ISOIEC 21558-32022 系统间电信和信息交换.未来网络体系结构.第3部分万物联网标准立项发展报告

系统间电信和信息交换未来网络体系结构第3部分：万物联网标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems-Futurenetworkarchitecture-Part3:Networkingofeverything摘要随着全球数字化进程的深入推进，万物互联已成为信息通信技术产业发展的重要方向。由于物联网设备数量呈指数级增长、应用场景日趋多元化，现有网络体系结构在可扩展性、安全性、移动性及服务质量保障等方面面临严峻挑战。为应对上述挑战，国际电工委员会（IEC）联合国际标准化组织（ISO）制定了ISO/IEC21558-3:2022标准，系统定义了万物联网（NetworkingofEverything,NoE）的未来网络体系结构框架。本报告围绕该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及其产业应用价值展开全面分析。报告首先梳理了万物联网的技术演进脉络与标准化需求，继而阐述了标准中定义的网络体系结构模型、功能实体及其相互关系，重点分析了该标准在异构网络融合、分布式智能感知、自适应资源调度等关键技术领域的创新性贡献。最后，报告结合国内外万物联网产业发展现状，对该标准的应用前景与推广路径进行了展望，旨在为标准实施者提供完整的技术参考，并为我国相关领域标准化工作提供借鉴。关键词：未来网络体系结构；万物联网；国际标准；网络层；物联网；异构网络融合；标准化Keywords:FutureNetworkArchitecture;NetworkingofEverything;InternationalStandard;NetworkLayer;InternetofThings;HeterogeneousNetworkConvergence;Standardization一、引言1.1研究背景当前，全球信息通信技术正经历从“人与人互联”向“万物互联”进而向“万物智联”的深刻转型。据国际数据公司（IDC）预测，到2025年全球连接的物联网设备数量将达到557亿台，产生的数据总量将达到73.1ZB（泽字节）。思科公司在其年度互联网报告中也指出，到2023年，机器对机器（M2M）连接将占全部网络连接的50%以上。这一迅猛发展的态势对传统网络体系结构提出了根本性挑战——现有以主机为中心的TCP/IP体系结构在设计之初并未考虑海量异构设备的接入、移动性管理和语义互操作需求。国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）在2012年发布的Y.3001建议书中首次系统性地提出了“未来网络”的概念框架，明确了包括服务多样化、虚拟化、数据感知、网络智能等在内的若干设计目标。在此背景下，ISO/IECJTC1（联合技术委员会）下的SC6（系统间电信与信息交换分技术委员会）着手制定未来网络体系结构系列标准，其中ISO/IEC21558系列标准即为此框架下的核心文件群。1.2标准立项的必要性在万物联网（NoE）场景下，网络体系结构需要满足以下核心需求：其一，超大规模设备接入能力，需支持每平方公里百万级设备的连接密度；其二，异构网络的无缝融合，需实现有线与无线、蜂窝与非蜂窝、广域与局域等各类接入技术间的协同互操作；其三，分布式智能，需将感知、计算与决策能力下沉至网络边缘；其四，安全与隐私的内生保障，需在体系结构层面而非仅靠附加机制解决安全问题。现有网络协议体系无法在上述维度实现根本性突破，亟需建立一套面向万物联网的新型体系结构标准予以引导和规范。二、标准概述2.1标准基本信息ISO/IEC21558-3:2022《系统间电信和信息交换未来网络体系结构第3部分：万物联网》由ISO/IECJTC1/SC6（系统间电信与信息交换分技术委员会）负责制定，于2022年3月1日正式发布。该标准属于ISO/IEC21558“未来网络体系结构”系列标准的组成部分。该系列标准总体结构如下：-ISO/IEC21558-1：未来网络体系结构——第1部分：总体架构与通用要求；-ISO/IEC21558-2：未来网络体系结构——第2部分：服务感知网络（Service-AwareNetworking）相关体系结构；-ISO/IEC21558-3：未来网络体系结构——第3部分：万物联网。该标准的分类号为网络层（NetworkLayer），国别归属为国际组织，工作语言为英语。标准版本为电子版加密PDF格式，版权归国际电工委员会所有。2.2制定过程与时间节点该标准从提案（NP）阶段到最终国际标准（DIS/FDIS）发布，历经约三年时间。按照ISO/IECJTC1的标准化程序，主要阶段包括：1.提案阶段（NP）：2019年，由SC6成员国（包括中国、韩国、日本、美国、德国等）联合提出标准制定建议；2.工作组草案阶段（WD）：2019-2020年，SC6/WG7（未来网络工作组）组织多轮专家会议，讨论框架方案；3.委员会草案阶段（CD）：2020年，形成委员会草案，面向SC6成员国征集意见；4.国际标准草案阶段（DIS）：2021年，提交各成员国投票表决；5.最终国际标准草案阶段（FDIS）：2022年初，通过最终表决；6.正式发布：2022年3月1日。在该过程中，来自全球二十余个国家的网络体系结构领域专家参与了标准文本的起草与评审工作，确保了标准内容的全球代表性与技术先进性。三、标准核心技术内容分析3.1万物联网的体系结构框架ISO/IEC21558-3:2022的核心贡献在于构建了一套面向万物联网场景的通用体系结构参考模型。该模型基于“三层三域”的总体设计思路，将系统划分为：（1）三层结构：-感知延伸层：负责物理世界信息的采集与执行控制，涵盖各类传感器、执行器、RFID标签、智能终端等末端节点；-网络传输层：提供异构接入网络的统一承载能力，实现数据分组的路由、转发与服务质量（QoS）保障；-应用服务层：面向各类行业应用提供统一的业务支撑能力，包括数据汇聚、语义互操作、服务编排等功能。（2）三域划分：-用户域：涉及最终用户与设备实体的管理和交互；-网络域：涵盖核心网与接入网资源的管理与控制；-管理域：提供全局性的运维、编排与安全管控能力。这一框架有效分离了应用需求与基础设施实现间的耦合关系，为灵活部署各类万物联网业务提供了充足的扩展空间。3.2关键功能实体与接口标准中定义了若干关键功能实体（FunctionalEntities），包括但不限于：-连接管理实体（ConnectivityManagementEntity,CME）：负责异构网络环境下端到端连接的建立、维护与释放；-身份解析实体（IdentityResolutionEntity,IRE）：为每台接入设备提供全局唯一的标识解析能力，支持对象映射至动态网络地址；-移动性管理实体（MobilityManagementEntity,MME）：在设备跨域移动时保障会话连续性；-上下文感知实体（ContextAwarenessEntity,CAE）：采集、聚合和分发设备及环境上下文信息；-信任管理实体（TrustManagementEntity,TME）：负责设备认证、信任度量与安全策略实施。与此同时，标准定义了各功能实体间的标准化参考接口与交互流程，保证了多厂商设备间的互操作性。在协议层面，标准强调与现有IPv6协议族、基于命名数据网络（NDN）、信息中心网络（ICN）等多种技术路线的兼容与映射，体现了体系结构演进的前向兼容原则。3.3异构网络融合与互操作机制万物联网的显著特征之一在于其异构性——不同类型的接入网络（如5G/6G蜂窝网络、Wi-Fi、低功耗广域网LPWAN、蓝牙Mesh、卫星网络等）需要在统一体系结构下协同工作。ISO/IEC21558-3:2022通过引入统一接入抽象层（UnifiedAccessAbstractionLayer,UAAL）机制，将不同接入技术的差异性特征进行抽象封装，向上层提供一致的接入服务原语。该机制有效降低了应用对具体接入技术的依赖，使同一应用可在不同接入方式间无缝切换。此外，标准还定义了网络间互操作网关（InterworkingGateway）的功能要求，支持不同管理域之间控制面与数据面的互联互通，为实现跨运营商、跨行业的规模化万物联网部署提供了架构指引。3.4安全与隐私内嵌设计区别于传统“事后补救”的安全模式，ISO/IEC21558-3:2022将安全与隐私保护作为体系结构的内在属性进行设计。标准中引入了安全即服务（SecurityasaService,SECaaS）的架构模式，将安全功能（如认证、授权、加密、完整性校验）以模块化的形式嵌入各功能实体中，而非作为独立的附加组件。同时，标准针对万物联网场景下数据隐私保护提出明确的技术要求，包括数据最小化采集原则、分布式的隐私策略管理机制以及基于数据标识的细粒度访问控制方法。3.5应用场景与部署模式该标准在附录中列举了若干典型应用场景及对应的部署模式，涵盖智能城市基础设施管理、工业物联网协同制造、智能农业环境监测、智慧医疗远程诊疗、车联网协同驾驶等。每一个场景均结合网络规模、QoS需求、移动性特征等方面的差异，对体系结构组件的选择和部署给出了指导性建议。这样，标准为不同行业领域的技术方案设计提供了可操作的参考路径，增强了标准对实际工程应用的指导价值。四、主要参与单位简介4.1国际电工委员会（IEC）ISO/IEC21558-3:2022的发布机构为国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）。IEC成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC的成员覆盖了全球170多个国家和地区，其制定的标准和合格评定体系为全球电气电子产品的互操作性和安全性提供了有力保障。在信息通信技术领域，IEC与ISO通过联合技术委员会JTC1开展紧密合作，共同制定信息技术领域的国际标准。ISO/IECJTC1下设SC6（系统间电信和信息交换分技术委员会）专门负责通信网络与系统互操作相关标准的研制工作。SC6的工作范围包括系统间信息交换的需求、协议、接口等方面，其核心使命是为各类通信网络的无缝互连提供统一的技术规范，是未来网络体系结构国际标准化工作的主要力量。4.2标准制定中的中国贡献作为SC6的重要成员，中国自2000年代初即深度参与未来网络领域的国际标准化工作。在ISO/IEC21558-3:2022的制定过程中，来自中国信息通信研究院（CAICT）、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、中国电信集团有限公司等单位的专家积极参与了多个关键章节的起草工作。中国专家组在感知延伸层功能架构、异构网络融合机制等方向提出的技术提案被标准正文部分采纳。其中，中国信息通信研究院作为工业和信息化部直属科研事业单位，是我国信息通信领域最重要的标准化支撑机构之一。该院长期从事网络体系结构、下一代互联网、物联网等领域的前沿研究工作，其专家团队在SC6/WG7工作组中担任重要角色，为标准的科学性、先进性和工程可行性提供了有力支撑。华为技术有限公司作为全球领先的ICT基础设施提供商，未来网络体系架构方面拥有深厚的技术积累，其在分布式网络智能、确定性时延保障等方面的工程实践为标准中相关功能设计提供了重要的实践经验。五、结论与展望5.1核心贡献总结ISO/IEC21558-3:2022作为未来网络体系结构系列标准的重要组成部分，为万物联网场景下的网络规划、设计、部署与运营提供了系统化的体系结构参考。该标准的主要贡献可归纳为以下四个层面：1.体系结构引领：构建了适用于万物联网场景的三层三域参考模型，为不同技术路线提供了统一的概念框架；2.互操作性保障：通过定义标准化的功能实体与参考接口，降低了多厂商、多技术间的集成与互通成本；3.安全内嵌设计：推动了安全与隐私保护理念从“外挂附加”到“内生设计”的转变；4.应用指导价值：面向多类典型应用场景提供了可裁剪、可定制的部署指南。5.2未来发展趋势展望未来，万物联网网络体系结构的标准化工作将呈现以下几方面的发展趋势：第一，与新兴技术的融合加速。随着人工智能（AI）、数字孪生、边缘计算等技术与网络架构的深度融合，未来网络体系结构标准需要进一步引入AI原生（AI-native）的设计理念，支持网络的自感知、自配置、自优化能力。ISO/IECJTC1/SC6已在推动下一代版本中增加AI能力内生集成的相关内容。第二，与6G网络标准化协同推进。ITU-R已启动IMT-2030（6G）框架建议书的制定工作。未来网络的体系结构设计将与6G标准化工作形成深度互动，万物联网作为6G核心应用场景之一，其架构需求将由ISO/IEC与3GPP、ITU-T等多标准组织协同推进。5.3应用建议与推广路径对于我国而言，ISO/IEC21558-3:2022的实施推广具有重要的现实意义。建议如下：一是加强标准与国内相关标准的衔接与转化，在通信行业标准、团体标准制定过程中充分引用国际标准内容，促进国内产业界对标准精髓的理解；二是选取典型行业（如智能网联汽车、智慧工厂等）开展标准应用试点验证工作，形成可复制、可推广的行业应用模板；三是鼓励高校和科研院所将标准内容纳入教学和科研体系，培养具备国际化标准化视野的专业人才。总之，万物联网时代已全面到来，ISO/IEC21558-3:2022为全球产业界提供了一个架构层面的“共同语言”。在这一标准的指引下，构建一个开放、融合、安全、智能的未来网络生态，值得产业界各方携手共进。参考文献[1]ISO/IEC21558-3:2022,Telecommunicationsandinformationexchangebetweensys