【基金標(biāo)書】2011CB302900-物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論與實踐研究

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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： 2011.1 至 2013.8依托部門： 江蘇省科技廳二、預(yù)期目標(biāo)1. 總體目標(biāo)本項目針對智能電網(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、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、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)化等方面的基礎(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)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，提出物聯(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(rèn)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，提出針對多粒度異構(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， 擴展與完善分析與驗證技術(shù)，同 時創(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)復(fù) 雜等特性，研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源、服務(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)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、自愈合與自保護、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，提出混雜信息融合、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)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)生重大影響的論文 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) 2~4 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、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、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，以三個科學(xué)問題為中心，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，以保障物 聯(lián)網(wǎng)在非確定環(huán)境下的應(yīng)用服務(wù)需求。同時，開展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能評估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。本項目堅持“ 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，對實體進行抽象，重點分析物聯(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)研究中，對物聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)的 M2M、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)準(zhǔn)，提煉物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)核心要素，分析要素間的相關(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)警和冗余資源的自愈合與自保護機制，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智能處理和決策，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，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)一語義模型中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)中的環(huán)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；（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)一整套面向?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)的復(fù)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)的測試驗證與應(yīng)用示范系統(tǒng)的研究中，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 個層面，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)的組織管理中，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中凝練了本項目的科學(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，首先針對物理網(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 11 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(rèn)同和采納，人才隊伍優(yōu)勢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“ 可生存的海量信息系 統(tǒng)軟件設(shè)計 理論” 、“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、 863、國家科技支撐項目，取得了豐富的研究成果，獲得多項 國家和省部級獎勵。近年來有多篇高質(zhì)量的論文發(fā)表，在 SIGCOMM、MOBICOM、MOBIHOC、INFOCOM、MOBISYS 與 ICNP 等國際頂級學(xué)術(shù)會議和 IEEE/ACM Trans. on Networking、IEEE Trans. on Mobile Computing、IEEE Trans. on Wireless Communications 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)準(zhǔn)，在國 際相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)的制定上享有重要話語權(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條件。項目團隊具有優(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；擁有大量的通信和網(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中心、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)置本項目的課題設(shè)置將圍繞項目的總體目標(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時，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。圖 2 課題設(shè)置、科學(xué)問題與總體目標(biāo)的關(guān)系圖課題 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(fù)責(zé)人 1 名，負(fù)責(zé)課題計劃、實施、 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(fù)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(fù)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(fù)責(zé)。本項目 6 名課題負(fù)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(fù)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， 圍繞物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型、標(biāo)識體系、安全架構(gòu)與架構(gòu)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(fù)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：18%課題 2：物聯(lián)網(wǎng)的異構(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)的自治模型，以及場景察覺、資源配置和優(yōu)化、自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，提出物聯(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(fù)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：18%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中信息的內(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；（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，提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(fù)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：15%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)環(huán)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)分析與建模的研究提供數(shù)學(xué)模型和驗證手段，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(fù)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：15%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、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、博弈、 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、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(fù)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：15%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)間服務(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(fù)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：19%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、可擴展標(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 10~15 篇；? 專利 4~6 項；研究內(nèi)容 預(yù) 期目標(biāo)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；? 提出物聯(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)可靠數(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 15~20 篇；? 專利 5~8 項；? 國家標(biāo)準(zhǔn) 1~2 項；研究內(nèi)容 預(yù) 期目標(biāo)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；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 15~20 篇；? 專利 5~8 項；? 專著 1 本；? 國家標(biāo)準(zhǔn) 1~2 項；一、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間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可信的保障機制，尋找系統(tǒng)內(nèi)在的優(yōu)化機制，認(rèn)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)；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。圖 1：擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題科學(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間具有極大的差異性，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；其次，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、 傳感器屬性、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、服務(wù)等各個環(huán)節(jié)和作用域的協(xié)同處理和反饋，而其內(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)?；膽?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?？茖W(xué)問題 2：高混雜感知互動系統(tǒng)的自治機理物聯(lián)網(wǎng)通過物理空間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)。基于人工參與或現(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)以自治的方式運行，在減少或避免人工參與的條件下自動地實現(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)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環(huán)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)自身運行過程中也存在終端和資源的動態(tài)變化甚至故障，上述特性要求物聯(lián)網(wǎng)自治中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。科學(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中信息傳輸、處理和數(shù)據(jù)自身的安全可信，更為重要的是物理空 間中大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可信帶來巨大的挑戰(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之間的矛盾。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(rèn)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?？尚跑浖俏锫?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)安全可信保障問題是研究中嶄新課題，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)實體抽象和實體間作用關(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(rèn)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)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)終端間的屬性、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；（3（ 非確定條件下物聯(lián)網(wǎng)的自配置與優(yōu)化機理：面向物聯(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?fù)渥越M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；研究多個自治物聯(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；研究可擴展的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識的演進方法；研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、協(xié)議互通和動態(tài)切換機制。（三） 物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合與決策面向物聯(lián)網(wǎng)多源異構(gòu)、多顆粒度、多 應(yīng)用域的信息特征，研究物聯(lián)網(wǎng)的信息處理與服務(wù)模型，進而研究物 聯(lián)網(wǎng)的混雜信息融合，復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘，主 動決策與互動控制，以及可信數(shù)據(jù)與 隱私保護的模型或方法。具體的研究內(nèi)容如下：（1（ 物聯(lián)網(wǎng)信息處理與服務(wù)模型：研究多級、主動、開放的物聯(lián)網(wǎng)信息處理模型；面向物物互動的信息建模方法；面向?qū)崟r挖掘與決策的多源異構(gòu)、多粒度、多維度數(shù)據(jù)的建模理論與方法；面向多應(yīng)用領(lǐng)域的分析模型；基于語義的服務(wù)表示、發(fā)布和應(yīng)用模型；以及基于服務(wù)模型的語義理解與分析機制；（2（ 物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合：研究混雜條件下多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析與提煉；研究面向融合與決策服務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘方法；研究非確定性條件下的分布式情境感知、融合與推理機制；研究面向特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的場景分析方法，以及知識庫構(gòu)造和自學(xué)習(xí)方法；（3（ 物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘：研究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系鏈的建模和表示方法；研究實時交互場景下關(guān)系鏈的挖掘和發(fā)現(xiàn)方法；研究基于關(guān)系鏈的推理規(guī)則和決策模型；（4（ 物聯(lián)網(wǎng)主動決策與互動控制：研究面向服務(wù)的語義信息與決策需求的逆向解析與任務(wù)分解機制；研究多粒度的物聯(lián)網(wǎng)主動決策與協(xié)作機制；研究高效的分層主動處理與融合方法；（5（ 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的隱私保護：研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隱藏方法；研究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系鏈挖掘過程中的隱私保護方法；研究具有不同隱私保護安全級別的數(shù)據(jù)處理機制和協(xié)作計算算法。（四） 物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計理論與方法針對物聯(lián)網(wǎng)高混雜性、非確定性和復(fù)雜關(guān)聯(lián)性等特點，開展物聯(lián)網(wǎng)可信軟件設(shè)計理論與方法研究，探索與之相適應(yīng)的推理方法、建模理論以及分析與驗證技術(shù)。具體的研究內(nèi)容包括：（1（ 可信軟件設(shè)計方法：基于經(jīng)典精化理論，研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的精化理論與方法，研究適用物聯(lián)網(wǎng)的精化規(guī)則， 為可信軟件從需求到實現(xiàn)的過程提供理論支撐；（2（ 可信軟件推理理論：針對物聯(lián)網(wǎng)特性，突破傳統(tǒng)邏輯描述系統(tǒng)的局限性，創(chuàng)建適用于物聯(lián)網(wǎng)的新型邏輯系統(tǒng)，研究可信軟件的邏輯推理理論；（3（ 可信軟件建模方法：建立系統(tǒng)級模型語言，在現(xiàn)有進程代數(shù)系統(tǒng)中增加時、空、物特性算子，建立物聯(lián)網(wǎng)感知互動的抽象行為模型；基于 UTP（程序統(tǒng)一理論）理論，研究該建模語言相應(yīng)的操作語義、指稱語義以及代數(shù)語義；（4（ 可信軟件分析與驗證技術(shù)：基于上述推理邏輯、建模語言的研究成果，對現(xiàn)有的模型檢測技術(shù)和定理證明技術(shù)進行擴充，給出相應(yīng)的驗證技術(shù)方法，對計算系統(tǒng)和物理系統(tǒng)進行混合分析驗證，以適應(yīng)新環(huán)境下的分析驗證需求。（五） 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化機理面向?qū)崟r可靠以及其它服務(wù)質(zhì)量需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從感知、傳輸和信息處理與決策控制等多個層次出發(fā)，研究物聯(lián)網(wǎng)資源、服務(wù)和決策的耦合機理，采用競爭或協(xié)作機制來合理分配與協(xié)同調(diào)度各種物理、通信與計算資源，通過資源的優(yōu)化利用，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 性能的整體優(yōu)化。具體研究內(nèi)容包括：（1（ 面向可靠感知的物聯(lián)網(wǎng)多級優(yōu)化機制:面向可靠的目標(biāo)定位、事件監(jiān)測與信息感知服務(wù)，研究物聯(lián)網(wǎng)終端資源消費的自優(yōu)化策略；針對物聯(lián)網(wǎng)的非確定特性，研究基于多終端協(xié)同調(diào)度的目標(biāo)定位、事件監(jiān)測和信息感知算法；以異構(gòu)子網(wǎng)間的耦合為基礎(chǔ)，研究面向可靠感知的無縫切換與跨網(wǎng)調(diào)度機制；（2（ 物聯(lián)網(wǎng)無線頻譜的優(yōu)化調(diào)度與分配機制：針對物聯(lián)網(wǎng)有限頻譜資源與多終端混雜接入，研究物聯(lián)網(wǎng)頻譜應(yīng)用的時空頻相關(guān)性及信道狀態(tài)與歷史信息的關(guān)聯(lián)性，建立具有預(yù)測能力的頻譜使用模型，實現(xiàn)有序競爭訪問和高效共享的動態(tài)頻譜分配和調(diào)度機制；研究頻譜移動性分析的新方法，建立頻譜切換的時間關(guān)系模型，確立最佳容量和系統(tǒng)效率間的定量關(guān)系；（3（ 非確定環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)可靠數(shù)據(jù)傳輸機制：針對服務(wù)的動態(tài)變化和多模異質(zhì)特性以及對通信資源的競爭訪問，研究物聯(lián)網(wǎng)終端的高效無線接入?yún)f(xié)議；研究物聯(lián)網(wǎng)中可靠的多終端協(xié)同中繼傳輸機制;針對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼靶诺蕾|(zhì)量的快速動態(tài)變化，研究非確定環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)端到端實時可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑诰€優(yōu)化調(diào)度機制；（4） 面向決策控制的物聯(lián)網(wǎng)資源協(xié)同優(yōu)化機制: 針對物聯(lián)網(wǎng)海量信息處理，研究物聯(lián)網(wǎng)存儲資源的分布式調(diào)度和協(xié)同優(yōu)化機制；針對物聯(lián)網(wǎng)信息的動態(tài)性和復(fù)雜性，面向智能決策控制，研究低成本的在線計算資源優(yōu)化調(diào)度機制；針對物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的多樣性，研究系統(tǒng)開銷與決策性能之間的折衷優(yōu)化策略；（5（ 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)跨層優(yōu)化機制: 針對物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性，研究物聯(lián)網(wǎng)感知、傳輸、信息處理與決策的層間耦合機理、解耦變換及相應(yīng)的系統(tǒng)跨層優(yōu)化機制；針對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的動態(tài)性，研究軟件服務(wù)組合的優(yōu)化機制；面向多行業(yè)、多用戶及多應(yīng)用需求，針對感知傳輸?shù)纳闲辛骷皼Q策控制的下行流，研究系統(tǒng)分布式資源的一致性維護機制和整體優(yōu)化策略。（六） 物聯(lián)網(wǎng)驗證與應(yīng)用示范針對物聯(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，研 發(fā)測試工具和平臺，并通過應(yīng)用示范系統(tǒng)進一步驗證理論成果，具體研究內(nèi)容包括：（1（ 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的驗證理論和評估方法：研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的測試模型和驗證理論；研究隨機和偽隨機理論在物聯(lián)網(wǎng)綜合測試生成方法中的應(yīng)用，解決物聯(lián)網(wǎng)高混雜性和非確定性帶來的可測性難題；研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的評估模型和體系；（2（ 物聯(lián)網(wǎng)實驗測試平臺：開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)測試和評估工具，搭建物聯(lián)網(wǎng)測試平臺，測試其他課題提出的基本理論和技術(shù)；（3（ 面向互動和融合的應(yīng)用驗證系統(tǒng)：研究面向行業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)通用平臺構(gòu)建技術(shù)，研制智能電網(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)，驗證本項目中其它課題提出的基本理論、技術(shù)和方法，探索物聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)的應(yīng)用模式和關(guān)鍵技術(shù)。