广六个阶段。这六个阶段不是简单的顺序关系,而是迭代式,不断循环往复,持续完善的过程。

2) 建立林业物联网标识体系。物联网是在物品编码技术广泛应用的基础上产生的,无论其概念的内涵和外延发生多大变化,它的技术基础仍然是编码标识、自动识别和网络技术。因此,林业物联网标准化要加强编码标识体系建设。

3) 采取“产学研用”相结合的方式。坚持以企业为主导、充分发挥各方面的技术优势和积极性,有效利用现有标准资源和标准化成果,为林业物联网标准体系建设各阶段工作提供有力的保障,并基于互联网建立林业物联网标准工作平台,以保障林业物联网标准工作的广泛参与性,加强标准制定全周期的项目管理和文档管理,全面提高标准的质量。

[1]百度文库.物联网—欧洲行动计划[EB/OL].(2011-11-03)[2017-07-01].https://wenku.baidu.com/view/b897a58671fe 910ef02df806.html.

[2]百度文库.欧盟物联网战略研究路线图[EB/OL].(2011-10-28)[2017-07-01].https://wenku.baidu.com/view/d9e31172 01f69e31433294ed.html.

[3]张晖.物联网技术标准概述[M].北京:电子工业出版社,2012:7-17.

[4]温占强.中国林业物联网发展规划(2013—2020年)[J].卫星应用,2015(7):60-65.

[5]GB/T 13016-2009,标准体系表编制原则和要求[S].

Research on Standard Framework of Forestry Internet of Things

GU Hongbo1,BAI Ying1,ZHUO Lan2

(1.InformationCenteroftheStateForestryAdministration,Beijing100714,China；2.ChinaElectronicsStandardizationInstitute,Beijing100007,China)

In this paper,the “Guidance” of the State Council on promoting the orderly and healthy development of the Internet and the development of the Internet of Things and the “China forestry guidance” are used as the guiding ideology for the research of domestic and foreign forestry IOT standardization development status quo and problems. Based on the application of modularization concept,this paper puts forward forestry networking standard system framework which consists of basic standards,standards for data collection and network transmission standards,information processing standard and application standard and common support standards.The aim is to provide a reference for establishing a standard system that meets international standards and meets the needs of forestry networking.

Internet of things,forestry Internet of things,standardization,system framework

2017-05-16；

2017-07-18

林业软科学研究项目“中国林业移动互联网发展研究”(2016-R23)

顾红波(1975-)，女，高工，吉林人，硕士，长期从事林业信息化标准制修订及林业信息化培训管理等工作。 Email：84238052@163.com

S126

A

1002-6622(2017)04-0013-05

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.04.003