2.3 智能物联关键技术

智能物联的技术体系如图2-2所示。

2.3.1 智能物联总体架构技术

智能物联总体架构主要从顶层和共性角度出发，以提升物联网协同、智能服务能力为目标，建立支持开放互联的“智能物联”体系架构，包括支持更加智慧的物体及数据描述、更加海量的物体接入与管理、更加广泛的标识解析、更加智慧的物体服务等智慧要素。

1.智能物联总体架构顶层设计

在充分调研智能物联技术需求的基础上，从顶层设计的角度清晰地描述物体、网络、平台、应用之间的层级结构和交互关系，梳理物体接入与管理、服务发布与运行管理、物体统一标识和解析、物体交互与协同、物联数据处理与分析的过程，从总体上指导智能物联各个组成部分及其交互关系的规划，进而使各组成部分相互有机联系，形成整体。

2.基于语义的物体描述模型及方法

针对智能物联中物体在网络中能够被识别、感知、控制、互操作、协同的需要，需要建立物体描述模型。该物体描述模型需要在传统设备描述模型的基础上进一步解决可扩展描述机制、事件机制描述能力、安全机制描述能力、语义描述能力等问题。

3.多源异构物联数据规范

针对多源物联数据格式异构的特点，建立结构化的物联数据格式规范，提高数据处理效率，促进数据共享、融合，支持物联数据价值深层次挖掘和知识推理。

2.3.2 智能物联设备技术

为了解决物联设备规模化、开放化、标准化、智能化的问题，智能物联设备技术重点解决设备的低功耗自供能、快速自适应接入、前端智能认知等问题，涉及的典型关键技术如下。

1.多模式传感器技术

多模式传感器技术是智能传感器的关键技术，尤其在智能无线网络传感器方面具有重要作用，通过将传感器与处理器相结合，研究多任务、多模式管理技术，提高智能传感器工作效率，在有限能源条件下实现长时间高效率工作。在实现工作状态多模式切换的基础上，提升传感器智能化程度，结合多参数传感器集成技术、传感器阵列技术，实现更高级别复杂模式切换管理功能。

2.低功耗/小型化传感器技术

智能物联的日益发展促使传感器技术朝着智能化方向发展，性能上向着低功耗、小型化、低成本方向发展；降低功耗和尺寸，拥有较高的性价比是扩大应用市场的动力。重点突破低功耗传感器设计技术、低功耗能量管理技术、集成化技术、规模化批次生产技术。

3.无线网络传感器技术

针对传统有线传感器的布线问题，无线网络传感器技术可实现各种环境下的感知，是透彻感知体系的重要保障。针对智能物联需求，重点在无线网络传感器产品低功耗、低成本、安全通信、多接口融合、远距离识别及自主化接口协议等方面开展研究。

4.神经网络计算模块技术

神经网络计算模块技术将利用神经网络计算芯片，在针对神经网络计算时相比DSP、FPGA和GPU提供更强的处理能力和更低的计算功耗，可集成到传感器前端实现智能物联系统的前端智能化。针对智能物联的应用方向，重点开发前端语音识别技术、视频车辆识别技术、视频人脸识别技术、视频手势识别技术等。

5.物联数据前端处理技术

物联网应用大多都对实效性有很高的要求，网络实时性的好坏决定着系统整体性能的优劣。然而，在大多数物联网中，海量终端时刻产生着 GB 甚至 TB级的感知数据，若不对这些数据进行处理，直接传输、分析使用，则会产生大量的碰撞，严重影响网络的实时性。针对现有物联网数据处理方法，多将重点放在网络层和应用层无法有效解决物联网数据量大、碰撞多、实时性差的问题上，在感知层开展基于实时响应的数据处理技术，提高数据处理的实时性；研究信道不公平竞争的方法，提高实时数据抢占信道的能力。

6.多模多通道智能物联网通用网关技术

针对智能物联对于网络接入方式和网络形式的多样化需求，研究多模多通道智能物联网通用网关技术。以嵌入式处理器为核心，支持多个数据通道，包括串口、ZigBee、蓝牙或其他射频模块。同时，支持多个网络数据通道，包括Wi-Fi、LAN口、2G/3G/4G设备等。

2.3.3 智能物联网络技术

智能物联网络主要用来提供快速、稳定、高效的信息通道，实现物理世界与网络空间的互联互通，涉及的关键技术主要包括如下两类。

1.承载网络技术

承载网络技术的主要功能是建立物体到网络的信息通道，主要包括总线技术、低功耗近距离无线通信技术、以3G/4G/5G为代表的宽带蜂窝无线通信网络技术、低功耗广域网技术及电力线载波通信技术等。

其中，电力线载波通信技术是利用低压电网作为传输媒介，实现数据传输和信息交换的一种通信手段，其重点技术攻关方向为宽带PLC远程传输技术、多点组网技术、跨频段传输拼接技术等；5G通信技术指的是第五代移动通信技术，其传输速率高且时延低，并且通信功耗大幅降低，这可以极大地推动智能化设备的广泛运用，促进物联网应用的发展。

2.智能网络技术

智能网络技术是在承载网络的基础上研究智能物联环境下的网络智能化技术，包括软件定义网络技术、内容分发网络技术、信息中心物联网络技术等。

其中，信息中心物联网络借鉴了内容中心网络、信息中心网络架构的设计原则，保留了TCP/IP网络的沙漏模型，用信息或内容组块代替了原有的互联网协议，用对信息命名代替了原有的对物理实体的命名。同时，在网络中构建了存储和计算能力，信息传输路径上的中间节点及终端都可以缓存和处理数据，节省用户访问同一数据的响应时间，实现流量汇聚，进而从整体上减少整个网络的负载。此外，信息中心物联网络在时间上和空间上解耦了信息的发送者和接收者，增加了网络的健壮性，具备天生的抵抗DDoS攻击的能力。

2.3.4 智能物联平台技术

智能物联平台应提供如下能力。

（1）提供物体统一接入与管理能力，以实现海量异构物体的集成。

（2）提供物体统一标识与解析能力，以实现物体的发现与寻址。

（3）提供物联数据的处理能力，以挖掘海量物联数据的内在价值。

（4）提供物体服务抽象能力，以实现面向应用的物体功能呈现。

（5）提供平台安全保障能力，以实现面向用户的安全交互。

根据面向的对象不同，智能物联平台的关键技术可以从物联接入管理技术、物联数据处理技术及物联安全交互技术角度进行阐述。

物联接入管理技术重点解决海量、多元、异构物体快速接入物联网后的管理、标识解析、服务提供等问题，为智能物联应用开发提供便捷、统一、高效的服务调用，包括海量异构设备高效动态接入技术、大规模分布式高效物体标识解析与搜索技术、物体服务与动态协同技术等。

物联数据处理技术重点解决海量、多态、实时、强关联的物联数据的价值挖掘问题，是提升物联网“智慧”特性的关键组成部分，包括海量物联数据统一存储管理技术、多态物联数据分析处理技术、分布式物联数据融合共享技术、物联数据语义派生与知识发现技术等。

物联安全交互技术重点解决用户、设备、平台及应用间交互的安全保障问题，满足物联网设备在爆发式的增长下安全、隐私的保护需求，包括基于区块链的密钥管理技术、基于标识的密钥管理技术和基于标识的身份认证技术等。

智能物联平台中，涉及的典型关键技术如下。

1.海量异构设备高效动态接入技术

智能物联体系中物体数量巨大，且具有很强的异构性，体现在物理接口、数据格式、操作过程等方面，传统的接入手段无法做到高并发的动态接入。针对这些问题，在物体统一建模与描述的基础上，物联平台通过动态解析物体描述文件，实现物体与平台的免驱对接适配。通过描述文件，一次编辑，各处解析，不仅提高接入效率和并发能力，还能够节约开发和升级成本。

2.大规模分布式高效物体标识解析与搜索技术

智能物联中物体数量巨大，且具有明显的跨域特性。针对智能物联海量物体跨域搜索的需求，研究大规模分布式高效物体标识解析与搜索技术，实现物体资源跨域统一通信，并配合物联港完成物体搜索，解决物资源标识、发现和解析的问题。其涉及的关键技术包括海量物体标识分布式解析技术、物联网资源跨域统一映射技术、复合时空特性的物联网动态搜索技术等。

3.物体服务与动态协同技术

物体的服务化与协同化是智能物联的重要技术基础，该技术解决智能物联各应用系统/平台对物体的共享问题，将物体进行虚拟服务化封装，利用虚拟实体暴露物体的资源与服务，实现物体与物体、物体与应用/平台之间的互操作。同时，引入基于事件的发布/订阅机制，实现服务间的动态协同。其涉及的关键技术包括面向物体的层次化服务应用框架技术、基于组件型服务的物联网开放中间件技术、基于事件驱动的物联网服务协同技术等。

4.海量物联数据统一存储管理技术

海量物联数据的存储与管理是物联数据处理、分析、共享和使用的基础，面临的主要问题包括数据规模可扩展性和数据存储管理模式兼容性。海量物联数据统一存储管理能力服务针对不同应用场景的海量数据存储管理需求，提供数据动态可增长能力及共性操作统一访问接口，支持兼容关系数据库、分布式文件系统、分布式数据库、图数据库等不同类型的存储管理模式，实现海量异构数据统一管理。

5.多态物联数据分析处理技术

多态物联数据分析处理能力服务是海量物联数据实现价值信息转化的核心。多态物联数据分析处理技术针对物联网数据大规模动态增长、来源广泛、结构多样化、弱关联碎片化等特点，提供大规模离线数据批处理、高实时在线数据流处理、复杂关联数据图计算、物联数据高速交互查询分析、物联数据深度分析挖掘等服务，解决各类物联数据的多样化分析处理难题。

6.分布式物联数据融合共享技术

物联数据融合共享能力服务面向各类物联网应用系统独立管理、数据资源孤岛化和私有封闭的现状，提供广域网环境下全分布式、对等、多对多模式的物联数据的整合治理与共享交换服务，支持分布式物联数据的注册发现、汇聚引接、共享交换、整合治理和综合利用，最终实现跨地域、跨领域、跨部门、跨系统的物联数据开放共享和融合治理。

7.物联数据语义派生和知识发现技术

物联数据的语义和知识是提升物联网智慧特性的关键要素。物联数据语义派生和知识发现技术基于语义描述实现对数据的语义转化，对数据进行综合分析从而得到有用的规则，其中需要解决的主要问题是语义的标准化。知识要比语义更统一、有用，知识发现的主要技术包括上下文感知、本体论、数据关联性分析、聚类分析和异常值分析等。

8.基于区块链的物联安全交互技术

针对智能物联海量物体、平台等网元间的安全交互需求，需要研究一种安全可靠的去中心化的安全交互技术。研究基于区块链的物联安全交互技术，用于用户、设备、平台及应用之间的安全交互。其中，所有交互无须信用背书或第三方参与，且交互双方无须身份认证，有效避免个人隐私及行为习惯数据的泄露。

9.基于标识的密钥管理技术

针对感知层中大量分布的弱终端，需要一种轻量级密钥管理技术，以适应弱终端运算与存储资源有限的特点，降低资源消耗与网络占用，减少对正常业务的影响。研究基于标识的密钥管理技术，针对我国的IBC密码体制，通过科学的架构，将多种算法巧妙组合，实现基于标识的公/私密钥对生成及基于标识的密钥管理，支持基于标识的数字签名和密钥交换。

10.基于标识的身份认证技术

目前，认证系统大都基于公共密钥基础设施（PKI），然而由于PKI具有公共密钥产生不具备规模性、证书目录需要在线运行、依靠整条 CA 认证链及根CA系统易形成性能瓶颈等缺点，使其应用受到一定的限制。为了适用物联网大量终端、人员的身份认证需求，需要在实现的高效SM9标识密码算法的基础上，设计各个用户之间的认证协议和密码交换协议，建立在新型密钥管理算法和映射技术基础上的认证体制，实现基于标识的端对端离线认证。

2.3.5 智能物联标准体系

智能物联标准体系用来指导物联网系统的规范化、标准化建设，包括基础共性标准规范及行业应用标准规范。建立和不断完善相关标准体系，对智能物联生态体系的持续发展具有重要的意义。

1.基础共性标准规范

基础共性标准规范定位于解决物联网基础性、通用性的标准规范问题，主要包括物联网设备接入、物联网标识解析、信息交换与共享、物联网服务等共性方面的标准和规范。

2.行业应用标准规范

行业应用标准规范定位于解决物联网应用建设多样性的标准规范问题，主要包含针对特定行业应用领域的标准规范和建设指南等，如智能家居、智慧农业、智慧医疗、智能交通、智慧城市等领域。