項目名稱： 物聯網體系結構基礎研究
首席科學家： 馬華東 北京郵電大學
起止年限： 2010.9至2015.9
依托部門： 教育部

 一、研究內容

1.1 關鍵科學問題

針對物聯網存在的大規模異質網元的高效互連、不確定感知信息的有效利用、動態化系統環境的服務提供等挑戰，本項目凝煉出以下三個關鍵科學問題。

關鍵科學問題之一：大規模異質網元的數據交換問題

大規模異質網元的接入和海量數據的交換是物聯網廣泛應用帶來的新的重要特征。一方面，物聯網借助互聯網、通信網等主流平臺實現子網互連和網絡融合，進而提供信息共享和協同服務；另一方面，在局部緊耦合區域內物聯網表現出很強的動態自治需求。局部區域的各種網元為了執行特定的網絡任務，動態地自我組織，實現互連互通互操作，綜合利用局部自治域內信息提高網絡服務效率。因此，物聯網發展面臨的一個難題是：如何解決物聯網超大規模性、多元異構性、系統動態性與高效數據交換之間的矛盾。為此，本項目將物聯網要解決的大規模異質網元高效互連的挑戰凝煉為第一個關鍵科學問題,將研究局部動態自治和高效網絡融合中面臨的大規模異質網元的數據交換問題。

關鍵科學問題之二：不確定信息的有效整合與交互適配問題

物聯網通過各種智能化設備對物理世界進行透徹的感知，所感知信息具有顯著的不確定性，這種不確定性需要確定的表達方式，并對它們通過重組、清洗、融合等網內處理，整合為可用的信息提供服務。其中，網元之間信息融合要根據網絡任務需要，隨時隨地地進行網元間信息交互，實現信息高效共享。因此，物聯網面臨的難題是：如何對感知信息進行表示、整合和利用，如何解決網元之間信息交互中信息表達、效能平衡和權限保護等交互適配問題，為應用服務提供有效的支撐。因此，本項目將解決不確定感知信息的有效利用挑戰凝煉為第2個關鍵科學問題，即研究不確定信息的有效整合與交互適配問題。

關鍵科學問題之三：動態系統環境中服務自適應問題

在動態的物聯網系統環境中，需要針對以處理交互對象實體的不確定性、與環境交互的隨機性，以及滿足變化的運行平臺約束，研究新型軟件開發理論體系和支撐技術，使物聯網軟件系統具有情境感知和動態調配能力，實現物聯網服務的環境適配性。需要建立面向靈活適變的服務提供的物聯網軟件結構，使物聯網軟件具備自主性和演化性，實現用戶需求域、信息空間域和物理空間域三者的協同，靈活地適應不斷變化的環境從而提供智慧的服務。因此，需要研究適應物聯網[FS:PAGE]環境特征的新的軟件建模理論、服務提供機理和方法。本項目將解決物聯網系統的自適應性挑戰凝練為第3個關鍵科學問題，即面向動態系統環境的服務自適應問題。、

1.2 主要研究內容

圍繞上述三個關鍵科學問題，本項目擬開展以下研究工作。

針對關鍵科學問題一“大規模異質網元的數據交換問題”，本項目分別從物聯網體系結構理論模型、網絡高效融合與動態自治的機理與方法兩方面展開研究。在物聯網體系結構理論模型方面，針對網絡可控可擴展的需求，研究大規模、實用化物聯網體系結構模型、異構網絡互連模型、網絡動態行為規律、性能評價體系與度量模型等理論問題，為建立科學合理的物聯網體系結構奠定基礎，為物聯網系統各個層面的研究提供支撐。另一方面，針對物聯網超大規模性、多元異構性、系統動態性的特點，本項目擬從全局網絡高效融合和局部區域動態自治兩個角度展開深入研究，解決高效數據交換問題。具體研究內容包括：

(1) 層次化可擴展的物聯網體系結構模型及其形式化描述；
(2) 異構網絡系統互連模型與高效網元編址體系；
(3) 物聯網網絡動態行為規律、性能評價體系及度量方法；
(4) 面向IP體系演進的網絡融合架構；
(5) 支持非IP和IP融合的網絡體系架構；
(6) 物聯網局部區域動態自治機理。

針對關鍵科學問題二“不確定信息的有效整合與交互適配問題”，本項目主要研究物聯網信息整合與交互的理論和方法。針對物聯網感知信息存在的不確定性、多源異構等新特征，分別從信息整合、信息交互和隱私保護幾個角度開展理論和方法研究，解決物聯網感知信息的有效利用問題。具體研究內容包括：

(1) 不確定信息整理與融合計算理論；
(2) 網元之間信息交互模型和方法；
(3) 信息交互中隱私保護方法。

針對關鍵科學問題三“動態系統環境中服務自適應問題”，本項目主要研究物聯網服務提供機理和方法。針對系統環境動態性，研究物聯網軟件建模理論與設計方法，從服務需求動態建模、服務構建與適配、服務質量保障等方面展開物聯網服務提供理論研究，為物聯網服務提供給予深層次的理論指導。具體研究內容包括：

（1）問題域動態規律及其建模與求解理論；
（2）服務需求的動態獲取與演化；
（3）服務的動態構建及適配機理；
（4）服務質量的動態保障方法。

根據以上三個關鍵科學問題的研究成果，本項目將研制物聯網驗證平臺和典型的應用示范。研究實驗驗證平臺、應用示范的開發方法，建立一套高效的物聯網綜合驗證平臺對項目研究成果的正確性、可用性進行驗證[FS:PAGE]和評估，并為物聯網應用提供可靠的技術基礎。同時，提供一套應用示范系統，為各項技術的使用提供示范，為項目成果的高效利用、推廣完善打下堅實的基礎。具體研究內容包括：

(1) 面向生態環境保護、節能減排等應用需求，構建物聯網綜合驗證平臺；
(2) 立足驗證平臺研制天目山地區生態保護物聯網示范應用系統，并提供 碳平衡監測應用示范。

二、預期目標

2.1總體目標

面向生態保護、節能減排、現代服務等領域重大需求，以解決物聯網應用領域共性問題為目標，圍繞物聯網體系結構和關鍵技術中的基礎科學問題開展研究，運用系統科學的理論，探索物聯網的基本規律，建立物聯網體系結構模型、子網互連模型，提出物聯網網絡融合與自治機理，提供網絡度量與評測的方法，解決局部動態自治和高效網絡融合中面臨的大規模異質網元的互連互通問題；建立對物聯網感知信息進行融合計算的模型和方法，提出網元之間信息交互中信息表達、效能平衡和權限保護的機理與方法，解決不確定性感知信息的整合適配問題；提出系統環境動態問題域建模、軟件平臺對環境信息的自動獲取和理解、自適應求解的方法，形成動態環境中服務提供機理，解決動態系統環境中的服務適應適用問題。

本項目將在大規模異質網元數據交換、不確定信息整合以及動態系統環境服務提供等方面取得原創性理論成果和關鍵技術突破，并在林區生態保護領域進行大規模的試驗和驗證；形成一批有自主知識產權的成果，為大規模、實用的物聯網設計和高效運行提供理論指導，推動我國在物聯網領域的跨越式發展，使我國該領域研究達到國際先進水平。本項目研究將為提高我國物聯網研發能力奠定堅實基礎，為“感知中國”國家物聯網發展戰略做出支撐, 同時為國家培養一批從事物聯網研究青年學術帶頭人和研究骨干。

2.2三年預期目標

本項目的三年預期目標分四個方面：

(1) 基礎理論方面

在物聯網系統模型、設計原理和實現機理的基礎研究上取得突破，創建物聯網體系架構模型、異構網絡互連模型、性能評價體系與度量模型、信息表達模型、服務模型，形成物聯網網絡融合與自治機理、數據交換機理、隱私保護機理、服務提供機理，建立信息融合計算理論、服務提供理論，指導大規模異質網元的高效互連、不確定信息的有效利用、動態系統環境的服務提供等關鍵問題的解決。

(2) 關鍵技術方面

在非IP數據交換技術、異構網絡融合技術、自治區域動態管理等方面取得突破, 為物聯網中大規模異質網元的數據交換提供技術支撐；在信息[FS:PAGE]融合計算技術、隱私確保的安全計算技術等方面取得突破，為物聯網內不確定信息整合提供技術支撐；在環境適變的軟件設計技術、服務動態構建技術等方面取得突破，為物聯網服務提供技術支撐。
(3) 驗證平臺和示范應用方面

研制物聯網綜合驗證平臺實現對物聯網體系結構、設計原理、關鍵技術的驗證，提供物聯網系統環境的性能檢測及診斷工具；突破林區生態保護示范應用中的技術難題，建立一套林區生態保護物聯網示范應用系統和碳平衡監測應用示范。

(4) 學術交流和人才培養方面

積極參與國際合作和國際國內標準制定，爭取更多的研究成果成為國際國內標準; 爭取更多國際交流和組織大型國際會議的機會。

培養和建立一支學術水平高、創新能力強的學術研究隊伍，使我國在該領域的研究進入國際先進行列，為未來十年國家物聯網的跨越式發展做出實質性的貢獻。

2.3 三年的具體考核指標

本項目的知識產權成果以完成高質量的研究論文、發明專利和標準為主，并完成物聯網驗證平臺和示范應用系統。具體指標為：

(1) 在IEEE/ACM Transactions等國際權威學術刊物和ACM MobiCom/SenSys、IEEE INFOCOM等重要會議發表一批高質量論文, 其中SCI 檢索論文50篇以上, IEEE/ACM Transactions論文20篇以上；
(2) 授權國內外發明專利18項以上, 提交國際或國家相關標準提案2項以上；
(3) 為國家培養一支包括國家杰青、教育部長江學者和新世紀人才、多學科融合的從事物聯網研究的高水平團隊，培養博士生30名以上；
(4) 組織大型國際學術會議2-3次；
(5) 研制1個具有我國自主知識產權的物聯網驗證平臺；面向林區生態保護提供一套物聯網示范應用系統和碳平衡監測應用示范。

 三、研究方案

3.1 學術思路

本項目的總體研究思路是瞄準國家物聯網發展的重大需求，認識物聯網“廣泛互聯互通、透徹信息感知、綜合智慧服務”的本質特征，緊密圍繞三個關鍵科學問題，研究體現物聯網特性、適應物聯網應用需求的物聯網體系結構理論與關鍵技術。項目兼顧國家重大需求和科學前沿，利用基礎理論研究帶動關鍵技術突破，從基礎模型、理論與方法支撐、平臺與典型應用示范三個層次著手，按照“1套理論體系、3項關鍵技術、1個驗證平臺”整體目標開展項目研究，內容上有重點、有側重。把物聯網體系結構的理論模型作為研究基礎，特別注意與網絡互連、信息整合、服務提供3個方面支撐理論和關鍵技術的研究內容的聯系和集成，研制物聯網驗證平臺，并在林區生態保護應用等領域展開應用驗證，形成完整的[FS:PAGE]研究體系。總體學術思路如圖1所示。

 
圖1. 項目總體學術思路

3.2 技術路線

1. 物聯網體系結構理論模型

我們遵循網絡分層的原理，將物聯網分成對象感知層、數據交換層、信息整合層、應用服務層構成的4層體系架構，如圖2所示，對象感知層實現對物理對象的感知和數據獲取; 數據交換層提供透明的數據傳輸能力; 信息整合層提供對網絡獲取的不確定信息完成重組、清洗、融合等處理，整合為相對準確結論; 應用服務層將信息轉化為內容提供服務。基于該架構，進一步研究異構網絡的互連模型和互連機理。從用戶、網絡提供者、應用開發者、服務提供者等多視角研究物聯網體系結構，并利用形式化方法對結構進行準確描述，為制訂各種接口、協議和規范提供依據。針對網元異質性和應用環境的動態性研究物聯網中不同的互聯要求及其對應的互聯模型和互連機理。進而研究新型動態網元編址模型和尋址體系，兼容網元能力差異，為支持大規模異構網絡全局網絡融合和局部動態自治所要求的高效數據交換奠定基礎。

 
圖2. 物聯網四層體系架構

物聯網作為一種全新的網絡模式，其核心性能因素以及網絡動態行為對這些因素的影響都是未知的，需要深入研究針對信息和服務的主動測量的協作框架以及被動測量的數據分析方法，探尋分析網絡行為對性能要素影響的一般規律。在認識網絡動態行為規律的基礎上，研究物聯網中研究適應時變網絡快速數據轉發的路由策略與數據轉移模式。

在網絡性能評測與度量方面，本項目以網絡信息論為基礎，采用稀疏割方法、網絡編碼技術、信息高速公路概念和虛擬MIMO、協同通信、無碼率編碼和機會通信等思路，研究物聯網性能評價體系、度量模型與方法，揭示物聯網的時空關系，研究物聯網容量、拓撲、時延、吞吐量、覆蓋的性能度量，探索物聯網拓撲設計準則、路由選擇原則、網絡能力/延遲的規律等物聯網的基本性質，為物聯網的設計、分析、管理、運營等提供理論依據。

2．網絡高效融合與動態自治的機理與方法

針對物聯網網絡融合的多元化特征，從兩類場景分別考慮：一是利用互聯網為主流平臺，通過多元化的網絡接入，實現各子網與互聯網的融合，主要是深入研究IPv6在物聯網中應用的新需求和新問題，結合IPv6自身優勢，重點考慮協議開銷問題，設計基于IPv6的輕量級的物聯網編址尋址架構；研究基于主機標識和定位符分離的新型物聯網體系結構，探討層次化、可擴展的網絡單元命名方法，建立面向IP體系演進的融合網絡的命名與尋址架構。二是針對物聯[FS:PAGE]網在局部區域內的強耦合性、連接動態性，不必經過IP連接或不適合利用IP網絡進行互連互通的場景，將IP網先路由后傳輸兩者分離的方式, 轉變為物聯網環境感知、傳輸、路由緊密聯系、相互優化、協同應用三者不可分的方式，研究非IP數據交換技術，探索新的尋址策略、新的數據傳輸機制；基于網絡體系架構量化研究方法，研究協議分層與優化算子耦合關系、網絡數據交換計算復雜性，為非IP與IP融合的網絡架構設計的奠定理論基礎。

針對物聯自治網絡網元移動和鏈路變化，研究動態拓撲構建策略。物聯網區域自治的松耦合特性導致網絡拓撲結構多變，網絡連通性和鏈路質量無法保障，給物聯網自治域內的數據交換帶來困難。針對這一問題，擬從三個方面展開研究，一是對物聯網自治域的網絡流量、拓撲等進行測量統計，提煉自治網絡行為特征，設計具有預測性的網絡行為統計分析模型；二是研究基于網絡行為感知的認知路由協議，提出垂直分層拓撲圖的構造方法，實現層次化的網絡拓撲、流量感知，并結合端到端目標，通過不斷學習的自適應過程合理決策并實施路由調整，以提高局部網絡數據交互的整體性能；三是研究自治域內的路由穩定性問題，全面分析各種路由判決本身的變化規律，提出路由穩定性的模型化分析方法，為自治域內的路由協議設計提供依據。另外，針對物聯自治網絡內異質網元不同通信方式需求、缺少專有數據交換設備作支撐的情況研究物聯網自治域內數據交換方法，探索弱狀態或無狀態路由的數據報交換的方式。

3．物聯網信息整合與交互的理論和方法

針對物聯網感知信息的不確定性，主要從不確定信息的表達、不確定信息融合、不確定信息的使用三個角度開展研究，實現信息整合以實現物聯網信息的有效利用。利用概率論、機器學習、模式識別等理論，研究感知信息的表示模型、數據源/交互對象集合優化選擇策略、多模態異構信息的融合計算模型，對多點網元感知信息高效綜合。同時，進一步研究信息交互中物理對象隱私保護問題。

為了提高信息整合的精確性，必須對多種來源信息進行融合，融合是基于異質網元的信息交互，針對多個異構網元存在相關信息，從物聯網獲取信息不完全性、冗余性出發，采用多階段、多層次的融合策略；針對物聯網環境感知時序性，基于序列分析和貝葉斯網絡融合的方法利用不同信息源的特征表達集合，在不同層次上對信息集合進行有機的融合，提高信息整合性能。

在信息交互方面，利用信息論和網絡編碼機制，研究信息交互的適配理論與高效、強健、可[FS:PAGE]擴展的強隱私計算模型，根據各物體的計算能力，實現自適應的交互信息的適配交互；在實現適配的基礎上，研究物體的自發協作與協同隱私確保模型，對參與交互任務的多個物體，在完成同一交互任務的過程中，合理安排各個物體的目標、資源以調整各自的行為，最大程度地實現物體之間的協作。

4. 物聯網服務提供機理和方法

在物聯網軟件建模與設計理論方面，針對物聯網環境動態性，從軟件結構建模、編程模型和服務提供方面增加對環境的感知適應能力。對不同類型的物聯網應用進行分析，通過建立統一的建模方法，提供具有支持輸入、需求、資源三方面表達能力的模型框架，針對各種應用類別提供元模型；在問題域模型基礎上，通過引入語義標注方法實現應用模型的描述，并完成模型的組合與生成；對于動態生成的應用模型，利用仿真方法遞歸校驗其正確性并不斷對模型進行修正；建立模型變化與環境變化的作用關系，給出模型變化在環境適應性及模型切換風險之間的度量方法，評估模型切換風險，為模型的動態調整提供依據。在編程模型方面，建立關于編程維度的多維理論模型，提出環境維度概念, 將軟件依賴環境的部分獨立出來, 實現業務邏輯與系統環境相分離，提高軟件系統靈活性和擴展性。

在物聯網服務需求的動態獲取和演化研究中，結合面向目標本體論和面向場景的多視點物聯網服務需求獲取方法，對服務所依賴和生存的動態環境和演化特征進行精確刻畫和建模；在此基礎上，通過引入上下文感知的環境信息控制函數和反射機制，使服務需求能夠適應動態環境的變化，對服務需求元數據進行更新，達到需求動態演化的目的。在服務動態構建及自演化適配機理研究方面，通過引入服務聚類的概念，實現物聯網服務的分類組織；然后引入抽象服務域概念，能夠根據用戶的功能性和非功能性需求將不同服務聚類中的網絡信息服務組織成服務資源視圖，同時結合問題域的搜索和知識推理，引入仿生智能計算方法，實現服務的動態發現選擇、聚合和集成。在服務質量的動態保障方法研究中，采用機器學習的方法來自動地分析、挖掘上下文信息間的依賴或因果關系，自動形成相關上下文信息間的拓撲結構和結點間的度量值，最終建立起基于上下文感知的物聯網服務質量動態保障機制與方法，實現有質量保障的物聯網服務。

5. 物聯網驗證平臺和典型應用示范

采用本項目提出的物聯網四層體系架構，融合傳感器網絡、車載網、移動定位終端網絡、移動通信網絡、互聯網等多種異構網絡，建立大規模異質網元所構成的[FS:PAGE]物聯網驗證平臺,對相關理論和關鍵技術進行綜合驗證。驗證平臺從功能上由4部分組成：

(1) 物聯網體系結構的驗證。構建分層獨立的驗證平臺體系架構，實現物聯網功能實體，分別對對象感知層、數據交換層、信息整合層、應用服務層各層的功能和接口，進行獨立驗證及集成驗證；

(2) 物聯網系統設計原理、實現機理的驗證。構建大規模異質網元組成的動態網絡，實現網元節點的異構接入、網絡融合和應用環境等基礎架構，驗證網絡中異質網元數據交換、不確定信息整合、動態環境服務提供等基礎理論和方法；

(3) 物聯網系統關鍵技術的驗證。驗證非IP的數據交換、信息融合計算、服務動態構建等支撐網絡平臺可靠運行和管理的各種關鍵技術和協議的正確性；

(4) 物聯網系統環境的性能檢測及診斷工具。根據物聯網性能度量評價體系建立大規模物聯網系統性能測量機制，通過分布式、動態自組的方式實現驗證平臺的性能評測功能；通過主動或被動方式獲取系統運行參數和診斷指標，建立數據關聯關系分析技術，研制系統診斷工具，保證物聯網系統的可靠運行。

通過建立林區生態保護示范系統，對物聯網各項關鍵技術進行應用示范，提供碳平衡監測示范應用。以天目山地區為示范區域，利用傳感網、車載網、智能用電網等構成的物聯網對林區固碳、車輛行駛排碳、建筑物/企業用電排碳等進行采樣檢測，對采集的數據進行整合從而獲取區域內碳平衡指數，并進行減排智能決策提供依據。同時利用互聯網和移動網絡向公眾動態發布碳平衡指數，引導公眾自然采取低碳消費，實現低碳社會。

3.3 主要創新點與特色

(1) 利用網絡分層原理，提出由對象感知層、數據交換層、信息整合層、應用服務層構成的物聯網4層體系架構，基于該架構進一步研究異構網絡的互連模型和互連機理，構建面向網元異構性和應用多態性的網元互聯方法和與之相適應的尋址體系。

(2) 從網絡信息理論的角度，揭示物聯網的時空關系，探索物聯網拓撲設計準則、路由選擇原則、網絡能力/延遲的規律等物聯網的基本性質。

(3) 針對物聯網網絡融合多元化特征，分別從IP體系演進、支持非IP與IP融合兩種角度研究融合網絡體系架構，來適應不同場景網絡融合需求。將IP網先路由后傳輸兩者分離的方式, 轉變為物聯網環境感知、傳輸、路由緊密聯系、相互優化、協同應用三者不可分的方式，研究非IP數據交換技術。

(4) 針對感知信息的不確定性，利用概率論、機器學習、模式識別等理論，研究交互信息的統一表示模型、交互對象集合優化選擇、[FS:PAGE]情境驅動的多個網元感知信息高效融合，研究基于多屬性決策的信息融合計算理論。

(5) 針對物聯網環境動態性，提出環境維度概念, 將軟件依賴環境的部分獨立出來, 實現業務邏輯與系統環境相分離。從軟件結構建模、編程模型和服務提供方面增加對環境的感知適應能力，建立有機協調業務流、控制流和感知流的新型物聯網服務模型，研究基于情境感知的主動服務提供機理。

另外，本項目在跨信息、林業學科的研究團隊組織，面向林區生態保護示范應用研制大規模、實用性的物聯網系統和碳平衡監測示范應用方面有顯著特色。

3.4 課題設置

圍繞本項目解決三個關鍵科學問題的總體目標，覆蓋關鍵科學問題包含的主要研究內容，本項目設置緊密聯系而有不同側重的5個研究課題，關鍵科學問題與課題之間關系、各個課題之間的關系如圖3、4所示。課題1“物聯網體系結構理論模型”為課題2、課題3、課題4提供基礎模型的支持；課題2、課題3、課題4圍繞課題1建立的理論模型，從物聯網的融合與自治機理、信息整合與交互方法、服務提供三個方面開展理論和方法研究；課題5“物聯網驗證平臺和碳平衡監測應用示范”用于對本項目提出物聯網體系結構理論和關鍵技術進行驗證和示范應用, 并反饋指導理論和關鍵技術研究。

 
圖3. 科學問題與課題之間相互關系

 
圖4. 課題之間相互關系

下面是各個課題的具體設置情況。

課題1、物聯網體系結構理論模型

預期目標：

本課題旨在建立分層可擴展物聯網網絡體系結構，在物聯網的體系結構理論模型、設計原理和實現機理的基礎研究上取得突破，創建物聯網體系架構模型、異構網絡互連模型、網絡行為分析方法與數據交換機理、性能評價體系與度量模型，并對這些理論成果進行實驗驗證，形成有關論文、專利和標準提案，為解決大規模異質網元的高效互連、不確定信息的有效利用、動態系統環境中服務提供等重要挑戰提供基礎。

研究內容：

(1) 層次化可擴展物聯網體系結構模型及形式化描述。從多個視角分析物聯網的基本組成要素，探討各個要素間的內在聯系，建立物聯網體系結構模型及其形式化描述方法；

(2) 異構網絡系統互連模型與高效網元編址體系。研究支持異構系統高效融合的多元化網元互連模型；研究適應物聯網的新型動態編址模型和尋址體系，以及不同互通模型下的網元地址空間規劃問題；

(3) 物聯網網絡動態行為分析與數據交換機理。研究針對網絡動態行為的主動測量的協作框架和被動測量的數據分析方法；研究適應時變網絡快速數據[FS:PAGE]轉發的路由策略與數據轉移模式；

(4) 物聯網性能評價與度量模型及方法。建立分析物聯網時空異構特性的網絡評價體系；研究在特定時延限制下的網絡容量分布；研究如何提供物聯網的健壯性連接和高效覆蓋；研究物聯網的合理節點空間分布和相關的路由規律。

經費比例：28%

承擔單位：北京郵電大學、上海交通大學
課題負責人：馬華東
學術骨干：王新兵、羅紅、劉亮、孫巖、甘小鶯

課題2、物聯網網絡融合與自治的機理和方法

預期目標：

針對物聯網多元異構性、超大規模性、系統動態性的特征，本課題旨在建立物聯網網絡融合的架構，在非IP數據交換機理、物聯網自治域內數據匯聚與交換方法、物聯網自治區域動態管理等方面取得突破，解決網絡融合與動態自治中高效的數據交換問題。對研究出的成果展開實驗驗證，形成有關論文、專利和標準提案。
研究內容：

(1) 面向IP體系演進的物聯網網絡融合及其命名與尋址架構。設計基于IPv6的輕量級的物聯網編址尋址架構；研究基于主機標識和定位符分離的新型物聯網編址尋址架構，探討層次化、可擴展的網絡單元命名方法，提出一種新型的主機名字空間組織構架，實現高效的主機標識符到定位符的映射；

(2) 支持非IP和IP融合的物聯網網絡體系架構。研究非IP數據交換機理；基于網絡體系架構量化方法研究協議分層與優化算子耦合關系、網絡數據交換計算復雜性，形成融合非IP與IP的網絡架構設計基礎；分析物聯網的實際應用需求，基于融合網絡理論框架，解決物聯網網絡服務質量保障等實際應用中的關鍵問題；

(3) 物聯網自治域內數據匯聚與交換。研究自治域內的數據交換方法；研究面向物聯網中不同網元行為和連接方式的接入選擇策略、網元發現機理；研究海量數據傳輸網絡的匯聚方法、匯聚點物理連接空間計算方法、物理資源分布和調整技術、自治域內匯聚點流量優化技術、自治網絡容量規劃方法；

(4) 物聯網自治區域動態管理。研究定性與定量相結合的物聯網自治域多維劃分方法；研究簡化的自治網絡自治協議、動態路由協議和選路方法；針對物聯自治網絡網元移動和鏈路變化、區域自治的松耦合特性、網絡連通性和鏈路質量無法保障，研究自治域動態拓撲構建策略。

經費比例：14%

承擔單位：中國科學院計算技術研究所、北京郵電大學
課題負責人：李忠誠
學術骨干：劉敏、陸月明、孫毅、孫詠梅

課題3、物聯網信息整合與交互的理論和方法

預期目標：

本課題旨在建立物聯網信息整合與交互的理論和方法，在不確定信息整理、信息融合計算[FS:PAGE]、網元之間信息交互、信息交互中隱私保護等方面取得突破，解決物聯網中不確定信息的有效整合與交互適配的問題。對研究出的成果進行實驗驗證，形成有關論文、專利和標準提案。

研究內容：

(1) 不確定信息整理與融合計算理論。研究不確定感知信息的表達模型，研究物聯網感知信息的重組、清洗方法；研究情境驅動的多層次融合和情景語義描述模型，研究物聯網內多模態異構信息的融合計算模型；

(2) 網元間信息交互模型和方法。針對數據多源冗余性，研究信息融合中效能平衡的、優化的數據源/交互對象集合選擇算法；針對物聯網網元屬性差異及交互雙方能力的差異，研究不同類別、不同智能程度網元間表達適配的信息交互模型；

(3) 信息交互中隱私保護方法。針對網元信息訪問受限情況，研究權限適配的信息交互模型；研究物聯網隱私保護的高效信息傳輸體系；研究隱私確保的分布式數據加密和解密，隱私保護的用戶身份管理與動態數據處理，分布式訪問控制和密鈅管理，以及隱私敏感的安全協議設計與分析。

經費比例：10%

承擔單位：北京工業大學、清華大學
課題負責人：尹寶才
學術骨干：孫艷豐、蔣屹新、王立春

課題4、物聯網服務提供機理和方法

預期目標：

本課題旨在形成物聯網軟件建模理論、服務自適應提供機理和實現方法，在動態問題域的建模，面向解空間的軟件設計理論，面向動態問題域的需求獲取和演化方法，服務動態構建與適配機理，基于環境感知的動態服務質量保障方法等方面取得突破，對研究出的成果進行實驗驗證，形成有關論文、專利和標準提案，為實現智慧服務提供基礎理論和支撐技術。

研究內容：

（1）問題域動態規律及其建模與求解理論。針對物聯網環境的動態性，從動態問題域建模、軟件自適應求解、軟件開發模型等方面對物聯網軟件建模與設計理論進行研究；

（2）服務需求的動態獲取與演化。通過分析物聯網中面向用戶域、信息空間域和物理空間域的多維需求特征，研究結合環境約束、靈活快速、多次迭代的服務需求獲取方法；針對需求的時變性和環境的動態性，研究物聯網服務的需求演化方法；

（3）服務的動態構建及適配機理。研究高效的物聯網服務的組織模型、具有動態適變能力的服務建模語言；基于問題域的搜索和知識推理，研究支持服務的動態發現、聚合和集成的方法；利用環境上下文信息，研究基于事件或者狀態的服務運行時的動態適配方法。

（4）服務質量的動態保障方法。研究在線的物聯網服務質量度量、測試與評估方法；揭示物聯網服[FS:PAGE]務外在環境變化的特征及其對服務質量的影響規律；研究環境上下文感知的服務質量定性診斷與定量保障方法。

經費比例：22%
承擔單位：北京郵電大學、北京大學
課題負責人：蘇森
學術骨干：陳俊亮、金芝、程渤、喬秀全、彭泳、吳步丹

課題5、物聯網驗證平臺和碳平衡監測應用示范

預期目標：

本課題旨在研制一個物聯網綜合驗證平臺，驗證課題1-4針對本項目關鍵科學問題的研究成果，驗證所形成的物聯網理論模型與關鍵技術，提供物聯網系統環境的性能檢測及診斷工具；在林區生態環境保護示范應用系統的關鍵技術方面取得突破，建立一套面向天目山林區生態環境保護的物聯網示范系統和碳平衡監測應用示范，形成有關論文、專利和標準提案，為生態環境保護、和諧發展提供科學指導，為成果應用和推廣提供示范。

研究內容：

(1) 根據所研究出的理論成果，研制具有我國自主知識產權的物聯網綜合驗證平臺。實現物聯網體系結構的驗證, 實現物聯網系統設計原理與實現機理、關鍵技術和方法的驗證, 研制系統環境的性能檢測及診斷工具；

(2) 研制面向林區生態環境保護的物聯網應用示范系統和碳平衡監測應用示范。面向天目山林區生態環境保護的應用需求，研究利用物聯網實現林業固碳、林區生活排碳、林區生態環境多點大范圍實時協同監測，構建碳平衡監測示范應用系統。實現地區內碳平衡指數動態掌控，為節能減排低碳生活、林區環境保護提供信息統計基礎支撐。

經費比例：26%
承擔單位：浙江農林大學、西安交通大學
課題負責人：周國模
學術骨干：江洪、姜培坤、莫路鋒、何暉、杜華強、祁亨年、王換招    
 

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