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【摘 要】近年来，物联网（InternetofThings）逐步引起学术界的广泛关注。作为电信网络的延伸，国家也应该制定终端内感知功能实现规范，推动手机等通信终端成为具备通信、感知和处理功能的综合信息终端，增强用户黏度，推进物联网走向公众应用。本文笔者剖析了物联网的体系构架，再对移动通信网络物联网业务的应用，着重从接入泛在性、承载宽带化和安全性等3个方面进行了深入的分析与探讨。
【关键词】物联网；架构；应用分析
前言
物联网对促进互联网的发展、带动人类的进步发挥着重要的作崩，并将成为未来经济发展的新增点。目前，物联网产业被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。国家必须做出发展规划统一协调，努力引导物联网与移动通信的发展和应用，结合实际情况和相关领域的标准化，研究并提出可持续发展的新模式，在感知、传输和应用上构成向现代服务业方向发展的新物联网的生态链，只有这样我们才能在未来的高新技术产业竞争中立于不败之地。
1.物联网的定义
目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2.物联网体系架构
物联网网络的组成架构包括：末梢节点（应用采集控制层）、接入层（末梢网络）、承载网络、应用控制层、用户，其中承载网络作为业务的基础网络由计算机网络和通信网络构成。物联网网络架构如图1所示。
（1）末梢节点层。由各种类型的采集和控制模块组成，如各种传感器、RFID读写器、二维码识读器等，完成物联网应用的数据采集和设备控制功能；
（2）接入层。由基站节点（Sink节点）和接入网关组成，完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集，或完成向末梢节点的信息转发等功能；
（3）承载网络层。指现行的通信网络，可以是Internet、公共交换网络、移动通信网络、有线电视网络、企业专网等，完成物联网接入层与应用控制层之间的信息通信功能；
（4）应用控制层。由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件的触发等；
（5）用户层。它为用户提供物联网应用UI接口，包括用户设备（如PC、PDA、手机）、客户端等。（见图1）
3.物联网业务对移动通信网络应用分析
从物联网的网络构架中可以看出，承载网络层是运营商的关键控制点，实体通信网络主要包括互联网与移动通信网络等。承载网络层主要确保网络的连通性，能够支撑Internet的网络协议以及为语音和数据提供低费高效的传输通道。为了接入大量物联类型业务，移动通信网络需要具备以下特性。
（1）接入泛在性：广域覆盖、灵活接入；
（2）承载宽带化：大容量、高带宽、多业务承载；
（3）安全性：信号安全、接入安全。
在物联网不断发展到普及阶段，物联网业务对移动通信网的影响要远远大于对互联网的影响。
3.1接入泛在性
全面的信息采集是物联网的基础，传感技术采集到的物体特征信息需要通过承载网络把信息传递到处理单元，这就要求承载网络“无所不在”，能够随时随地接入被采集的信息。
物联网的应用可大致分为监控型（视频监控、环境监测）、查询型（远程抄表、物流查询）、控制型（智能交通、路灯控制）、扫描型（手机钱包）等几大类。不同应用的特性及对QoS的需求也有所不同，如表1所示。
从表1可以看出，不同物联网应用对承载网络的承载要求存在较大差异，因此能够全面接入并承载所有物联网应用的承载网络必须具备无缝的广域覆盖、灵活的接入手段。而移动通信网络凭借有线通信无法比拟的可移动性、快速灵活部署等特点，为物联网人与物、物与物之间的畅通通信创造了基础条件。
目前中国联通正在推进WCDMA网络的建设，无论从网络规模还是覆盖范围来说都初具規模。WCDMA作为国际3G标准之一，可满足物联网的网络覆盖需求，也可利用其高速移动数据传输实现传感网络之间，以及与业务平台的互联。WCDMA网络覆盖广、频谱利用率高、稳定的电信级服务质量，可以作为物联网的主要承载网。
WCDMA网络基本能够满足移动场景下中等流量物联网业务的接入，主要对应表1中的查询型、控制型和扫描型业务。如果是以视频监控为主的流媒体业务，由于此类业务一般需要上传视频信号，对带宽和时延要求较高，因此在WCDMA网络暂不支持HSUPA的阶段，通过有线（如xPON网络）或WLAN接入较为合适。
3.2承载宽带化
现有的通信网络是以承载人与人的通信为主的，其设计和建设都是围绕着人的通信模式进行；但进入物联网发展的时代后，不仅会产生大量的通信节点，这些节点的通信特征与人的通信截然不同，而且还会产生海量的数据信息，这必然对承载网络带来压力。因此要求承载网络必须可运营、可管理、宽带化。移动通信网络作为电信级的运营网络，是承担这一角色的最佳选择。
3.2.1由统一承载向差异化承载演进
现有的移动通信网络在面对物联网所带来的承载压力时，应在充分利用现有网络资源的原则下，积极转型，向“以承载人与物、物与物的通信”这一方向逐步发展，并根据业务量的增加，从统一承载向差异化承载发展。
在物联网发展起步阶段，业务量较小，只需要通过对终端的配置和管理即可直接在现有通信网络上进行承载，网络不需要进行大的建设和优化。随着物联网业务的发展壮大，物联网的规模应用将造成对网络资源的巨大压力，如IP地址、传输带宽等。这时需要对通信网络进行部分改造和优化，例如引入智能管理平台，一方面能够实现对不同业务和用户的区分及分类，相应采取不同的承载策略，另一方面能够灵活调节网络资源，缓解网络压力，保障服务质量。 3.2.2各层网络协同保障承载宽带化
至于网络宽带化方面，移动通信网络通过核心网IP化、接入网IP化以及承载网络IP化的演进，正逐步实现这一目标。终端侧的接入网无论是WCDMA网络或WLAN等无线接入网，还是PTN或xPON等有线接入网，均可实现兆级带宽的快速接入。基于IP/MPLS核心技术的IP骨干网采用扁平化分层网络结构，通过10Gbit/s、40Gbit/s，甚至100Gbit/s互联链路，实现包交换智能化，具备高可用性、端口可扩展性等关键特性。而采用OTH、ROADM等技术的光传送网则为接入网与核心网之间搭建了高效、宽带的信息通道，是网络宽带化的基础条件。由此可见，移动通信自上而下的宽带网络将为物联网的发展奠定良好的平台。
3.3安全性
物联网中人与物、物与物之间的互联，大量信息采集和交换设备的使用，使得信息安全和隐私保护成为亟待解决的问题。移动通信网络经过多年商用的实践检验，其本身的安全性已有长足的进步，其承载物联网业务主要考虑以下两个方面的安全问题。
3.3.1信号安全
物联网实现过程中所采用的射频等无线信号是信息的载体，一旦安全受到威胁，则带来的影响将是灾难性的。移动通信网络作为承载网络，移动通信运营商在未来大规模传感网络的部署方面也应有所作为。
（1）物联网广泛部署的传感器通过射频无线信号进行信息采集、处理、传输和响应。这种暴露在开放空间的传感设备信号存在互扰和被恶意干扰的可能，一旦发生此类现象，则会导致安装了EPC标签的物品失控；
（2）随着物联网的普及，将会有更重要的、敏感的部门依赖于物联网，当他们的传感设备信号被截获时，就会存在重要信息被窃取或篡改的可能，这对于金融、交通、能源、气象，乃至军事、安全部门的威胁尤其严重。
3.3.2接入安全
物联网利用无线射频识别技术实现的射频IC卡、读卡器之间通过天线进行的通信、表征物品信息的RFID代码信号通过无线的方式进行的传输等，这些信息一旦被非法获取甚至篡改，就会导致各类安全问题，对系统安全和网络用户构成威胁。移动通信运营商可以将产业链下移，积极介入无线传感网络的安全领域。
RFID系统中的安全考虑主要基于匿名性、不可链接性和数据加密3个方面。匿名性就是保证攻击者不能根据RFID系统里的数据来追溯用户；不可链接性就是保证不能根據RFID系统内的数据追溯系统之前用户的行为记录；数据加密就是保障RFID系统中的数据安全。因此，实现RFID系统信息安全性的对策主要有：采用加密的SIM卡技术。SIM卡可以确保物理实体间的通信在网络中可靠传输。此外，SIM卡技术还要在底层接口方面有所突破，一是SIM卡和无线通信模块间的接口，用于机卡信息交互，远程数据传输；二是SIM卡具备感知能力和接口，支撑物联网进行更全面的感知等。
4.总结
移动通信网络开放接口的无线链路最容易遭受攻击，因此接入安全是物联网规模应用的必要条件。目前，WCDMA在网络接入安全机制上提供4个方面的安全特性，同样可以保障承载物联网业务的安全：（1）对象标识的保密性：包括对象标识的保密、对象位置的保密以及用户的不可追踪性，保护对象的私密性；（2）实体认证：包括用户认证和网络认证，防止非授权访问；（3）加密：包括加密算法协商、加密密钥协商、数据的加密和信令数据的加密；（4）数据完整性：包括完整性算法协商、完整性密钥协商、数据完整性和数据源认证，防篡改抗抵赖。
【关键词】物联网；架构；应用分析
前言
物联网对促进互联网的发展、带动人类的进步发挥着重要的作崩，并将成为未来经济发展的新增点。目前，物联网产业被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。国家必须做出发展规划统一协调，努力引导物联网与移动通信的发展和应用，结合实际情况和相关领域的标准化，研究并提出可持续发展的新模式，在感知、传输和应用上构成向现代服务业方向发展的新物联网的生态链，只有这样我们才能在未来的高新技术产业竞争中立于不败之地。
1.物联网的定义
目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2.物联网体系架构
物联网网络的组成架构包括：末梢节点（应用采集控制层）、接入层（末梢网络）、承载网络、应用控制层、用户，其中承载网络作为业务的基础网络由计算机网络和通信网络构成。物联网网络架构如图1所示。
（1）末梢节点层。由各种类型的采集和控制模块组成，如各种传感器、RFID读写器、二维码识读器等，完成物联网应用的数据采集和设备控制功能；
（2）接入层。由基站节点（Sink节点）和接入网关组成，完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集，或完成向末梢节点的信息转发等功能；
（3）承载网络层。指现行的通信网络，可以是Internet、公共交换网络、移动通信网络、有线电视网络、企业专网等，完成物联网接入层与应用控制层之间的信息通信功能；
（4）应用控制层。由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件的触发等；
（5）用户层。它为用户提供物联网应用UI接口，包括用户设备（如PC、PDA、手机）、客户端等。（见图1）
3.物联网业务对移动通信网络应用分析
从物联网的网络构架中可以看出，承载网络层是运营商的关键控制点，实体通信网络主要包括互联网与移动通信网络等。承载网络层主要确保网络的连通性，能够支撑Internet的网络协议以及为语音和数据提供低费高效的传输通道。为了接入大量物联类型业务，移动通信网络需要具备以下特性。
（1）接入泛在性：广域覆盖、灵活接入；
（2）承载宽带化：大容量、高带宽、多业务承载；
（3）安全性：信号安全、接入安全。
在物联网不断发展到普及阶段，物联网业务对移动通信网的影响要远远大于对互联网的影响。
3.1接入泛在性
全面的信息采集是物联网的基础，传感技术采集到的物体特征信息需要通过承载网络把信息传递到处理单元，这就要求承载网络“无所不在”，能够随时随地接入被采集的信息。
物联网的应用可大致分为监控型（视频监控、环境监测）、查询型（远程抄表、物流查询）、控制型（智能交通、路灯控制）、扫描型（手机钱包）等几大类。不同应用的特性及对QoS的需求也有所不同，如表1所示。
从表1可以看出，不同物联网应用对承载网络的承载要求存在较大差异，因此能够全面接入并承载所有物联网应用的承载网络必须具备无缝的广域覆盖、灵活的接入手段。而移动通信网络凭借有线通信无法比拟的可移动性、快速灵活部署等特点，为物联网人与物、物与物之间的畅通通信创造了基础条件。
目前中国联通正在推进WCDMA网络的建设，无论从网络规模还是覆盖范围来说都初具規模。WCDMA作为国际3G标准之一，可满足物联网的网络覆盖需求，也可利用其高速移动数据传输实现传感网络之间，以及与业务平台的互联。WCDMA网络覆盖广、频谱利用率高、稳定的电信级服务质量，可以作为物联网的主要承载网。
WCDMA网络基本能够满足移动场景下中等流量物联网业务的接入，主要对应表1中的查询型、控制型和扫描型业务。如果是以视频监控为主的流媒体业务，由于此类业务一般需要上传视频信号，对带宽和时延要求较高，因此在WCDMA网络暂不支持HSUPA的阶段，通过有线（如xPON网络）或WLAN接入较为合适。
3.2承载宽带化
现有的通信网络是以承载人与人的通信为主的，其设计和建设都是围绕着人的通信模式进行；但进入物联网发展的时代后，不仅会产生大量的通信节点，这些节点的通信特征与人的通信截然不同，而且还会产生海量的数据信息，这必然对承载网络带来压力。因此要求承载网络必须可运营、可管理、宽带化。移动通信网络作为电信级的运营网络，是承担这一角色的最佳选择。
3.2.1由统一承载向差异化承载演进
现有的移动通信网络在面对物联网所带来的承载压力时，应在充分利用现有网络资源的原则下，积极转型，向“以承载人与物、物与物的通信”这一方向逐步发展，并根据业务量的增加，从统一承载向差异化承载发展。
在物联网发展起步阶段，业务量较小，只需要通过对终端的配置和管理即可直接在现有通信网络上进行承载，网络不需要进行大的建设和优化。随着物联网业务的发展壮大，物联网的规模应用将造成对网络资源的巨大压力，如IP地址、传输带宽等。这时需要对通信网络进行部分改造和优化，例如引入智能管理平台，一方面能够实现对不同业务和用户的区分及分类，相应采取不同的承载策略，另一方面能够灵活调节网络资源，缓解网络压力，保障服务质量。 3.2.2各层网络协同保障承载宽带化
至于网络宽带化方面，移动通信网络通过核心网IP化、接入网IP化以及承载网络IP化的演进，正逐步实现这一目标。终端侧的接入网无论是WCDMA网络或WLAN等无线接入网，还是PTN或xPON等有线接入网，均可实现兆级带宽的快速接入。基于IP/MPLS核心技术的IP骨干网采用扁平化分层网络结构，通过10Gbit/s、40Gbit/s，甚至100Gbit/s互联链路，实现包交换智能化，具备高可用性、端口可扩展性等关键特性。而采用OTH、ROADM等技术的光传送网则为接入网与核心网之间搭建了高效、宽带的信息通道，是网络宽带化的基础条件。由此可见，移动通信自上而下的宽带网络将为物联网的发展奠定良好的平台。
3.3安全性
物联网中人与物、物与物之间的互联，大量信息采集和交换设备的使用，使得信息安全和隐私保护成为亟待解决的问题。移动通信网络经过多年商用的实践检验，其本身的安全性已有长足的进步，其承载物联网业务主要考虑以下两个方面的安全问题。
3.3.1信号安全
物联网实现过程中所采用的射频等无线信号是信息的载体，一旦安全受到威胁，则带来的影响将是灾难性的。移动通信网络作为承载网络，移动通信运营商在未来大规模传感网络的部署方面也应有所作为。
（1）物联网广泛部署的传感器通过射频无线信号进行信息采集、处理、传输和响应。这种暴露在开放空间的传感设备信号存在互扰和被恶意干扰的可能，一旦发生此类现象，则会导致安装了EPC标签的物品失控；
（2）随着物联网的普及，将会有更重要的、敏感的部门依赖于物联网，当他们的传感设备信号被截获时，就会存在重要信息被窃取或篡改的可能，这对于金融、交通、能源、气象，乃至军事、安全部门的威胁尤其严重。
3.3.2接入安全
物联网利用无线射频识别技术实现的射频IC卡、读卡器之间通过天线进行的通信、表征物品信息的RFID代码信号通过无线的方式进行的传输等，这些信息一旦被非法获取甚至篡改，就会导致各类安全问题，对系统安全和网络用户构成威胁。移动通信运营商可以将产业链下移，积极介入无线传感网络的安全领域。
RFID系统中的安全考虑主要基于匿名性、不可链接性和数据加密3个方面。匿名性就是保证攻击者不能根据RFID系统里的数据来追溯用户；不可链接性就是保证不能根據RFID系统内的数据追溯系统之前用户的行为记录；数据加密就是保障RFID系统中的数据安全。因此，实现RFID系统信息安全性的对策主要有：采用加密的SIM卡技术。SIM卡可以确保物理实体间的通信在网络中可靠传输。此外，SIM卡技术还要在底层接口方面有所突破，一是SIM卡和无线通信模块间的接口，用于机卡信息交互，远程数据传输；二是SIM卡具备感知能力和接口，支撑物联网进行更全面的感知等。
4.总结
移动通信网络开放接口的无线链路最容易遭受攻击，因此接入安全是物联网规模应用的必要条件。目前，WCDMA在网络接入安全机制上提供4个方面的安全特性，同样可以保障承载物联网业务的安全：（1）对象标识的保密性：包括对象标识的保密、对象位置的保密以及用户的不可追踪性，保护对象的私密性；（2）实体认证：包括用户认证和网络认证，防止非授权访问；（3）加密：包括加密算法协商、加密密钥协商、数据的加密和信令数据的加密；（4）数据完整性：包括完整性算法协商、完整性密钥协商、数据完整性和数据源认证，防篡改抗抵赖。