普奥陈德基主导ISO/IEC国际标准《实时物联网框架》发表

 2021年7月6日，由普奥董事长陈德基博士主持制定的ISO/IEC30165:2021国际标准《实时物联网框架》正式发表。

国际标准《实时物联网框架》的产生背景

物联网应该是实时的，特别是得到很多关注的产业物联网，但是目前的物联网参考架构并没有系统地引入实时系统领域的理念。“实时互联网”的缺失限制了互联网在很多有实时性要求的应用领域的普及，因此需要在物联网发展的初期就确定“实时物联网”的地位。

为此，在陈德基博士牵头推动下，国际标准化组织ISO/IEC JTC 1 SC41成立了实时物联网研究小组，研究、探索并制定了《实时物联网框架》标准，在物联网总体架构层面引入实时系统并将其标准化，可用于实时物联网系统的设计、开发和管理，为“实时物联网”的发展奠定了基础。

这也是我国标准化工作走向世界的重要成果，为实时物联网后续的标准化创造了良好的机会。

国际标准《实时物联网框架》内容概览

《实时物联网框架》标准规定了实时物联网（具有硬实时要求的应用场景里的物联网）的框架。该框架在物联网六域模型参考架构标准的基础上增加了实时系统的因素，如实时控制、实时计算、实时通信、实时存储等。主要规定了实时物联网系统的概念模型和不同视图，包括时间视图、计算视图、通信视图、控制视图。

1、实时物联网系统的概念模型

概念模型由目标对象域、边缘子系统、资源交换域、服务提供域、运维管控域和用户域组成。实时物联网系统的时间约束可从硬实时和软实时进行描述。越接近目标对象域，越有条件适应对系统实时性程度的要求。系统实现需要考虑需求上实时的软硬程度，对于硬实时要求较高的系统，在设计时需要考虑尽可能在接近目标对象的边缘子系统中实现实时性要求较高的应用需求。对于硬实时要求较高的系统，在设计时需要考虑尽可能在接近目标对象的边缘子系统中实现，对于实时性要求较高的应用，其中所涉及的处理器能力（MCU等）、通讯时延等都是需要能满足系统对实时性的要求，对时间敏感性较高的系统尽可能在可控通讯网络下完成。实时物联网系统需从系统时延、时钟同步、截止期、响应时间、释放时间等方面实现时间约束。

2、实时物联网系统概念模型的视图

(1) 时间视图

实时物联网与传统物联网相比，更强调在其实现上的时间约束，在实时物联网中，对每一个单元（域或者子系统）都有可能提出具体的时间约束条件，为此，在设计实现实时物联网系统时，需要考虑相关的时间因素。

(2) 计算视图

实时物联网中的计算任务都是实时任务。为保证系统的实时性要求得到满足，设计实时物联网系统应遵循设计实时系统的做法。任务的及时完成，实时操作系统、实时调度算法等是必要的，同时，考虑到在整个系统中不同的部分所处的位置、条件不同，需要将一些运算、处理、控制的工作交由更近端的系统去处理，因此需要考虑采取一些分布式处理的方式。

(3) 通信视图

实时物联网系统的通信视图包括邻近网、接入网、服务网、用户网四层网络。这四种网络类型有不同的网络拓扑和技术。有些物联网设备是固定安装的，可以连接到有线或无线网络；有些物联网设备是移动的，需要连接到无线网络，每种网络技术都有不同的延迟。实现不同元素之间的实时交互需要来自通信网络的实时支持。确定性网络对于实现实时性是必不可少的。通信的实时性是通过带宽管理、延时、冗余管理、优先级等属性实现的。

(4) 控制视图

从历史上看，控制系统在工业环境中很常见，例如可以用于生产线以确保这些生产线的平稳运行。大多数实时物联网系统在边缘子系统中包含了执行器以对环境起作用，这些执行器是对典型控制系统的扩展。控制系统的做法也适用于实时物联网系统。

名词解释：

实时系统

实时系统（real-time system）是指其正确性依赖于满足时间约束条件的系统。也就是说，在实时系统中，过晚（甚至过早）执行的操作可能是无用甚至有害的，即使它在功能上是正确的。

根据时间约束的严格程度，实时系统可以分为硬实时系统（Hard real-time systems）和软实时系统（Soft real-time systems）两类。在硬实时系统中，违背时间约束条件会造成灾难性后果（如：烟雾报警器如果不能及时工作，那么可能会造成人员伤亡的严重后果）；而在软实时系统中，违背时间约束条件仅降低其价值（如：网页过期）。

值得注意的是，实时系统的“实时”并不等于“快（fast）”或“高通量（high throughput）”，而是指“确定性（deterministic）”和“保证性（guarantee）”。

实时物联网

通常对于物联网的含义解释如下：

计算机+网络+物=（计算机+网络）+物= 互联网+物= 物联网

这一解释是最普遍的，而且也反映了物联网的发展历史。

但实际上，从实时系统的角度出发，物联网还可以有另一种理解方式：

物联网= 计算机+网络+物=（计算机+物）+网络 = 嵌入式系统/实时系统+网络= 实时物联网

物联网因为与物相连，天生的带有嵌入式系统的特性，实时性的要求非常普遍。工业物联网、工业4.0、智能制造、CPS等受到很大关注的物联网应用领域都包含硬实时的需求。因此，物联网应该是实时物联网，也就是说，物联网在功能上正确还不够，其功能的执行还必须满足时间上的约束。