2011CB302700-G物聯(lián)網體系結構基礎研究 - 副本

預期目標3.1總體目標面向生態(tài)保護、節(jié)能減排、現(xiàn)代服務等領域重大需求，以解決物聯(lián)網應用領域共性問題為目標，圍繞物聯(lián)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(tǒng)科學的理論，探索物聯(lián)網的基本規(guī)律，建立物聯(lián)網體系結構模型、子網互連模型，提出物聯(lián)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(tài)自治和高效網絡融合中面臨的大規(guī)模異質網元的互連互通問題；建立對物聯(lián)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(tǒng)環(huán)境動態(tài)問題域建模、軟件平臺對環(huán)境信息的自動獲取和理解、自適應求解的方法，形成動態(tài)環(huán)境中服務提供機理，解決動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中的服務適應適用問題。本項目將在大規(guī)模異質網元數(shù)據(jù)交換、不確定信息整合以及動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境服務提供等方面取得原創(chuàng)性理論成果和關鍵技術突破，并在林區(qū)生態(tài)保護領域進行大規(guī)模的試驗和驗證；形成一批有自主知識產權的成果，為大規(guī)模、實用的物聯(lián)網設計和高效運行提供理論指導，推動我國在物聯(lián)網領域的跨越式發(fā)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(lián)網研發(fā)能力奠定堅實基礎，為“感知中國”國家物聯(lián)網發(fā)展戰(zhàn)略做出支撐,同時為國家培養(yǎng)一批從事物聯(lián)網研究青年學術帶頭人和研究骨干。3.2三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(lián)網系統(tǒng)模型、設計原理和實現(xiàn)機理的基礎研究上取得突破，創(chuàng)建物聯(lián)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(lián)網網絡融合與自治機理、數(shù)據(jù)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(guī)模異質網元的高效互連、不確定信息的有效利用、動態(tài)系統(tǒng)環(huán)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(shù)據(jù)交換技術、異構網絡融合技術、自治區(qū)域動態(tài)管理等方面取得突破,為物聯(lián)網中大規(guī)模異質網元的數(shù)據(jù)交換提供技術支撐；在信息融合計算技術、隱私確保的安全計算技術等方面取得突破，為物聯(lián)網內不確定信息整合提供技術支撐；在環(huán)境適變的軟件設計技術、服務動態(tài)構建技術等方面取得突破，為物聯(lián)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(lián)網綜合驗證平臺實現(xiàn)對物聯(lián)網體系結構、設計原理、關鍵技術的驗證，提供物聯(lián)網系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測及診斷工具；突破林區(qū)生態(tài)保護示范應用中的技術難題，建立一套林區(qū)生態(tài)保護物聯(lián)網示范應用系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測應用示范。(4)學術交流和人才培養(yǎng)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(yǎng)和建立一支學術水平高、創(chuàng)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(lián)網的跨越式發(fā)展做出實質性的貢獻。3.3三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(fā)明專利和標準為主，并完成物聯(lián)網驗證平臺和示范應用系統(tǒng)。具體指標為：(1)在IEEE/ACMTransactions等國際權威學術刊物和ACMMobiCom/SenSys、IEEEINFOCOM等重要會議發(fā)表一批高質量論文,其中SCI檢索論文50篇以上,IEEE/ACMTransactions論文20篇以上；(2)授權國內外發(fā)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(yǎng)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(lián)網研究的高水平團隊，培養(yǎng)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(lián)網驗證平臺；面向林區(qū)生態(tài)保護提供一套物聯(lián)網示范應用系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測應用示范。

三、研究方案4.1學術思路本項目的總體研究思路是瞄準國家物聯(lián)網發(fā)展的重大需求，認識物聯(lián)網“廣泛互聯(lián)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(xiàn)物聯(lián)網特性、適應物聯(lián)網應用需求的物聯(lián)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(lián)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(lián)系和集成，研制物聯(lián)網驗證平臺，并在林區(qū)生態(tài)保護應用等領域展開應用驗證，形成完整的研究體系?？傮w學術思路如圖1所示。圖1.項目總體學術思路4.2技術路線1.物聯(lián)網體系結構理論模型我們遵循網絡分層的原理，將物聯(lián)網分成對象感知層、數(shù)據(jù)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(xiàn)對物理對象的感知和數(shù)據(jù)獲取;數(shù)據(jù)交換層提供透明的數(shù)據(jù)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(fā)者、服務提供者等多視角研究物聯(lián)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(xié)議和規(guī)范提供依據(jù)。針對網元異質性和應用環(huán)境的動態(tài)性研究物聯(lián)網中不同的互聯(lián)要求及其對應的互聯(lián)模型和互連機理。進而研究新型動態(tài)網元編址模型和尋址體系，兼容網元能力差異，為支持大規(guī)模異構網絡全局網絡融合和局部動態(tài)自治所要求的高效數(shù)據(jù)交換奠定基礎。圖2.物聯(lián)網四層體系架構物聯(lián)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(tài)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(xié)作框架以及被動測量的數(shù)據(jù)分析方法，探尋分析網絡行為對性能要素影響的一般規(guī)律。在認識網絡動態(tài)行為規(guī)律的基礎上，研究物聯(lián)網中研究適應時變網絡快速數(shù)據(jù)轉發(fā)的路由策略與數(shù)據(jù)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(xié)同通信、無碼率編碼和機會通信等思路，研究物聯(lián)網性能評價體系、度量模型與方法，揭示物聯(lián)網的時空關系，研究物聯(lián)網容量、拓撲、時延、吞吐量、覆蓋的性能度量，探索物聯(lián)網拓撲設計準則、路由選擇原則、網絡能力/延遲的規(guī)律等物聯(lián)網的基本性質，為物聯(lián)網的設計、分析、管理、運營等提供理論依據(jù)。2．網絡高效融合與動態(tài)自治的機理與方法針對物聯(lián)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(lián)網為主流平臺，通過多元化的網絡接入，實現(xiàn)各子網與互聯(lián)網的融合，主要是深入研究IPv6在物聯(lián)網中應用的新需求和新問題，結合IPv6自身優(yōu)勢，重點考慮協(xié)議開銷問題，設計基于IPv6的輕量級的物聯(lián)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(lián)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(lián)網在局部區(qū)域內的強耦合性、連接動態(tài)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?yōu)槲锫?lián)網環(huán)境感知、傳輸、路由緊密聯(lián)系、相互優(yōu)化、協(xié)同應用三者不可分的方式，研究非IP數(shù)據(jù)交換技術，探索新的尋址策略、新的數(shù)據(jù)傳輸機制；基于網絡體系架構量化研究方法，研究協(xié)議分層與優(yōu)化算子耦合關系、網絡數(shù)據(jù)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(lián)自治網絡網元移動和鏈路變化，研究動態(tài)拓撲構建策略。物聯(lián)網區(qū)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(lián)網自治域內的數(shù)據(jù)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(lián)網自治域的網絡流量、拓撲等進行測量統(tǒng)計，提煉自治網絡行為特征，設計具有預測性的網絡行為統(tǒng)計分析模型；二是研究基于網絡行為感知的認知路由協(xié)議，提出垂直分層拓撲圖的構造方法，實現(xiàn)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(shù)據(jù)交互的整體性能；三是研究自治域內的路由穩(wěn)定性問題，全面分析各種路由判決本身的變化規(guī)律，提出路由穩(wěn)定性的模型化分析方法，為自治域內的路由協(xié)議設計提供依據(jù)。另外，針對物聯(lián)自治網絡內異質網元不同通信方式需求、缺少專有數(shù)據(jù)交換設備作支撐的情況研究物聯(lián)網自治域內數(shù)據(jù)交換方法，探索弱狀態(tài)或無狀態(tài)路由的數(shù)據(jù)報交換的方式。3．物聯(lián)網信息整合與交互的理論和方法針對物聯(lián)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(xiàn)信息整合以實現(xiàn)物聯(lián)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(shù)據(jù)源/交互對象集合優(yōu)化選擇策略、多模態(tài)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(lián)網獲取信息不完全性、冗余性出發(fā)，采用多階段、多層次的融合策略；針對物聯(lián)網環(huán)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、可擴展的強隱私計算模型，根據(jù)各物體的計算能力，實現(xiàn)自適應的交互信息的適配交互；在實現(xiàn)適配的基礎上，研究物體的自發(fā)協(xié)作與協(xié)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(xiàn)物體之間的協(xié)作。4.物聯(lián)網服務提供機理和方法在物聯(lián)網軟件建模與設計理論方面，針對物聯(lián)網環(huán)境動態(tài)性，從軟件結構建模、編程模型和服務提供方面增加對環(huán)境的感知適應能力。對不同類型的物聯(lián)網應用進行分析，通過建立統(tǒng)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(xiàn)應用模型的描述，并完成模型的組合與生成；對于動態(tài)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(huán)境變化的作用關系，給出模型變化在環(huán)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(tài)調整提供依據(jù)。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(huán)境維度概念,將軟件依賴環(huán)境的部分獨立出來,實現(xiàn)業(yè)務邏輯與系統(tǒng)環(huán)境相分離，提高軟件系統(tǒng)靈活性和擴展性。在物聯(lián)網服務需求的動態(tài)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(lián)網服務需求獲取方法，對服務所依賴和生存的動態(tài)環(huán)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(huán)境信息控制函數(shù)和反射機制，使服務需求能夠適應動態(tài)環(huán)境的變化，對服務需求元數(shù)據(jù)進行更新，達到需求動態(tài)演化的目的。在服務動態(tài)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(xiàn)物聯(lián)網服務的分類組織；然后引入抽象服務域概念，能夠根據(jù)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(xiàn)服務的動態(tài)發(fā)現(xiàn)選擇、聚合和集成。在服務質量的動態(tài)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(lián)網服務質量動態(tài)保障機制與方法，實現(xiàn)有質量保障的物聯(lián)網服務。5.物聯(lián)網驗證平臺和典型應用示范采用本項目提出的物聯(lián)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(lián)網等多種異構網絡，建立大規(guī)模異質網元所構成的物聯(lián)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(lián)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(xiàn)物聯(lián)網功能實體，分別對對象感知層、數(shù)據(jù)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(lián)網系統(tǒng)設計原理、實現(xiàn)機理的驗證。構建大規(guī)模異質網元組成的動態(tài)網絡，實現(xiàn)網元節(jié)點的異構接入、網絡融合和應用環(huán)境等基礎架構，驗證網絡中異質網元數(shù)據(jù)交換、不確定信息整合、動態(tài)環(huán)境服務提供等基礎理論和方法；(3)物聯(lián)網系統(tǒng)關鍵技術的驗證。驗證非IP的數(shù)據(jù)交換、信息融合計算、服務動態(tài)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(xié)議的正確性；(4)物聯(lián)網系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測及診斷工具。根據(jù)物聯(lián)網性能度量評價體系建立大規(guī)模物聯(lián)網系統(tǒng)性能測量機制，通過分布式、動態(tài)自組的方式實現(xiàn)驗證平臺的性能評測功能；通過主動或被動方式獲取系統(tǒng)運行參數(shù)和診斷指標，建立數(shù)據(jù)關聯(lián)關系分析技術，研制系統(tǒng)診斷工具，保證物聯(lián)網系統(tǒng)的可靠運行。通過建立林區(qū)生態(tài)保護示范系統(tǒng)，對物聯(lián)網各項關鍵技術進行應用示范，提供碳平衡監(jiān)測示范應用。以天目山地區(qū)為示范區(qū)域，利用傳感網、車載網、智能用電網等構成的物聯(lián)網對林區(qū)固碳、車輛行駛排碳、建筑物/企業(yè)用電排碳等進行采樣檢測，對采集的數(shù)據(jù)進行整合從而獲取區(qū)域內碳平衡指數(shù)，并進行減排智能決策提供依據(jù)。同時利用互聯(lián)網和移動網絡向公眾動態(tài)發(fā)布碳平衡指數(shù)，引導公眾自然采取低碳消費，實現(xiàn)低碳社會。4.3主要創(chuàng)新點與特色(1)利用網絡分層原理，提出由對象感知層、數(shù)據(jù)交換層、信息整合層、應用服務層構成的物聯(lián)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(tài)性的網元互聯(lián)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(lián)網的時空關系，探索物聯(lián)網拓撲設計準則、路由選擇原則、網絡能力/延遲的規(guī)律等物聯(lián)網的基本性質。(3)針對物聯(lián)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?yōu)槲锫?lián)網環(huán)境感知、傳輸、路由緊密聯(lián)系、相互優(yōu)化、協(xié)同應用三者不可分的方式，研究非IP數(shù)據(jù)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(tǒng)一表示模型、交互對象集合優(yōu)化選擇、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(lián)網環(huán)境動態(tài)性，提出環(huán)境維度概念,將軟件依賴環(huán)境的部分獨立出來,實現(xiàn)業(yè)務邏輯與系統(tǒng)環(huán)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(huán)境的感知適應能力，建立有機協(xié)調業(yè)務流、控制流和感知流的新型物聯(lián)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(yè)學科的研究團隊組織，面向林區(qū)生態(tài)保護示范應用研制大規(guī)模、實用性的物聯(lián)網系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測示范應用方面有顯著特色。4.4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(lián)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(lián)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(lián)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(lián)網驗證平臺和碳平衡監(jiān)測應用示范”用于對本項目提出物聯(lián)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(lián)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(lián)網網絡體系結構，在物聯(lián)網的體系結構理論模型、設計原理和實現(xiàn)機理的基礎研究上取得突破，創(chuàng)建物聯(lián)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(shù)據(jù)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(guī)模異質網元的高效互連、不確定信息的有效利用、動態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中服務提供等重要挑戰(zhàn)提供基礎。研究內容：(1)層次化可擴展物聯(lián)網體系結構模型及形式化描述。從多個視角分析物聯(lián)網的基本組成要素，探討各個要素間的內在聯(lián)系，建立物聯(lián)網體系結構模型及其形式化描述方法；(2)異構網絡系統(tǒng)互連模型與高效網元編址體系。研究支持異構系統(tǒng)高效融合的多元化網元互連模型；研究適應物聯(lián)網的新型動態(tài)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(guī)劃問題；(3)物聯(lián)網網絡動態(tài)行為分析與數(shù)據(jù)交換機理。研究針對網絡動態(tài)行為的主動測量的協(xié)作框架和被動測量的數(shù)據(jù)分析方法；研究適應時變網絡快速數(shù)據(jù)轉發(fā)的路由策略與數(shù)據(jù)轉移模式；(4)物聯(lián)網性能評價與度量模型及方法。建立分析物聯(lián)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(lián)網的健壯性連接和高效覆蓋；研究物聯(lián)網的合理節(jié)點空間分布和相關的路由規(guī)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(lián)網網絡融合與自治的機理和方法預期目標：針對物聯(lián)網多元異構性、超大規(guī)模性、系統(tǒng)動態(tài)性的特征，本課題旨在建立物聯(lián)網網絡融合的架構，在非IP數(shù)據(jù)交換機理、物聯(lián)網自治域內數(shù)據(jù)匯聚與交換方法、物聯(lián)網自治區(qū)域動態(tài)管理等方面取得突破，解決網絡融合與動態(tài)自治中高效的數(shù)據(jù)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(lián)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(lián)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(lián)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(xiàn)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(lián)網網絡體系架構。研究非IP數(shù)據(jù)交換機理；基于網絡體系架構量化方法研究協(xié)議分層與優(yōu)化算子耦合關系、網絡數(shù)據(jù)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(lián)網的實際應用需求，基于融合網絡理論框架，解決物聯(lián)網網絡服務質量保障等實際應用中的關鍵問題；(3)物聯(lián)網自治域內數(shù)據(jù)匯聚與交換。研究自治域內的數(shù)據(jù)交換方法；研究面向物聯(lián)網中不同網元行為和連接方式的接入選擇策略、網元發(fā)現(xiàn)機理；研究海量數(shù)據(jù)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(yōu)化技術、自治網絡容量規(guī)劃方法；(4)物聯(lián)網自治區(qū)域動態(tài)管理。研究定性與定量相結合的物聯(lián)網自治域多維劃分方法；研究簡化的自治網絡自治協(xié)議、動態(tài)路由協(xié)議和選路方法；針對物聯(lián)自治網絡網元移動和鏈路變化、區(qū)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(tài)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(lián)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(lián)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、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(lián)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(lián)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(lián)網內多模態(tài)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(shù)據(jù)多源冗余性，研究信息融合中效能平衡的、優(yōu)化的數(shù)據(jù)源/交互對象集合選擇算法；針對物聯(lián)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(lián)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(shù)據(jù)加密和解密，隱私保護的用戶身份管理與動態(tài)數(shù)據(jù)處理，分布式訪問控制和密鈅管理，以及隱私敏感的安全協(xié)議設計與分析。經費比例：10%承擔單位：北京工業(yè)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(lián)網服務提供機理和方法預期目標：本課題旨在形成物聯(lián)網軟件建模理論、服務自適應提供機理和實現(xiàn)方法，在動態(tài)問題域的建模，面向解空間的軟件設計理論，面向動態(tài)問題域的需求獲取和演化方法，服務動態(tài)構建與適配機理，基于環(huán)境感知的動態(tài)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(xiàn)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(tài)規(guī)律及其建模與求解理論。針對物聯(lián)網環(huán)境的動態(tài)性，從動態(tài)問題域建模、軟件自適應求解、軟件開發(fā)模型等方面對物聯(lián)網軟件建模與設計理論進行研究；（2）服務需求的動態(tài)獲取與演化。通過分析物聯(lián)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(huán)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(huán)境的動態(tài)性，研究物聯(lián)網服務的需求演化方法；（3）服務的動態(tài)構建及適配機理。研究高效的物聯(lián)網服務的組織模型、具有動態(tài)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(tài)發(fā)現(xiàn)、聚合和集成的方法；利用環(huán)境上下文信息，研究基于事件或者狀態(tài)的服務運行時的動態(tài)適配方法。（4）服務質量的動態(tài)保障方法。研究在線的物聯(lián)網服務質量度量、測試與評估方法；揭示物聯(lián)網服務外在環(huán)境變化的特征及其對服務質量的影響規(guī)律；研究環(huán)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(lián)網驗證平臺和碳平衡監(jiān)測應用示范預期目標：本課題旨在研制一個物聯(lián)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(lián)網理論模型與關鍵技術，提供物聯(lián)網系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測及診斷工具；在林區(qū)生態(tài)環(huán)境保護示范應用系統(tǒng)的關鍵技術方面取得突破，建立一套面向天目山林區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的物聯(lián)網示范系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測應用示范，形成有關論文、專利和標準提案，為生態(tài)環(huán)境保護、和諧發(fā)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(jù)所研究出的理論成果，研制具有我國自主知識產權的物聯(lián)網綜合驗證平臺。實現(xiàn)物聯(lián)網體系結構的驗證,實現(xiàn)物聯(lián)網系統(tǒng)設計原理與實現(xiàn)機理、關鍵技術和方法的驗證,研制系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測及診斷工具；(2)研制面向林區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的物聯(lián)網應用示范系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測應用示范。面向天目山林區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的應用需求，研究利用物聯(lián)網實現(xiàn)林業(yè)固碳、林區(qū)生活排碳、林區(qū)生態(tài)環(huán)境多點大范圍實時協(xié)同監(jiān)測，構建碳平衡監(jiān)測示范應用系統(tǒng)。實現(xiàn)地區(qū)內碳平衡指數(shù)動態(tài)掌控，為節(jié)能減排低碳生活、林區(qū)環(huán)境保護提供信息統(tǒng)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

四、年度計劃研究內容預期目標第一年研究物聯(lián)網體系結構模型；研究支持異構系統(tǒng)高效互聯(lián)融合的多元化網元互連模型；研究針對網絡動態(tài)行為主動測量的協(xié)作框架；研究物聯(lián)網異構環(huán)境在特定時延限制下的網絡容量分布。研究面向IP體系演進的物聯(lián)網網絡融合及其命名與尋址架構；研究基于主機標識和定位符分離的新型物聯(lián)網命名架構，探討層次化、可擴展的網絡單元命名方法；研究物聯(lián)網自治域多維劃分。研究不確定信息的表達方法；研究效能平衡的、優(yōu)化的數(shù)據(jù)源/交互對象集合選擇算法；研究隱私確保的權限適配信息交互模型；研究物聯(lián)網隱私保護的高效信息傳輸體系。研究物聯(lián)網動態(tài)問題域的建模方法；研究應用模型的分析方法；研究面向物聯(lián)網服務需求獲取方法；研究服務的統(tǒng)一視圖模型和服務系統(tǒng)容量的量化模型。研究物聯(lián)網驗證平臺和碳平衡監(jiān)測應用示范構建；研究構建平臺的節(jié)點系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)技術；研究網元節(jié)點的異構接入、網絡融合和應用環(huán)境等驗證平臺基礎框架；分別研究對象感知層、數(shù)據(jù)交換層、信息整合層、應用服務各層功能和接口的獨立驗證機制建立層次化物聯(lián)網體系結構模型；建立一種適用物聯(lián)網的多元化網絡互連模型；建立網絡動態(tài)行為的主動測量框架；認識物聯(lián)網異構網絡的網絡容量/時延規(guī)律，建立特定時延限制下的網絡容量分布模型。設計出一種基于IPv6的輕量級的物聯(lián)網編址尋址架構；提出一種新型的主機名字空間組織構架，實現(xiàn)高效的主機標識符到定位符的映射；提出定性與定量相結合的物聯(lián)網自治域多維劃分方法。提出一種適合高維、異構物聯(lián)網感知信息的確定表達模型；提出一種效能平衡的信息交互模型；建立隱私確保的權限適配的信息交互模型；提出能適應物聯(lián)網環(huán)境的隱私確保的高效信息傳輸協(xié)議。識別并建立不同應用類型下的應用模式，形成應用問題域元模型；提出應用模型與應用輸入、需求、資源的一致性驗證方法和模型有效性驗證方法；提出結合環(huán)境約束的迭代式服務需求獲取方法；建立基于情境感知的主動服務模型。構建分層獨立的驗證平臺體系框架；提出碳平衡監(jiān)測應用示范的設計方法；研制出驗證平臺所需的感知節(jié)點和控制節(jié)點；構建大規(guī)模異質網元組成的動態(tài)網絡形成網元節(jié)點的異構接入、網絡融合和應用的環(huán)境，形成驗證異質網元數(shù)據(jù)交換、不確定信息整合、動態(tài)環(huán)境服務提供等理論和方法的驗證策略第二年研究物聯(lián)網網絡體系結構形式化描述；研究新型動態(tài)編址模型和尋址體系；研究不同互通模型下的網元地址空間規(guī)劃問題；研究針對網絡動態(tài)行為被動測量的數(shù)據(jù)分析方法；研究在特定時延限制下的網絡容量分布。支持非IP和IP融合的物聯(lián)網網絡體系架構；研究協(xié)議分層與優(yōu)化算子耦合關系；研究網絡數(shù)據(jù)交換計算復雜性；研究網元接入選擇方法；研究海量數(shù)據(jù)傳輸網絡的匯聚方法。研究多模態(tài)、異構信息的融合機理及其計算模型；研究網元間表達適配的信息交互；研究隱私確保的分布式數(shù)據(jù)加密和解密，隱私保護的用戶身份管理與動態(tài)數(shù)據(jù)處理，分布式訪問控制和密鈅管理。研究應用模型的自適應離散調整和連續(xù)演化問題；研究服務的動態(tài)構建方法；研究如何提供面向個性化需求的統(tǒng)一服務視圖的問題；研究物聯(lián)網的服務質量度量和評估方法。搭建物聯(lián)網綜合驗證平臺各個子系統(tǒng)；在物聯(lián)網系統(tǒng)框架的基礎上驗證各層實現(xiàn)機理、關鍵技術；根據(jù)物聯(lián)網性能度量評價體系研究大規(guī)模物聯(lián)網系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測機制和方法；研究物聯(lián)網系統(tǒng)診斷機制和相關技術形成準確表述物聯(lián)網特征的網絡體系結構形式化描述方法；建立新型動態(tài)編址模型和尋址體系；設計網元地址空間規(guī)劃方法；形成網絡動態(tài)行為被動測量的數(shù)據(jù)分析方法；設計出時延限制下的網絡容量分布獲取方法。提出非IP交換方法，形成一種融合非IP和IP的物聯(lián)網架構；揭示協(xié)議分層與優(yōu)化算子耦合關系，進一步優(yōu)化設計網絡協(xié)議架構；揭示吞吐量、延遲、干擾等約束條件下的數(shù)據(jù)交換計算復雜性，提出有效的實現(xiàn)算法；提出網元接入選擇方法；提出海量數(shù)據(jù)傳輸網絡的匯聚方法。提出物聯(lián)網感知信息融合計算模型和相關算法；提出表達適配的信息交互模型；提出適應物聯(lián)環(huán)境的隱私確保的分布式數(shù)據(jù)加密和解密體系，用戶身份管理體系，分布式訪問控制和密鈅管理等體系。建立應用模型表示框架和推理分析方法；提出支持動態(tài)適變能力的服務建模方法和一套服務動態(tài)發(fā)現(xiàn)、聚合和集成的方法；提出一種高效的物聯(lián)網服務的組織模型；提出在線實時的物聯(lián)網服務質量度量、測試與評估方法。實現(xiàn)物聯(lián)網體系結構模型的驗證；實現(xiàn)非IP的數(shù)據(jù)交換機理的驗證；實現(xiàn)信息整合計算方法的驗證；實現(xiàn)服務動態(tài)構建方法的驗證與測試；研制系統(tǒng)環(huán)境的性能檢測及診斷工具。第三年研究對象標識間的關系模型和多粒度標識映射機理；研究適應時變網絡快速數(shù)據(jù)轉發(fā)的路由策略和數(shù)據(jù)轉移模式；研究如何提供物聯(lián)網的健壯性連接和高效覆蓋問題。分析物聯(lián)網的應用需求，深入研究網絡服務質量保障等關鍵技術；研究自治網絡匯聚點流量優(yōu)化、容量規(guī)劃方法。研究物聯(lián)網的數(shù)據(jù)匿名機制；研究隱私敏感的安全協(xié)議設計與分析。研究應用模型的自適應離散調整和連續(xù)演化問題；研究物聯(lián)網服務的需求演化方法；研究服務運行時的動態(tài)適配方法；研究環(huán)境感知的服務動態(tài)質量保證機制。研究物聯(lián)網綜合驗證平臺集成方法；在林區(qū)生態(tài)保護領域進行大規(guī)模的試驗和驗證，利用傳感網等構成的物聯(lián)網對林區(qū)固碳等進行采樣檢測，對采集的數(shù)據(jù)進行整合從而獲取區(qū)域內碳平衡指數(shù)。1．建立異類對象間的關系模型和多粒度標識映射機理；提出適應物聯(lián)網的路由策略和多種數(shù)據(jù)轉移模式；認識節(jié)點空間分布規(guī)律與相關路由規(guī)律，提出物聯(lián)網覆蓋控制、連接策略。2．基于融合網絡理論框架，提出物聯(lián)網網絡服務質量保障方法；提出自治域內匯聚點流量優(yōu)化、自治網絡容量規(guī)劃方法。3．提出基于數(shù)據(jù)失真和限制發(fā)布技術的數(shù)據(jù)匿名機制；提出一種隱私敏感的安全協(xié)議設計與分析方法。4．建立應用模型離散動態(tài)調整框架和應用模型連續(xù)動態(tài)演化框架；提出動態(tài)感知環(huán)境用戶域、物理空間域和信息空間域的服務需求的獲取和演化方法；提出基于事件或者狀態(tài)的服務運行時的動態(tài)適配方法和處理；提出環(huán)境感知的服務質量定性診斷與定量保障方法。5．完成具有自主知識產權的物聯(lián)網綜合驗證平臺；完成面向天目山林區(qū)生態(tài)保護的物聯(lián)網應用示范系統(tǒng)和碳平衡監(jiān)測物聯(lián)網應用示范；實現(xiàn)碳平衡過程實時監(jiān)測和碳平衡指數(shù)動態(tài)發(fā)布。

一、研究內容2.1關鍵科學問題針對物聯(lián)網存在的大規(guī)模異質網元的高效互連、不確定感知信息的有效利用、動態(tài)化系統(tǒng)環(huán)境的服務提供等挑戰(zhàn)，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(guī)模異質網元的數(shù)據(jù)交換問題大規(guī)模異質網元的接入和海量數(shù)據(jù)的交換是物聯(lián)網廣泛應用帶來的新的重要特征。一方面，物聯(lián)網借助互聯(lián)網、通信網等主流平臺實現(xiàn)子網互連和網絡融合，進而提供信息共享和協(xié)同服務；另一方面，在局部緊耦合區(qū)域內物聯(lián)網表現(xiàn)出很強的動態(tài)自治需求。局部區(qū)域的各種網元為了執(zhí)行特定的網絡任務，動態(tài)地自我組織，實現(xiàn)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(lián)網發(fā)展面臨的一個難題是：如何解決物聯(lián)網超大規(guī)模性、多元異構性、系統(tǒng)動態(tài)性與高效數(shù)據(jù)交換之間的矛盾。為此，本項目將物聯(lián)網要解決的大規(guī)模異質網元高效互連的挑戰(zhàn)凝煉為第一個關鍵科學問題,將研究局部動態(tài)自治和高效網絡融合中面臨的大規(guī)模異質網元的數(shù)據(jù)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(lián)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(jù)網絡任務需要，隨時隨地地進行網元間信息交互，實現(xiàn)信息高效共享。因此，物聯(lián)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(zhàn)凝煉為第2個關鍵科學問