【正文】 shton 教授和 2021 年 ITU報告所指的范圍，物聯(lián)網(wǎng)已被貼上 “中國式”標(biāo)簽。 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本組成 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本組成包括硬件和軟件平臺 硬件平臺組成成分 (1) 物聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，主要完成信息感知、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回傳，以及決策支持等功能，其硬件平臺可由傳感網(wǎng)、核心承載網(wǎng)和信息服務(wù)系統(tǒng)等幾個大的部分組成。其中， 5 傳感網(wǎng)包括感知節(jié)點（數(shù)據(jù)采集、控制）和末 稍網(wǎng)絡(luò)（匯聚節(jié)點、接入網(wǎng)關(guān)等）；核心承載網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)；信息服務(wù)系統(tǒng)硬件設(shè)施主要負(fù)責(zé)信息的處理和決策支持。 感知節(jié)點的組成包括 4 個基本單元：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成，如 RFID、二維碼識讀 設(shè)備、溫感設(shè)備）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括 CPU 微處理器、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成，實現(xiàn)末梢節(jié)點間以及它們與會聚節(jié)點間的通信），以及電源 /供電部分。 2)末稍網(wǎng)絡(luò) 6 末稍網(wǎng)絡(luò)即接入網(wǎng)絡(luò)，包括匯聚節(jié)點、接入網(wǎng)關(guān)等，完成應(yīng)用末稍感知節(jié)點的組網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)匯聚，或完成向感知節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。 感知節(jié)點與末稍網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集和控制任務(wù)，構(gòu)成傳感網(wǎng)，實現(xiàn)傳感網(wǎng)的功能。根據(jù)具體應(yīng)用需要，承載網(wǎng)可以是公共通信網(wǎng)，如 2G、 3G、 4G 移動通信網(wǎng)， WiFi， WiMAX，互聯(lián)網(wǎng)，以及企業(yè)專用網(wǎng)，甚至是新建的專用于物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)。對于信息采集，由于從感知節(jié)點獲取的是大量的原始數(shù)據(jù)，這些 原始數(shù)據(jù)對于用戶來說只有經(jīng)過轉(zhuǎn)換、篩選、分析處理后才有實際價值。針對不同的應(yīng)用將設(shè)置不同的應(yīng)用服務(wù)器?，F(xiàn)在人們已不再這樣認(rèn)為了。不同類型的物聯(lián)網(wǎng)，其用途是不同的，其軟件系統(tǒng)平臺也不相同，但軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)與硬件平臺密切相關(guān)。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺建立在分層的通信協(xié)議體系之上，通常包括數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)軟件、中間件系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（包括嵌入式系統(tǒng)）以及物聯(lián)網(wǎng)管理和信息中心（包括機構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)管理中心、國家物聯(lián)網(wǎng)管理中心、國際物聯(lián)網(wǎng)管理中心及其信息中心）的管理信息系統(tǒng)（ Management Information System， MIS）等。存儲有 EPC 碼的電子標(biāo)簽在經(jīng)過讀寫器的感應(yīng)區(qū)域時，其中的物品 EPC 碼會自動被讀寫器捕獲，從而實現(xiàn) EPC 信息采集的自動化，所采集的數(shù)據(jù)交由上位機信息采集軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理，如數(shù)據(jù)校對、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)完整性檢查等，這些經(jīng)過整理的數(shù)據(jù)可以為物聯(lián)網(wǎng)中間件、應(yīng)用管理系統(tǒng)使用。 2．物聯(lián)網(wǎng)中間件系統(tǒng)軟件 中間件是位于數(shù)據(jù)感知設(shè)施（讀寫器）與在后臺應(yīng)用軟件之間的一種應(yīng)用系統(tǒng)軟件。中間件為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供一系列計算和數(shù)據(jù)處理功能，主要任務(wù)是對感知系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲、過濾、匯聚、計算，數(shù)據(jù)校對、解調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲和任務(wù)管理，減少從感知系統(tǒng)向應(yīng)用系統(tǒng)中心傳送的數(shù)據(jù)量。引入中間件使得原先后臺應(yīng)用軟件系統(tǒng)與讀寫器之間非標(biāo)準(zhǔn)的、非 開放的通信接口，變成了后臺應(yīng)用軟件系統(tǒng)與中間件之間，讀寫器與中間件之間的標(biāo)準(zhǔn)的、開放的通信接口。 （ 1）讀寫器接口。協(xié)議處理器確保中間件能夠通過各種網(wǎng)絡(luò)通信方案連接到 RFID 讀寫器。 8 （ 2）事件管理器。 （ 3）應(yīng)用程序接口。 （ 4）目標(biāo)信息服務(wù)。 （ 5）對象名解析服務(wù)。 3．網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物理世界中的任何物品的互聯(lián)，在任何地方、任何時間可識別任何物品，使物品成為附有動態(tài)信息的 智能產(chǎn)品 ，并使物品信息流和物流完全同步，從而為物品信息共享提供一個高效、快捷的網(wǎng)絡(luò)通信及云計算平臺。目前，物聯(lián)網(wǎng)大多數(shù)是基于SNMP 建設(shè)的管理系統(tǒng)，這與一般的網(wǎng)絡(luò)管理類似，提供對象名解 析服務(wù)（ ONS）是重要的。它能把每一種物品的編碼進(jìn)行解析，再通過 URL 服務(wù)獲得相關(guān)物品的進(jìn)一步信息。國家物聯(lián)網(wǎng)信息管理中心負(fù)責(zé)制定和發(fā)布國家總體標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)與國際物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，并且對現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)管理中心進(jìn)行管理。 物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別 和聯(lián)系 互 聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)極大地推動了人類社會的發(fā)展，對促進(jìn)社會信息化，實現(xiàn)工業(yè)化與信息化的融合發(fā)展起到了不可替代的作用。 作為現(xiàn)代社會中人們耳熟能詳?shù)囊粋€名詞 “ 互聯(lián)網(wǎng) ” ，已經(jīng)成為人與人交流溝通、傳遞信息的紐帶 ，然而細(xì)心的用戶可以發(fā)現(xiàn)，雖然互聯(lián)網(wǎng)有著豐富的內(nèi)容和成熟的應(yīng)用，但這些內(nèi)容與應(yīng)用僅是針對人與人這個特定的領(lǐng)域并且是虛擬的，那么人和物、物和物之間是不是也能有這樣一種對話工具并且反映真實的物理世界呢？針對這個思路和啟示，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生，它的提出和使用讓人與物、物與物之間的有效通信變?yōu)榭赡埽@不僅可以降低管理的成本，而且更為重要的是大大提高了物品和各種自然資源使用的效率，是實現(xiàn)社會信息化的重要舉措。 從以上的描述和分析不難看出，從某種意義上來說互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)靈感的來源；反之，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展又進(jìn)一步推動互聯(lián)網(wǎng)向一種更為廣泛的 “ 互聯(lián) ” 演進(jìn)，南京郵電大學(xué)校長楊震舉了一個生動的例子，可以說是對上述思想的最好詮釋：目前想要通過互聯(lián)網(wǎng)了解一個東西，必須通過人去收集這個東西的相關(guān)信息，數(shù)字化后再放置到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（服務(wù)器）上供人們?yōu)g覽，人在其中要做很多的工作，且難以動態(tài)了解其變化；物聯(lián)網(wǎng)則不需要，它是物體自己 “ 說話 ” ，通過在物體上植入各種微型感應(yīng)芯片、借助無線通信網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接，讓其 “ 開口 ” 。所以說，互聯(lián)網(wǎng)連接的是虛擬世界網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)是連接物理的、真實的世界網(wǎng)絡(luò)。 國際電信聯(lián)盟于 2021 年的一份報告曾描繪“物聯(lián)網(wǎng)”時代的圖景：當(dāng)司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。 11 第二章 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)無線通信環(huán)境需要， Guy Pujolle 在 An autonomicoriented architecture for the Inter of Things（ IEEE John Vincent Atanasoff 2021 International Symposium on Modern Computing）中，提出了一種采用自主通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)，如圖 14 所示。 圖 21 物聯(lián)網(wǎng)的一種自主體系結(jié)構(gòu) 由圖 21 可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的這種自主體系結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)面、控制面、知識面和管理面 4 個面組成。 在圖 21 所示的自主體系結(jié)構(gòu)中，其自主特征主要是由 STP/SP 協(xié)議棧和智能 12 層取代了傳統(tǒng)的 TCP/IP 協(xié)議棧，如圖 22 所示，其中 STP 表示智能傳輸協(xié)議（ Smart Transport Protocol）， SP 表示智能協(xié)議（ Smart Protocol）。 圖 22 實現(xiàn) STP/SP 協(xié)議棧的自主體系結(jié)構(gòu) 這種面向物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)所涉及的協(xié)議棧比較復(fù)雜，只能適用于計算資源較為充裕的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點。隨后，國際物品編碼協(xié)會（ EAN）和美國統(tǒng)一代碼協(xié)會（ UCC）于 2021 年9 月聯(lián)合成立了非營利性 組織 EPC Global，將 EPC 納入了全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)，實現(xiàn)了全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)中的 GTIN 編碼體系與 EPC 概念的完美結(jié)合。 13 1． EPC 編碼體系 物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的是全球物品的信息實時共享。在這種電子標(biāo)簽攜帶有一個電子產(chǎn)品代碼，并且全球唯一。目前，歐美支持的 EPC 編碼和日本支持的 UID（ Ubiquitous Identification）編碼是兩種常見的電子產(chǎn)品編碼體系。 EPC 標(biāo)簽是編號（每件商品唯一的號碼，即牌照）的載體，當(dāng) EPC 標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中時，該物品與 EPC 標(biāo)簽中的產(chǎn)品電子代 碼就建立起了一對一的映射關(guān)系。這個內(nèi)存信息通常就是產(chǎn)品電子代碼。用戶查詢物品信息時只要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的地址欄中，輸入物品名稱、生產(chǎn)商、供貨商等數(shù)據(jù)，就可以實時獲悉物品在供應(yīng)鏈中的狀況。 3． EPC 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) EPC 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括 EPC 中間件、發(fā)現(xiàn)服務(wù)和 EPC 信息服 務(wù)三部分。它主要用于實現(xiàn) RFID讀寫器和后端應(yīng)用系統(tǒng)之間信息交互、捕獲實時信息和事件，或向上傳送給后端應(yīng)用數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)以及 ERP 系統(tǒng)等，或向下傳送給 RFID 讀寫器。目前，根 ONS 系統(tǒng)和配套的發(fā)現(xiàn)服務(wù)系統(tǒng)由 EPC Global 委托 Verisign 公 司進(jìn)行運維，其接口標(biāo)準(zhǔn)正在形成之中。關(guān)于 EPC IS 的接口和標(biāo)準(zhǔn)也正在制訂中。 圖 23 EPC 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)示意圖 由圖 23 可以看到一個 企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基本架構(gòu)。其中 RFID 識別系統(tǒng)包含 EPC 標(biāo)簽和 RFID 讀寫器，兩者通過 RFID 空中接口通信， EPC 標(biāo)簽貼于每件物品上。 RFID 讀寫器從含有一個 EPC 或一系列 EPC 的標(biāo)簽上讀取物品的電子代碼，然后將讀取的物品電子代碼送到中間件系統(tǒng)中進(jìn)行處理。中間件系統(tǒng)以該 EPC 數(shù)據(jù)為信息源，在本地 ONS 服務(wù)器獲取包含該產(chǎn)品信息的 EPC 信息服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)地址。整個 EPC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)借助計算機互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的通信協(xié)議和描述語言而運行。 綜上所述， EPC 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，通過中間件系統(tǒng)、對象 15 名解析服務(wù)（ ONS）和 EPC 信息服務(wù)（ EPC IS）來實現(xiàn)物物互聯(lián)的。在 TEngine 論壇領(lǐng)導(dǎo)下，UID 中心設(shè)立于東京大學(xué)，于 2021 年 3 月成立，并得到日本政府以及大企業(yè)的支持，目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、 NTT、 DoCoMo、KDDI、 JPhone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等諸多企業(yè)。 UID 是一個開放性的技術(shù)體系，由泛在識別碼（ uCode）、泛在通信器（ UG）、信息系統(tǒng)服務(wù)器和 uCode 解析服務(wù)器等部分構(gòu)成。 UID 可廣泛應(yīng)用于多種產(chǎn)業(yè)或行業(yè)，它能將現(xiàn)實世界用 uCode 標(biāo)識的物品、場 所等各種實體與虛擬世界中存儲在信息服務(wù)器中的各種相關(guān)信息聯(lián)系起來，實現(xiàn)物物互聯(lián)。在提出物聯(lián)網(wǎng)概念之前，一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和 IT 基礎(chǔ)設(shè)施分開：一方面是機場、公路、建筑物，而另一方面是數(shù)據(jù)中心、個人計算機、寬帶等。在這種意義上的基礎(chǔ)設(shè)施就像是一塊新的地球工地，世界在它上面運轉(zhuǎn)，包括經(jīng)濟管理、生產(chǎn)運行、社會管理以及個人生活等。 1. 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)架構(gòu)原則 物聯(lián)網(wǎng)有別于互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的主要目的是構(gòu)建一個全球性的計算機通信網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)則主要是從應(yīng)用出發(fā)，利用互聯(lián)網(wǎng)、無線通信技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳送，是互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)應(yīng)用的延伸，是自動化控制、遙控遙測及信息應(yīng)用技術(shù)的綜合展現(xiàn)。因此，設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該遵循以下幾條 16 原則： （ 1）多樣性原則。 （ 2）時空性原則。 （ 3）互聯(lián)性原則。 （ 4）擴展性原則。 （ 5）安全性原則。 （ 6）健壯性原