《物联网体系架构》演示幻灯片

1、1 第2章物联网体系架构 陈业纲 2 3 4 5 6 感知节点 传感单元 处理单元 通信单元 电源/供电部分 7 末梢网络 末梢网络即完成应用末梢感知节点的组网 控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送 数据的转发功能。 8 核心承载网络 主要承担接入网与信息服务之间的数据通 信任务。 9 信息服务系统硬件设施 由各种应用服务器组成，还包括用户设备、 客户端等，主要用于对采集数据的融合/汇 聚、转换、分析以及对用户呈现的适配和 事件的触发。 10 数据感知系统软件 主要完成物品的识别和物品EPC编码的采集 和处理，主要由企业生产的物品、物品电 子标签、传感器、读写器、控制器、EPC等 组成 11

2、物联网中间件系统软件 中间件是位于数据感知设备与后台应用软 件之间的一种应用系统软件。中间件具有 两个关键特征：一是为系统应用提供服务 平台，二是需要连接到网络操作系统，并 且保持运行工作系统。中间件为物联网应 用提供了一系列计算和数据处理功能，主 要任务是对感知系统采集的数据进行捕获、 过滤、汇聚、计算、校对、解调、传送、 存储和任务管理，减少从感知层到应用层 数据量。同时，中间件还可提供与其他RFID 支撑软件系统进行互操作等功能。 12 一般中间件系统由读写器接口、事件管理 器、应用程序接口、目标信息服务和对象 名解析服务等功能模块。 13 网络操作系统 物联网通过互联网实现物理世界的任

3、何物 品的互联，在任何地方、任何时间可识别 任何物品，使物品成为附有动态信息的“智 能产品”,并使物品信息流和物流完全同步， 从而为物品信息共享提供一个高效、快捷 的网络通信与云计算平台 14 物联网信息管理系统 物联网管理机构包括企业物联网信息管理 中心、国家物联网信息管理中心以及国际 物联网信息管理中心。 企业物联网信息管理中心负责管理本地物 联网，它是最基本的物联网信息服务管理 中心，为本地用户提供管理、规划及解析 服务。 国家物联网信息管理中心负责制定和发布 国家总体标准，负责与国际物联网互联， 并且对现场物联网中心进行管理。 国际物联网信息管理中心负责制定和发布 国际框架性物联网标准

4、，负责与各个国家 或地区的物联网互联，并且对各个国家物 联网信息管理中心进行协调、指导、管理 等工作 15 16 身份相关业务应用主要利用RFID、二维码、 条码等可以标志身份的技术，并且身份所 提供的各类服务。 按照终端是去识别其他身份信息还是被识 别，可以分为主动模式和被动模式，按照 服务提供给个人还是提供给企业，又可以 分为个人应用和企业业务两大类。 对于不同应用实现的方式可能有不同，下 图是基于标签的信息获取类服务的一个基 本原理图。 17 18 信息汇聚业务 主要由物联网终端采集、处理，经通信网 络上报数据，由物联网平台处理，提交给 具体的应用和服务，由物联网平台统一对 物联网终端、

5、数据、应用和服务以及第三 方进行管理。具体的如自动抄表、电梯管 理、物流和交通管理等。 19 协同感知型业务 在信息汇聚型业务中，物联网的终端只需 接受物联网平台管理，执行数据采集、简 单处理、上报等功能，物联网的终端之间 不需要进行通信。 20 泛在服务 泛在服务以无所不在、无所不包、无所不 为为基本特征，以实现在任何时间、任何 地点、任何人、任何物都能畅通地通信为 目标，是人类通信服务的极致。 21 物联网体系架构 1、泛在网体系框架 ITU-T在Y.2002中分为： 底层传感网络、泛在传感网接入网络、泛 在传感网络中间件、泛在传感网络基础骨 干网络、泛在传感网络应用平台。如下图： 22

6、23 ETSI制定的M2M体系结构 M2m是现阶段物联网最普遍的应用形式， m2m在欧洲、韩国、中国已进入部分商业 应用，主要用于安全检测，公共交通、物 流系统、车队管理、工业流程自动化、城 市信息化等。 M2M体系架构分为3层： 感知层：包括M2M终端、WSN局域网络、 M2M网关、M2M能力和M2M应用 网络层：包括接入网、核心网两大部分和 网络管理、终端管理功能。 应用层：包括各种各样的行业应用和用户 配置接口。 24 中国移动M2M定义：M2M是通过在机器内 部嵌入移动通信模块，以SMS/USSD/GPRS等 为接入手段，为客户提供的信息化解决方 案，为满足客户对生产监控，指挥调度、

7、数据采集和测量等方面的信息化需求。 USSD（Unstructured Supplementary Service Data）即非结构化补充数据业务，是一种新 型基于GSM网络的交互式数据业务。 当你 使用手机键盘输入一些网络已预先制定的 数字或者符号比如*#等，再按send也就是拨 号键就可以向网络发送一条指令，网络根 据你的指令选择你需要的服务提供给你。 25 26 中国移动制定的M2M体系架构 M2M平台提供统一的M2M终端管理、终端 设备鉴权，并对目前行业网关尚未实现的 接入方式进行鉴权；支持多种网络接入方 式，提供标准化的接口使得数据传输简单 直接；提供数据路由、监控、用户鉴权等 管

8、理功能。 行业网关：是承载信息上报、参数配置、 终端状态检测、终端注册等业务的短信上 下行通道。 BOSS：统一管理客户集团信息，业务受理、 计费和结算、业务信息变更由BOSS完成。 行业终端监控平台：M2M平台提供FTP服务， 将每月统计文件存放在FTP服务器中，供行 业终端监控平台下载，以同步M2M平台的 终端管理数据。 上级网管系统：通过网管接口完成网管功 能。 27 28 物联网的体系架构 通用物联网体系结构：感知层、网络层、 数据智能处理层和应用层。 感知层就像人的皮肤和五官，用来识别物 体，采集信息；包括信息采集和末梢网络 两个子层，传感器、二维码、条形码、RFID、 智能装置等作

9、为数据采集设备，将采集到 的数据通过末梢网络上传给网络层。末梢 网络包括传感网、无线传感网、工业控制 网络、无线个域网、家庭网以及各种短距 离无线通信网络。 29 网络层就像人的神经系统，将信息传送到 大脑进行处理；网络层由各种无线/有线网 关、接入网和核心网实现感知层数据和控 制信息的双向传送、路由和控制。接入网 包括IAD、OCT、DSLAM、交换机、射频接 入单元、2G/3G蜂窝移动接入、卫星接入等， 核心网主要由各种光纤传送、IP承载网、下 一代网络(NGN),下一代互联网(NGI)、下一代 广电网（NGB）等公众电信网和互联网，也 可以依托行业或企业的专业。 30 数据智能处理层是实

10、现以数据为中心的核 心技术，包括数据汇聚、存储、查询、分 析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和 行为的理论和技术。数据汇聚包括实时、 非实时物联网业务数据汇总后存放到数据 库中，方便后续数据挖掘、专家分析、决 策支持和智能处理。 31 应用层包括应用支撑子层和各种具体物联 网应用。支撑子层为物联网应用提供通用 的支撑服务和能力调用接口。物联网的应 用可分为监控型（物流监控、环境监测）、 查询型（智能检索、远程抄表）、控制型 （智能交通、智能家居、路灯控制）、扫 描型（手机钱包、ETC）等，既有行业专业 的应用，也有公共平台为基础的公共应用。 32 33 物联网标准： 标准不统一 2010年6月

11、，物联网标准联合工作组成立， 力争成为制定物联网国际标准的组织。 34 物联网的安全机制：通过鉴权、授权、访 问控制、机密性、完整性等安全机制，在 业务安全、网络安全和用户隐私安全3个方 面提供安全保障措施。业务安全包括拥有 权限的用户才能接入网络，只要拥有此权 限才能使用该业务。网络安全包括网络应 该能够保证业务的正常运营，能够针对灾 难、故障和紧急事件提供相应的处理手段。 用户隐私安全包括对用户个人资料等信息 进行有效保障，不能泄露用户隐私信息。 业务需要采用加密机制，保证设计隐私的 业务数据不外泄。 35 物联网的运营可以分成两大类：面向公众 提供的物联网服务和面向行业提供的物联 网专用

12、服务。面向公众提供的物联网服务 是建设一张面向公众服务的广域物联网， 网络建设和网络维护需要长期投入人力和 物力，从集约化和节省全社会的角度看， 通信运营商凭借丰富的专业经验、较低的 人员维护成本、一体化维护优势，是最佳 的建设方和维护方。面向行业提供的物联 网专用服务主要指某些行业单独设立的通 信专网，只为本行业服务。行业公网服务 主要指向面向一种行业，只为此行业的各 种人员和机构提供服务。 物联网的管理架构：包括国家、行业/区域、 企业3个方面。 36 鉴权包括两个方面： 用户鉴权，网络对用户进行鉴权，防止非 法用户占用网络资源。 网络鉴权，用户对网络进行鉴权，防止用 户接入了非法的网络，

13、被骗取关键信息。 这种双向的认证机制，就是AKA （Authentication and Key Agreement，鉴权 和密钥协商）鉴权。 除了AKA鉴权，也可以使用其它鉴权方式。 在IMS AKA鉴权广泛实施之前，或在特定的 条件下（例如通过固定网络ADSL连接方式 接入IMS），可以使用HTTP摘要鉴权等其他 鉴权方式。 37 38 39 40 传感器也称为换能器、变换器、变送器、 探测器等，根据国家标准GB 7665-1987。传 感器的定义为： 能够感受规定的被测量并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置，由敏 感元件、转换元件、测量电路3部分组成， 有时还加上辅助电源。

14、41 敏感元件是指能直接感受或响应被测量并 输出与被测量成确定关系的其他量部分 转换元件是指传感器中能将敏感元件中感 受或响应的被测量转换成适合传输或测量 的可用输出信号的部分 42 传感器的分类 1、按传感器的检测信息分 光敏、热敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、 离子敏、射线敏等 2、按转换原理分 物理、化学、生物传感器 3 按输出的信号分 数字、模拟、开关传感器 43 4、按材料分 半导体、陶瓷、复合材料、金属材料、高 分子材料、超导体材料、光纤材料、纳米 材料传感器 5、按能量分 能量转换型、能量控制型传感器 6、按制造工艺 集成传感器、薄膜传感器、厚膜、陶瓷 44 45 46 基于双绞线铜

15、缆的xDSL技术 1、电话网铜线(DSL) 2、高比特率数字用户线(HDSL) 3、高速数字用户线(VDSL) 47 DSL的中文名是数字用户线路，是以电话线 为传输介质的传输技术组合。DSL技术在传 递公用电话网络的用户环路上支持对称和 非对称传输模式，解决了经常发生在网络 服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的 传输瓶颈问题。由于DSL 接入方案无需对电 话线路进行改造，可以充分利用可以已经 被大量铺设的电话用户环路，因此被大量 应用。最初的DSL技术提供的网速非常慢， 因此随着人们的需求增长，DLS技术也在不 断发展 DSL包括ADSL(Asymmetric Digital Subsc

16、riber Line，非对称数字用户线)、 RADSL、HDSL和VDSL等等。 ADSL属于DSL技术的一种，全称Asymmetric Digital Subscriber Line（ 非对称数字用户线 路），亦可称作非对称数字用户环路。是 一种新的数据传输方式，因为其提供的上 行和下行带宽不对称，因此称为非对称数 字用户线路。ADSL技术采用频分复用技术 把普通的电话线分成了电话、上行和下行 三个相对独立的信道，从而避免了相互之 间的干扰。用户可以边打电话边上网，不 用担心上网速率和通话质量下降的情况， 因此网速也快了很多。ADSL技术至今在我 国某些地区仍在使用。 48 光纤接入网技术

17、光纤接入网是指在接入网中用光纤作为主 要传输介质来实现传送的网络形式。光纤 接入网的组网方式可以有总线结构、环形 结构、星型结构。它的主要特点： 1、可以传输宽带交换型业务和多种业务， 且传输质量好，可靠性高 2、网径一般较小，不需中继器 3、具有V5接口 4、提供无人值守条件。 49 无线接入技术 1、无线本地环路（WLL）利用无线方式把 固定用户接入到固定电话网的交换机，其 包括DECT、PHS、CDMA、SCDMA等，具有 部署灵活、建网速度快、适应能力强、网 络配置简单等优点。 2、本地多路分配业务接入（LMDS）利用地 面转接站而不是卫星转发数据，通过射频 RF频带LMDS最多可提供

18、10mbit/s的数据流 量，它采用蜂窝单元，以毫米波28GHz的带 宽向用户提供VOD、广播和电视会议、视频 家庭购物等宽带业务，其缺点是存在来自 其他小区的同道信道干扰和覆盖区域有限。 3、数字直播卫星接入（DBS） 50 传送网技术 1、SDH传送网 是一种以同步时分复用和光纤技术为核心 的传送网结构，它由分插复用、交叉连接、 信号再生放大等网元设备组成，具有容量 大、对承载信号语义透明，以及在通道层 上实现保护和路由的功能。 具有3个优点： 1、标准统一的光接口 2、采用同步复用和灵活的复用映射结构 3、强大的网管功能。 51 2、光传送网 光传送网（OTN）是一种以DWDM与光通道

19、技术为核心的新型传送网结构，它由光分 插复用、光交叉连接、光放大等网元设备 组成的具有超大容量、对承载信号语义透 明及在光层面上实现保护和路由功能。 52 3、NGN ITU-T在新的建议Y.2001中定义了NGN的概念： 下一代网络（NGN）是一个基于分组的网络， 提供包括电信业务在内的多种业务，能够 利用多种带宽和具有Qos能力的传送技术， 实现业务功能与底层传送技术的分离，它 为用户提供不同业务提供商网络的自由接 入，并支持通用的移动性，实现用户对业 务使用的一致性和普适性。 53 其具有以下特征： 1、基于分组的传输 2、控制功能与承载能力、呼叫/会话、应用 /业务分离 3、业务提供与

20、网络松耦合，提供开放的接 口 4、支持各种业务、应用和基于业务标准组 件的机制 5、具有端到端Qos和透明的宽带容量 54 6、通过开放接口与传统网络互通 7、支持移动性 8、自由接入不同的业务提供商 9、采用多种鉴别方法以解决 IP地址问题 10、相同的业务具有统一的业务特征 11、融合固网和移动网的业务 12 业务相关的功能与底层传输技术分离 13、适应一切管理的要求，例如紧急通信、 安全性/保密性及合法监听 14、支持多种接入技术 55 56 1、电话通信网 电话通信网是进行交互型话音通信，开 放电话业务的电信网，简称电话网。它是 一种电信业务量最大，服务面积最广的专 业网，可兼容其它许

21、多种非话业务网，是 电信网的基本形式和基础，包括本地电话 网、长途电话网和国际电话网。 57 电话通信网已有100年历史了1 ，它是最早 建立的电信网络之一，是为满足处于不同 地理位置用户间的通信而建立的。 58 电话通信网是由本地电话网和长途电话网 构成的。本地电话网是由一个长途编号区 内的若干市话端局和市话汇接局、局间中 继线、长市中继线、用户接入设备和用户 终端设备组成的电话网络，主要用于完成 本地电话通信。长途电话网又可分为国际 长途电话网和国内长途电话网。国际长途 电话网本地电话网及长途电话网结构 是由分布在全球不同地理位置的国际交换 中心以及它们之间的国际长途中继线路组 成，范围覆

22、盖全球，负责全球的国际通信。 国内长途电话网是由各个国家地理范围内 的长途汇接局和长途终端局以及它们之间 的国内长途中继线路、国内长途交换局到 国际长途的长途中继线路组成，主要负责 国内长途通信 59 60 2、移动通信网 移动通信网，网站主要专注于移动通信技 术和产业。是我国目前移动通信网为止较 大的涉及移动通信网络的相关网站，网站 内容丰富，主要包含国内外最新的移动通 信技术、技术论坛、人才招聘、设备终端 信息、博客等等，涵盖内容相当丰富 61 3、internet Internet，中文正式译名为因特网，又叫做 国际互联网。它是由那些使用公用语言互 相通信的计算机连接而成的全球网络。一

23、旦你连接到它的任何一个节点上，就意味 着您的计算机已经连入Internet网上了。 Internet目前的用户已经遍及全球，有超过 几亿人在使用Internet，并且它的用户数还 在以等比级数上升。 62 4 VPN 虚拟专用网络的功能是：在公用网络上建 立专用网络，进行加密通讯。在企业网络 中有广泛应用。VPN网关通过对数据包的加 密和数据包目标地址的转换实现远程访问。 VPN有多种分类方式，主要是按协议进行分 类。VPN可通过服务器、硬件、软件等多种 方式实现。 63 根据不同的划分标准，VPN可以按几个标准 进行分类划分： 1、按VPN的协议分类： VPN的隧道协议主要有三种，PPTP、

24、L2TP和 IPSec，其中PPTP和L2TP协议工作在OSI模型 的第二层，又称为二层隧道协议；IPSec是 第三层隧道协议。 2、按VPN的应用分类： （1）Access VPN（远程接入VPN）：客户端 到网关，使用公网作为骨干网在设备之间 传输VPN数据流量； （2）Intranet VPN（内联网VPN）：网关到 网关，通过公司的网络架构连接来自同公 司的资源； （3）Extranet VPN（外联网VPN）：与合作 伙伴企业网构成Extranet，将一个公司与另 一个公司的资源进行连接。 64 3、按所用的设备类型进行分类： 网络设备提供商针对不同客户的需求，开 发出不同的VPN网

25、络设备，主要为交换机、 路由器和防火墙： （1）路由器式VPN：路由器式VPN部署较 容易，只要在路由器上添加VPN服务即可； （2）交换机式VPN：主要应用于连接用户 较少的VPN网络； （3）防火墙式VPN：防火墙式VPN是最常 见的一种VPN的实现方式，许多厂商都提供 这种配置类型 4按照实现原理划分： （1）重叠VPN：此VPN需要用户自己建立 端节点之间的VPN链路，主要包括：GRE、 L2TP、IPSec等众多技术。 （2）对等VPN：由网络运营商在主干网上 完成VPN通道的建立，主要包括MPLS、VPN 技术。 65 66 应用层相关技术 应用层主要基于软件技术和计算机技术实 现

26、，应用层的关键技术主要是基于软件的 各种数据处理技术，此外云计算技术作为 海量数据的存储、分析平台，也是将物联 网应用层的重要组成部分。应用是物联网 的发展的目标，各种行业和家庭应用的开 发是物联网普及的源动力，给整个物联网 产业带来巨大的利润。 支撑技术是指应用于物联网数据处理和利 用的技术，它包括云计算与高性能计算技 术、智能技术、数据库与数据挖掘技术、 GIS/GPS技术、通信技术以及微电子技术。 应用技术是指用于直接支持物联网应用系 统运行的技术，它包括物联网信息共享交 互平台技术、物联网数据存储技术以及各 种行业物联网应用系统。 67 2.5 数据融合与智能技术 68 物联网保障体系 在物联网的发展上，欧盟通过在法律、政 策、标准、技术、应用等5个方面同步推进， 以信息安全、隐私保护、可竞争机制为始 点和终点，从根本上为物联网的发展提供 可预期的政策法律等保障环境。 1、管理方面的行动 2、隐私权及个人信息保护方面的行动； 3、信任、可接受和安全方面的行动； 4、 标准化方面的行动； 5、 研发方面的行动 6、面向创新方面的行动 7 、整体意识方面的行动 8、国际对话方面的行动 69 物