引言

未來的物聯(lián)網(wǎng)世界是一個什么樣的畫面呢？盡管國內(nèi)各方人士對物聯(lián)網(wǎng)的定義還爭論不休,但多數(shù)人已經(jīng)認同物聯(lián)網(wǎng)拓展了互聯(lián)網(wǎng)，將互聯(lián)網(wǎng)的邊境延伸到了物理世界這個說法。物聯(lián)網(wǎng)是未來互聯(lián)網(wǎng)的一部分，能夠被定義為基于標準和交互通信協(xié)議并具有自配置能力的動態(tài)全球網(wǎng)絡設施，在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，物理和虛擬的“物件”具有身份、物理屬性、擬人化、使用智能接口并可無縫綜合到信息網(wǎng)絡中。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)密不可分，因此，在關注物聯(lián)網(wǎng)的同時，還應該對互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有所了解。

2010年，我國在政府工作報告中對物聯(lián)網(wǎng)所附的注釋說明是:通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡,盡管下一代互聯(lián)網(wǎng)將以支持物聯(lián)網(wǎng)的應用作為主要目標之一，但物聯(lián)網(wǎng)并不是互聯(lián)網(wǎng)的下一代，物聯(lián)網(wǎng)可以說是互聯(lián)網(wǎng)上的一種業(yè)務或應用。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)上傳統(tǒng)業(yè)務相比有不同的特點：在物聯(lián)網(wǎng)以公眾網(wǎng)絡作為基礎網(wǎng)絡平臺的情況下，物聯(lián)網(wǎng)相當于互聯(lián)網(wǎng)上面向特定任務來組織的VPN；互聯(lián)網(wǎng)是全球性的，但物聯(lián)網(wǎng)往往是行業(yè)性的或區(qū)域性的；一些物聯(lián)網(wǎng)的應用例如智能電網(wǎng)對網(wǎng)絡承載平臺的可靠性有很高的要求;物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應用的多樣性與承載平臺的通用性之間需要有中間件來適配;物聯(lián)網(wǎng)的上層即智能信息處理、數(shù)據(jù)挖掘與決策支撐等是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務不一定需要的功能。物聯(lián)網(wǎng)作為潛力巨大的新興產(chǎn)業(yè),在國內(nèi)多個行業(yè)中已經(jīng)有了眾多的成功應用案例，在這樣的背景下，開展物聯(lián)網(wǎng)的應用研究是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個重要環(huán)節(jié)。

1  物聯(lián)網(wǎng)相關技術

目前的物聯(lián)網(wǎng)并沒有一個統(tǒng)一的標準定義。不同的組織,在不同的時期給出相近但卻不盡相同的定義。取其中有代表性的定義而言，“物聯(lián)網(wǎng)”(IOT,Internet of Things)指物體通過裝入各種信息傳感設備,然后與互聯(lián)網(wǎng)或移動等通信網(wǎng)絡結合起來，最終形成一個智能網(wǎng)絡，通過電腦或手機實現(xiàn)對物體的智能化管理。

美國麻省理工學院于1999年首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念是:可將所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的網(wǎng)絡。2005年,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)在年度報告中對物聯(lián)網(wǎng)概念的涵義進行了擴展，正式將物聯(lián)網(wǎng)的概念定義為：信息與通信技術的目標已經(jīng)從任何時間、任何地點連接任何人,發(fā)展到連接任何物品的階段，而物體的鏈接就構成了物聯(lián)網(wǎng)。

IBM提出的“智慧地球”概念的遠景目標是“改變個人、企業(yè)、組織、政府、自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)交互的方式，使其更加智慧，也就是更加清晰、效率更高、響應更靈活和及時”，其要點是“更透徹的感知和度量、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化”。因此，“物聯(lián)網(wǎng)”實際上所涉及的內(nèi)容至少包括感知，互聯(lián)互通和智能化等三層。

所謂感知，就是讓物品會說話，目前使用的有RFID、GPS、視頻、二維碼等；互聯(lián)互通包括互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊(2G/3G/4G)、傳感網(wǎng)、三網(wǎng)合一等;智能化包括各種分析/洞察/處理，其涉及的技術還包括“云計算”等。

“物聯(lián)網(wǎng)”之所以火熱，其原因是業(yè)內(nèi)專家認為其一方面可以提高經(jīng)濟效益，大大節(jié)約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟的復蘇提供技術動力。據(jù)統(tǒng)計，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段的主要形式M2M在2009年全球運營商的業(yè)務收入約為15億美元。2010年的M2M市場規(guī)模將達到2234億美元。美國市場研究公司Forrester預測，到2020年，世界上“物物互連”的業(yè)務，跟人與人通信的業(yè)務相比,將達到30比1,僅僅是在智能電網(wǎng)和機場防入侵系統(tǒng)方面的市場就有上千億元。因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的信息技術產(chǎn)業(yè)。圖1所示是全球信息化浪潮發(fā)展示意圖。

作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術，感知層的傳感器與芯片有聲學、振動、壓力、溫度、濕度、生物、化學、CCD、紅外、微波、靜電、RFID、信息處理與傳輸?shù)戎T多芯片；

信息網(wǎng)絡與傳輸技術則包括TD-LTE-U.WSN.INON等；

信息處理與存儲方面有曙光、深騰、跨尺度、數(shù)據(jù)密集型超算系統(tǒng)、過程模擬、社會計算等；

能源方面有太陽能、燃料電池、同位素、鋰離子；軟件則包括模式識別、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)等。圖2給出了物聯(lián)網(wǎng)的相關技術圖。

2  物聯(lián)網(wǎng)的安全及隱私

由于物聯(lián)網(wǎng)通常處于自然環(huán)境中，因此，如何長期經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗非常關鍵，換句話說,物聯(lián)網(wǎng)對傳感器技術提出了新的要求。很多時候，傳感器在自然界中要放幾年的時間，有的地方很偏僻，因此，在傳感器網(wǎng)絡中，功耗就變得更加重要了。而在惡劣環(huán)境中，長期維持網(wǎng)絡的完整性也十分重要，這就要求網(wǎng)絡要有冗余的傳感器，能夠替代已經(jīng)損壞的傳感器，做到網(wǎng)絡的自愈。除了這些自然因素以外，人為因素對傳感器網(wǎng)絡的威脅更大,這是較之互聯(lián)網(wǎng)更為嚴重的安全和隱私問題。當程序復雜到一定程度或者說軟件代碼足夠長時，缺陷是不可避免的，可以說,安全問題是IT應用與生俱來的。作為物聯(lián)網(wǎng)傳感層面兩大核心技術的無線傳感器網(wǎng)絡和RFID都存在無線信道，如何才能降低由此帶來的信息外泄和無線攻擊的風險？

目前常用的方法是在一些十分敏感的應用中不采納公開的標準,也不與商用網(wǎng)絡連接，或對數(shù)據(jù)和傳輸進行加密。在無線傳輸時可以釆用專用的協(xié)議和頻點，還可以采用變頻、跳頻、擴頻等無線技術。雖然有時可以用商業(yè)技術,但在物理上要與商用系統(tǒng)隔離。由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的分散式體系結構、動態(tài)路由和拓撲特性，傳統(tǒng)的接入認證、密鑰分發(fā)和協(xié)商機制很難應用，而必須建立物聯(lián)網(wǎng)訪問控制模型和認證體系。傳統(tǒng)的訪問控制策略主要有自主訪問控制(DAC)、強制訪問控制(MAC)和基于角色的訪問控制(RBAC)策略。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境的特殊性，在此環(huán)境下，節(jié)點之間均無法確認彼此身份；其次，由于用戶出于自身考慮，一般都不愿意把自己的相關信息提供給對方，雖可采用匿名等方法來實現(xiàn)這種目的，但卻增加了訪問控制的難度;此外，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境下，大量用戶頻繁進出網(wǎng)絡,使得網(wǎng)絡的拓撲頻繁變化，也給訪問控制增加了復雜性。建立物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的訪問控制策略,首先要建立物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的信任管理模型,在信任模型的基礎上，給每個節(jié)點確定信任權重和可靠度，然后在這個基礎上應用相應的訪問控制策略。而建立信任模型與網(wǎng)絡的環(huán)境密切相關，主要是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的節(jié)點可用性、數(shù)據(jù)源的真實性、節(jié)點的匿名性和訪問控制等方面的問題。

3  物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡管理協(xié)議和應用

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡管理協(xié)議還是在TCP/IP協(xié)議之下的管理。但是也有許多新的特色。該方案如果物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點處于運動之中，則網(wǎng)絡管理需要適應被管理對象的移動性。這一方面，目前使用的MA-NET(mobile Adhoc network)可以給我們一些借鑒。MANET與無線固定網(wǎng)絡的不同點在于，MANET的拓撲結構可以快速變化。MANET節(jié)點的運動方式會根據(jù)承載體的不同有明顯差異，包括運動速度、運動方向、加速或減速、運動路徑、活動高度等。由于拓撲的快速變化，網(wǎng)絡信息(如路由表)壽命可能很短，必須不斷更新。為了反映當前網(wǎng)絡狀況，節(jié)點間不得不頻繁交換控制信息。而信息的有效時間又很短，部分信息甚至從未使用就已經(jīng)被丟棄，這使網(wǎng)絡的有限帶寬資源浪費在信息更新之上。如何節(jié)省信息交換，對網(wǎng)絡管理提出了新的要求。目前國內(nèi)外在與物聯(lián)網(wǎng)相近的網(wǎng)絡領域已經(jīng)有不少研究，并且取得了一些積極的成果。這些研究和成果雖然沒有標記是物聯(lián)網(wǎng)的應用，但是從網(wǎng)絡應用和管理的角度來看，應該是適用于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡管理技術的。從網(wǎng)絡的工作形態(tài)來看，物聯(lián)網(wǎng)技術與MANET更加接近。因此這些網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理技術有可能率先移植進入物聯(lián)網(wǎng)領域。MANET等網(wǎng)絡的網(wǎng)絡管理特點和相應的網(wǎng)管要求主要體現(xiàn)在其拓撲結構變化頻繁、低可靠性、電池容量有限、移動設備的多樣性、安全性等方面。

目前,AdHoc網(wǎng)絡管理方案以分布式網(wǎng)絡管理為主，大致可以分為三類：基于位置的管理方案、基于移動性感知的管理方案以及基于代理和策略驅動的管理方案。

基于位置的管理方案CAANM(clustering algo-rithm applied to the network management,CAANM)方案是一種基于位置管理的方案，基于SNMP(simple network management protocol,SNMP)則采用同ANMP(Adhoc network management protocol,ANMP)類似的結構，不同之處主要體現(xiàn)在管理者可以直接與代理以及簇頭間進行信息交互。MUQS方案(man-agement with uniform quorum system,MUQS)是另一種基于位置管理的方案,該方案在邏輯上使用兩級結構，將網(wǎng)絡中的節(jié)點分為骨干節(jié)點和非骨干節(jié)點。這個兩級結構僅用于移動性管理,路由協(xié)議仍在整個平面進行，即多跳路由可以跨越骨干節(jié)點和非骨干節(jié)點。DLM方案(distributed location management,DLM)方案是一種分布式位置管理方案，使用的是一種格狀的分級尋址模型，不同級別的位置服務器攜帶不同級別的位置信息，當節(jié)點移動時，只有很少一部分的位置服務器需要進行更新。在DLM中，每個節(jié)點具有惟一ID,并能通過GPS獲知自身的位置。在每個節(jié)點傳輸范圍相同的情況下,DLM要求網(wǎng)絡最小分區(qū)的對角線長度要小于節(jié)點的傳輸范圍。

基于移動性感知的管理方案LFLM(locally for-warding location management,LFLM)是由一種能感知節(jié)點運動的管理方案。LFLM中使用了一種混合的網(wǎng)絡結構，總體上分為兩級,第一級是由網(wǎng)絡中的節(jié)點構成組，每個組具有組頭(類似于簇和簇頭)；然后由這些組頭組成第二級，采用第一級中組的構成方法，在第二級中又形成隊。LFLM是對傳統(tǒng)分級網(wǎng)絡中基于指針的位置管理方案的一種改進，它給出了類似的一種利用指針技術的位置管理方案。GMM(group mobility management, GMM)方案是一種基于節(jié)點組移動性的管理方案，通過觀察節(jié)點群組的運動參數(shù)(如距離、速度以及網(wǎng)絡分裂的加速度等)來預測網(wǎng)絡的分裂。GMM的運動模型比較準確，主要是采用組運動加速度這個參數(shù)提高了對節(jié)點運動速度的估計準確度，同時也提高了對網(wǎng)絡分裂和融合預測的準確性。

基于代理和策略驅動的管理方案GMA(guerril- la management architecture,GMA)是一種基于策略的管理方案。GMA中能力較高的節(jié)點稱為管理節(jié)點，可承擔智能化的管理任務,GMA采用兩級結構。管理者(supervisor)進行策略的控制和分配，游牧式管理節(jié)點(nomadic manager)通過相互協(xié)同來完成整個網(wǎng)絡的管理。

4  結語

就網(wǎng)管技術為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提供應用和服務而言，必須考慮到“物聯(lián)網(wǎng)”有效應用的因素。