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物联网开放体系架构
2017-06-26 17:29:27 来源: 新华网
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    物联网自问世以来,就引起了人们的极大关注,被认为是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。

    物联网的发展空间虽然巨大,但是仍然有些问题需要解决。从系统架构角度来看,物联网横跨众多的行业领域且跨度相对较大,各行各业又有相应不同的特点需求,这就需要制定统一的体系架构标准,从而使参与其中的物体、个人、公司、企业、团体以及机构实现互联互通,协同开发。

    要想实现这种大范围的物体协作与互联互通,有四个基本问题就亟待解决:

    (1)物体是什么:如何对物联网物体进行语义互通的描述?

    (2)物体在哪里:如何在物联网中找到相应的物体?

    (3)物体怎么用:如何使用找到的物体?

    (4)使用可靠吗:如何保证物体的安全性?

    中国电子科技集团公司在总结大量互联网发展的经验基础上,从能力的智慧互联出发,创新性地提出基于能力的物联网开放体系架构,旨在解决物体的描述、发现、使用与安全四个根本问题,提升网络的智慧能力,构建全国物联网基础设施,催生新形态物联网应用模式。

    架构理念

    兼容:在互联网基础能力上提升,兼容发展,推进“互联网时代”迈入“物联网时代”。开放:立足网络整体,提升网络对物体能力的描述与搜索,建立开放的公共基础设施。弹性:可扩展,从解决现实需求入手,对未来发展留有空间,支持可持续发展。

    技术体系

    物联网开放体系架构的技术体系包括物体描述、物体发现、物体交互和物体安全共四个核心部分:

    ●能力知识图谱技术:能力知识图谱是依靠语义网技术构建的基于能力本体的大型公共服务基础设施。它融合了所有领域的能力信息,以便于物体能力的语义互通。物体能力与知识图谱交互次数越多,范围越广,知识图谱就能获取越多能力信息。物体描述关键技术图照统一的四段进行描述,实现了物体到虚拟世界的映射,物体之间可通过相互的描述元数据实现相互识别和互操作。四段分别为:属性(Attribute)、状态(State)、动作(Action)和能力(Capability)。

    ●能力语义识别技术:通过ASAC描述的物体,得到了描述实体,也就是物体在虚拟世界的映射,利用ASAC描述语言的能力段描述,对能力进行语义识别,实现能力描述的规范化。

    ●能力本体自构建技术:以往的本体构建往往需物体描述方法实现了物体与网络交互特征的抽象和归一化描述。一方面使得物联网应用系统开发人员能将主要精力集中在业务流程上,节约了开发和维护成本;另一方面,使得物联网应用系统能够对异构物体与网络的交互信息形成一致性理解,是实现异构物体在不同物联网应用中互联互通、协同工作的基础。[1]  物体描述技术解决物联网异构资源的统一描述,提升物体资源的统一性,并通过构建能力知识图谱来对能力信息进行语义识别和互通,保证所有机器对资源的能力能够语义识别。物体交互技术解决如何使用物体能力的关键问题,对不同物体分散的能力进行集成,实现单个物体无法实现的功能,提出了集中式和分布式的物体交互技术。物体发现技术解决物联网海量物体能力的匹配搜索,构建全新的物体能力搜索引擎,构建物体分布式存储文件系统,实现物体能力发现的自主、安全和可控。物体安全技术解决物联网设备不具备对抗常见网络攻击的保护机制以及现有信息安全机制不适用于物联网设备的问题,为物体参与网络活动提供全方位的安全保护。在智慧农业、智慧社区、智慧园区、安全生产与危险品监控等典型行业/区域进行开放物联网体系架构示范应用,将“物联网开放体系架构”技术应用于新型智慧城市建设。

    产品体系

    基于物联网开放体系架构的理念,实现了一套Ti产品体系,包括物体描述工具Ti3-Description、物体交互系统Ti3-Interaction、物体发现系统Ti3-Discovery、能力知识图谱Ti3-Graph、物体安全系统Ti3-Security、物体域名系统Ti3-Name等产品。

    Ti3-Description提供了ASAC统一描述模型,将物体抽象成属性、状态、动作和能力四个字段,支持几乎所有类型物体的描述,通过扫描生成的二维码可以获取物体的所有描述信息。

    Ti3-Interaction对下提供物体接入管理,对上提供物体能力封装。物体与Ti3-Interaction之间采用Ti3-Link Protocol协议保持通信,应用通过Ti3-Interaction与物体建立连接。Ti3-Interaction统一了物体能力调用的接口形式,为物联网应用层屏蔽了物体访问的差异性,使应用在访问不同物体的时候像访问同一个物体一样的方便。

    Ti3-Discovery提供海量物体能力的发布和搜索,采用了分布式架构设计,分为中心节点和分节点,中心节点负责对分节点的拓扑结构进行管理和资源监管,分节点负责所在区域物体的发布和搜索,分节点遍布全国,未来将部署到全球,让用户在任何时间、任何地点完成物体能力的快速查找。

    Ti3-Graph为每个物体构建能力知识图谱,提供规范化物体能力名称、能力属性值和不同能力表述的语义互通,以及从能力的角度挖掘物体与物体之间的关系,为物体能力的搜索提供语义支撑,提高物体能力搜索的准确度。

    Ti3-Security是基于区块链技术实现的分布式物体安全系统,为物联网中物体的交互建立可信的通信环境,提供的功能包括物体密钥、认证、访问控制、异常检测、隐私保护等,保障了物体可信和数据安全,降低入侵风险。

    Ti3-Name为接入到物联网的每个物体定义全球唯一的域名,提供了一套采用分级结构设计的物体域名命名规则和一套高效的分布式物体域名解析系统,实现物联网物体的访问。

    标准化成果

基于“物联网开放体系架构”理念,通过解决物体描述、物体标识解析与发现、物体连接协议、物体安全保障等核心关键问题,使万物实现智慧互联。使万物能够轻松上网并实现可管可控。中国电科在重点突破物联网核心技术的同时,高度重视标准化工作,面向物联网、大数据、智慧城市等方向全面布局,已牵头立项系列国家物联网基础标准,主导并参与多项国际电联ITU物联网与智慧城市国际标准,提升了我国在国际物联网标准化舞台的话语权。

    中国电子科技集团公司信息科学研究院已作为国家物联网标准基础工作组成员,在国家物联网基础标准工作组提出两项立项申请,现已通过信标委主任办公会,报批国标委立项:

    (1)《面向WEB开放服务的系统实现 第1部分:参考架构》

    (2)《面向WEB开放服务的系统实现 第2部分:物体描述方法》在国际三大标准化组织之一,国际电联ITU-T SG20物联网与智慧城市标准工作组中代表中国提出立项申请,并已经立项,计划于2018年完成并发布标准:《Requirements of things description in the IoT》(物联网中物体描述需求)。在2017年的ITU年会上作为主导单位提出立项《Reference Architecture of IoT open resources for management and control》(面向管理与控制的物联网开放资源架构)

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【纠错】 责任编辑: 王迪
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