摘要：物联网是跨行业、跨领域、具有明显交叉学科特征、面向应用的信息基础设施，其标准需要各行业与通信行业分工协作、密切配合。文章认为物联网标准需要以应用为主导和牵引，需要通信行业积极配合。从横向上考虑，需做好各行业和部门间的协调合作，保证各自标准相互衔接，满足跨行业、跨地区的应用需求；从纵向上考虑，需确保网络架构层面的互联互通，做好信息获取、传输、处理、服务等环节标准的配套。文章指出特别要加强各个物联网相关标准化组织之间的协调沟通，建立及时有效的联络机制，使其明确各自定位和范围，共同做好物联网标准体系建设。
物联网对于促进社会信息化建设和经济发展具有重要的意义，因此全球多个国家和地区都把物联网作为其重要的经济和科技发展战略，给予了高度的重视。物联网的发展依赖于多个方面的因素，包括法律、技术、产业、标准等，其中标准是物联网大规模产业化发展和互联互通的先决条件，因此多个国家/地区的政府和全球的众多标准化组织都在积极开展物联网的标准化工作，并在有些领域取得了一些成效。
1 物联网的概念
目前与物联网相关的概念很多，包括物联网、泛在网、智能电网、机器到机器的通信(M2M) 等，他们所涵盖的范围和重点不同，但都有密切的相关性。
物联网是泛在网发展的初级阶段，智能电网是物联网技术在电力行业的应用，M2M 则是与通信网络相连的具备通信能力的终端设备之间的通信。一般电信运营商将利用其网络实现的应用叫做M2M 应用，其是物联网的一个组成部分。
在不同的国家和地区，所使用的名词术语也不尽相同，例如在欧洲，主要提及物联网和机器到机器的通信；在美国，则把物联网的具体应用“智能电网”作为国家战略项目，而不强调泛在网和物联网；在日本和韩国，则更加强调泛在网和泛在社会愿景。但无论用哪一种说法，其实质都是通过射频标识(RFID)和传感器等可标识和感知的设备获取“ 物”的信息从而为各行各业提供服务。
国际电信联盟(ITU-T) 的物联网全球标准化工作组(IoT-GSI) 于2011年11 月初步给出了物联网的概念[1]，即物联网是全球信息社会基础设施，物与物( 包括物理的和虚拟的) 之间通过现有的和演进的信息通信技术进行互联从而提供先进的服务。物联网通过识别、数据获取、处理和通信等能力，在保证隐私的条件下利用物向所有的应用提供服务。物理的物通常是指可以看得见或触摸到的在物理世界存在的实体，可以被感知和/或操作，虚拟的物是指在信息通信系统能够被识别和访问的、可以标准化的具有标识的对象，能够被获取、存储、分析或控制。物理世界的物通常可以对应到虚拟的物从而提供与物相关的服务，但有些虚拟的物没有物理世界的物与之相对应，例如数字动画片等。
2 物联网的核心特征
物联网之所以冠以一个新的名词，一定有它不同于其他现有的网络和服务的特征。ITU-T 正在研究的建议草案“ 物联网概述”给出了物联网的如下核心特征：
•基于标识的连接。物联网需要支持建立基于标识的物与物之间的连接，并支持用统一的方式处理异构的标识。
•自动组网。为了在不同的应用中适配不同的通信环境和不同类型的传感器/执行器，物联网需支持自动组网功能，包括自我配置、自我修复、自我优化和自我保护的技术和机制。
•业务的自动提供。根据运营者或用户配置的规则而自动地获取、通信和处理物的数据，业务的自动提供依赖于自动数据聚合和数据挖掘的技术。
•基于位置的通信。一些物由于没有被分配网络地址而只有标签，所以这些与物相关的通信将依赖于物的位置信息。这些物的位置信息可以用于定位物的终端节点，例如RFID 阅读器。基于位置的通信将受限于法律和监管。
•基于位置的服务。物联网中的一些生成、编译、选择和过滤信息的服务要基于物的位置。用户不需要手动输入位置信息，这些位置信息被自动感知和跟踪。物联网中的位置信息在物理世界是有意义的，而不同于现有的网络。
•数据源的鉴权。物联网对数据源的鉴权主要包含以下两个方面，一方面是鉴权发送数据的物是真实的；另外一方面是鉴权传送的和存储的数据，用以保证这些数据是原始的数据。
•隐私保护。很多人工的物有其拥有者和使用者。所感知的数据可能包含与他们的拥有者和使用者相关的私人信息。物联网需在传送、汇集、存储、挖掘和处理数据过程中支持隐私保护，但隐私保护不能为数据源鉴权设置障碍。
•与人体相关的高质量和高安全性服务。低质量或不安全的服务将有害于人的身体。这类服务在不同的国家有不同的法律和管制政策。
3 物联网的标准化特点
物联网不是全新的网络和应用。物联网是在现有电信网、互联网、行业专用网的基础上，增强网络延伸和信息感知的能力和信息处理能力，基于应用的需求构建的信息通信融合应用的基础设施，因此物联网不是新的网络和应用，而是多年来各行各业应用与信息通信技术融合发展的产物。
物联网的应用和感知设备呈现跨行业的多样性。物联网应用涉及经济与社会发展的各个行业和领域，并与各自业务流程紧密结合，具有应用跨度大、需求长尾化、产业分散度高、产业链长和技术集成性高的特点。物联网的应用按照最终用户来进行分类，可以分为公共服务( 服务于普通消费者，例如智能家居、手机支付等) 和行业服务( 服务于各行各业，例如智能电网、智能物流等)。由于应用的不同，应用所需感知的内容不同，因此对感知设备的性能和接口要求也不一样。
物联网应用的提供者是各行各业，应用提供者利用信息通信技术和网络为其提供服务。物联网是各行各业应用与信息通信技术融合发展的产物，各行各业的应用提供者是物联网应用的主体，其应用种类繁多，需求差异较大。信息通信行业是其中一个行业，但因通信行业具有网络规模大、覆盖范围广的优势，因此能够为其他行业提供信息通信基础网络设施。
物联网的上述特点决定了物联网的标准化特点，即物联网的标准不是某一个行业或仅仅信息通信行业所能够单独完成的，而需要各行各业与信息通信行业共同制订，才能既符合行业需求，也能将最好的最适合的信息通信技术应用于各个行业，因此物联网的标准既包含行业应用和特定行业需求的标准，例如电力、交通、医疗等行业标准，同时也包含信息通信行业的标准，例如感知、通信和信息处理等技术标准。
4 物联网的标准化现状
基于以上的物联网标准化特点，物联网的标准化工作在全球的多个标准化组织竞相展开，包括国际标准化组织(如ITU、ISO 和IEC)、区域性标准化组织( 如ETSI)、国家标准化组织(如CCSA、ATIS、TTA、TTC)、行业标准化组织、论坛和任务组( 如IETF、IEEE、OMA)等，这些标准化组织各自沿着自己擅长的领域进行研究，所开发的标准有重叠也有分工，但他们之间的竞争大于合作，目前尚缺乏整体的协调、组织和配合。
在各标准化组织进行研究的同时，有些行业标准在国家或地区政府的推动下也在快速形成，这些行业应用的标准带动了相关标准化组织之间的分工和合作，为物联网标准做出了实质性的贡献。目前在行业应用标准化方面，智能电网、智能交通和智能医疗等方面的进展比较快。
4.1 国际标准化组织的物联网标准进展
物联网涉及的范围很广，因此目前与之相关的国际标准化组织和工业标准化组织都在从事物联网相关的标准化工作，如图1 所示。
▲图1 物联网相关的国际标准组织
下面介绍几个主要的标准化组织的研究进展情况。
ITU-T 专门成立了物联网全球标准化工作组(IoT-GSI)，正在研究“ 物联网定义”和“物联网概述”两个国际建议，并在2012 年2 月份通过。在“ 物联网概述”建议草案中给出了物联网的体系架构，如图2 所示。
▲图2 物联网的体系架构
从图2 可见，在业务/应用支撑层能力、管理能力和安全能力方面都分为两个方面的能力，即通用能力和面向某类应用的特定能力，比如智能电网和智能交通所需的能力可能不同。
IEEE 主要研究IEEE 802.15 低速近距离无线通信技术标准，并针对智能电网开展了大量工作。IEEE P2030技术委员会成立于2009 年5 月，分为电力、信息和通信3 个工作组，旨在为理解和定义智能电网互操作性提供技术基础和指南，针对NIST 智能电网应用各个环节，帮助电力系统与应用和设备协同工作，确定模块和接口，为智能电网相关的标准制订奠定基础。IEEE 2010 年4 月发布了P2030草案。
ETSI 成立了M2M 技术委员会，对M2M 需求、网络架构、智能电网、智能医疗、城市自动化等方面进行了研究，并陆续出台了多个技术规范。
IETF 制订以IP 协议为基础的，适应感知延伸层特点的组网协议。目前IETF 的工作主要集中于6LoWPAN和ROLL 协议两个方面，6LoWPAN 以IEEE 802.15.4 为基础，针对传感器节点低开销、低复杂度、低功耗的要求，对现有IPv6 系统进行改造，压缩包头信息，提高对感知延伸层应用的使用能力。而ROLL 的目标是使公共的、可互操作的第3 层路由能够穿越任何数量的基本链路层协议和物理媒体，例如，一个公共路由协议能够工作在各种网络，如802.15.4 无线传感网络、蓝牙个人区域网络以及未来低功耗802.11 Wi-Fi 网络之内和之间。
目前6LoWPAN 已进入标准化的中期阶段，而ROLL 仍处于草案阶段。
3GPP 结合移动通信网研究M2M的需求、架构以及对无线接入的优化技术；其SA 和RAN 分别针对网络架构、核心网以及无线接入网开展了工作，目前网络架构的增强已经进入实质性工作阶段，而无线接入网的增强仍处于研究阶段。
ZigBee 联盟的Zigbee 协议基于IEEE 802.15.4 的物理层和媒体访问控制(MAC) 层技术，重点制订了网络层和应用层协议，支持Mesh 和簇状动态路由网络，在目前的无线传感器网络中得到广泛应用。
4.2 智能电网的标准进展
智能电网的标准推进主要来自于政府、行业、标准化开发组织和协会等几个方面的力量。
美国和欧盟都通过法案将智能电网的建设作为重要战略，组织多个标准化组织进行分工合作，极大地促进了智能电网的标准化工作，使得智能电网成为目前物联网标准化最活跃和有成果的领域，也成为垂直行业标准化的典范。
美国能源部于2003 年7 月就提出建设现代化电力系统，以确保经济安全和促进电力系统自身的安全运行，并于2007 年12 月通过了“能源独立与安全法案2007”，确立了国家层面的电网现代化政策，并指定由美国标准与技术研究院(NIST)负责协调相关部门和相关标准化组织进行分工合作制订智能电网标准。NIST 制订了3 个阶段的智能电网互操作计划，并在第二阶段成立了智能电网互操作小组(SGIP)，成员包括680 个组织成员、1 794 位个人成员，主要包括电力企业、电子产业提供商、自动化和
电器提供商、标准化组织、IT 和电信公司、独立系统运营商和区域性传输组织、产业协会等。在组织成员中包括国际标准化组织( 如IEC)、标准开发组织( 如IEEE、IETF、SAEInternational 等)、美国标准化组织( 如ANSI、北美电力可靠性公司等)。
NIST 于2009 年9 月发布了智能电网互操作框架和演进的1.0 版本，并于2010 年2 月发布了智能电网网络安全战略和需求，包括安全战略、对逻辑接口安全、隐私保护，以及对现有相关标准的分析。目前已经发布的指南包括“智能电网互操作框架和路线图草案版本1.0”，其中包含25 项标准和50 项侯选标准。
欧盟委员会(EU)的智能电网标准化推动工作从2009 年3 月颁发的M441 指令开始，2010 年6 月EU 发布指令M468，要求欧洲各标准组织回顾和制订电动汽车相关标准，以实现充电器、供电站等相关设备之间的互操作。2011 年3 月EU 发布指令M490，要求欧洲各标准组织在2012年底之前制订推动高级智能电网业务应用的标准。2011 年4 月，EU 发布“Smart Grids: from innovation todeployment”文件，从标准、管制等方面说明了对智能电网的推动措施。
欧盟为推动智能电网的标准化工作，成立了若干专家组，主要的标准化机构包括ETSI、CEN 和CENELEC，ETSI专门成立了M2M 技术委员会，并完成了M2M 应用系统架构、智能电网电表等标准。
除了上述的美国和欧盟的强力推动，国际上相关的标准化组织也都在对智能电网的相关标准进行研究，包括ITU、ISO、Zigbee、OASIS 等，ITU-T 专门成立了智能电网焦点组(SG FG)，完成了5 份技术报告，包括智能电网名词术语、智能电网使用案例、智能电网概述、智能电网的通信需求、智能电网体系架构。智能电网的体系架构如图3 所示[2]。中国在智能电网方面也在制订相应的标准，包括国网信通公司和中国通信标准化协会(CCSA)。CCSA 正在制订“ 面向智能电网中物联网应用的无线技术研究”。
▲图3 智能电网的体系架构
经过各界的努力，智能电网的标准化体系已经初步形成，包括名词术语、需求、体系架构、电力系统标准、无线通信标准、面向物联网的轻量级IP 标准、互联互通标准等，这些标准不仅为智能电网的实施做出了贡献，也为物联网标准体系奠定了基础。
4.3 中国通信标准化协会
中国通信标准化协会(CCSA) 于2010 年2 月专门成立了“泛在网技术工作委员会”(TC10)，下设4 个工作组，对物联网的共性总体标准、应用标准、网络标准和感知延伸等标准进行了全面的研究和行业标准的制订。表1 列出了此技术工作委员会的组织架构和工作范围。
▼表1 CCSA TC10 的组织结构及工作范围
自成立以来，TC10 已共计完成行标、技术报告和研究课题立项31 项，内容涵盖了物联网标准体系中的3个层次以及相关的总体架构和公共技术。其中，涉及总体架构和公共技术的立项6 项，涉及物联网应用层的立项16 项，涉及物联网网络层的立项4 项，涉及物联网感知延伸层的立项5 项。同时CCSA 与智能交通标准工作组签订了合作协议，对智能交通的标准进行合作。
5 物联网标准化体系的构建
物联网是跨行业、跨领域、具有明显交叉学科特征、面向应用的信息基础设施，因此构建物联网的标准体系时，不仅要考虑已有行业制订的标准，而且要兼顾物联网服务体系的发展需要；要避免不同行业标准组织的重复制订，还要做好各行业和部门间的协调合作，保证各自标准相互衔接，满足跨行业、跨地区的应用需求。
物联网标准化体系应由物联网总体标准、物联网共性技术标准以及行业物联网标准构成。
物联网总体标准由基本类标准、物联网需求类标准、物联网架构类标准、物联网评估和测试类标准构成。
基本类标准将包括物联网基本术语、物联网的总体参考模型、物联网标准指南等；物联网需求类标准包括物联网的总体技术要求、物联网安全的总体技术要求、物联网服务质量总体要求、物联网标识和解析总体需求；物联网架构类标准包括物联网系统的总体架构、物联网安全的总体架构、物联网标识和解析的总体架构、智慧城市总体架构等；物联网评估和测试类标准包括物联网应用评估、物联网公共测试等。
物联网共性技术标准包括信息感知技术类标准、信息传输技术类标准、信息开放技术类标准和信息处理技术类标准，这些标准是用于不同行业物联网的共性技术标准。物联网共性标准基于可重用于物联网应用的现有各类信息通信技术标准，同时各类ICT 技术标准也面向物联网应用发展增强。
行业物联网标准由公共服务和智能电网、智能交通、智能医疗等垂直行业物联网标准构成。物联网的纵向模型分为感知层、网络层、应用层，因此行业物联网标准包括行业应用和公共服务特定的感知标准、网络标准和行业应用标准。行业物联网标准将遵循物联网总体性标准和共性技术标准的要求，面向行业应用需求，研制开发行业特有的技术、产品和应用类标准。
6 结束语
物联网应用涉及到各个行业、各个产业，因此物联网的标准需要形成以需求方为主导，通信行业标准积极配合的局面。从横向上考虑，需做好各行业和部门间的协调合作，保证各自标准相互衔接，满足跨行业、跨地区的应用需求；从纵向上考虑，确保网络架构层面的互联互通，做好信息获取、传输、处理、服务等环节标准的配套。特别是加强各个物联网相关标准化组织之间的协调沟通，建立及时有效的联络机制，使其明确各自定位和范围，共同做好物联网标准体系建设。
物联网的标准体系构建需要经历以下3 个阶段：阶段1，着重行业应用和公共服务标准的制订，每一类应用自成体系，其中包括行业本身的标准和本行业对通信技术的要求；阶段2，对阶段1 各类应用的标准进行收集、分析，从而提取出共性标准，尤其是共性的通信类要求和接口标准；阶段3，用阶段2 的共性标准指导行业应用和公共服务的实施，并不断完善阶段2 的共性标准。其中物联网的总体标准将贯穿这3 个阶段，并不断深化和完善。目前全球的物联网标准处于阶段2，即尚处于收集应用实例，分析现有需求和架构，提取共性需求、能力和架构的阶段。
7 参考文献
1] ITU-T draft Recommendation of Y.
IoT-Overview [S]. 2012.
[2] ITU-T SG-FG. Output Document of SmartGrid Architecture [S]. 2012.
作者简介
刘多，工业和信息化部电信研究院副院长、教授级高级工程师，中国通信标准化协会副秘书长，中国通信标准化协会泛在网技术工作委员会主席，中国下一代互联网第二届专家委秘书长，互动媒体产业联盟秘书长，国际电信联盟标准局(ITU-T)第13 研究组(SG13) 副主席，ITU-T 物联网全球标准化技术和战略工作组(IoT-GSI TSR)主席。 
