引言

　　2011年在中國的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中，從功能角度抽取了物聯(lián)網(wǎng)體系的基本特征，提出了包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的物聯(lián)網(wǎng)的三層參考框架的架構(gòu)叫隨后，該框架被納入到了我國工業(yè)和信息化部2012年第70號公告批準(zhǔn)的、名稱為《物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術(shù)要求》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)編號：YD/T2437-2012）。該標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)總體框架，從下到上依次為三層，感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐管理平臺，包括支持對大信息量的存儲和處理的數(shù)據(jù)平臺和屏蔽核心網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和具體實現(xiàn)的業(yè)務(wù)支撐平臺。而將所包括的業(yè)務(wù)支撐平臺的能力分離成兩部分：運營管理能力和數(shù)據(jù)通道能力。其中，運營管理能力體現(xiàn)控制數(shù)據(jù)流的規(guī)則和邏輯，涉及終端管理、應(yīng)用接入管理等；數(shù)據(jù)通道能力包括具體數(shù)據(jù)傳送通道的選擇、適配等，展現(xiàn)數(shù)據(jù)流處理過程。在理論上，這種設(shè)計思想，體現(xiàn)了邏輯控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的分離。按照該架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)管理和配置操作可以獲得分層各自獨立開發(fā)的機會，簡化了應(yīng)用更新的部署，實現(xiàn)了高層控制邏輯的健壯性，有利于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合。但是，我們也必須看出，該架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)只是一個概要，基于當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)還多處于閉環(huán)狀態(tài)，造成重復(fù)建設(shè)和孤島應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的涉及范圍還在逐漸擴(kuò)大，目前尚缺乏較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的部署經(jīng)驗，因此，該標(biāo)準(zhǔn)的落實還將面臨一些新的挑戰(zhàn)。例如，業(yè)務(wù)支撐平臺能力的分離，關(guān)鍵在于屏蔽核心網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和具體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，只有這樣，邏輯控制才能從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中剝離開來去體現(xiàn)相關(guān)的運營管理能力。該架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)沒有提及怎樣實現(xiàn)有關(guān)這些內(nèi)容的細(xì)節(jié)或途徑，這就是一個值得探討的問題，也是本文所要研究的內(nèi)容。

　　上述一切的實現(xiàn)，不妨借鑒互聯(lián)網(wǎng)解決類似問題的原則：只在端點涉及復(fù)雜性，而在網(wǎng)絡(luò)中保持的技術(shù)非常簡單，即“端到端”的原則叫針對當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所面臨的僵化問題（OssificationProblem），解決方案之一是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)（VirtualNetwork）來滿足多樣化應(yīng)用的需求叫基于文獻(xiàn)的觀點，本文認(rèn)為虛擬化的覆蓋網(wǎng)絡(luò)（OverlayNetwork）的構(gòu)建是獲得上述問題解決的一個較好的途徑。

　　1物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的層次定位

　　覆蓋網(wǎng)絡(luò)是在另一個網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頂上創(chuàng)建一個虛擬拓?fù)涞奶摂M計算機網(wǎng)絡(luò)，其目的是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源的結(jié)構(gòu)和分布的基礎(chǔ)上，把網(wǎng)絡(luò)資源的分配與管理抽象出來，提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造與特定技術(shù)、特定層次無關(guān)，通過在一個或者多個已存在網(wǎng)絡(luò)之上增加一個額外的、間接的、虛擬的網(wǎng)絡(luò)層，配置下層網(wǎng)絡(luò)部分領(lǐng)域中的一些資源來滿足應(yīng)用的需求。本文的工作就是提出為在國家標(biāo)準(zhǔn)YD/T2437-2012的物聯(lián)網(wǎng)總體框架構(gòu)建一個覆蓋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。該標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)總體框架從下到上依次為三層，感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。其中感知延伸層部件包括物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點、感知延伸網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)；網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層部件包括核心網(wǎng)絡(luò)（通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)專網(wǎng)）、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐管理平臺；應(yīng)用層包括各種具體應(yīng)用。這個額外增加的覆蓋網(wǎng)絡(luò)只能在網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層的應(yīng)用支撐管理平臺與應(yīng)用層之間。如果嚴(yán)格遵循三層框架，那么，這個覆蓋網(wǎng)絡(luò)到底是定位在網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層還是定位到應(yīng)用層呢？

　　在工業(yè)和信息化部電信研究院中國物聯(lián)網(wǎng)白皮書中，與YD/T2437-2012標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐管理平臺相關(guān)的內(nèi)容的層次定位，幫助了我們。注意到2011年的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中的應(yīng)用層體系包括應(yīng)用層架構(gòu)、信息智能處理技術(shù)。并且指出，應(yīng)用層架構(gòu)是面向?qū)ο蟮姆?wù)架構(gòu)，包括面向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的流程管理、業(yè)務(wù)流程之間的通信協(xié)議、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；信息智能處理類技術(shù)包括虛擬化架構(gòu)（資源管理與控制）等。2013年的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中應(yīng)用層主要包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐子層和應(yīng)用子層。并且指出，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐子層技術(shù)包括支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通，面向服務(wù)的架構(gòu)的技術(shù)和服務(wù)支撐技術(shù)等。就是說，通過對物理網(wǎng)絡(luò)資源的抽象和封裝，來屏蔽核心網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和具體實現(xiàn)。

　　基于面向?qū)ο蟮姆?wù)架構(gòu)，虛擬化資源管理與控制，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施與提供適配服務(wù)的功能的分離，是安排在應(yīng)用層來實現(xiàn)。一般來說，在傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡(luò)中，覆蓋網(wǎng)絡(luò)也都是構(gòu)造在應(yīng)用層上的，可以看作是應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)冏。所以，增加的覆蓋網(wǎng)絡(luò)子層可以定位在YD/T2437-2012的物聯(lián)網(wǎng)總體框架的應(yīng)用層中，圖1所示是含覆蓋網(wǎng)絡(luò)子層的物聯(lián)網(wǎng)通用分層模型。

　　2物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

　　在國家標(biāo)準(zhǔn)YD/T2437-2012的體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)虛擬化涉及網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的覆蓋網(wǎng)絡(luò)子層。在這里，網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中包括許多異構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施資源的物理節(jié)點，它們是由物理路徑連接起來的。覆蓋網(wǎng)絡(luò)是通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層之上的虛擬網(wǎng)絡(luò)，它是由虛擬節(jié)點通過虛擬鏈路連接構(gòu)成的。覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，要有一個將一個具有虛擬節(jié)點和虛擬鏈路約束的覆蓋網(wǎng)絡(luò)映射到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的過程的映射方案，其中虛擬節(jié)點映射到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的物理節(jié)點上，虛擬鏈路映射到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的物理路徑上，而且滿足覆蓋網(wǎng)絡(luò)中虛擬節(jié)點和虛擬鏈路對資源需求的約束。從而使得覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的虛擬節(jié)點及其被連接虛擬鏈路，可能對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的物理節(jié)點及其被連接的多個物理鏈路中的一個路徑，圖2所示是覆蓋網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層的映射示意圖。

　　具體的說，覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建的過程涉及虛擬節(jié)點的選擇和虛擬鏈路的確定。虛擬節(jié)點的選擇就是要求覆蓋網(wǎng)絡(luò)的每個虛擬節(jié)點都能映射到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的一個物理節(jié)點，同時該物理節(jié)點所分配的資源能滿足虛擬節(jié)點對應(yīng)用的需求。虛擬鏈路的確定就是要求覆蓋網(wǎng)絡(luò)的每條虛擬鏈路都能映射到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層中的一條或多條物理路徑上，同時該物理路徑的兩個端點都能與對應(yīng)的虛擬鏈路的兩個虛擬節(jié)點相對應(yīng)。在國家標(biāo)準(zhǔn)YD/T2437-2012的體系結(jié)構(gòu)中，虛擬節(jié)點的選擇涉及網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層物理節(jié)點可，分為：參考點1叭參考點la”終端和參考點la”網(wǎng)關(guān)三類，參看圖1。虛擬鏈路的確定依賴這三類物理節(jié)點（參考點la'、參考點la”終端和參考點Ia''網(wǎng)關(guān)）各自的功能形成彼此之間相連接的物理路徑。

　　2.1參考點la'

　　參考點la'是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層和應(yīng)用支撐管理平臺之間的參考點，依賴網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層的核心網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)可以具有多種網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，可以是現(xiàn)有公眾網(wǎng)絡(luò)，如移動網(wǎng)、固定網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，也可以是各種政府和企業(yè)等專用網(wǎng)絡(luò)。核心網(wǎng)絡(luò)能提供網(wǎng)絡(luò)控制功能、業(yè)務(wù)控制功能、互聯(lián)互通功能、移動性管理等功能。參考點la'在核心網(wǎng)絡(luò)提供了網(wǎng)絡(luò)連接能力基礎(chǔ)上，支撐物聯(lián)網(wǎng)信息的雙向傳遞和控制，支持應(yīng)用支撐管理平臺與應(yīng)用層之間的交互。此外，參考點la'通過應(yīng)用支撐管理平臺能與感知延伸層的有關(guān)的節(jié)點相交互。

　　2.2參考點la”終端

　　參考點la''終端是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層和物聯(lián)網(wǎng)終端之間的參考點。通過該參考點，應(yīng)用層可以從感知延伸層節(jié)點讀取信息，或者向感知延伸層節(jié)點寫入信息。應(yīng)用層還可以通過該參考點請求感知延伸層的節(jié)點或該層節(jié)點組成的群組執(zhí)行某個特定的任務(wù)，如激活某個傳感器。

　　2.3參考點Ia''網(wǎng)關(guān)

　　參考點la''網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層和物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)之間的參考點。物聯(lián)網(wǎng)端節(jié)點以接入網(wǎng)關(guān)為中繼連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層。某些感知延伸層節(jié)點可能只具有近距離通信功能，為了連接到網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)層，此時需要通過感知延伸網(wǎng)和接入網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)到廣域網(wǎng)的接入，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的匯聚和信息的匯聚，簡化網(wǎng)絡(luò)連接和相應(yīng)的管理等。

　　3結(jié)語

　　在論證覆蓋網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)的層次定位之后，結(jié)合YD/T2437-2012標(biāo)準(zhǔn)，給出了構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)的一個概要。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面臨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境、海量的共享數(shù)據(jù)空間、傳感器與執(zhí)行器共存于基層的設(shè)備。因此，應(yīng)用的開發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的提供至少有三點要求：（1）分布性、自發(fā)性和自適應(yīng)性的智能化的設(shè)備，（2）統(tǒng)一抽象和描述的資源虛擬化的操作平臺，（3）承載上下文變化信息的來滿足用戶的需求推理機制。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建為達(dá)到這些要求創(chuàng)造了條件。這也將導(dǎo)致對于覆蓋網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步的研究。