物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實踐研究劉海濤項目

1、物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實踐研究一、項目名稱物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實踐研究首席科學(xué)家：劉海濤中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所起止年限：201 1.1至2013.3依托部門：江蘇省科技廳二、預(yù)期目標(biāo)1. 總體目標(biāo)本項目針對解能電網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)的重大應(yīng)用需求和特征，以構(gòu)建感知互動、口治高效和 安全可信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為目標(biāo)，以物聯(lián)網(wǎng)的非確定、高混雜和強關(guān)聯(lián)特征為出發(fā)點，開展 相關(guān)皋礎(chǔ)理論研究，分析并揭示物理空間和信息空間的復(fù)雜耦合關(guān)聯(lián)機理，提出物聯(lián)網(wǎng)在 自治機理、融合決策處理、可信軟件建模與方法和系統(tǒng)優(yōu)化等方血的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù), 建立物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識、安全、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)等基礎(chǔ)架構(gòu)，探索物聯(lián)網(wǎng)的演進路線，在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

2、 科學(xué)問題研究上取得重要突破，建立物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論體系，相關(guān)研究成果達到國際先進水 平，推動我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，力爭主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化和 規(guī)?；瘧?yīng)用奠定堅實的理論基礎(chǔ)，并帶動信息領(lǐng)域和相關(guān)交叉學(xué)科領(lǐng)域研究工作的開展， 為我國在以物聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志的信息領(lǐng)域新浪潮中占據(jù)有利和主動地位奠定重要基礎(chǔ)。2. 預(yù)期目標(biāo)（1）建立物聯(lián)網(wǎng)信息空間和物理空間的關(guān)聯(lián)模型，提岀物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征的基礎(chǔ)理論和 方法；建立可擴展的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系；設(shè)計涵蓋安全協(xié)議、授權(quán)認證和密鑰管理的物聯(lián)網(wǎng) 安全架構(gòu)；建立面向演進的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連、服務(wù)、管理和軟件體系架構(gòu)，形成相對完備的 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系；（2）建立物聯(lián)網(wǎng)的

3、分布式自治模型；提出物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)場景的高效覺察機制、自適應(yīng)的 終端標(biāo)識分配和資源動態(tài)配置機制、支持容侵容錯的高效自愈合和自保護機制、自治子網(wǎng) 間的協(xié)同管理機制，以及可增量部署的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制，形成體系化的物聯(lián)網(wǎng)自治理論 和方法；（3）提出物聯(lián)網(wǎng)信息處理架構(gòu)和基于語義的服務(wù)模型及相關(guān)機制；提出混雜信息融合 的方法，以及關(guān)系鏈的挖掘、建立、維護和使用方法；形成面向服務(wù)的主動決策與控制交 互模型，提岀針對多粒度異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)語義信息與決策需求的逆向解析方法，實現(xiàn)高效的分 層主動處理與融合；（4）形成與國際接軌的先進水平的物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計方法理論，提供一套邏輯系統(tǒng) 刻畫方法，構(gòu)建建模語言，擴展與完善分析

4、與驗證技術(shù)，同吋創(chuàng)建可信軟件分析驗證平臺, 為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計與驗證提供可信保障；（5）針對物聯(lián)網(wǎng)的感知互動、虛實交融、異構(gòu)攵雜等特性，研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源、月艮 務(wù)和決策的耦合機理，通過在感知、傳輸、決策控制等各個層次上的自優(yōu)化及跨層優(yōu)化調(diào) 度，設(shè)計一整套符合物聯(lián)網(wǎng)特性的系統(tǒng)優(yōu)化機制；（6）提出面向物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的理論驗證方法和評估體系；搭建具有開放性、通用 性的物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺；建立智能電網(wǎng)行業(yè)內(nèi)配用環(huán)節(jié)互動和與智能家居、電動汽車等 行業(yè)間服務(wù)融合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驗證系統(tǒng)。3本項目的具體考核指標(biāo)（1）建立物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型，提出物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征方法，提出一套可擴展的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識 體系，建立物聯(lián)網(wǎng)

5、的架構(gòu)體系；（2）提出物聯(lián)網(wǎng)分布式分級的自治模型，提出一系列物聯(lián)網(wǎng)場景覺察、自配置與優(yōu)化、 白愈合與白保護、子網(wǎng)協(xié)作管理以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合方法；（3）提出物聯(lián)網(wǎng)信息處理架構(gòu)和基于語義的服務(wù)模型，提擊混雜信息融合、服務(wù)關(guān)系 鏈挖掘方法和主動決策機制；提出支持分層主動處理與融合的逆向解析方法；（4）提出一套物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計方法理論和分析與驗證方法，建立可信軟件分析驗 證平臺；（5）研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源、服務(wù)和決策的耦合機理，提出一系列的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化理 論、技術(shù)與方法，為物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐；（6）提出一套物聯(lián)網(wǎng)的理論驗證和評估方法，搭建物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺和面向智能電 網(wǎng)等重大需求的物聯(lián)網(wǎng)

6、綜合應(yīng)用驗證系統(tǒng)。本項目的知識產(chǎn)權(quán)成果的預(yù)期目標(biāo)以完成高水平的研究論文、發(fā)明專利和標(biāo)準(zhǔn)提案為 主，具體目標(biāo)為：發(fā)表高水平國內(nèi)外期刊和重要國際會議論文40 50篇，其中對物聯(lián)網(wǎng)發(fā) 展產(chǎn)生重大彫響的論文5篇，申請和獲得國內(nèi)外發(fā)明專利15項，完成專著1本；牽頭制 定物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)24項，參與制定國際標(biāo)準(zhǔn)1項；培養(yǎng)研究生50名。三、研究方案1. 學(xué)術(shù)思路本項目緊密結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的重大應(yīng)用需求和系統(tǒng)特性，以構(gòu)建感知互動、白治高效和安 全可信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為目標(biāo)，以物聯(lián)網(wǎng)的非確定、高混雜和強關(guān)聯(lián)特征為出發(fā)點，開展相 關(guān)基礎(chǔ)理論和方法的研究。具體地說，針對物聯(lián)網(wǎng)所存在的強關(guān)聯(lián)性、高度混雜性和非確定性等特征，以

7、三個科 學(xué)問題為屮心，從六個課題方向開展相關(guān)研究。首先，在對物理空間和信息空間耦合關(guān)聯(lián) 機理深入分析和表征的基礎(chǔ)上，開展統(tǒng)一的標(biāo)識、安全、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)等架構(gòu)體系的研究。 結(jié)合耦合關(guān)聯(lián)性和架構(gòu)體系，在系統(tǒng)管理、信息處理和設(shè)計實現(xiàn)層面上，重點研究高混雜 條件下物聯(lián)網(wǎng)的場景覺察機制，以及自配置、自愈合、自保護、自優(yōu)化的實現(xiàn)機制，提出分 布式的系統(tǒng)自治管理機理和方法；研究并提出一套針對混雜信息融合、關(guān)系鏈挖掘、主動 決策與互動，及可信數(shù)據(jù)與隱私保護的策略和方法；研究物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計的理論和方 法，提出與之相適應(yīng)的建模理論、推理方法和驗證技術(shù)；在系統(tǒng)優(yōu)化層面，建立一套全新 的跨域資源調(diào)度和分配機制，以保

8、障物聯(lián)網(wǎng)在非確定環(huán)境下的應(yīng)用服務(wù)需求。同吋，開展 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能評佔理論和測試方法的研究，研發(fā)實驗測試平臺和應(yīng)用驗證系統(tǒng)，進而 探索物聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)應(yīng)用的模式。木項目堅持“理論密切聯(lián)系實際“的研究思路，以應(yīng)用需求為牽引，深入研究物聯(lián)網(wǎng)的 基礎(chǔ)理論和方法，力爭數(shù)年內(nèi)在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論研究和標(biāo)準(zhǔn)制定方面達到國際水準(zhǔn)，并 在部分重要研究點上達到國際領(lǐng)先水平，為國民經(jīng)濟社會和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供強有力的 基礎(chǔ)理論支持。2. 技術(shù)途徑在具體的研究工作中，本項目將緊密結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的特征，采用如下的技術(shù)途徑：（1）在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型研究中，通過剝離不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景作用因素的非本質(zhì)性差 異，対實體進行抽象，重點分析

9、物聯(lián)網(wǎng)實體在不同作用域的關(guān)聯(lián)關(guān)系，選取合適的數(shù)學(xué)方 法對關(guān)聯(lián)關(guān)系及其動態(tài)行為進行描述，建立物理空間和信息空間耦合的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、動 態(tài)行為模型和反饋作用模型。在物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)研究屮，對物聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)的m2 m、 rfid、usn、網(wǎng)格計算和云計算等系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣勢進行深入分析，結(jié)合最新國 際國內(nèi)體系架構(gòu)相關(guān)標(biāo)進，提煉物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)核心要素，分析要素i'可的相關(guān)性，研究物 聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系；（2）在物聯(lián)網(wǎng)的自治機理和異構(gòu)融合研究中，擬參考生態(tài)學(xué)和社會學(xué)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的自 治策略，首先研究多粒度分級的物聯(lián)網(wǎng)分布式自治模型；其次，從物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)融合與互聯(lián) 互通的場景分析和應(yīng)用需求出發(fā)，研究

10、物聯(lián)網(wǎng)的場景感知機制，實現(xiàn)終端或子網(wǎng)屬性、狀 態(tài)和功能角色的互發(fā)現(xiàn)和語義互操作協(xié)議；在此基礎(chǔ)上，基于群體智能或遺傳演進算法， 研究復(fù)雜動態(tài)場景下啟發(fā)式適應(yīng)性的自配置與優(yōu)化方法，以及基于快速預(yù)警和冗余資源的 口愈合與口保護機制，實現(xiàn)物聯(lián)子網(wǎng)內(nèi)的自治目標(biāo)；進一步，應(yīng)用生態(tài)群落模型或經(jīng)濟調(diào) 控模型，研究物聯(lián)子網(wǎng)間的協(xié)作管理機制，達到不同子網(wǎng)間的資源共享和合理調(diào)控。同時, 針對物聯(lián)網(wǎng)演進中存在的問題，利用多?；蛩淼罊C制，設(shè)計可增量部署的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機 制；（3）在物聯(lián)網(wǎng)的混雜信息融合和決策研究中，針對信息在采集和傳輸過程中需要同時 進行解能處理和決策，借鑒主動網(wǎng)絡(luò)思想，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模和信息流規(guī)模，

11、提出基于 聯(lián)邦、多級、主動機制的物聯(lián)網(wǎng)信息處理系統(tǒng)架構(gòu)，建立信息融合、處理與決策控制的分 層統(tǒng)一語義模型，以及應(yīng)用多層知識結(jié)構(gòu)與基于語義的方法，建立面向領(lǐng)域的分析模型與 基于語義的服務(wù)模型。綜合運用粗糙集理論、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論和技術(shù)，研究融 合與挖掘的集成方案以及實時挖掘算法；數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)挖掘擬從時空數(shù)據(jù)入手，由上而 下挖掘物物關(guān)系鏈；通過物聯(lián)網(wǎng)語義信息與決策需求的逆向解析與任務(wù)分解，研究適應(yīng)主 動感知的分層的協(xié)作處理與決策機制。通過在物聯(lián)網(wǎng)分層統(tǒng)一語義模型屮擴展隱私保護語 義屬性，對指定的私密信息進行隱藏方式或銷毀方式的信息遮掩，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息的隱私 保護；（4）在物聯(lián)網(wǎng)的可信軟件

12、設(shè)計方法研究中，擬針對物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計的關(guān)鍵問題， 首先提出可信軟件設(shè)計方法理論；在此理論的基礎(chǔ)之上結(jié)合傳統(tǒng)邏輯系統(tǒng)，創(chuàng)建新的邏輯 刻畫系統(tǒng)和建模語言；最后通過擴充現(xiàn)有的分析與驗證方法，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)可信軟件的分析 與驗證技術(shù)。在邏輯系統(tǒng)的構(gòu)造方面，可以通過對傳統(tǒng)的itl （區(qū)間時態(tài)邏輯）、dc （時段 演算）等邏輯系統(tǒng)的擴充，使其能充分地描述物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)。在建模語言的描述方面， 對以往進程代數(shù)系統(tǒng)進行改造，增加表現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)特性的構(gòu)造符，特別在時間的刻畫機制、 時間頻率的描述方面。在分析與驗證技術(shù)的研究方面，考慮到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的壞境因素， 增加時間和連續(xù)性的描述，對模型檢查和定理證明技術(shù)進行擴充

13、；（5）為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能的整體優(yōu)化，首先，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化理論模型，包 括完整的資源主體和競爭主體形式化描述，以及定義系統(tǒng)資源分配公平合理基本準(zhǔn)則的公 理系統(tǒng)；其次，針對物聯(lián)網(wǎng)的信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、決策控制，基于競爭或分布式協(xié)作調(diào) 度的思想，分別采用時空頻相關(guān)性分析、虛擬mimo、機會傳輸、組合優(yōu)化等理論與技術(shù), 在物聯(lián)網(wǎng)信息處理的各層次上實施優(yōu)化，實現(xiàn)一整套而向?qū)崟r可靠服務(wù)需求的系統(tǒng)優(yōu)化機 制；最后，針對物聯(lián)網(wǎng)的sz雜性，分析物聯(lián)網(wǎng)各層各類資源的耦合內(nèi)容、形式以及相應(yīng)的 耦合強度，通過解耦變換、博弈、約束優(yōu)化等理論和技術(shù)，研究設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)跨層優(yōu)化 機制和算法；（6）在物聯(lián)網(wǎng)的測試驗

14、證與應(yīng)用示范系統(tǒng)的研究屮，首先，研究物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)性能指 標(biāo)和評估體系，以及測試?yán)碚撆c方法；其次，借鑒已有傳感器網(wǎng)絡(luò)測試平臺和下一代網(wǎng)絡(luò) 測試平臺的構(gòu)建方法，充分考慮對大規(guī)模應(yīng)用環(huán)境的支持以及對各種應(yīng)用場景的通用化和 可擴展性需求，利用網(wǎng)絡(luò)重編程、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)測試和評估工具，搭建通 用性物聯(lián)網(wǎng)測試平臺。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范方面，基于可標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系，通過建 立涵蓋不同等級變電站（所）、線路，以及所轄全部低壓用戶的智能電網(wǎng)行業(yè)內(nèi)配用環(huán)節(jié)互 動和與智能家居、電動汽車等行業(yè)間服務(wù)融合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驗證系統(tǒng)，對項目研究過程中 提出的混雜物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論和方法進行原理性驗證。3. 創(chuàng)新點與特

15、色本項目的創(chuàng)新點與特色體現(xiàn)在理論基礎(chǔ)與模型、關(guān)鍵機理研究、實驗與應(yīng)用驗證3個 層而，具體如下：（1）在理論基礎(chǔ)與模型方面提出以多作用域?qū)嶓w耦合為核心的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型，通過模型的動態(tài)行為機制研究實 現(xiàn)物理空間和信息空間融合的有效表征；建立面向演進的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系；（2）在關(guān)鍵機理研究方面運用社會網(wǎng)絡(luò)理論到物聯(lián)網(wǎng)的組織管理屮，提出自適應(yīng)的場景感知和資源配置的分布 式管理機制，并具有自愈合和自保護的功能，在此基礎(chǔ)上提出層次式多粒度的物聯(lián)子網(wǎng)間 的協(xié)同管理；基于分層統(tǒng)一語義模型，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)混雜信息的高效融合、復(fù)雜關(guān)系鏈的快速挖掘、 主動服務(wù)和互動控制；采用精化理論指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)可信軟件的設(shè)計；引進時、空和

16、物等相關(guān)特性算子建立物聯(lián) 網(wǎng)邏輯系統(tǒng)，基于進程代數(shù)與utp理論建立系統(tǒng)行為模型，形成物聯(lián)網(wǎng)可信軟件分析與驗 證體系；在形式化理論和公理化系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，運用等價解耦變換，簡化復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化 問題，然后基于博弈、約束優(yōu)化等理論和技術(shù)加以求解，提出一整套符合物聯(lián)網(wǎng)特性的系 統(tǒng)優(yōu)化機制和算法。（3）在實驗與應(yīng)用驗證方面提出了理論評估、實驗測試和應(yīng)用驗證相結(jié)合的跨行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驗證體系。4. 可行性分析本項目的研究內(nèi)容、學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑具有良好的可推進性。項目團隊研發(fā)了機場 防入侵、太湖監(jiān)測和智能電網(wǎng)等多個應(yīng)用系統(tǒng)，對物聯(lián)網(wǎng)的特性和需求具有深入了解。項 目團隊從承擔(dān)的國家重大項目需求屮凝練了本項目的科

17、學(xué)問題和研究內(nèi)容，并提出了切實 可行的研究思路和技術(shù)途徑。以物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和融合研究為例，研究內(nèi)容的設(shè)置充分 考慮了物聯(lián)網(wǎng)信息處理與應(yīng)用的過程與特點，首先針対物理網(wǎng)絡(luò)固有的層次化及層間差異, 研究分層統(tǒng)一的模型（包括系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)模型、分析模型和服務(wù)模型），進而研究具體的 融合挖掘方法、關(guān)系鏈發(fā)現(xiàn)方法、情境推理方法。項目團隊強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，且已具有良好的合作基礎(chǔ)，團隊由所國內(nèi)優(yōu)勢科研 機構(gòu)、高等院校和國家重點行業(yè)應(yīng)用企業(yè)組成，團隊成員包括2名院士、20余名研究員/ 教授等高級研究人員和其它中青年學(xué)術(shù)骨干，具備國內(nèi)領(lǐng)先的學(xué)術(shù)影響力，研究隊伍組織 合理，梯隊健全。項目推薦的首席科學(xué)家劉海濤研

18、究員具有物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)項目豐富的領(lǐng) 導(dǎo)和組織經(jīng)驗及深厚的技術(shù)積累，何積豐院士在精化理論方面的工作被歐洲理論計算機界 譽為“軟件工程的里程碑“，劉韻潔院士在互聯(lián)網(wǎng)流量工程和操作維護管理等方面的工作得 到了全球業(yè)界的認同和采納，人才隊伍優(yōu)熱為項目的實施奠定良好的基礎(chǔ)。項目團隊在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域具有豐富的前期研究積累。本團隊近年來承擔(dān)了國家973 課題如”可生存的海暈信息系統(tǒng)軟件設(shè)計理論氣“無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究 ",國家發(fā)改委項目如”基于ipv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)“以及數(shù)十項相關(guān)的國家自然 科學(xué)基金、86 3、國家科技支撐項日，取得了豐富的研究成果，獲得多項國家和省部

19、級獎 勵。近年來有多篇高質(zhì)量的論文發(fā)表，在sigcomm、m obicoms mob ihoc、infoc om、 mobisys 與 icnp 等國際頂級學(xué)術(shù)會議和 ieee/acm trans.on networ kings ieee trans, on mobile com puting、iee e trans, o n wireless communica tions 等頂級國際期刊上發(fā)表數(shù)十篇 相關(guān)論文，在部分研究方向具備國際先進水準(zhǔn)。特別是，項目團隊成員單位正牽頭制定傳 感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)國內(nèi)標(biāo)進，在國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定上亨有重要話語權(quán)，為本項目相關(guān)研究 成果的標(biāo)準(zhǔn)化工作提供不可多得的

20、條件。項冃團隊具有優(yōu)良的研究條件，研發(fā)了多種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的示范系統(tǒng)、無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的測試平臺和系列工具、射頻標(biāo)簽測試平臺等直接的實驗或測試環(huán)境；擁有大暈的通 信和網(wǎng)絡(luò)的測試儀器和設(shè)備。項目組成員單位擁有國家高性能計算川心、傳感技術(shù)聯(lián)合國 家重點實驗室、微系統(tǒng)技術(shù)國家級重點實驗室、信息安全國家重點實驗室、移動通信國家 重點實驗室、智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室、集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室、中科院 無線傳感網(wǎng)和通信重點實驗室和上海市高可信計算重點實驗室等多個實驗，擁有國網(wǎng)信通 公司提供的國家電網(wǎng)建設(shè)示范資源，為項目的研究和驗證提供了良好的支持。綜上所述，本項目研究在技術(shù)途徑、申請團隊、前期積累

21、和科研條件方面均具有良好 的可行性，為項目的順利推進和取得重大突破提供了良好的基礎(chǔ)。5. 課題設(shè)置本項n的課題設(shè)置將圍繞項目的總體冃標(biāo)，針對三個關(guān)鍵科學(xué)問題和六項重點研究內(nèi) 容，結(jié)合參與研究單位的優(yōu)勢，將研究內(nèi)容和任務(wù)進行分解。總體上，所有的課題圍繞科 學(xué)問題構(gòu)成一個系統(tǒng)，涵蓋六項重點研究內(nèi)容，部分研究內(nèi)容將在多個課題中從不同的角 度研究，突出創(chuàng)新與特色。各個課題之間相互關(guān)聯(lián)，在保持課題獨立性的同吋，共同促進 項目的進展。本項目具體分解為以下六個課題，即課題1：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征與體系架構(gòu)研究；課題2：物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)融合和自治機理研究；課題3：物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合與決策研究課題4：物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計理

22、論與方法研究課題5：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化機理研究；課題6：物聯(lián)網(wǎng)驗證與應(yīng)用示范研究。課題設(shè)置、科學(xué)問題與總體目標(biāo)的關(guān)系圖如圖2所示。課題1物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征與體系架構(gòu)是本項目的總體課題，將為其他課題的開展奠定架 構(gòu)和理論模型基礎(chǔ)。課題2物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)融合和自治機理、課題3物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合與 決策、課題4物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計理論與方法在課題1的基礎(chǔ)上，分別研究系統(tǒng)自治機理、 信息處理和軟件設(shè)計方法，課題5物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化機理在課題2、3、4的基礎(chǔ)上研究整系 統(tǒng)的優(yōu)化機理，課題6主要為上述課題研究成果提供測試和綜合應(yīng)用驗證平臺。6個課題 間互為關(guān)聯(lián)、互為依托。本項目每個課題設(shè)置課題負責(zé)人1名，負責(zé)課題計劃、實施

23、、監(jiān)督和考核等工作，同 時課題參與單位指定1名參與單位責(zé)任人，負責(zé)該單位的課題實施，并配合完成課題的計 劃、實施、監(jiān)督和考核等工作。課題負責(zé)人和課題參與單位責(zé)任人組成課題工作小組，對 項目總體工作組負責(zé)。本項目6名課題負責(zé)人組成項目總體工作組，在總體單位和首席科學(xué)家的領(lǐng)導(dǎo)下，負 責(zé)對整個項目實施情況進行監(jiān)督，協(xié)調(diào)項目各課題的研究工作，理順課題研究內(nèi)容的關(guān)聯(lián) 關(guān)系，解決項目實施過程中的分工合作問題，確保項目有序展開，實現(xiàn)項目預(yù)期目標(biāo)。 課題1：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征與體系架構(gòu)研究課題設(shè)置的思路：本課題的設(shè)置主要針對物聯(lián)網(wǎng)的強關(guān)聯(lián)性、非確定性、高混雜性等特征，闔繞物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)聯(lián)模型、標(biāo)識體系、安全架構(gòu)與架構(gòu)

24、體系等開展研究，以建立物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論和架構(gòu) 體系為目標(biāo)，力爭在物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)模型、系統(tǒng)架構(gòu)等方面取得相關(guān)的理論成果。研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型與表征；（2）可擴展物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系；（3）物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)；（4）面向演進的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系研究目標(biāo)：建立物理空間和信息空間的關(guān)聯(lián)模型與表征方法；提出可擴展的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系和方 法；建立有效的物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)；形成相對完備的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互連、服務(wù)、管理和軟件等 架構(gòu)體系，為物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系制定和分析設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、北京郵電大學(xué)、清華大學(xué) 課題負責(zé)人：劉海濤主要學(xué)術(shù)骨干：劉韻潔、王營冠、黃韜、李丹經(jīng)費比例：課題

25、2：物聯(lián)網(wǎng)的界構(gòu)融合和自治機理研究課題設(shè)置的思路：本課題主要研究物聯(lián)網(wǎng)的口治模型，以及場景察覺、資源配置和優(yōu)化、口愈合和自保 護等機理，研究物聯(lián)網(wǎng)的自治子網(wǎng)間的協(xié)作管理和具有可增量部署特征的物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)融合機制，形成物聯(lián)網(wǎng)的自治理論和方法。研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)的自治模型；（2）高混雜條件下物聯(lián)網(wǎng)的場景覺察機理；（3）非確定條件下物聯(lián)網(wǎng)的自配置與優(yōu)化機理；（4）復(fù)雜動態(tài)場景下物聯(lián)網(wǎng)的自愈合與自保護機理；（5）自治子網(wǎng)間協(xié)作管理機理；（6）可增量部署的物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制。研究目標(biāo)：建立物聯(lián)網(wǎng)的自治模型，提岀物聯(lián)網(wǎng)的場景覺察機制、標(biāo)識分配和資源分配機制、自 愈合與自保護機制、子網(wǎng)協(xié)作管理

26、機制，以及可增量部署的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制等，形成體 系化的物聯(lián)網(wǎng)自治理論和方法。承擔(dān)單位：中國科學(xué)院軟件研究所、清華大學(xué)、華東師范大學(xué)課題負責(zé)人：孫利民主要學(xué)術(shù)骨干：朱明華、康爍、周新運、秦偉俊經(jīng)費比例：課題3：物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合與決策研究課題設(shè)置的思路：本課題圍繞物聯(lián)網(wǎng)信息融合與決策服務(wù)需求，以解決混雜條件下信息融合與決策、數(shù) 據(jù)處理的隱私保護等問題為目標(biāo)，研究物聯(lián)網(wǎng)在信息采集、融合和決策控制等過程屮信息 的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，對多源異構(gòu)信息進行多層次匯聚、處理、融合和決策。研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)信息處理與服務(wù)模型；（2）物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合；（3）物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘；（4）物聯(lián)網(wǎng)主動決策與互動控制；（

27、5）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的隱私保護。研究目標(biāo)：揭示物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合、復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘、主動決策與互動控制的一般規(guī)律，捉出 具有可信驗證和隱私保護能力的物聯(lián)網(wǎng)主動決策和互動控制方法，建立滿足物聯(lián)網(wǎng)語義信 息融合與決策需求的逆向解析方法。承擔(dān)單位：南京郵電大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院課題負責(zé)人：楊震主要學(xué)術(shù)骨干：沈蘇彬、楊庚、吳蒙、張建秋經(jīng)費比例：課題4：物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計理論與方法研究課題設(shè)置的思路：本課題基于物聯(lián)網(wǎng)壞境中的連續(xù)世界與離散計算的結(jié)合性、實時性、可預(yù)測性、動態(tài) 演化性等特征，建立物聯(lián)網(wǎng)可信軟件的設(shè)計方法及相應(yīng)的推理機制，研究形式化描述方法 和推理理論，為物聯(lián)網(wǎng)可信軟件系統(tǒng)分析與建

28、模的研究提供數(shù)學(xué)模熨和驗證手段，支持物 聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析和驗證。研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計方法；（2）物聯(lián)網(wǎng)可信軟件推理理論；（3）物聯(lián)網(wǎng)可信軟件建模方法；（4）物聯(lián)網(wǎng)可信軟件分析與驗證技術(shù)。研究目標(biāo)：形成與國際接軌的先進水平的物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計方法理論、提供一套邏輯系統(tǒng)刻畫 方法、構(gòu)建建模語言、擴展與完善分析與驗證技術(shù)，同時建立可信軟件分析驗證平臺，為 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計與驗證提供可信保障。承擔(dān)單位：華東師范大學(xué)、中國科學(xué)院軟件研究所課題負責(zé)人：何積豐主要學(xué)術(shù)骨干：朱惠彪、曾振柄、郭建、皇甫偉經(jīng)費比例：課題5：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化機理研究課題設(shè)置的思路：本課題的設(shè)置主要是在物聯(lián)網(wǎng)自治管理、

29、信息融合處理和軟件設(shè)計的研究基礎(chǔ)上，進 一步從感知、傳輸、信息處理和決策控制等多個層次出發(fā)，研究物聯(lián)網(wǎng)在非確定及混雜異 構(gòu)環(huán)境下的系統(tǒng)優(yōu)化機理，通過運用解耦、i専弈、約束優(yōu)化等理論和技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的物 理、通信及計算等資源的優(yōu)化利用，以達到系統(tǒng)性能的整體提升。研究內(nèi)容：（1）面向可靠感知的物聯(lián)網(wǎng)多級優(yōu)化機制；（2）物聯(lián)網(wǎng)無線頻譜的優(yōu)化調(diào)度與分配機制；（3）非確定環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)可靠數(shù)據(jù)傳輸機制；（4）面向信息決策的物聯(lián)網(wǎng)資源協(xié)同優(yōu)化機制；（5）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)跨層優(yōu)化機制。研究目標(biāo)：面向?qū)崟r可靠等系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，針對非確定的物理、通信及計算環(huán)境，設(shè)計一整套符 合物聯(lián)網(wǎng)特性的系統(tǒng)優(yōu)化機制，通過在感知、傳輸

30、、決策控制等各個層次上的自優(yōu)化及跨 層優(yōu)化調(diào)度，實現(xiàn)系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化目標(biāo)。承擔(dān)單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、東南大學(xué)課題負責(zé)人：黃劉生主要學(xué)術(shù)骨干：張宏海、謝海勇、王橋、邢凱經(jīng)費比例：課題6：物聯(lián)網(wǎng)驗證與應(yīng)用示范研究課題設(shè)置的思路：本課題主要針對物聯(lián)網(wǎng)跨領(lǐng)域跨行業(yè)應(yīng)用特征及相關(guān)成果測試與驗證需求，研究物聯(lián) 網(wǎng)系統(tǒng)的驗證理論和方法，通過構(gòu)建智能電網(wǎng)行業(yè)內(nèi)配用環(huán)節(jié)互動和與智能家居、電動汽 車等行業(yè)間服務(wù)融合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驗證系統(tǒng)，驗證物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、自治機理、信息融合 與決策、可信軟件設(shè)計和系統(tǒng)優(yōu)化等基礎(chǔ)理論和方法。研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的驗證理論和評估方法；（2）物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺；（3）面向互動

31、和融合的應(yīng)用驗證系統(tǒng)。研究目標(biāo)：提出面向物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的理論驗證方法和評估體系；搭建具有開放性、通用性的 物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺；建立智能電網(wǎng)行業(yè)內(nèi)配用環(huán)節(jié)互動和與智能家居、電動汽車等行業(yè) i'可服務(wù)融合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驗證系統(tǒng)，為其它課題的相關(guān)研究成果的驗證與測試提供支撐。承擔(dān)單位：無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院、國網(wǎng)信息通信有限公司、北京郵電大學(xué)課題負責(zé)人：劉建明主要學(xué)術(shù)骨干：李書芳、李祥珍、沈杰、陳晰經(jīng)費比例：四、年度計劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年研究物聯(lián)網(wǎng)特征與共性需求；關(guān)聯(lián)模型、對擴展標(biāo)識體系和網(wǎng)絡(luò)互連體系架構(gòu); 研究高混雜條件下的場景覺察機制；研究物聯(lián)網(wǎng)信息處理系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)融合方法；研究 物

32、聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計方法學(xué)；研究面向可靠感知的物聯(lián)網(wǎng)多級優(yōu)化機制和無線頻譜的優(yōu)化調(diào)度 與分配機制；研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)驗證理論和評估方法；完成物聯(lián)網(wǎng)特征與共性需求調(diào)研；提出關(guān)聯(lián)模型、可擴展標(biāo)識體系和網(wǎng)絡(luò)互連體系架構(gòu)；提出場景覺察機制和方法；提出物聯(lián)網(wǎng)信息處理系統(tǒng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)融合方法；提出面向可靠感知的物聯(lián)網(wǎng)多級優(yōu)化機制和無線頻譜的優(yōu)化調(diào)度與分配機制；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)驗證理論和評估方法；論文1015篇；專利46項；第二年研究物聯(lián)網(wǎng)表征方法及體系、安全和服務(wù)體系架構(gòu)；研究非確定條件下物聯(lián)網(wǎng) 的自配置與優(yōu)化機理，以及動態(tài)場景下容錯和自愈合機理；研究基于語義分析和理解的物 聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模型及決策機制、數(shù)據(jù)融合方法和關(guān)系鏈挖掘方

33、法；研究物聯(lián)網(wǎng)可信軟件推理理 論與建模方法；研究物聯(lián)網(wǎng)可靠數(shù)據(jù)傳輸機制和資源協(xié)同優(yōu)化機制；研究物聯(lián)網(wǎng)實驗測試 平臺及方法；提岀物聯(lián)網(wǎng)表征方法及體系、安全和服務(wù)體系架構(gòu)；提出非確定條件下物聯(lián)網(wǎng)的自配置與優(yōu)化方法，以及動態(tài)場景下容錯和自愈合方法； 提出基于語義分析和理解的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模型及決策機制、數(shù)據(jù)融合方法和關(guān)系鏈挖掘 方法；提出物聯(lián)網(wǎng)可信軟件推理理論與建模方法；提出物聯(lián)網(wǎng)對靠數(shù)據(jù)傳輸機制和資源協(xié)同優(yōu)化機制；提出物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺及方法；論文1520篇；專利58項；國家標(biāo)準(zhǔn)1-2項；第三年研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理和軟件體系架構(gòu)，以及物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的演進；研究自治 子網(wǎng)間協(xié)作管理，以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制；

34、研究關(guān)系鏈挖掘方法和主動決策與控制交互模 型、分層主動處理與融合；研究可信軟件分析與驗證技術(shù)方法；研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)跨層優(yōu)化 機制；研究面向互動和融合的應(yīng)用驗證系統(tǒng)； 提出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理和軟件體系架構(gòu)，以 及物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的演進策略；提出自治子網(wǎng)間協(xié)作管理，以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制及方法；提出關(guān)系鏈挖掘方法和主動決策與控制交互模型、分層主動處理與融合方法；提出可信軟件分析與驗證技術(shù)方法；提出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)跨層優(yōu)化機制及方法；提出面向互動和融合的應(yīng)用驗證系統(tǒng)方法及構(gòu)建；論文1520篇；專利58項；專著1本；國家標(biāo)準(zhǔn)12項；五、研究內(nèi)容1擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題由于物理空間和信息空間的強關(guān)聯(lián)性、非確定性和高度混雜

35、性等，在物聯(lián)網(wǎng)分析設(shè)計、 運維優(yōu)化等各個層面還存在著諸多的挑戰(zhàn)和困難，現(xiàn)有的理論和方法難以應(yīng)對上述挑戰(zhàn)， 大量的基礎(chǔ)科學(xué)問題亟待解決，迫切需要全面深入的分析物理空i'可和信息空間的耦合機理, 探明物聯(lián)網(wǎng)的自治機理，深入挖掘感知互動的機制和方法及安全對信的保障機制，尋找系 統(tǒng)內(nèi)在的優(yōu)化機制，認識未來發(fā)展需求趨勢和演進規(guī)律等，為物聯(lián)網(wǎng)在社會生活各個領(lǐng)域 的前面應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。因此，本項目將圍繞物聯(lián)網(wǎng)重要特性和重大需求，以構(gòu)建感知互動、自治高效和安全 可信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為目標(biāo)，以物聯(lián)網(wǎng)的非確定性、高混雜性和強關(guān)聯(lián)性為出發(fā)點，重點解 決三方面的關(guān)鍵科學(xué)問題：一、物理空間和信息空間的復(fù)雜耦合關(guān)聯(lián)

36、；二、高混雜感知互 動系統(tǒng)的自治機理；三、虛實交融的物化安全可信保障。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題如圖1所 示科學(xué)問題1：物理空間和信息空間的復(fù)雜耦合關(guān)聯(lián)物理空間和信息空間存在的內(nèi)在復(fù)雜耦合關(guān)聯(lián)是物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征之一，貫穿在物聯(lián) 網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計、組織管理、感知交互、決策控制等全過程。物聯(lián)網(wǎng)所涉及的物理空間和信息空間的耦合關(guān)聯(lián)極為復(fù)雜。首先，連續(xù)的具有時空屬 性的物理空間、與離散的無時空維度的信息空問具有極大的差異性，信息空間和物理空間 屬性耦合關(guān)聯(lián)的分析和描述極為困難；英次，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在著普遍的高度混雜性和非確 定性，如目標(biāo)環(huán)境、傳感器屈性、終端類型、網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、信息處理方式、應(yīng)用服務(wù)需求等, 各因素緊

37、密耦合且關(guān)聯(lián)復(fù)雜，對物聯(lián)網(wǎng)共性建模、統(tǒng)一描述和系統(tǒng)設(shè)計等帶來極大的挑戰(zhàn)。 另外，物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)物理空間和信息空間的感知互動，涉及環(huán)境、感知、網(wǎng)絡(luò)、處理、月艮 務(wù)等各個環(huán)節(jié)和作用域的協(xié)同處理和反饋，而英內(nèi)在耦合關(guān)聯(lián)的表征是上述協(xié)作機制的基 礎(chǔ)。由于目前缺乏對物理空間和信息空間耦合關(guān)聯(lián)問題的深入研究，現(xiàn)有的信息感知和決 策方法等通常面向單一的應(yīng)用場景和應(yīng)用目標(biāo)，與物聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)、規(guī)模化的應(yīng)用需求形成 鮮明矛盾。通過對物理空間和信息空間耦合關(guān)聯(lián)問題的深入分析，并挖掘和表征其中耦合 對象、耦合形式、耦合程度、耦合作用等問題，是實現(xiàn)物理空間和信息空間全面融合的基 礎(chǔ)科學(xué)問題之一。科學(xué)問題2：高混雜感知互動系

38、統(tǒng)的自治機理物聯(lián)網(wǎng)通過物理空i'可和信息空間的感知互動，高效靈活地為用戶提供智慧服務(wù)?；?人工參與或現(xiàn)有系統(tǒng)管理運行方式難以應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的應(yīng)用挑戰(zhàn)及動態(tài)多樣的影響因素, 在客觀上要求物聯(lián)網(wǎng)以口治的方式運行，在減少或避免人工參與的條件下口動地實現(xiàn)物聯(lián) 網(wǎng)的組織管理、資源配置和故障處理等功能。物聯(lián)網(wǎng)感知互動的運行模式、高度混雜的系統(tǒng)組成、非確定的運行場景對物聯(lián)網(wǎng)的自 治提出了巨大的挑戰(zhàn)。面向物理空間和信息空間感知互動的運行模式對物聯(lián)網(wǎng)自治的實時 性、可靠性等要求極為嚴(yán)格。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在高度的混雜性特征，諸如終端類型多樣、數(shù) 量巨大，感知屬性、特征、控制與處理方法等差異巨大，則使得物聯(lián)網(wǎng)

39、自治的運行場景和 待處理因素極為復(fù)雜多樣。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅包括海量的網(wǎng)絡(luò)元素， 還包括現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)和電信網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)，以及各應(yīng)用領(lǐng)域的專用網(wǎng)絡(luò)，其通信協(xié) 議各不相同，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，對物聯(lián)網(wǎng)終端和子網(wǎng)的組織協(xié)同提出很大挑戰(zhàn)。物聯(lián) 網(wǎng)的應(yīng)用需求和運行場景存在高度的非確定性，如物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用目標(biāo)、服務(wù)質(zhì)量和資源需 求隨時間和物理壞境的動態(tài)變化，移動過程中終端及子網(wǎng)之間存在不確定的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，物 聯(lián)網(wǎng)自身運行過程屮也存在終端和資源的動態(tài)變化其至故障，上述特性要求物聯(lián)網(wǎng)自治屮 必需考慮資源的動態(tài)變化和多種類型的異常狀況。物聯(lián)網(wǎng)自治管理是其運行的基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)信息的感知、交互、處

40、理和決策提供重要 支撐，因而高混雜感知互動物聯(lián)網(wǎng)的自治機理是亟待解決的基礎(chǔ)科學(xué)問題?？茖W(xué)問題3：虛實交融的物化安全可信保障物聯(lián)網(wǎng)的安全可信不僅涉及到信息空間屮信息傳輸、處理和數(shù)據(jù)自身的安全可信，更 為重要的是物理空間屮人量物理實體決策操作的安全可信以及物理實體所攜帶數(shù)據(jù)的安全 可信，并對系統(tǒng)行為可預(yù)測性和可靠性提出了更高的要求。物理空間和信息空間的耦合關(guān)聯(lián)使得物聯(lián)網(wǎng)面臨更為多樣復(fù)雜的安全可信威脅，物聯(lián) 網(wǎng)混雜性和非確定性也對其安全對信帶來巨大的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)終端能力差異巨大，脆弱終 端存在著計算能力與安全可信算法資源消耗z間的矛盾。物聯(lián)網(wǎng)不僅具有頻繁的移動性， 通信連接具有高度動態(tài)性，而終端或子

41、網(wǎng)也可能在某些時間與物聯(lián)網(wǎng)其他部分?jǐn)嚅_連接， 增加了訪問控制、授權(quán)、認證的難度。物聯(lián)網(wǎng)是超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，組成形態(tài)復(fù)雜，終端和 子網(wǎng)的異構(gòu)性使得跨域跨子網(wǎng)的可信安全具有極大的技術(shù)難度。物聯(lián)網(wǎng)中大量邏輯或物理 實體基于網(wǎng)絡(luò)相互連接，物理實體可能被偷竊屏蔽或轉(zhuǎn)移，帶來了新的安全威脅，容易造 成個人隱私、商業(yè)機密和國家設(shè)施信息的泄露。對信軟件是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)行為可預(yù)測性和可 靠性的保障，而現(xiàn)有軟件模型和方法無法表達物聯(lián)網(wǎng)虛實交融的特征，連續(xù)世界與離散計 算結(jié)合性、實時性和多維性，均難以用現(xiàn)有的可信方法描述。物聯(lián)網(wǎng)將直接影響物理世界，安全可信是物聯(lián)網(wǎng)必需具備的基本要求。以物化特征表 現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)安全可信保障問

42、題是研究屮嶄新課題，也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必須解決的基礎(chǔ)性科學(xué) 問題。2.主要研究內(nèi)容圍繞上述的三個關(guān)鍵科學(xué)問題，本項目將從以下六個主要方面對物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論和 方法開展研究。（一）物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)表征與體系架構(gòu)針對物聯(lián)網(wǎng)的感知互動以及非確定性和混雜性特征，從物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)表征和體系架構(gòu) 基本問題出發(fā)，在關(guān)聯(lián)模型與表征、標(biāo)識體系、安全架構(gòu)和體系框架等方面展開研究，具 體包括以下研究內(nèi)容：（1）物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型與表征：基于物聯(lián)網(wǎng)實體抽象和實體i'可作用關(guān)系數(shù)學(xué)描述，建 立物理和信息空間多元異構(gòu)實體間的關(guān)聯(lián)模型；面向物聯(lián)網(wǎng)非確定性環(huán)境，研究多重關(guān)聯(lián) 的動態(tài)特征和描述方法；研究實際物理關(guān)聯(lián)和抽象信息關(guān)聯(lián)的匹配

43、機制，建立物聯(lián)網(wǎng)表征 方法及體系；（2）可擴展物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系：研究適合大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的名字空間結(jié)構(gòu)與解析體系； 研究標(biāo)識編碼方法，探討合理的標(biāo)識生命周期管理機制；研究安全、高效和可擴展的統(tǒng)一 物體標(biāo)識體系；（3）物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)：分析物聯(lián)網(wǎng)的安全需求與安全框架，研究物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)以及 資源高效的安全協(xié)議；研究物聯(lián)網(wǎng)跨網(wǎng)的分層的認證策略和協(xié)議；研究物聯(lián)網(wǎng)分級的密鑰 分配、密鑰協(xié)商等密鑰管理方案；（4）面向演進的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系：研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連體系架構(gòu)、服務(wù)體系架構(gòu)、系 統(tǒng)管理體系架構(gòu)、可信軟件體系架構(gòu)，建立面向演進的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系。（二）物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)融合和自治機理面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的動態(tài)多樣性以及網(wǎng)

44、絡(luò)和終端互聯(lián)方式存在的高度異構(gòu)性特點， 研究物聯(lián)網(wǎng)的自治模型和場景察覺機理，在此基礎(chǔ)上研究物聯(lián)網(wǎng)的自配置、自優(yōu)化、自愈 合、自保護機理，進而考察不同自治子網(wǎng)間的協(xié)同管理，以及可增量部署的異構(gòu)融合機制。 具體的研究內(nèi)容包括：（1）物聯(lián)網(wǎng)的自治模型：基于物聯(lián)網(wǎng)管理鏈需求，研究管理單元的自組織機制；研 究管理鏈中物聯(lián)網(wǎng)管理信息的交互方式；研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的自治管理模型；（2）高混雜條件下物聯(lián)網(wǎng)的場景察覺機理：研究高混雜的物聯(lián)網(wǎng)終端屬性、狀態(tài)和 功能角色的規(guī)范化描述；研究動態(tài)場景下物聯(lián)網(wǎng)終端間的屈性、狀態(tài)和功能角色的相互發(fā) 現(xiàn)機制，實現(xiàn)終端間的互察覺；研究基于多源多粒度的互察覺信息的物聯(lián)網(wǎng)場景分析方法;

45、（3）非確定條件下物聯(lián)網(wǎng)的自配置與優(yōu)化機理：而向物聯(lián)網(wǎng)超大規(guī)模的非確定性部 署，研究物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識的自動分配機制；研究在跨子網(wǎng)移動的場景下物聯(lián)網(wǎng)自組織管理；結(jié) 合感知互動的應(yīng)用特性，研究物聯(lián)網(wǎng)的分布式的拓撲自組織和資源自配置方法；面向物聯(lián) 網(wǎng)應(yīng)用需求特征和動態(tài)運行場景，研究物聯(lián)網(wǎng)的資源協(xié)同調(diào)整策略和優(yōu)化機制；（4）復(fù)雜動態(tài)場景下物聯(lián)網(wǎng)的自愈合與自保護機理：研究面向感知交互的物聯(lián)網(wǎng)多 類型的故障產(chǎn)生模式和故障分析方法；研究復(fù)雜動態(tài)場景下的物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視 方法和故障發(fā)現(xiàn)機制；針對物聯(lián)網(wǎng)感知交互需求和故障發(fā)生模式，研究物聯(lián)網(wǎng)的容侵容錯 機理；在故障出現(xiàn)的條件下，研究物聯(lián)網(wǎng)基于協(xié)作的快速自愈合機制；（5）自治子網(wǎng)間協(xié)作管理機理：研究物聯(lián)網(wǎng)自治子網(wǎng)間的標(biāo)識映射、統(tǒng)一資源訪問 和協(xié)作管理模型與架構(gòu)；研究子網(wǎng)間的管理信息交互機制；研究多個口治物聯(lián)子網(wǎng)間的資 源調(diào)度與協(xié)作管理方法；（6）可增量部署的物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合機制：研究異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)融合的可增量部 署機理；研究可擴展的