GB/T 33474-2016 物联网 参考体系结构

　　ICS 35. 110 L 79

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33474—2016

　　物联网 参考体系结构

　　Internetofthings—Referencearchitecture

　　2016-12-30发布 2017-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33474—2016

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 。

　　本标准由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归 口 。

　　本标准起草单位 :无锡物联网产业研究院 、中国电子技术标准化研究院 、利尔达科技集团股份有限公司 、上海集成通信设备有限公司 、深圳市标准技术研究院 、西安航天自动化股份有限公司 、华北计算技术研究所 、公安部第三研究所 、感知集团有限公司 、中国互联网络信息中心 。

　　本标准主要起草 人 : 沈 杰 、陈 书 义 、徐 冬 梅 、张 晖 、陈 洁 、付 根 利 、梁 源 、李 媛 红 、张 建 奇 、邬 红 波 、朱兴国 、姚健康 、吴明娟 。

　　引 言

　　物联网概念模型是不同类物联网应用系统的高度抽象 ,是理解和设计物联网的重要基础 。从物联网应用系统角度提出物联网概念模型有利于梳理物联网用户需求 、系统功能开发和物联网生态体系建设等 。

　　物联网参考体系结构作为物联网系统的顶层架构设计 ,基于物联网概念模型 ,为物联网应用系统设计者提供了系统分解参考设计 ,也为不同物联网应用系统之间的相互兼容 、互操作和资源共享提供了重要基础 。在开发不同物联网应用系统时 ,开发者可选择参考体系结构所定义的部分或全部的业务功能域和实体 ,也可对不同的业务功能域或实体进行组合和拆分 。 同时 ,开发者也可根据自身特定的需求 ,调整参考体系结构中未涉及的相关业务功能域或实体 。

　　物联网 参考体系结构

　　1 范围

　　本标准给出了物联网概念模型 ,并从系统 、通信 、信息三个不同的角度给出了物联网参考体系结构 。本标准适用于各应用领域物联网系统的设计 ,为物联网系统设计提供参考 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 33745—2017 物联网 术语

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　域 domain

　　具有特定目的的实体集合 。

　　注 : 物联网概念模型中包含的域有 :感知控制域 、目标对象域 、用户域 、运维管控域 、资源交换域 、服务提供域 。

　　[GB/T 33745—2017,定义 2. 2. 1] 3.2

　　物联网概念模型 IoT conceptualmodel

　　对物联网系统的高度抽象和模型化表现 。

　　[GB/T 33745—2017,定义 2. 2. 2] 3.3

　　物联网参考体系结构 IoT referencearchitecture

　　对物联网系统的整体结构 、组成部分 、不同部分之间的关系描述 。

　　[GB/T 33745—2017,定义 2. 2. 3] 3.4

　　物联网系统参考体系结构 IoT system referencearchitecture

　　从系统组成的角度描述物联网主要实体及其实体之间的关系的参考体系结构 。

　　3.5

　　物联网通信参考体系结构 IoT communication referencearchitecture

　　从网络通信的角度描述物联网系统各域的实体及实体间关系的参考体系结构 。

　　[GB/T 33745—2017,定义 2. 2. 5] 3.6

　　物联网信息参考体系结构 IoT information referencearchitecture

　　从信息和信息交换的角度描述物联网系统各域的实体及实体间关系的参考体系结构 。

　　[GB/T 33745—2017,定义 2. 2. 6]

　　3.7

　　数据通信类接口 data communication interface

　　通过无线或有线通信链路实现设备之间信息交互的接 口 。

　　注 : 如串 口 、并口 、USB接口 、以太网接口等 。

　　3. 8

　　非数据通信类接口 non-data communication interface

　　通过获取对象的物理 、化学 、生物等属性 ,实现设备与对象之间绑定的接 口 。

　　注 : 如物理 、化学 、生物类作用关系 、标签附着绑定关系 、空间位置绑定关系等 。

　　3.9

　　物联网基础服务 IoT basicservice

　　为物联网业务服务提供的基础支撑服务 。

　　注 : 如数据接入 、数据处理 、数据融合 、数据存储等 。

　　3. 10

　　物联网业务服务 IoT application service

　　提供面向物联网某类特定用户需求的业务服务 。

　　注 : 如对象信息统计查询 、分析对比 、告警预警 、操作控制 、协调联动等 。

　　3. 11

　　感知数据 sensingdata

　　通过数据采集获取的原始数据或在此基础上进行加工处理的表征对象信息的数据统称 。

　　3. 12

　　控制数据 controldata

　　作用于对象的执行控制操作的数据 。

　　3. 13

　　感知对象 sensing object

　　物联网用户期望获取信息的对象 。

　　3. 14

　　控制对象 controlobject

　　物联网用户期望执行操控的对象 。

　　3. 15

　　传感器网络结点 sensornetwork node

　　传感器网络节点

　　传感器网络中各种功能单元的统称 。包括传感器节点 ,传感器网络网关等设备 。

　　[GB/T 30269. 2—2013,定义 3. 1. 4]

　　3. 16

　　基础服务数据 basicservicedata

　　通过对不同类别数据进行加工处理生成具备语义和格式统一的数据 。

　　3. 17

　　业务融合数据 businessfusion data

　　以对象为中心 ,将关联的基础服务数据的封装整合形成的数据 。

　　3. 18

　　业务服务数据 businessservicedata

　　对基础服务数据 、业务融合数据等进行加工处理生成的面向业务服务的数据 。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　GPS 全球定位系统(GlobalPositioning System)

　　IoT 物联网(InternetofThings)

　　M2M 机器到机器(Machine-to-Machine)

　　RFID 射频识别(Radio Frequency Identification)

　　USB 通用串行总线(UniversalSerialBus)

　　SRAI 系统参考体系结构接口(System Reference Architecture Interface)

　　CRAI 通信参考体系结构接 口 (Communication Reference Architecture Interface)

　　IRAI 信息参考体系结构接 口 (Information Reference Architecture Interface)

　　IP 互联网协议(InternetProtocol)

　　I/O 输入/输出(Input/Output)

　　SOA 面向服务架构(Service Oriented Architecture)

　　WiFi 无线保真(Wireless Fidelity)

　　VPN 虚拟专用网络(VirtualPrivate Network)

　　QoS 服务质量(Quality of Service)

　　5 概述

　　物联网概念模型是不同类物联网应用系统的高度抽象 ,是设计物联网参考体系结构的基础 。

　　物联网参考体系结构是遵循物联网应用系统的共性需求及特征 , 为不同物联网体系结构设计提供参考 。基于物联网概念模型 ,本标准所包含的物联网参考体系结构从系统 、通信 、信息三个角度给出系统参考体系结构 、通信参考体系结构 、信息参考体系结构的描述 。物联网系统参考体系结构是物联网系统组成的抽象描述 ;物联网通信参考体系结构是异构物联网设备和网络之间互联的抽象描述 ;物联网信息参考体系结构是物联网信息形成过程的抽象描述 。 附录 A 给出了物联网技术框架 ,并描述了物联网技术框架同物联网参考体系结构之间的对应关系 。

　　物联网应用系统的抽象 、演绎 ,可得到通用的物联网概念模型和物联网参考体系结构 ; 物联网参考体系结构可指导不同物联网应用体系结构的设计 ,从而规范物联网应用系统的实现 。

　　物联网概念模型 、参考体系结构和应用系统之间的关系如图 1所示 。

　　图 1 应用系统、概念模型和参考体系结构的关系

　　6 物联网概念模型

　　6. 1 概念模型

　　物联网概念模型由用户域 、目标对象域 、感知控制域 、服务提供域 、运维管控域和资源交换域组成 ,见图 2。域之间的关联关系表示域之间存在逻辑关联或者通信连接的关联关系(见 6. 3) 。

　　图 2 物联网概念模型

　　6.2 域的描述

　　物联网概念模型中包含了六个域 ,每个域在物联网中的描述如下 :

　　a) 用户域是不同类型物联网用户和用户系统的实体集合 。物联网用户可通过用户系统及其他域的实体获取物理世界对象的感知和操控服务 。

　　b) 目标对象域是物联网用户期望获取相关信息或执行相关操控的对象实体集合 ,可包括感知对象和控制对象 。感知对象是用户期望获取信息的对象 ,控制对象是用户期望执行操控的对象 。感知对象和控制对象可与感知控制域中的实体(如传感网系统 、标签识别系统 、智能化设备接口系统等)以非数据通信类接口或数据通信类接口的方式进行关联 ,实现物理世界和虚拟世界的接口绑定 。

　　c) 感知控制域是各类获取感知对象信息与操控控制对象的软硬件系统的实体集合 。感知控制域可实现针对物理 世 界 对 象 的 本 地 化 感 知 、协 同 和 操 控 , 并 为 其 他 域 提 供 远 程 管 理 和 服 务 的接口 。

　　d) 服务提供域是实现物联网基础服务和业务服务的软硬件系统的实体集合 。服务提供域可实现对感知数据 、控制数据及服务关联数据的加工 、处理和协同 , 为物联网用户提供对物理世界对象的感知和操控服务的接 口 。

　　e) 运维管控域是实现物联网运行维护和法规符合性监管的软硬件系统的实体集合 。运维管控域可保障物联网的设备和系统的安全 、可靠运行 ,及保障物联网系统中实体及其行为与相关法律规则等的符合性 。

　　f) 资源交换域是实现物联网系统与外部系统间信息资源的共享与交换 , 以及实现物联网系统信息和服务集中交易的软硬件系统的实体集合 。资源交换域可获取物联网服务所需外部信息资源 ,也可为外部系统提供所需的物联网系统的信息资源 , 以及为物联网系统的信息流 、服务流 、资金流的交换提供保障 。

　　6.3 关联关系

　　图 2 中域之间的关联关系表示域之间存在通信连接和(或)逻辑关联 ,如表 1所示 。

　　表 1 概念模型关联关系描述

　　7 物联网系统参考体系结构

　　7. 1 概述

　　物联网系统参考体系结构是基于物联网概念模型 ,从功能系统组成的角度 ,给出物联网系统各业务功能域中主要实体及实体之间接口关系 ,见图 3。

　　图 3 物联网系统参考体系结构

　　7.2 实体描述

　　物联网系统参考体系结构中各个域包含的实体的描述见表 2。

　　表 2 物联网系统参考体系结构中的实体描述

　　表 2 (续)

　　表 2 (续)

　　7.3 接口描述

　　表 3 给出了物联网系统参考体系结构中主要接口的描述 。

　　表 3 物联网系统参考体系结构接口

　　表 3 (续)

　　表 3 (续)

　　8 物联网通信参考体系结构

　　8. 1 概述

　　物联网通信参考体系结构从实现物联网实体间互联互通的角度描述物联网域间及域内实体之间网络通信关系 ,见图 4。

　　图 4 物联网通信参考体系结构

　　8.2 实体描述

　　物联网通信参考体系结构中各个域包含的实体描述见表 4。

　　表 4 物联网通信参考体系结构中的实体描述

　　表 4 (续)

　　表 4 (续)

　　8.3 接口描述

　　表 5 给出了物联网通信参考体系结构中主要接口的描述 。

　　表 5 物联网通信参考体系结构接口

　　表 5 (续)

　　表 5 (续)

　　9 物联网信息参考体系结构

　　9. 1 概述

　　物联网信息参考体系结构从物联网应用及数据流出发 ,定义信息交换过程中参与实体和信息内涵 ,见图 5。

　　图 5 物联网信息参考体系结构

　　9.2 实体描述

　　物联网信息参考体系结构中各个域包含的实体描述见表 6。

　　表 6 物联网信息参考体系结构中的实体描述

　　表 6 (续)

　　9.3 接口描述

　　表 7 给出了物联网信息参考体系结构中主要接口的描述 。

　　表 7 物联网信息参考体系结构接口

　　表 7 (续)

　　表 7 (续)

　　附 录 A

　　(资料性附录)物联网技术框架

　　A. 1 概述

　　物联网技术框架代表物联网信息技术的集合 ,如图 A. 1 所示 ,将物联网涉及的主要技术分为感知 、应用 、网络和公共技术四个部分 ,各部分内列出当前主要采用的技术 。

　　图 A. 1 物联网技术框架

　　A.2 技术介绍

　　A.2. 1 感知技术

　　A.2. 1. 1 概述

　　感知技术实现对感知对象的属性识别 ,实现对感知对象属性信息的采集 、处理 、传送 ,也可实现对控制对象的控制 。感知技术分为采集控制 、感知数据处理两个子类 。

　　A.2. 1.2 采集控制技术

　　通过直接与对象绑定或与对象连接的数据采集器 、控制器技术 ,完成对对象的属性数据识别 、采集和控制操作 ,包括 :

　　— 传感器技术 。根据传感器使用的敏感元件技术 ,可以分为物理类 、化学类 、生物类等 ;

　　— 条码技术 。包含条形码和二维码技术 ,包括条码的附着技术和识别机具技术 ;

　　—RFID技术 。包括 RFID标签的附着技术和读写机具技术 ;

　　— 智能化设备接口技术 。实现与智能化感知对象和智能化控制对象的信息交互 ,核心是数据协议转换技术 ;

　　— 多媒体信息采集技术 。包括视频和音频数据的采集技术 、编解码技术等 ;

　　— 位置信息采集技术 。包括 GPS系统定位技术 、北斗卫星系统定位技术 、移动通信网络定位技术等 ;

　　— 执行器技术 。指接收控制数据并操控控制对象(如改变位置和形态等) 的技术 ,根据执行器类别差异 ,采用不同的机械或电子等执行器技术 。

　　A.2. 1.3 感知数据处理技术

　　对感知数据和控制数据的加工处理技术 ,包括 :

　　— 传感网技术 。使用自组织网络技术 、总线网络技术等短距离网络技术 ,或使用移动通信网络技术 ,把一定范围的若干传感器网络节点构成网络 , 以满足数据处理和网络管理的需要 ;

　　— 模数转换技术 。将感知数据从模拟转化为数字数据从而提高精度 、降低信息冗余度等技术 ;

　　— 网关技术 。 实现传感器网络系统和其他类型网络连接 ,并实现数据汇聚 、控制数据生成和分发 ,可采用近场的闭环控制 、数据存储 、人机界面等技术 ;

　　—M2M终端技术 。指支持 M2M相关通信协议的网关技术 ;

　　— 传感网中间件技术 。指保障感知数据与多种应用服务的兼容性技术 ,包括代码管理 、状态管理 、设备管理 、时间同步 、定位等 。

　　A.2.2 网络技术

　　为物联网提供通信支撑的技术 。在物联网概念模型的域内和域间均需依靠网络技术实现实体之间的通信连接和信息交换 。不同网络技术可支持不同的域内部和域间通信 ,如自组织网络技术 、总线网络技术等短距离网络技术主要应用于感知控制域 ;域间一般使用广域网络技术 ;各种局域网技术主要用于域内使用 ;移动通信技术在域间和域内都可以使用 。

　　A.2.3 应用技术

　　应用技术实现对感知数据的深度处理 ,形成满足需求的各种物联网应用服务 ,通过人机交互平台提供用户使用 。应用技术分为应用设计 、应用支撑 、终端设计三个子类 :

　　— 应用设计技术 。进行行业或专业物联网应用系统分析和建模 ,构造行业或专业物联网应用系统框架的软件技术 ;

　　— 应用支撑技术 。为物联网应用提供基础数据和业务服务的技术 。使用海量存储 、数据挖掘 、分布式数据处理 、云计算 、人工智能 、M2M 平台 、媒体分析等技术 ,对感知数据进行数据深度处理 ,形成与应用业务需求相适应 、实时更新 、可共享的动态基础数据资源库 。使用 SOA 中间件技术 ,形成规范的 、通用的 、可复用的业务服务 ;

　　— 终端设计技术 。利用计算机终端 、手机终端和专用终端 、显示系统 、人机工程 、I/O等技术构造友好 、高效 、可靠的用户终端 。

　　A.2.4 公共技术

　　公共技术是管理和保障物联网整体性能的技术 ,作用于概念模型的各个域 。

　　A.3 物联网技术框架和概念模型的对应关系

　　物联网概念模型各个域内实体基于物联网技术框架中各种技术的应用 , 因此 ,物联网技术框架和物

　　联网概念模型的域有确定的对应关系 。 图 A. 2 表示物联网技术和物联网概念模型对应关系 。

　　图 A.2 物联网技术和概念模型域对应关系

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 15629. 15—2010 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 第 15部分 :低速无线个域网(WPAN)媒体访问控制和物理层规范

　　[2] GB/T 30269. 2—2013 信息技术 传感器网络 第 2 部分 :术语

　　[3] IEEE802. 11 Information Technology—Telecommunicationsand information exchangebe- tween systems—Local and metropolitan area networks—Specific requirements—Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) specifications

　　[4] IEEE 802. 15. 4 Local and metropolitan area networks—Part15. 4: Low— Rate Wireless PersonalArea Networks (LR-WPANs)

　　[5] Zigbee Alliance Document053474r05Version 1. 0,Zigbee Specification,2005.