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物联网(IoT)的 14 个定义

最编程 2024-05-25 16:01:10
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物联网(Internet of Things,IoT)是一个融合了不同技术和社会领域的应用领域,如图 1 所示。尽管对物联网的研究多种多样,但其定义仍然模糊。我们想应对这一挑战,因为拥有一个涵盖物联网所有功能的合理定义可以促进对该主题的更好理解,从而促进进一步研究并促进我们对这一新兴概念的理解。本文从IEEE研究对IOT定义为主要文献进行总结。


图1 与物联网相关的技术和社会方面

  一般来说,物联网涵盖许多领域(见图 1 ),从支持技术和组件到有效集成这些低级组件的多种机制。因此,软件是物联网系统的一个判别因素。物联网操作系统旨在以最高效的方式在小型组件上运行,同时 提供 基本的 功能 至 简化 和 支持 这 全球的 物联网 系统 在 它的 目标和宗旨。中间件、可编程性——就应用程序编程接口 (API) 而言——和数据管理似乎是在物联网领域构建成功系统的关键因素。为了正确处理可能增长到数百万个不同组件的系统,需要管理能力。在这种情况下,每个单独的组件和/或子系统的自我管理和自我优化可能是强烈的要求。在 其他 字, 自治 行为 可以 变得 这 规范 在 大的 和 复杂的 物联网 系统。数据安全和隐私将在物联网部署中发挥重要作用。由于物联网系统将产生和处理个人身份信息,因此数据安全和隐私从一开始就至关重要。服务和应用程序将建立在这个强大而安全的平台之上,以满足业务需求。设想了如此多的应用程序以及通用和可重用的服务。这一结果将需要物联网及其相关利益相关者生态系统的新的、可行的商业模式。最后,物联网可以对人和社会产生影响 居住 在, 和 所以 它 必须 是 构思 和 实施 内 这 约束 和 规定 每个 国家。

本章将介绍标准化组织、物联网项目、学术界、国家倡议、白皮书、书籍和相关行业提供的物联网的最新定义和架构模型。

1.起源

射频识别或 RFID 可能是物联网起源的一项关键技术。

雷达和射频 (RF) 通信系统的进步一直持续到 1950 年代和 1960 年代。美国 (US)、欧洲和日本的科学家和学者探索了如何使用射频能量来远程识别物体。公司开始将使用无线电波确定物品是否已付款的防盗系统商业化。

Mario W. Cardullo 声称在 1973 年 1 月 23 日获得了第一个带有可重写存储器的有源 RFID 标签的美国专利。

随着时间的推移,公司将 125 kHz 系统商业化,然后将无线电频谱上移至高频段 (13.56 MHz),该频段在世界大部分地区都不受监管且未被使用。高频 RF 提供更大的范围和更快的数据传输速率。公司,尤其是欧洲的公司,开始使用它来跟踪可重复使用的容器和其他资产。今天,

13.56 MHz RFID 系统用于访问控制、支付系统(例如,Mobile Speedpass)和非接触式智能卡。它们还用于汽车防盗装置。转向柱中的读取器读取钥匙周围塑料外壳中的无源 RFID 标签。如果它没有得到它被编程寻找的 ID 号,汽车就不会启动。

1990 年代初期,IBM 工程师开发了超高频 (UHF) RFID 系统并获得了专利。 UHF 提供更长的读取范围(在良好条件下可达 20 英尺)和更快的数据传输。

IBM 与 WalIMart 进行了一些早期试点,但从未将这项技术商业化。当它在 20 世纪 90 年代中期陷入财务困境时,IBM 将其专利出售给了条码系统供应商 Intermec。 Intermec RFID 系统已安装在众多不同的应用中,从仓库跟踪到农业。但由于销量低且缺乏开放的国际标准,该技术在当时价格昂贵。

UHF RFID 在 1999 年得到了推动,当时统一代码委员会、EAN 国际、宝洁和吉列出资在麻省理工学院 (MIT) 建立了 AutoIID 中心。那里的两位教授 David Brock 和 Sanjay Sarma 一直在研究在所有产品上放置低成本 RFID 标签以通过供应链跟踪它们的可能性。他们的想法是在标签上只写一个序列号以降低价格,因为存储很少信息的简单微芯片的生产成本要比具有更多内存的更复杂芯片的生产成本低。与标签上序列号相关的数据将存储在可通过互联网访问的数据库中。

1999 年至 2003 年间,AutoIID 中心获得了 100 多家大型最终用户公司以及美国国防部和许多主要 RFID 供应商的支持。它在澳大利亚、英国、瑞士、日本和中国开设了研究实验室。它开发了两种空中接口协议(1 类和 0 类)、电子产品代码 (EPC) 编号方案(Sarma 等人,“RFID 系统”,2003 年),以及用于查找 RFID 标签相关数据的网络架构在 Internet 上(Brock,“Electronic Product Code”,2001 年)。该技术于 2003 年获得统一代码委员会的许可,统一代码委员会创建了 EPCglobal,作为与 EAN International 的合资企业,以将 EPC 技术商业化。 AutoIID 中心于 2003 年 10 月关闭,其研究职责移交给了 AutoIID 实验室。

AutoIID 中心从 2000 年左右开始使用“物联网”一词,大力推广以 EPC 系统作为物联网基础的互联世界的概念和想法。尽管 Kevin Ashton(时任 AutoIID 中心的执行主任)声称创造了“物联网”一词,但根据 Daniel Engels 教授的说法,该词在 1997 年国际电信联盟 (ITU) 的出版物中使用过 (Thiesse等人,“EPC 概述”,2006 年)。

2.标准组织IEEE对IOT定义

IEEE 是一个全球性的专业工程组织,其使命是促进技术创新和卓越造福人类。在 2014 年 3 月发布的关于物联网的特别报告(IEEE,“Internet of Things”,2014)中,IEEE 将“物联网”一词描述为:

“一个物品网络——每个物品都嵌入了传感器——连接到互联网。”

本声明是作为对“物联网”的描述而编写的,而不是作为该概念的官方定义。但我们可以看到,该描述仅涉及物联网的物理方面。

IEEE 标准协会 (IEEEISA) 是 IEEE 内全球公认的标准制定机构,它通过开放的流程制定共识标准,该流程让行业参与并汇集了广泛的利益相关者社区。 IEEE 标准根据当前的科学和技术知识制定规范和最佳实践。 IEEEISA 拥有 900 多个现行标准和 500 多个正在开发的标准组合。在对物联网的研究中,它已经确定了 140 多个与物联网相关的现有标准和项目。 (参见http://standards.ieee.org/innovate/iot/用于标准和项目列表。) 与物联网直接相关的一个项目是 IEEE P2413™ ( http://standards.ieee.org/innovate/iot/ )。 IEEE P2413 的范围是定义架构框架,解决各种物联网域的描述、物联网域抽象的定义以及不同物联网域之间的共性识别。 制定该标准的 IEEE P2413 工作组的目标是: · 通过启用跨域交互加速物联网市场的增长 通过提高系统兼容性、互操作性和功能可交换性实现平台统一。 · 定义 一个 物联网 建筑学 框架 那 盖子 这 建筑的 需要 的 这 各种物联网应用 域。

· 增加 这 透明度 的 系统 架构 至 支持 系统 基准测试、安全和安保 评估。

· 减少 行业 碎片化 和 创造 一个 批判的 大量的 的 多利益相关者 活动围绕 世界。

· 利用现有机构 工作。

IEEE P2413 目前正在考虑将 IoT 架构视为三层结构,图 2中对各层进行了解释。


图 2。物联网的三层架构


IEEE P2413 目前还假设物联网市场的范围和物联网的利益相关者,如下图 3所示:


图 3。物联网市场和利益相关者


3.标准组织-欧洲标准化协会对IOT定义

ETSI 制定了全球适用的信息和通信技术 (ICT) 标准,包括固定、移动、无线电、融合、广播和互联网技术。它被欧盟 (EU) 正式认可为欧洲标准组织 (ESO)。 尽管 ETSI 没有在其文档中提及“物联网”一词,但它在“机器对机器 (M2M) 通信”的标签下讨论了一个类似的概念(ETSI,“MachineIto Machine”,2010 年)。因此,ETSI 将 M2M 通信定义为: “机器到机器(M2M) 通讯是两个或更多不一定需要任何直接人为干预的实体。 M2M 服务旨在自动化决策和沟通过程。” ETSI 还处理 M2M 通信的架构视图,其中构成架构的逻辑实体也在图 4 中表示并定义如下: 设备:使用 M2M 服务功能运行 M2M 应用程序的设备。 M2M设备通过以下两种方式连接到网络域: 直接连接 :M2M设备通过接入网连接到网络域。 M2M设备执行注册、认证、授权等程序,

管理和配置网络域。 M2M设备可以向网络域隐藏的与其连接的其他设备提供服务。

作为网络代理的网关:M2M 设备通过 M2M 网关连接到网络域。 M2M 设备使用 M2M 区域网络连接到 M2M 网关。 M2M 网关充当网络域的代理,指向连接到它的 M2M 设备。被代理的过程的例子包括:认证、授权、管理和供应。M2M设备可以通过多个M2M网关连接到网络域。

M2 M 区域网络:提供 M2M 设备和 M2M 网关之间的连接。

M2M网关_ :使用 M2M 服务功能运行 M2M 应用程序的网关。网关充当 M2M 设备和网络域之间的代理。 M2M 网关可以向连接到它的隐藏在网络域之外的其他设备提供服务。

接入网:是一个网络,它允许M2M设备和网关域与核心网络进行通信。

核心网络:提供:

)最低限度的 IP 连接和可能的其他连接 方法,

)服务和网络控制 功能,

)互连(与其他网络),

) 漫游。

能力:运行服务逻辑并使用可通过开放接口访问的 M2M 服务能力的应用程序。

网络管理功能:管理接入和核心网络所需的所有功能:包括配置、监督、故障管理等。

管理功能:在网络域中管理M2M服务能力所需的所有功能。 M2M 设备和网关的管理使用特定的 M2M 服务功能(ETSI,“MachineIto Machine”,2010 年)。


图 4。用于 M2M 通信的 ETSI 架构模型


4.标准组织-OneM2M对IOT定义

OneM2M 是一个全球合作伙伴关系,旨在为机器到机器 (M2M) 通信开发标准,从而实现物联网的大规模实施。 OneM2M 与各种标准化组织、供应商和服务提供商合作,如 ETSI、IEEE、思科、意大利电信等。

OneM2M 没有提供 M2M/IoT 系统的精确定义;相反,它提供了 M2M/IoT 系统满足的要求的详尽列表(ETSI,“oneM2M Requirements”,2013 年)。但它确实提供了 M2M 生态系统中功能角色的说明(参见下面的图 5 )。


图 5。 M2M 生态系统中的职能角色


本图中的功能实体及其要求如下所述:

1. 用户(个人或公司 - 又名, 最终用户):

    使用 M2M 解决方案

2. 申请服务 供应商:

  提供 M2M 应用程序 服务

   经营 M2M 应用程序

3. M2M服务 供应商:

为应用服务提供 M2M 服务 供应商

操作 M2M 通用 服务

4. 网络 操作员:

为 M2M 服务提供连接和相关服务 供应商

操作 一个 潜在的 网络。 这样的 一个 潜在的 网络 可以, 例如, 是 电信 网络。

上述任何职能角色都可能与任何其他角色重合。这些职能角色并不暗示业务角色或反映架构假设。

OneM2M在架构、接口、安全、通信协议等方面为M2M/IoT提供了详细的标准。 oneM2M 有一个分层模型,如下图 6所示。


图 6。 oneM2M分层模型


应用层:包括oneM2M应用和相关的业务和操作逻辑。

公共服务层:由启用oneM2M 应用程序(例如,管理、发现和策略执行)的oneM2M 服务功能组成。

网络服务层:提供传输、连接和服务功能。

ETSI 是 oneM2M 全球倡议的贡献者,正在努力使管道“水平化”。 作为 显示 在 数字 7. 垂直的 和 水平的 管道 标准化 场景, 下面,垂直管道场景是一个应用程序、一个网络和一种(或几种)类型的设备。另一方面,“垂直管道场景”也可以描述应用程序共享公共基础设施、环境和网络元素的模型(ETSI,“oneM2M Requirements”, 2013)。


图 7。纵横管道标准化场景


5.电信联盟-ITU对IOT定义

ITU 是联合国负责信息和通信技术 (ICT) 的专门机构。它分配全球无线电频谱和卫星轨道,制定确保网络和技术无缝互连的技术标准,并努力改善全球服务欠缺社区对 ICT 的访问。 在其 2005 年的物联网报告中,国际电联将物联网描述为“无所不在的网络”,其中无所不在网络的概念建立在网络和联网设备的全面使用之上(国际电联,Y 系列,2005 年)。从字面上看,无所不在的网络环境是网络和连接随时随地可用的环境。无处不在的信息和通信网络的早期形式在移动电话的广泛使用中显而易见。“无处不在”一词来自ubique的拉丁词根,意思是无处不在。然而,它至少以两种略有不同的方式应用于 ICT 世界。

Ø 在 欧洲的 用法, 它 倾向于 至 是 解释的 在地理上, 意义 可用的 从 全球各地,无论多么遥远。虽然有可能,但由于卫星技术,这在经济上可能不划算 可行的。

Ø 在 日本 和 这 * 的 韩国, 这 单词 是 用过的 更多的 经常 在 一个 社会的 相当 而不是地理环境,这意味着特定的通信服务可能是普遍可用的。例如,“无处不在的网络社会”一词在日本被定义为“随时随地可用,任何东西都可用”。 任何人。”

因此,国际电联认可物联网的网络定义: “随时随地,任何人和任何人都可以使用”。

连通性将呈现一个全新的维度。今天,用户可以随时随地连接。明天的全球网络将不仅包括人类和电子设备,还包括各种无生命的东西。这些东西将能够与其他东西通信,例如,冰箱与杂货店、洗衣机与衣服、植入式标签与医疗设备以及车辆与静止和移动物体。

此外,国际电联描述了实现物联网的使能技术。这些技术是:用于标记事物的 RFID、用于“感觉”事物的传感器技术、智能让事物“思考”的技术和缩小事物的纳米技术。


图 8。国际电联对物联网的定义


     ITUIT 第 13 研究组

ITUIT 第 13 研究组领导 ITU 在下一代网络 (NGN) 和未来网络标准方面的工作(ITU,SERIES Y,2005)。它将物联网定义为:

“信息社会的全球基础设施,通过基于现有和不断发展的可互操作信息和通信技术互连(物理和虚拟)事物来实现高级服务。”

注 1 – 通过利用识别、数据捕获、处理和通信能力,物联网充分利用事物为各种应用提供服务,同时确保满足安全和隐私要求。

注 2 – 从更广泛的角度来看,物联网可以被视为具有技术和社会影响的愿景。

6.IETF对IOT定义

Internet 工程任务组 (IETF) 是一个大型、开放的国际社区,由网络设计人员、运营商、供应商和研究人员组成,他们关注 Internet 架构的演进和 Internet 的平稳运行。它对任何感兴趣的人开放。 IETF 提供了自己对物联网的描述,以及“互联网”和“事物”的定义(IETF,“物联网”,2010 年): “ 物联网将要 连接对象(电气,非电气 ) 至提供他们提供的无缝通信和上下文服务。 RFID 标签、传感器、执行器、手机的发展使交互和数据的物联网成为可能 合作的每个人其他至让 他服务更好和可访问任何时候, 来自任何地方。” IETF 对“互联网”的定义: “最初的‘互联网’是基于TCP/IP协议族的,但任何基于TCP/IP协议族的网络都不能属于互联网,因为私有网络和电信网络虽然基于TCP/IP协议族,但不属于互联网。”

IETF 对“事物”的定义:

“在物联网的视野中,‘物’是多种多样的,例如计算机、传感器、人、执行器、冰箱、电视、车辆、手机、衣服、食物、药品、书籍等。这些东西分为三个范围:人、机器(例如传感器、执行器等)和信息(例如衣服、食物、药品、书籍等)。这些“事物”应该至少通过一种独特的识别方式来识别,以便能够相互寻址和通信并验证它们的身份。在这里,如果确定了“事物”,我们将其称为“对象”。

7.美国国家标准与技术研究院对IOT定义

美国国家标准与技术研究院 (NIST) 隶属于美国商务部,是美国历史最悠久的物理科学实验室之一。 NIST 测量支持最小的技术——纳米级设备如此之小以至于数以万计的可以装在一根头发的末端——到最大和最复杂的人类创造物,从抗震摩天大楼到宽体喷气客机再到全球通信网络。

NIST 主要在“网络物理系统”的保护伞下考虑物联网,并且可以互换使用这两个词。 NIST 也给出了 IoT 的描述而不是正式定义。下面介绍了 NIST 对物联网的两个描述。一个描述来自被称为“智能美国/全球城市挑战”的 NIST 团队,另一个来自博客作者 Chris Greer,他是 NIST 网络物理系统的高级主管。

物联网的智能美国/全球城市挑战描述:

“网络物理系统 (CPS)——有时被称为物联网 (IoT)——涉及以全新的方式连接交通、能源、制造和医疗保健等不同领域的智能设备和系统。智能城市/社区越来越多地采用 CPS/IoT 技术来提高其运营的效率和可持续性,并改善生活质量。 (NIST,“全球城市团队”,2014 年)”

格里尔的描述:

“网络物理系统, IOT被称为因特网的事情, 是下一个大的网络。它们允许复杂的反馈和控制系统,可以帮助机器人协调 与人类一起搜索和救援操作或帮助健康,关心提供评估患者出院后的康复情况” ( Greer , “Internet's Next Big Idea ” , 2014)。

为了支持他的描述,Greer 使用了下图,图 9 :


图 9。 Chris Greer 的物联网图示


8.OASIS对IOT定义

OASIS 是一个非营利组织,致力于推动全球信息社会开放标准的开发、融合和采用。 OASIS促进行业共识并制定安全、物联网、云计算、能源、内容技术、应急管理等领域的全球标准。

OASIS 将物联网描述为(OASIS,“开放协议”,2014 年):

“互联网通过无处不在的传感器连接到物理世界的系统。”

OASIS 将传感器的无处不在描述为存在于“每个手机、每辆汽车、每扇门、每个房间、每个零件、每个零件清单上、每个设备中的每个传感器、每个家庭、办公室、建筑物中的每张床、椅子或手镯地球上每个城市和村庄的病房。”

9.W3C对IOT定义

W3C 是一个国际社区,成员组织、全职员工和公众共同致力于开发 Web 标准。

W3C 在“物联网”的保护伞下解决物联网(参见第 3.6 节)。 “物联网”从应用和网络技术的角度来看与物联网相关。 W3C 对“Web of Things”的定义如下(W3C,“Web of Things”,无日期):

“物联网本质上是关于网络技术在促进物联网应用程序和服务开发方面的作用,即物理对象及其虚拟表示。这包括传感器和执行器,以及标有条形码或 NFC 的物理对象。一些相关的 Web 技术包括用于访问RESTful服务、将对象命名为链接数据和丰富描述的基础的 HTTP ,以及Jav a Script  为了 虚拟对象映射于真实世对象。 ”

10. 小结

在标准化机构中,ETSI 为 M2M 通信提供了一个以连接性和相关模型的使用为中心的架构模型。数据也是架构设计的相关部分。国际电联描述了将物联网变为现实所需的促成技术。除了结构模型外,ETSI 还提供详细设计和

协议描述,解决 M2M 通信的安全问题。 IEEE 2413 提供了一个架构框架,包括各种物联网域的描述、物联网域抽象的定义以及不同物联网域之间的共性识别。大多数标准化机构都强调物联网的网络和通信方面,但 W3C 以支持物联网应用程序和物联网组件在互联网中的虚拟表示的方式致力于 Web 标准化。因此,将其他标准化机构(如 ETSI)完成的面向通信的工作与 W3C 完成的面向软件的工作合并将使物联网变得实用。

至于这些团体给出的定义,大多数是笼统的。它们旨在描述物联网,而不是提供解决物联网概念所有特征的正式定义。在这些定义中,我们认为 ITUIT 给出的定义更好,因为它倾向于解决物联网的不同方面。但ITUIT的定义仍然缺乏系统的感知和驱动能力以及普适性等特征。 IEEE P2413 的努力似乎很有前途和有趣。将确定物联网生态系统及其对利益相关者的影响。并且要提出一些架构原则。

然而,从一般的角度来看,几个定义中提出的功能分割似乎忽略了一个可能对物联网发展至关重要的特定点:平台或基础设施层。应该在这一层表示功能和服务。网络层只是传递信息,而平台将应用程序的复杂性和特殊性从网络中分离出来。在我们看来,物联网的真正价值在于平台,而不是应用程序或通信能力。

根据这些定义,物联网似乎将被描述为一组事物的互通网络,如果它们可以被识别、命名和寻址(智能对象),这些事物就可以变得智能。 “事物”可以是物理对象或它们的描述或与它们相关的数据,甚至是对象之间的关系。对于大多数定义,事物将是网络的节点。物联网系统显示出扩展能力,从基于几个传感器的小型系统到大型复杂系统。从这个角度来看,节点之间的差异正在出现:传感器、执行器、网关、虚拟对象。它们都假定连接无处不在,而每个实体执行不同的功能。另一个新兴方面是使用事物接口提供的功能的可能性。

11.中国式定义IOT

IOT(Internet of things ),万物互联,又称为物联网。中国式定义:物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

12.wiki定义IOT

wiki物联网( IoT ) 描述具有传感器、处理能力、软件和其他技术的物理对象(或此类对象组),这些物理对象通过Internet或其他通信网络与其他设备和系统连接并交换数据。


图10 基于Internet的iot 


13.思科定义IOT

思科在“万物互联”的标签下致力于物联网,它定义为:

“将人、流程、数据和事物结合在一起,使网络连接比以往任何时候都更具相关性和价值,将信息转化为行动,为企业、个人和国家创造新的能力、更丰富的体验和前所未有的经济机会。”

14.SAP定义IOT

SAP 将物联网定义为(Haller,“物联网”,2009 年):

“一个物理对象无缝集成到信息网络中,并且物理对象可以成为业务流程的积极参与者的世界。服务可通过互联网与这些‘智能对象’进行交互,查询和更改它们的状态以及与它们相关的任何信息,同时考虑到安全和隐私问题。”

15.HP 定义IOT

HP 提供了以下定义(Miessler,“HP Security”,2014 年):

“物联网是指日常物品的唯一标识和‘互联网化’。这允许人类在世界任何地方进行交互和控制这些“东西” , 一个_ 好吧_ 一个_ 设备O到O设备互动没有他需要或人类参与其中。 ”

想象一个智慧酒店,那里的灯光、音响和窗帘不仅由*站控制,而且在您走进之前就可以根据您的喜好进行调整。想象一个工厂,每台机器、每个房间都反馈信息以解决生产线上的问题。想想一个健身房,那里的机器一到您就知道您的锻炼情况或如果您心脏病发作,可以指向最近的除颤器的医疗设备。这或许就是IOT的未来。

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