物联网的基础理论与实践研究 刘海涛 项目

1、物联网的基础理论与实践研究一、项目目名称 物联网网的基础础理论与与实践研研究首席席科学家家：刘海海涛 中国科科学院上上海微系系统与信信息技术术研究所所起止止年限： 20011.1至20113.33依托托部门： 江苏省省科技厅厅二、预期期目标1. 总总体目标标本项项目针对对智能电电网等物物联网的的重大应应用需求求和特征征，以构构建感知知互动、自治高高效和安安全可信信的物联联网系统统为目标标，以物物联网的的非确定定、高混混杂和强强关联特特征为出出发点，开展相相关基础础理论研研究，分分析并揭揭示物理理空间和和信息空空间的复复杂耦合合关联机机理，提提出物联联网在自自治机理理、融合合决策处处理、可可信软

2、件件建模与与方法和和系统优优化等方方面的基基础理论论和关键键技术，建立物物联网标标识、安安全、网网络、服服务等基基础架构构，探索索物联网网的演进进路线，在物联联网基础础科学问问题研究究上取得得重要突突破，建建立物联联网基础础理论体体系，相相关研究究成果达达到国际际先进水水平，推推动我国国物联网网技术标标准的制制定工作作，力争争主导物物联网国国际标准准，为物物联网产产业化和和规模化化应用奠奠定坚实实的理论论基础，并带动动信息领领域和相相关交叉叉学科领领域研究究工作的的开展，为我国国在以物物联网为为标志的的信息领领域新浪浪潮中占占据有利利和主动动地位奠奠定重要要基础。2. 预预期目标标（11）建立

3、立物联网网信息空空间和物物理空间间的关联联模型，提出物物联网关关联表征征的基础础理论和和方法；建立可可扩展的的物联网网标识体体系；设设计涵盖盖安全协协议、授授权认证证和密钥钥管理的的物联网网安全架架构；建建立面向向演进的的异构网网络互连连、服务务、管理理和软件件体系架架构，形形成相对对完备的的物联网网架构体体系；（22）建立立物联网网的分布布式自治治模型；提出物物联网动动态场景景的高效效觉察机机制、自自适应的的终端标标识分配配和资源源动态配配置机制制、支持持容侵容容错的高高效自愈愈合和自自保护机机制、自自治子网网间的协协同管理理机制，以及可可增量部部署的异异构网络络融合机机制，形形成体系系化的

4、物物联网自自治理论论和方法法；（33）提出出物联网网信息处处理架构构和基于于语义的的服务模模型及相相关机制制；提出出混杂信信息融合合的方法法，以及及关系链链的挖掘掘、建立立、维护护和使用用方法；形成面面向服务务的主动动决策与与控制交交互模型型，提出出针对多多粒度异异构物联联网语义义信息与与决策需需求的逆逆向解析析方法，实现高高效的分分层主动动处理与与融合；（44）形成成与国际际接轨的的先进水水平的物物联网可可信软件件设计方方法理论论，提供供一套逻逻辑系统统刻画方方法，构构建建模模语言，扩展与与完善分分析与验验证技术术，同时时创建可可信软件件分析验验证平台台，为物物联网系系统的软软件设计计与验证

5、证提供可可信保障障；（55）针对对物联网网的感知知互动、虚实交交融、异异构复杂杂等特性性，研究究物联网网系统资资源、服服务和决决策的耦耦合机理理，通过过在感知知、传输输、决策策控制等等各个层层次上的的自优化化及跨层层优化调调度，设设计一整整套符合合物联网网特性的的系统优优化机制制；（66）提出出面向物物联网大大规模应应用的理理论验证证方法和和评估体体系；搭搭建具有有开放性性、通用用性的物物联网实实验测试试平台；建立智智能电网网行业内内配用环环节互动动和与智智能家居居、电动动汽车等等行业间间服务融融合的物物联网应应用验证证系统。3. 本本项目的的具体考考核指标标（11）建立立物联网网关联模模型，

6、提提出物联联网关联联表征方方法，提提出一套套可扩展展的物联联网标识识体系，建立物物联网的的架构体体系；（22）提出出物联网网分布式式分级的的自治模模型，提提出一系系列物联联网场景景觉察、自配置置与优化化、自愈愈合与自自保护、子网协协作管理理以及异异构网络络融合方方法；（33）提出出物联网网信息处处理架构构和基于于语义的的服务模模型，提提出混杂杂信息融融合、服服务关系系链挖掘掘方法和和主动决决策机制制；提出出支持分分层主动动处理与与融合的的逆向解解析方法法；（44）提出出一套物物联网可可信软件件设计方方法理论论和分析析与验证证方法，建立可可信软件件分析验验证平台台；（55）研究究物联网网系统资资

7、源、服服务和决决策的耦耦合机理理，提出出一系列列的物联联网系统统优化理理论、技技术与方方法，为为物联网网的大规规模应用用提供技技术支撑撑；（66）提出出一套物物联网的的理论验验证和评评估方法法，搭建建物联网网实验测测试平台台和面向向智能电电网等重重大需求求的物联联网综合合应用验验证系统统。本项项目的知知识产权权成果的的预期目目标以完完成高水水平的研研究论文文、发明明专利和和标准提提案为主主，具体体目标为为：发表表高水平平国内外外期刊和和重要国国际会议议论文440550篇，其中对对物联网网发展产产生重大大影响的的论文55篇，申申请和获获得国内内外发明明专利115项，完成专专著1本；牵牵头制定定物

8、联网网相关国国家标准准244项，参参与制定定国际标标准1项；培培养研究究生500名。三、研究究方案 1. 学学术思路路本项项目紧密密结合物物联网的的重大应应用需求求和系统统特性，以构建建感知互互动、自自治高效效和安全全可信的的物联网网系统为为目标，以物联联网的非非确定、高混杂杂和强关关联特征征为出发发点，开开展相关关基础理理论和方方法的研研究。具体体地说，针对物物联网所所存在的的强关联联性、高高度混杂杂性和非非确定性性等特征征，以三三个科学学问题为为中心，从六个个课题方方向开展展相关研研究。首首先，在在对物理理空间和和信息空空间耦合合关联机机理深入入分析和和表征的的基础上上，开展展统一的的标识

9、、安全、网络、服务等等架构体体系的研研究。结结合耦合合关联性性和架构构体系，在系统统管理、信息处处理和设设计实现现层面上上，重点点研究高高混杂条条件下物物联网的的场景觉觉察机制制，以及及自配置置、自愈愈合、自自保护、自优化化的实现现机制, 提出出分布式式的系统统自治管管理机理理和方法法；研究究并提出出一套针针对混杂杂信息融融合、关关系链挖挖掘、主主动决策策与互动动，及可可信数据据与隐私私保护的的策略和和方法；研究物物联网可可信软件件设计的的理论和和方法，提出与与之相适适应的建建模理论论、推理理方法和和验证技技术；在在系统优优化层面面，建立立一套全全新的跨跨域资源源调度和和分配机机制，以以保障物

10、物联网在在非确定定环境下下的应用用服务需需求。同同时，开开展物联联网系统统的性能能评估理理论和测测试方法法的研究究，研发发实验测测试平台台和应用用验证系系统，进进而探索索物联网网跨行业业应用的的模式。本项项目坚持持理论密密切联系系实际的研究究思路，以应用用需求为为牵引，深入研研究物联联网的基基础理论论和方法法，力争争数年内内在物联联网的基基础理论论研究和和标准制制定方面面达到国国际水准准，并在在部分重重要研究究点上达达到国际际领先水水平，为为国民经经济社会会和相关关学科的的发展提提供强有有力的基基础理论论支持。2. 技技术途径径在具具体的研研究工作作中，本本项目将将紧密结结合物联联网的特特征，

11、采采用如下下的技术术途径：（11）在物物联网关关联模型型研究中中，通过过剥离不不同物联联网应用用场景作作用因素素的非本本质性差差异，对对实体进进行抽象象，重点点分析物物联网实实体在不不同作用用域的关关联关系系，选取取合适的的数学方方法对关关联关系系及其动动态行为为进行描描述，建建立物理理空间和和信息空空间耦合合的统一一数据模模型、动动态行为为模型和和反馈作作用模型型。在物物联网的的体系架架构研究究中，对对物联网网紧密相相关的MM2M、RFIID、USNN、网格格计算和和云计算算等系统统的体系系架构设设计优劣劣势进行行深入分分析，结结合最新新国际国国内体系系架构相相关标准准，提炼炼物联网网体系架

12、架构核心心要素，分析要要素间的的相关性性，研究究物联网网的架构构体系；（22）在物物联网的的自治机机理和异异构融合合研究中中，拟参参考生态态学和社社会学中中复杂网网络的自自治策略略，首先先研究多多粒度分分级的物物联网分分布式自自治模型型；其次次，从物物联网异异构融合合与互联联互通的的场景分分析和应应用需求求出发，研究物物联网的的场景感感知机制制，实现现终端或或子网属属性、状状态和功功能角色色的互发发现和语语义互操操作协议议；在此此基础上上，基于于群体智智能或遗遗传演进进算法，研究复复杂动态态场景下下启发式式适应性性的自配配置与优优化方法法，以及及基于快快速预警警和冗余余资源的的自愈合合与自保保

13、护机制制，实现现物联子子网内的的自治目目标；进进一步，应用生生态群落落模型或或经济调调控模型型，研究究物联子子网间的的协作管管理机制制，达到到不同子子网间的的资源共共享和合合理调控控。同时时，针对对物联网网演进中中存在的的问题，利用多多栈或隧隧道机制制，设计计可增量量部署的的异构网网络融合合机制；（33）在物物联网的的混杂信信息融合合和决策策研究中中，针对对信息在在采集和和传输过过程中需需要同时时进行智智能处理理和决策策，借鉴鉴主动网网络思想想，根据据物联网网终端规规模和信信息流规规模，提提出基于于联邦、多级、主动机机制的物物联网信信息处理理系统架架构，建建立信息息融合、处理与与决策控控制的分

14、分层统一一语义模模型，以以及应用用多层知知识结构构与基于于语义的的方法，建立面面向领域域的分析析模型与与基于语语义的服服务模型型。综合合运用粗粗糙集理理论、模模糊数学学、神经经网络等等理论和和技术，研究融融合与挖挖掘的集集成方案案以及实实时挖掘掘算法；数据建建模和数数据挖掘掘拟从时时空数据据入手，由上而而下挖掘掘物物关关系链；通过物物联网语语义信息息与决策策需求的的逆向解解析与任任务分解解，研究究适应主主动感知知的分层层的协作作处理与与决策机机制。通通过在物物联网分分层统一一语义模模型中扩扩展隐私私保护语语义属性性，对指指定的私私密信息息进行隐隐藏方式式或销毁毁方式的的信息遮遮掩，实实现物联联

15、网信息息的隐私私保护；（44）在物物联网的的可信软软件设计计方法研研究中，拟针对对物联网网可信软软件设计计的关键键问题，首先提提出可信信软件设设计方法法理论；在此理理论的基基础之上上结合传传统逻辑辑系统，创建新新的逻辑辑刻画系系统和建建模语言言；最后后通过扩扩充现有有的分析析与验证证方法，实现物物联网可可信软件件的分析析与验证证技术。在逻辑辑系统的的构造方方面，可可以通过过对传统统的ITTL（区区间时态态逻辑）、DCC（时段段演算）等逻辑辑系统的的扩充，使其能能充分地地描述物物联网软软件系统统。在建建模语言言的描述述方面，对以往往进程代代数系统统进行改改造，增增加表现现物联网网特性的的构造符符

16、，特别别在时间间的刻画画机制、时间频频率的描描述方面面。在分分析与验验证技术术的研究究方面，考虑到到物联网网系统中中的环境境因素，增加时时间和连连续性的的描述，对模型型检查和和定理证证明技术术进行扩扩充；（55）为了了实现物物联网系系统性能能的整体体优化，首先，构建物物联网系系统优化化理论模模型，包包括完整整的资源源主体和和竞争主主体形式式化描述述，以及及定义系系统资源源分配公公平合理理基本准准则的公公理系统统；其次次，针对对物联网网的信息息感知、数据传传输、决决策控制制，基于于竞争或或分布式式协作调调度的思思想，分分别采用用时空频频相关性性分析、虚拟MMIMOO、机会会传输、组合优优化等理理

17、论与技技术，在在物联网网信息处处理的各各层次上上实施优优化，实实现一整整套面向向实时可可靠服务务需求的的系统优优化机制制；最后后，针对对物联网网的复杂杂性，分分析物联联网各层层各类资资源的耦耦合内容容、形式式以及相相应的耦耦合强度度，通过过解耦变变换、博博弈、约约束优化化等理论论和技术术，研究究设计物物联网系系统跨层层优化机机制和算算法；（66）在物物联网的的测试验验证与应应用示范范系统的的研究中中，首先先，研究究物联网网的系统统性能指指标和评评估体系系，以及及测试理理论与方方法；其其次，借借鉴已有有传感器器网络测测试平台台和下一一代网络络测试平平台的构构建方法法，充分分考虑对对大规模模应用环

18、环境的支支持以及及对各种种应用场场景的通通用化和和可扩展展性需求求，利用用网络重重编程、机器学学习等技技术，开开发物联联网测试试和评估估工具，搭建通通用性物物联网测测试平台台。在物物联网应应用示范范方面，基于可可标准化化的物联联网架构构体系，通过建建立涵盖盖不同等等级变电电站（所所）、线线路，以以及所辖辖全部低低压用户户的智能能电网行行业内配配用环节节互动和和与智能能家居、电动汽汽车等行行业间服服务融合合的物联联网应用用验证系系统，对对项目研研究过程程中提出出的混杂杂物联网网基础理理论和方方法进行行原理性性验证。3. 创创新点与与特色本项项目的创创新点与与特色体体现在理理论基础础与模型型、关键

19、键机理研研究、实实验与应应用验证证3个层面面，具体体如下：（11）在理理论基础础与模型型方面 提提出以多多作用域域实体耦耦合为核核心的物物联网关关联模型型，通过过模型的的动态行行为机制制研究实实现物理理空间和和信息空空间融合合的有效效表征；建立面面向演进进的物联联网架构构体系；（22）在关关键机理理研究方方面 运运用社会会网络理理论到物物联网的的组织管管理中，提出自自适应的的场景感感知和资资源配置置的分布布式管理理机制，并具有有自愈合合和自保保护的功功能，在在此基础础上提出出层次式式多粒度度的物联联子网间间的协同同管理； 基基于分层层统一语语义模型型，实现现物联网网混杂信信息的高高效融合合、复

20、杂杂关系链链的快速速挖掘、主动服服务和互互动控制制； 采采用精化化理论指指导物联联网可信信软件的的设计；引进时时、空和和物等相相关特性性算子建建立物联联网逻辑辑系统，基于进进程代数数与UTTP理论论建立系系统行为为模型，形成物物联网可可信软件件分析与与验证体体系； 在在形式化化理论和和公理化化系统建建模的基基础上，运用等等价解耦耦变换，简化复复杂系统统的优化化问题，然后基基于博弈弈、约束束优化等等理论和和技术加加以求解解，提出出一整套套符合物物联网特特性的系系统优化化机制和和算法。（33）在实实验与应应用验证证方面 提提出了理理论评估估、实验验测试和和应用验验证相结结合的跨跨行业物物联网验验证

21、体系系。4. 可可行性分分析本项项目的研研究内容容、学术术思路和和技术途途径具有有良好的的可推进进性。项项目团队队研发了了机场防防入侵、太湖监监测和智智能电网网等多个个应用系系统，对对物联网网的特性性和需求求具有深深入了解解。项目目团队从从承担的的国家重重大项目目需求中中凝练了了本项目目的科学学问题和和研究内内容，并并提出了了切实可可行的研研究思路路和技术术途径。以物联联网的信信息处理理和融合合研究为为例，研研究内容容的设置置充分考考虑了物物联网信信息处理理与应用用的过程程与特点点，首先先针对物物理网络络固有的的层次化化及层间间差异，研究分分层统一一的模型型（包括括系统模模型、数数据模型型、分

22、析析模型和和服务模模型），进而研研究具体体的融合合挖掘方方法、关关系链发发现方法法、情境境推理方方法。项目目团队强强强联合合，优势势互补，且已具具有良好好的合作作基础，团队由由11所国国内优势势科研机机构、高高等院校校和国家家重点行行业应用用企业组组成，团团队成员员包括22名院士士、200余名研研究员/教授等等高级研研究人员员和其它它中青年年学术骨骨干，具具备国内内领先的的学术影影响力，研究队队伍组织织合理，梯队健健全。项项目推荐荐的首席席科学家家刘海涛涛研究员员具有物物联网领领域相关关项目丰丰富的领领导和组组织经验验及深厚厚的技术术积累，何积丰丰院士在在精化理理论方面面的工作作被欧洲洲理论计

23、计算机界界誉为软件工工程的里里程碑，刘韵韵洁院士士在互联联网流量量工程和和操作维维护管理理等方面面的工作作得到了了全球业业界的认认同和采采纳，人人才队伍伍优势为为项目的的实施奠奠定良好好的基础础。项目目团队在在物联网网相关领领域具有有丰富的的前期研研究积累累。本团团队近年年来承担担了国家家9733课题如如可生存存的海量量信息系系统软件件设计理理论、无线传传感网络络的基础础理论及及关键技技术研究究，国家家发改委委项目如如基于IPPv6无无线传感感器网络络环境监监测系统统以及数数十项相相关的国国家自然然科学基基金、8863、国家科科技支撑撑项目，取得了了丰富的的研究成成果，获获得多项项国家和和省部

24、级级奖励。近年来来有多篇篇高质量量的论文文发表，在SIIGCOOMM、MOBBICOOM、MOBBIHOOC、INFFOCOOM、MOBBISYYS与ICNNP等国国际顶级级学术会会议和IIEEEE/ACCM TTranns. on Nettworrkinng、IEEEE TTranns. on Mobbilee Coompuutinng、IEEEE TTranns. on Wirreleess Commmunnicaatioons等等顶级国国际期刊刊上发表表数十篇篇相关论论文，在在部分研研究方向向具备国国际先进进水准。特别是是，项目目团队成成员单位位正牵头头制定传传感网/物联网网相关国国内标

25、准准，在国国际相关关标准的的制定上上享有重重要话语语权，为为本项目目相关研研究成果果的标准准化工作作提供不不可多得得的条件件。项目目团队具具有优良良的研究究条件，研发了了多种无无线传感感器网络络的示范范系统、无线传传感器网网络的测测试平台台和系列列工具、射频标标签测试试平台等等直接的的实验或或测试环环境；拥拥有大量量的通信信和网络络的测试试仪器和和设备。项目组组成员单单位拥有有国家高高性能计计算中心心、传感感技术联联合国家家重点实实验室、微系统统技术国国家级重重点实验验室、信信息安全全国家重重点实验验室、移移动通信信国家重重点实验验室、智智能技术术与系统统国家重重点实验验室、集集成电路路与系统

26、统国家重重点实验验室、中中科院无无线传感感网和通通信重点点实验室室和上海海市高可可信计算算重点实实验室等等多个实实验，拥拥有国网网信通公公司提供供的国家家电网建建设示范范资源，为项目目的研究究和验证证提供了了良好的的支持。综上上所述，本项目目研究在在技术途途径、申申请团队队、前期期积累和和科研条条件方面面均具有有良好的的可行性性，为项项目的顺顺利推进进和取得得重大突突破提供供了良好好的基础础。5. 课课题设置置 本项项目的课课题设置置将围绕绕项目的的总体目目标，针针对三个个关键科科学问题题和六项项重点研研究内容容，结合合参与研研究单位位的优势势，将研研究内容容和任务务进行分分解。总总体上，所有

27、的的课题围围绕科学学问题构构成一个个系统，涵盖六六项重点点研究内内容，部部分研究究内容将将在多个个课题中中从不同同的角度度研究，突出创创新与特特色。各各个课题题之间相相互关联联，在保保持课题题独立性性的同时时，共同同促进项项目的进进展。本项项目具体体分解为为以下六六个课题题，即课课题1：物联联网关联联表征与与体系架架构研究究；课课题2：物联联网的异异构融合合和自治治机理研研究；课课题3：物联联网混杂杂信息融融合与决决策研究究课课题4：物联联网可信信软件设设计理论论与方法法研究课课题5：物联联网系统统优化机机理研究究；课课题6：物联联网验证证与应用用示范研研究。课题题设置、科学问问题与总总体目标

28、标的关系系图如图图2所示。课题题1物联网网关联表表征与体体系架构构是本项项目的总总体课题题，将为为其他课课题的开开展奠定定架构和和理论模模型基础础。课题题2物联网网的异构构融合和和自治机机理、课课题3物联网网混杂信信息融合合与决策策、课题题4物联网网可信软软件设计计理论与与方法在在课题11的基础础上，分分别研究究系统自自治机理理、信息息处理和和软件设设计方法法，课题题5物联网网系统优优化机理理在课题题2、3、4的基础础上研究究整系统统的优化化机理，课题66主要为为上述课课题研究究成果提提供测试试和综合合应用验验证平台台。6个课题题间互为为关联、互为依依托。本项项目每个个课题设设置课题题负责人人

29、1名，负负责课题题计划、实施、监督和和考核等等工作，同时课课题参与与单位指指定1名参与与单位责责任人，负责该该单位的的课题实实施，并并配合完完成课题题的计划划、实施施、监督督和考核核等工作作。课题题负责人人和课题题参与单单位责任任人组成成课题工工作小组组，对项项目总体体工作组组负责。本项项目6名课题题负责人人组成项项目总体体工作组组，在总总体单位位和首席席科学家家的领导导下，负负责对整整个项目目实施情情况进行行监督，协调项项目各课课题的研研究工作作，理顺顺课题研研究内容容的关联联关系，解决项项目实施施过程中中的分工工合作问问题，确确保项目目有序展展开，实实现项目目预期目目标。课题1：物联网网关

30、联表表征与体体系架构构研究课题题设置的的思路：本课课题的设设置主要要针对物物联网的的强关联联性、非非确定性性、高混混杂性等等特征，围绕物物联网关关联模型型、标识识体系、安全架架构与架架构体系系等开展展研究，以建立立物联网网的基础础理论和和架构体体系为目目标，力力争在物物联网的的关联模模型、系系统架构构等方面面取得相相关的理理论成果果。研究究内容：（11）物联联网关联联模型与与表征；（22）可扩扩展物联联网标识识体系；（33）物联联网安全全架构；（44）面向向演进的的物联网网架构体体系研究究目标：建立立物理空空间和信信息空间间的关联联模型与与表征方方法；提提出可扩扩展的物物联网标标识体系系和方法

31、法；建立立有效的的物联网网安全架架构；形形成相对对完备的的物联网网网络互互连、服服务、管管理和软软件等架架构体系系，为物物联网的的标准体体系制定定和分析析设计奠奠定理论论基础。承担担单位：中国科科学院上上海微系系统与信信息技术术研究所所、北京京邮电大大学、清清华大学学课题题负责人人：刘海海涛主要要学术骨骨干：刘刘韵洁、王营冠冠、黄韬韬、李丹丹经费费比例：课题2：物联网网的异构构融合和和自治机机理研究究课题题设置的的思路：本课课题主要要研究物物联网的的自治模模型，以以及场景景察觉、资源配配置和优优化、自自愈合和和自保护护等机理理，研究究物联网网的自治治子网间间的协作作管理和和具有可可增量部部署特

32、征征的物联联网的异异构网络络融合机机制，形形成物联联网的自自治理论论和方法法。研究究内容：（11）物联联网的自自治模型型；（22）高混混杂条件件下物联联网的场场景觉察察机理；（33）非确确定条件件下物联联网的自自配置与与优化机机理；（44）复杂杂动态场场景下物物联网的的自愈合合与自保保护机理理；（55）自治治子网间间协作管管理机理理；（66）可增增量部署署的物联联网异构构网络融融合机制制。研究究目标：建立立物联网网的自治治模型，提出物物联网的的场景觉觉察机制制、标识识分配和和资源分分配机制制、自愈愈合与自自保护机机制、子子网协作作管理机机制，以以及可增增量部署署的异构构网络融融合机制制等，形形

33、成体系系化的物物联网自自治理论论和方法法。承担担单位：中国科科学院软软件研究究所、清清华大学学、华东东师范大大学课题题负责人人：孙利利民主要要学术骨骨干：朱朱明华、康烁、周新运运、秦伟伟俊经费费比例：课题3：物联网网混杂信信息融合合与决策策研究课题题设置的的思路：本课课题围绕绕物联网网信息融融合与决决策服务务需求，以解决决混杂条条件下信信息融合合与决策策、数据据处理的的隐私保保护等问问题为目目标，研研究物联联网在信信息采集集、融合合和决策策控制等等过程中中信息的的内在关关联，对对多源异异构信息息进行多多层次汇汇聚、处处理、融融合和决决策。研究究内容：（11）物联联网信息息处理与与服务模模型；（

34、22）物联联网混杂杂信息融融合；（33）物联联网复杂杂关系链链挖掘；（44）物联联网主动动决策与与互动控控制；（55）物联联网数据据处理的的隐私保保护。研究究目标：揭示示物联网网混杂信信息融合合、复杂杂关系链链挖掘、主动决决策与互互动控制制的一般般规律，提出具具有可信信验证和和隐私保保护能力力的物联联网主动动决策和和互动控控制方法法，建立立满足物物联网语语义信息息融合与与决策需需求的逆逆向解析析方法。承担担单位：南京邮邮电大学学、复旦旦大学、无锡物物联网产产业研究究院课题题负责人人：杨震震主要要学术骨骨干：沈沈苏彬、杨庚、吴蒙、张建秋秋经费费比例：课题4：物联网网可信软软件设计计理论与与方法研

35、研究课题题设置的的思路：本课课题基于于物联网网环境中中的连续续世界与与离散计计算的结结合性、实时性性、可预预测性、动态演演化性等等特征，建立物物联网可可信软件件的设计计方法及及相应的的推理机机制，研研究形式式化描述述方法和和推理理理论，为为物联网网可信软软件系统统分析与与建模的的研究提提供数学学模型和和验证手手段，支支持物联联网系统统的分析析和验证证。研究究内容：（11）物联联网可信信软件设设计方法法；（22）物联联网可信信软件推推理理论论；（33）物联联网可信信软件建建模方法法；（44）物联联网可信信软件分分析与验验证技术术。研究究目标：形成成与国际际接轨的的先进水水平的物物联网可可信软件件

36、设计方方法理论论、提供供一套逻逻辑系统统刻画方方法、构构建建模模语言、扩展与与完善分分析与验验证技术术，同时时建立可可信软件件分析验验证平台台，为物物联网系系统的软软件设计计与验证证提供可可信保障障。承担担单位：华东师师范大学学、中国国科学院院软件研研究所课题题负责人人：何积积丰主要要学术骨骨干：朱朱惠彪、曾振柄柄、郭建建、皇甫甫伟经费费比例：课题5：物联网网系统优优化机理理研究课题题设置的的思路：本课课题的设设置主要要是在物物联网自自治管理理、信息息融合处处理和软软件设计计的研究究基础上上，进一一步从感感知、传传输、信信息处理理和决策策控制等等多个层层次出发发，研究究物联网网在非确确定及混混

37、杂异构构环境下下的系统统优化机机理，通通过运用用解耦、博弈、约束优优化等理理论和技技术，实实现系统统的物理理、通信信及计算算等资源源的优化化利用，以达到到系统性性能的整整体提升升。研究究内容：（11）面向可可靠感知知的物联联网多级级优化机机制；（22）物联网网无线频频谱的优优化调度度与分配配机制；（33）非确定定环境下下的物联联网可靠靠数据传传输机制制；（44）面向信信息决策策的物联联网资源源协同优优化机制制；（55）物联网网系统跨跨层优化化机制。研究目标标： 面向向实时可可靠等系系统优化化目标，针对非非确定的的物理、通信及及计算环环境，设设计一整整套符合合物联网网特性的的系统优优化机制制，通

38、过过在感知知、传输输、决策策控制等等各个层层次上的的自优化化及跨层层优化调调度，实实现系统统整体性性能的优优化目标标。承担担单位：中国科科学技术术大学、东南大大学课题题负责人人：黄刘刘生主要要学术骨骨干：张张宏海、谢海勇勇、王桥桥、邢凯凯经费费比例：课题6：物联网网验证与与应用示示范研究究课题题设置的的思路：本课课题主要要针对物物联网跨跨领域跨跨行业应应用特征征及相关关成果测测试与验验证需求求，研究究物联网网系统的的验证理理论和方方法，通通过构建建智能电电网行业业内配用用环节互互动和与与智能家家居、电电动汽车车等行业业间服务务融合的的物联网网应用验验证系统统，验证证物联网网体系架架构、自自治机

39、理理、信息息融合与与决策、可信软软件设计计和系统统优化等等基础理理论和方方法。研究究内容：（11）物联网网系统的的验证理理论和评评估方法法；（22）物联网网实验测测试平台台；（33）面向互互动和融融合的应应用验证证系统。研究究目标：提出出面向物物联网大大规模应应用的理理论验证证方法和和评估体体系；搭搭建具有有开放性性、通用用性的物物联网实实验测试试平台；建立智智能电网网行业内内配用环环节互动动和与智智能家居居、电动动汽车等等行业间间服务融融合的物物联网应应用验证证系统，为其它它课题的的相关研研究成果果的验证证与测试试提供支支撑。承担担单位：无锡物物联网产产业研究究院、国国网信息息通信有有限公司

40、司、北京京邮电大大学课题题负责人人：刘建建明主要要学术骨骨干：李李书芳、李祥珍珍、沈杰杰、陈晰晰经费费比例：四、年度度计划研研究内容容预期目目标第一一年研究物物联网特特征与共共性需求求；关联联模型、可扩展展标识体体系和网网络互连连体系架架构；研研究高混混杂条件件下的场场景觉察察机制；研究物物联网信信息处理理系统架架构和数数据融合合方法；研究物物联网软软件设计计方法学学；研究究面向可可靠感知知的物联联网多级级优化机机制和无无线频谱谱的优化化调度与与分配机机制；研研究物联联网系统统验证理理论和评评估方法法； 完成成物联网网特征与与共性需需求调研研；提提出关联联模型、可扩展展标识体体系和网网络互连连

41、体系架架构；提提出场景景觉察机机制和方方法；提提出物联联网信息息处理系系统架构构和数据据融合方方法；提提出面向向可靠感感知的物物联网多多级优化化机制和和无线频频谱的优优化调度度与分配配机制；物物联网系系统验证证理论和和评估方方法；论论文100155篇；专专利46项；第二二年研究物物联网表表征方法法及体系系、安全全和服务务体系架架构；研研究非确确定条件件下物联联网的自自配置与与优化机机理，以以及动态态场景下下容错和和自愈合合机理；研究基基于语义义分析和和理解的的物联网网服务模模型及决决策机制制、数据据融合方方法和关关系链挖挖掘方法法；研究究物联网网可信软软件推理理理论与与建模方方法；研研究物联联

42、网可靠靠数据传传输机制制和资源源协同优优化机制制；研究究物联网网实验测测试平台台及方法法； 提出出物联网网表征方方法及体体系、安安全和服服务体系系架构；提提出非确确定条件件下物联联网的自自配置与与优化方方法，以以及动态态场景下下容错和和自愈合合方法；提提出基于于语义分分析和理理解的物物联网服服务模型型及决策策机制、数据融融合方法法和关系系链挖掘掘方法；提提出物联联网可信信软件推推理理论论与建模模方法；提提出物联联网可靠靠数据传传输机制制和资源源协同优优化机制制；提提出物联联网实验验测试平平台及方方法；论论文155200篇；专专利58项；国国家标准准122项；第三三年研究究物联网网系统管管理和软

43、软件体系系架构，以及物物联网架架构体系系的演进进；研究究自治子子网间协协作管理理，以及及异构网网络融合合机制；研究关关系链挖挖掘方法法和主动动决策与与控制交交互模型型、分层层主动处处理与融融合；研研究可信信软件分分析与验验证技术术方法；研究物物联网系系统跨层层优化机机制；研研究面向向互动和和融合的的应用验验证系统统； 提出出物联网网系统管管理和软软件体系系架构，以及物物联网架架构体系系的演进进策略；提提出自治治子网间间协作管管理，以以及异构构网络融融合机制制及方法法；提提出关系系链挖掘掘方法和和主动决决策与控控制交互互模型、分层主主动处理理与融合合方法；提提出可信信软件分分析与验验证技术术方法

44、；提出物物联网系系统跨层层优化机机制及方方法；提提出面向向互动和和融合的的应用验验证系统统方法及及构建；论论文155200篇；专专利58项；专专著1本；国国家标准准122项；五、研究究内容1. 拟拟解决的的关键科科学问题题由于于物理空空间和信信息空间间的强关关联性、非确定定性和高高度混杂杂性等，在物联联网分析析设计、运维优优化等各各个层面面还存在在着诸多多的挑战战和困难难，现有有的理论论和方法法难以应应对上述述挑战，大量的的基础科科学问题题亟待解解决，迫迫切需要要全面深深入的分分析物理理空间和和信息空空间的耦耦合机理理，探明明物联网网的自治治机理，深入挖挖掘感知知互动的的机制和和方法及及安全可

45、可信的保保障机制制，寻找找系统内内在的优优化机制制，认识识未来发发展需求求趋势和和演进规规律等，为物联联网在社社会生活活各个领领域的前前面应用用奠定理理论基础础。因此此，本项项目将围围绕物联联网重要要特性和和重大需需求，以以构建感感知互动动、自治治高效和和安全可可信的物物联网系系统为目目标，以以物联网网的非确确定性、高混杂杂性和强强关联性性为出发发点，重重点解决决三方面面的关键键科学问问题：一一、物理理空间和和信息空空间的复复杂耦合合关联；二、高高混杂感感知互动动系统的的自治机机理；三三、虚实实交融的的物化安安全可信信保障。拟解决决的关键键科学问问题如图图1所示。科学问题题1：物理理空间和和信

46、息空空间的复复杂耦合合关联物理理空间和和信息空空间存在在的内在在复杂耦耦合关联联是物联联网的本本质特征征之一，贯穿在在物联网网的系统统设计、组织管管理、感感知交互互、决策策控制等等全过程程。物联联网所涉涉及的物物理空间间和信息息空间的的耦合关关联极为为复杂。首先，连续的的具有时时空属性性的物理理空间、与离散散的无时时空维度度的信息息空间具具有极大大的差异异性，信信息空间间和物理理空间属属性耦合合关联的的分析和和描述极极为困难难；其次次，物联联网系统统存在着着普遍的的高度混混杂性和和非确定定性，如如目标环环境、传传感器属属性、终终端类型型、网络络形态、信息处处理方式式、应用用服务需需求等，各因素

47、素紧密耦耦合且关关联复杂杂，对物物联网共共性建模模、统一一描述和和系统设设计等带带来极大大的挑战战。另外外，物联联网要实实现物理理空间和和信息空空间的感感知互动动，涉及及环境、感知、网络、处理、服务等等各个环环节和作作用域的的协同处处理和反反馈，而而其内在在耦合关关联的表表征是上上述协作作机制的的基础。由于于目前缺缺乏对物物理空间间和信息息空间耦耦合关联联问题的的深入研研究，现现有的信信息感知知和决策策方法等等通常面面向单一一的应用用场景和和应用目目标，与与物联网网跨行业业、规模模化的应应用需求求形成鲜鲜明矛盾盾。通过过对物理理空间和和信息空空间耦合合关联问问题的深深入分析析，并挖挖掘和表表征

48、其中中耦合对对象、耦耦合形式式、耦合合程度、耦合作作用等问问题，是是实现物物理空间间和信息息空间全全面融合合的基础础科学问问题之一一。科学问题题2：高混混杂感知知互动系系统的自自治机理理物联联网通过过物理空空间和信信息空间间的感知知互动，高效灵灵活地为为用户提提供智慧慧服务。基于人人工参与与或现有有系统管管理运行行方式难难以应对对物联网网复杂的的应用挑挑战及动动态多样样的影响响因素，在客观观上要求求物联网网以自治治的方式式运行，在减少少或避免免人工参参与的条条件下自自动地实实现物联联网的组组织管理理、资源源配置和和故障处处理等功功能。物联联网感知知互动的的运行模模式、高高度混杂杂的系统统组成、

49、非确定定的运行行场景对对物联网网的自治治提出了了巨大的的挑战。面向物物理空间间和信息息空间感感知互动动的运行行模式对对物联网网自治的的实时性性、可靠靠性等要要求极为为严格。物联网网系统存存在高度度的混杂杂性特征征，诸如如终端类类型多样样、数量量巨大，感知属属性、特特征、控控制与处处理方法法等差异异巨大，则使得得物联网网自治的的运行场场景和待待处理因因素极为为复杂多多样。物物联网系系统组成成多样、结构复复杂，不不仅包括括海量的的网络元元素，还还包括现现有互联联网、蜂蜂窝网和和电信网网等公共共网络，以及各各应用领领域的专专用网络络，其通通信协议议各不相相同，形形成复杂杂的网络络形态，对物联联网终端

50、端和子网网的组织织协同提提出很大大挑战。物联网网的应用用需求和和运行场场景存在在高度的的非确定定性，如如物联网网的应用用目标、服务质质量和资资源需求求随时间间和物理理环境的的动态变变化，移移动过程程中终端端及子网网之间存存在不确确定的复复杂关联联，物联联网自身身运行过过程中也也存在终终端和资资源的动动态变化化甚至故故障，上上述特性性要求物物联网自自治中必必需考虑虑资源的的动态变变化和多多种类型型的异常常状况。物联联网自治治管理是是其运行行的基础础，为物物联网信信息的感感知、交交互、处处理和决决策提供供重要支支撑，因因而高混混杂感知知互动物物联网的的自治机机理是亟亟待解决决的基础础科学问问题。科

51、学问题题3：虚实实交融的的物化安安全可信信保障物联联网的安安全可信信不仅涉涉及到信信息空间间中信息息传输、处理和和数据自自身的安安全可信信，更为为重要的的是物理理空间中中大量物物理实体体决策操操作的安安全可信信以及物物理实体体所携带带数据的的安全可可信，并并对系统统行为可可预测性性和可靠靠性提出出了更高高的要求求。物理理空间和和信息空空间的耦耦合关联联使得物物联网面面临更为为多样复复杂的安安全可信信威胁，物联网网混杂性性和非确确定性也也对其安安全可信信带来巨巨大的挑挑战。物物联网终终端能力力差异巨巨大，脆脆弱终端端存在着着计算能能力与安安全可信信算法资资源消耗耗之间的的矛盾。物联网网不仅具具有

52、频繁繁的移动动性，通通信连接接具有高高度动态态性，而而终端或或子网也也可能在在某些时时间与物物联网其其他部分分断开连连接，增增加了访访问控制制、授权权、认证证的难度度。物联联网是超超大规模模的网络络，组成成形态复复杂，终终端和子子网的异异构性使使得跨域域跨子网网的可信信安全具具有极大大的技术术难度。物联网网中大量量逻辑或或物理实实体基于于网络相相互连接接，物理理实体可可能被偷偷窃屏蔽蔽或转移移，带来来了新的的安全威威胁，容容易造成成个人隐隐私、商商业机密密和国家家设施信信息的泄泄露。可可信软件件是物联联网系统统行为可可预测性性和可靠靠性的保保障，而而现有软软件模型型和方法法无法表表达物联联网虚

53、实实交融的的特征，连续世世界与离离散计算算结合性性、实时时性和多多维性，均难以以用现有有的可信信方法描描述。物联联网将直直接影响响物理世世界，安安全可信信是物联联网必需需具备的的基本要要求。以以物化特特征表现现的物联联网安全全可信保保障问题题是研究究中崭新新课题，也是物物联网发发展必须须解决的的基础性性科学问问题。2. 主主要研究究内容围绕绕上述的的三个关关键科学学问题，本项目目将从以以下六个个主要方方面对物物联网的的基础理理论和方方法开展展研究。（一） 物联网网关联表表征与体体系架构构针对对物联网网的感知知互动以以及非确确定性和和混杂性性特征，从物联联网的关关联表征征和体系系架构基基本问题题

54、出发，在关联联模型与与表征、标识体体系、安安全架构构和体系系框架等等方面展展开研究究，具体体包括以以下研究究内容：（11）物联网网关联模模型与表表征：基基于物联联网实体体抽象和和实体间间作用关关系数学学描述，建立物物理和信信息空间间多元异异构实体体间的关关联模型型；面向向物联网网非确定定性环境境，研究究多重关关联的动动态特征征和描述述方法；研究实实际物理理关联和和抽象信信息关联联的匹配配机制，建立物物联网表表征方法法及体系系；（22）可扩展展物联网网标识体体系：研研究适合合大规模模物联网网的名字字空间结结构与解解析体系系；研究究标识编编码方法法，探讨讨合理的的标识生生命周期期管理机机制；研研究

55、安全全、高效效和可扩扩展的统统一物体体标识体体系；（33）物联网网安全架架构：分分析物联联网的安安全需求求与安全全框架, 研究究物联网网安全架架构以及及资源高高效的安安全协议议；研究究物联网网跨网的的分层的的认证策策略和协协议；研研究物联联网分级级的密钥钥分配、密钥协协商等密密钥管理理方案；（44）面向演演进的物物联网架架构体系系：研究究异构网网络互连连体系架架构、服服务体系系架构、系统管管理体系系架构、可信软软件体系系架构，建立面面向演进进的物联联网架构构体系。（二） 物联网网的异构构融合和和自治机机理面向向物联网网应用场场景的动动态多样样性以及及网络和和终端互互联方式式存在的的高度异异构性

56、特特点，研研究物联联网的自自治模型型和场景景察觉机机理，在在此基础础上研究究物联网网的自配配置、自自优化、自愈合合、自保保护机理理，进而而考察不不同自治治子网间间的协同同管理，以及可可增量部部署的异异构融合合机制。具体的的研究内内容包括括：（11）物联网网的自治治模型：基于物物联网管管理链需需求，研研究管理理单元的的自组织织机制；研究管管理链中中物联网网管理信信息的交交互方式式；研究究物联网网系统的的自治管管理模型型；（22）高混杂杂条件下下物联网网的场景景察觉机机理：研研究高混混杂的物物联网终终端属性性、状态态和功能能角色的的规范化化描述；研究动动态场景景下物联联网终端端间的属属性、状状态和

57、功功能角色色的相互互发现机机制，实实现终端端间的互互察觉；研究基基于多源源多粒度度的互察察觉信息息的物联联网场景景分析方方法；（33）非确定定条件下下物联网网的自配配置与优优化机理理：面向向物联网网超大规规模的非非确定性性部署，研究物物联网标标识的自自动分配配机制；研究在在跨子网网移动的的场景下下物联网网自组织织管理；结合感感知互动动的应用用特性，研究物物联网的的分布式式的拓扑扑自组织织和资源源自配置置方法；面向物物联网应应用需求求特征和和动态运运行场景景，研究究物联网网的资源源协同调调整策略略和优化化机制；（44）复杂动动态场景景下物联联网的自自愈合与与自保护护机理：研究面面向感知知交互的的

58、物联网网多类型型的故障障产生模模式和故故障分析析方法；研究复复杂动态态场景下下的物联联网的系系统运行行状态监监视方法法和故障障发现机机制；针针对物联联网感知知交互需需求和故故障发生生模式，研究物物联网的的容侵容容错机理理；在故故障出现现的条件件下，研研究物联联网基于于协作的的快速自自愈合机机制；（55）自治子子网间协协作管理理机理：研究物物联网自自治子网网间的标标识映射射、统一一资源访访问和协协作管理理模型与与架构；研究子子网间的的管理信信息交互互机制；研究多多个自治治物联子子网间的的资源调调度与协协作管理理方法；（66）可增量量部署的的物联网网异构网网络融合合机制：研究异异构物联联网网络络融合的的可增量量部署机机理；研研究可扩扩展的异异构网络络