物联网体系架构概述

1、第2章物联网体系架构陈业纲感知节点点传感单元元处理单元元通信单元元电源/供电部分分末梢网络络末梢网络络即完成成应用末末梢感知知节点的的组网控控制和数数据汇聚聚，或完完成向感感知节点点发送数数据的转转发功能能。核心承载载网络主要承担担接入网网与信息息服务之之间的数数据通信信任务。信息服务务系统硬硬件设施施由各种应应用服务务器组成成，还包包括用户户设备、客户端端等，主主要用于于对采集集数据的的融合/汇聚、转转换、分分析以及及对用户户呈现的的适配和和事件的的触发。数据感知知系统软软件主要完成成物品的的识别和和物品EPC编码的采采集和处处理，主主要由企企业生产产的物品品、物品品电子标标签、传传感器、读

2、写器器、控制制器、EPC等组成物联网中中间件系系统软件件中间件是是位于数数据感知知设备与与后台应应用软件件之间的的一种应应用系统统软件。中间件件具有两两个关键键特征：一是为为系统应应用提供供服务平平台，二二是需要要连接到到网络操操作系统统，并且且保持运运行工作作系统。中间件件为物联联网应用用提供了了一系列列计算和和数据处处理功能能，主要要任务是是对感知知系统采采集的数数据进行行捕获、过滤、汇聚、计算、校对、解调、传送、存储和和任务管管理，减减少从感感知层到到应用层层数据量量。同时时，中间间件还可可提供与与其他RFID支撑软件件系统进进行互操操作等功功能。一般中间间件系统统由读写写器接口口、事件

3、件管理器器、应用用程序接接口、目目标信息息服务和和对象名名解析服服务等功功能模块块。网络操作作系统物联网通通过互联联网实现现物理世世界的任任何物品品的互联联，在任任何地方方、任何何时间可可识别任任何物品品，使物物品成为为附有动动态信息息的“智智能产品品”,并使物品品信息流流和物流流完全同同步，从从而为物物品信息息共享提提供一个个高效、快捷的的网络通通信与云云计算平平台物联网信信息管理理系统物联网管管理机构构包括企企业物联联网信息息管理中中心、国国家物联联网信息息管理中中心以及及国际物物联网信信息管理理中心。企业物联联网信息息管理中心负责责管理本本地物联联网，它它是最基基本的物物联网信信息服务务

4、管理中中心，为为本地用用户提供供管理、规划及及解析服服务。国家物联网信信息管理理中心负责责制定和和发布国国家总体体标准，负责与与国际物物联网互互联，并并且对现现场物联联网中心心进行管管理。国际物联网信信息管理理中心负责责制定和和发布国国际框架架性物联联网标准准，负责责与各个个国家或或地区的的物联网网互联，并且对对各个国国家物联联网信息息管理中中心进行行协调、指导、管理等等工作身份相关关业务应应用主要要利用RFID、二维码码、条码码等可以以标志身身份的技技术，并并且身份份所提供供的各类类服务。按照终端端是去识识别其他他身份信信息还是是被识别，可可以分为为主动模模式和被被动模式式，按照照服务提提供

5、给个个人还是是提供给给企业，又可以以分为个个人应用用和企业业业务两两大类。对于不同同应用实实现的方方式可能能有不同同，下图图是基于于标签的的信息获获取类服服务的一一个基本本原理图图。信息汇聚聚业务主要由物物联网终终端采集集、处理理，经通通信网络络上报数数据，由由物联网网平台处处理，提提交给具具体的应应用和服服务，由由物联网网平台统统一对物物联网终终端、数数据、应应用和服服务以及及第三方方进行管管理。具具体的如如自动抄抄表、电电梯管理理、物流流和交通通管理等等。协同感知知型业务务在信息汇汇聚型业业务中，物联网网的终端端只需接接受物联联网平台台管理，执行数数据采集集、简单单处理、上报等等功能，物联

6、网网的终端端之间不不需要进进行通信信。泛在服务务泛在服务务以无所所不在、无所不不包、无无所不为为为基本本特征，以实现现在任何何时间、任何地地点、任任何人、任何物物都能畅畅通地通通信为目目标，是是人类通通信服务务的极致致。物联网体体系架构构1、泛在网体系框架架ITU-T在Y.2002中分为：底层传感感网络、泛泛在传感感网接入入网络、泛在传传感网络络中间件件、泛在传感感网络基础础骨干网网络、泛在传感感网络应用用平台。如下图图：ETSI制定的M2M体系结构构M2m是现阶段段物联网网最普遍遍的应用用形式，m2m在欧洲、韩国、中国已已进入部部分商业业应用，主要用用于安全全检测，公共交交通、物物流系统统、

7、车队队管理、工业流流程自动动化、城城市信息息化等。M2M体系架构构分为3层：感知层：包括括M2M终端、WSN局域网络络、M2M网关、M2M能力和M2M应用网络层：包括接接入网、核心网网两大部部分和网网络管理理、终端端管理功功能。应用层：包括各各种各样样的行业业应用和和用户配配置接口口。中国移动动M2M定义：M2M是通过在在机器内内部嵌入入移动通通信模块块，以SMS/USSD/GPRS等为接入入手段，为客户户提供的的信息化化解决方方案，为为满足客客户对生生产监控控，指挥挥调度、数据采采集和测测量等方方面的信信息化需需求。USSD（UnstructuredSupplementaryService

8、Data）即非结结构化补补充数据据业务，是一种种新型基基于GSM网络的交交互式数数据业务务。当当你使用用手机键键盘输入入一些网网络已预预先制定定的数字字或者符符号比如如*#等，再按按send也就是拨拨号键就就可以向向网络发发送一条条指令，网络根根据你的的指令选选择你需需要的服服务提供供给你。中国移动动制定的的M2M体系架构构M2M平台提供供统一的的M2M终端管理理、终端端设备鉴鉴权，并并对目前前行业网网关尚未未实现的的接入方方式进行行鉴权；支持多多种网络络接入方方式，提提供标准准化的接接口使得得数据传传输简单单直接；提供数数据路由由、监控控、用户户鉴权等等管理功功能。行业网关：是是承载信信息上

9、报报、参数数配置、终端状状态检测测、终端端注册等等业务的的短信上上下行通通道。BOSS：统一管管理客户户集团信信息，业业务受理理、计费费和结算算、业务务信息变变更由BOSS完成。行业终端端监控平平台：M2M平台提供供FTP服务，将将每月统统计文件件存放在在FTP服务器中中，供行行业终端端监控平平台下载载，以同同步M2M平台的终终端管理理数据。上级网管管系统：通通过网管管接口完完成网管管功能。物联网的的体系架架构通用物联联网体系系结构：感知层层、网络络层、数数据智能能处理层层和应用用层。感知层就就像人的的皮肤和和五官，用来识别别物体，采集信息息；包括信信息采集集和末梢梢网络两两个子层层，传感感器

10、、二二维码、条形码码、RFID、智能装装置等作作为数据据采集设设备，将将采集到到的数据据通过末末梢网络络上传给给网络层层。末梢梢网络包包括传感感网、无无线传感感网、工工业控制制网络、无线个个域网、家庭网网以及各各种短距距离无线线通信网网络。网络层就就像人的的神经系系统，将将信息传传送到大大脑进行行处理；网络层层由各种种无线/有线网关关、接入入网和核核心网实实现感知知层数据据和控制制信息的的双向传传送、路路由和控控制。接接入网包包括IAD、OCT、DSLAM、交换机机、射频频接入单单元、2G/3G蜂窝移动动接入、卫星接接入等，核心网网主要由由各种光光纤传送送、IP承载网、下一代代网络(NGN),

11、下一代互互联网(NGI)、下一代代广电网网（NGB）等公众众电信网网和互联联网，也也可以依依托行业业或企业业的专业业。数据智能能处理层层是实现现以数据据为中心心的核心心技术，包括数数据汇聚聚、存储储、查询询、分析析、挖掘掘、理解解以及基基于感知知数据决决策和行行为的理理论和技技术。数数据汇聚聚包括实实时、非非实时物物联网业业务数据据汇总后后存放到到数据库库中，方方便后续续数据挖挖掘、专专家分析析、决策策支持和和智能处处理。应用层包包括应用用支撑子子层和各各种具体体物联网网应用。支撑子子层为物物联网应应用提供供通用的的支撑服服务和能能力调用用接口。物联网网的应用用可分为为监控型型（物流流监控、环

12、境监监测）、查询型型（智能能检索、远程抄抄表）、控制型型（智能能交通、智能家家居、路路灯控制制）、扫扫描型（手机钱钱包、ETC）等，既既有行业业专业的的应用，也有公公共平台台为基础础的公共共应用。物联网标标准：标准不统统一2010年6月，物联联网标准准联合工工作组成成立，力力争成为为制定物物联网国国际标准准的组织织。物联网的的安全机机制：通通过鉴权权、授权权、访问问控制、机密性性、完整整性等安安全机制制，在业业务安全全、网络络安全和和用户隐隐私安全全3个方面提提供安全全保障措措施。业业务安全全包括拥拥有权限限的用户户才能接接入网络络，只要要拥有此此权限才才能使用用该业务务。网络络安全包包括网络

13、络应该能能够保证证业务的的正常运运营，能能够针对对灾难、故障和和紧急事事件提供供相应的的处理手手段。用户隐私安全全包括对对用户个个人资料料等信息息进行有有效保障障，不能能泄露用用户隐私私信息。业务需需要采用用加密机机制，保保证设计计隐私的的业务数数据不外外泄。物联网的的运营可可以分成成两大类类：面向向公众提提供的物物联网服服务和面面向行业业提供的的物联网网专用服服务。面面向公众众提供的的物联网网服务是是建设一一张面向向公众服服务的广广域物联联网，网网络建设设和网络络维护需需要长期期投入人人力和物物力，从从集约化化和节省省全社会会的角度度看，通通信运营营商凭借借丰富的的专业经经验、较较低的人人员

14、维护护成本、一体化化维护优优势，是是最佳的的建设方方和维护护方。面面向行业业提供的的物联网网专用服服务主要要指某些些行业单单独设立立的通信信专网，只为本本行业服服务。行行业公网网服务主主要指向向面向一一种行业业，只为为此行业业的各种种人员和和机构提提供服务务。物联网的的管理架架构：包包括国家家、行业/区域、企企业3个方面。鉴权包括括两个方方面：用户鉴权权，网络络对用户户进行鉴鉴权，防防止非法法用户占占用网络络资源。网络鉴权权，用户户对网络络进行鉴鉴权，防防止用户户接入了了非法的的网络，被骗取取关键信信息。这种双向向的认证证机制，就是AKA（AuthenticationandKey Agreem

15、ent，鉴权和和密钥协协商）鉴鉴权。除了AKA鉴权，也也可以使使用其它它鉴权方方式。在在IMSAKA鉴权广泛泛实施之之前，或或在特定定的条件件下（例例如通过过固定网网络ADSL连接方式式接入IMS），可以以使用HTTP摘要鉴权权等其他他鉴权方方式。传感器也也称为换能能器、变变换器、变送器器、探测测器等，根据国国家标准准GB7665-1987。传感器器的定义义为：能够感受规定定的被测测量并按按照一定定的规律律转换成成可用输输出信号号的器件件或装置置，由敏敏感元件件、转换换元件、测量电电路3部分组成成，有时时还加上上辅助电电源。敏感元件件是指能能直接感感受或响响应被测测量并输输出与被被测量成成确定

16、关关系的其其他量部部分转换元件件是指传传感器中中能将敏敏感元件件中感受受或响应应的被测测量转换换成适合合传输或或测量的的可用输输出信号号的部分分传感器的的分类1、按传感感器的检检测信息息分光敏、热热敏、磁磁敏、气气敏、湿敏敏、压敏敏、离子子敏、射射线敏等等2、按转换换原理分分物理、化化学、生物传感感器3按输出的的信号分分数字、模模拟、开开关传感感器4、按材料料分半导体、陶瓷、复合材材料、金金属材料料、高分分子材料料、超导导体材料料、光纤材料料、纳米米材料传传感器5、按能量量分能量转换型、能量控控制型传传感器6、按制造造工艺集成传感感器、薄薄膜传感感器、厚厚膜、陶陶瓷基于双绞绞线铜缆缆的xDSL

17、技术1、电话网网铜线(DSL)2、高比特特率数字字用户线线(HDSL)3、高速数数字用户户线(VDSL)DSL的中文名名是数字字用户线线路，是是以电话话线为传传输介质质的传输输技术组组合。DSL技术在传传递公用用电话网网络的用用户环路路上支持持对称和和非对称称传输模模式，解解决了经经常发生生在网络络服务供供应商和和最终用用户间的的“最后后一公里里”的传传输瓶颈颈问题。由于DSL接入方案案无需对对电话线线路进行行改造，可以充充分利用用可以已已经被大大量铺设设的电话话用户环环路，因因此被大大量应用用。最初初的DSL技术提供供的网速速非常慢慢，因此此随着人人们的需需求增长长，DLS技术也在在不断发展

18、DSL包括ADSL(AsymmetricDigitalSubscriber Line，非对称称数字用用户线)、RADSL、HDSL和VDSL等等。ADSL属于DSL技术的一一种，全全称Asymmetric DigitalSubscriberLine（ 非对对称数字字用户线线路），亦可称称作非对对称数字字用户环环路。是是一种新新的数据据传输方方式，因因为其提提供的上上行和下下行带宽宽不对称称，因此此称为非非对称数数字用户户线路。ADSL技术采用用频分复复用技术术把普通通的电话话线分成成了电话话、上行行和下行行三个相相对独立立的信道道，从而而避免了了相互之之间的干干扰。用用户可以以边打电电话边上上

19、网，不不用担心心上网速速率和通通话质量量下降的的情况，因此网网速也快快了很多多。ADSL技术至今今在我国国某些地地区仍在在使用。光纤接入入网技术术光纤接入网是指指在接入入网中用用光纤作作为主要要传输介介质来实实现传送送的网络络形式。光纤接接入网的的组网方方式可以以有总线线结构、环形结结构、星星型结构构。它的的主要特特点：1、可以传传输宽带带交换型型业务和和多种业业务，且且传输质质量好，可靠性性高2、网径一一般较小小，不需需中继器器3、具有V5接口4、提供无无人值守守条件。无线接入入技术1、无线本本地环路路（WLL）利用无无线方式式把固定定用户接接入到固固定电话话网的交交换机，其包括括DECT、

20、PHS、CDMA、SCDMA等，具有有部署灵灵活、建建网速度度快、适适应能力力强、网网络配置置简单等等优点。2、本地多多路分配配业务接接入（LMDS）利用地地面转接接站而不不是卫星星转发数数据，通通过射频频RF频带LMDS最多可提提供10mbit/s的数据流流量，它它采用蜂蜂窝单元元，以毫毫米波28GHz的带宽向向用户提提供VOD、广播和和电视会会议、视视频家庭庭购物等等宽带业业务，其其缺点是是存在来来自其他他小区的的同道信信道干扰扰和覆盖盖区域有有限。3、数字直直播卫星星接入（DBS）传送网技技术1、SDH传送网是一种以以同步时时分复用用和光纤纤技术为为核心的的传送网网结构，它由分分插复用用

21、、交叉叉连接、信号再再生放大大等网元元设备组组成，具具有容量量大、对对承载信信号语义义透明，以及在在通道层层上实现现保护和和路由的的功能。具有3个优点：1、标准统统一的光光接口2、采用同同步复用用和灵活活的复用用映射结结构3、强大的的网管功功能。2、光传送送网光传送网（OTN）是一种种以DWDM与光通道道技术为为核心的的新型传传送网结结构，它它由光分分插复用用、光交交叉连接接、光放放大等网网元设备备组成的的具有超超大容量量、对承承载信号号语义透透明及在在光层面面上实现现保护和和路由功功能。3、NGNITU-T在新的建建议Y.2001中定义了了NGN的概念：下一代网络（NGN）是一个个基于分分组

22、的网网络，提提供包括括电信业业务在内内的多种种业务，能够利利用多种种带宽和和具有Qos能力的传传送技术术，实现现业务功功能与底底层传送送技术的的分离，它为用用户提供供不同业业务提供供商网络络的自由由接入，并支持持通用的的移动性性，实现现用户对对业务使使用的一一致性和和普适性性。其具有以以下特征征：1、基于分分组的传传输2、控制功功能与承承载能力力、呼叫叫/会话、应应用/业务分离离3、业务提提供与网网络松耦合，提提供开放放的接口口4、支持各各种业务务、应用用和基于于业务标标准组件件的机制制5、具有端端到端Qos和透明的的宽带容容量6、通过开开放接口口与传统统网络互互通7、支持移移动性8、自由接接

23、入不同同的业务务提供商商9、采用多多种鉴别别方法以以解决IP地址问题题10、相同的的业务具具有统一一的业务务特征11、融合固固网和移移动网的的业务12业务相关关的功能能与底层层传输技技术分离离13、适应一一切管理理的要求求，例如如紧急通通信、安安全性/保密性及及合法监监听14、支持多多种接入入技术1、电话通通信网电话通信网是是进行交交互型话话音通信信，开放放电话业业务的电电信网，简称电电话网。它是一一种电信信业务量量最大，服务面面积最广广的专业业网，可可兼容其其它许多多种非话话业务网网，是电电信网的的基本形形式和基基础，包包括本地地电话网网、长途途电话网网和国际际电话网网。电话通信信网已有有1

24、00年历史了了1，它是最最早建立立的电信网络络之一，是是为满足足处于不不同地理理位置用用户间的的通信而而建立的的。电话通信信网是由由本地电话话网和长途电电话网构构成的。本地电电话网是是由一个个长途编编号区内内的若干干市话端端局和市市话汇接接局、局局间中继继线、长长市中继继线、用用户接入入设备和和用户终终端设备备组成的的电话网网络，主主要用于于完成本本地电话话通信。长途电话话网又可分为为国际长长途电话话网和国国内长途途电话网网。国际际长途电电话网本本地电话话网及长长途电话话网结构构是由分布布在全球球不同地地理位置置的国际际交换中中心以及及它们之之间的国国际长途途中继线线路组成成，范围围覆盖全全球

25、，负负责全球球的国际际通信。国内长长途电话话网是由由各个国国家地理理范围内内的长途途汇接局局和长途途终端局局以及它它们之间间的国内内长途中中继线路路、国内内长途交交换局到到国际长长途的长长途中继继线路组组成，主主要负责责国内长长途通信2、移动通通信网移动通信信网，网网站主要要专注于于移动通通信技术术和产业业。是我我国目前前移动通通信网为止较大的涉涉及移动动通信网网络的相相关网站站，网站站内容丰丰富，主主要包含含国内外外最新的的移动通通信技术术、技术术论坛、人才招招聘、设设备终端端信息、博客等等等，涵涵盖内容容相当丰丰富3、internetInternet，中文正正式译名名为因特网，又叫做做国际

26、互联网。它是由由那些使使用公用用语言互互相通信信的计算机连接而成成的全球球网络。一旦你你连接到到它的任任何一个个节点上上，就意意味着您您的计算机已经连入入Internet网上了。Internet目前的用户已已经遍及及全球，有超过过几亿人人在使用用Internet，并且它它的用户户数还在在以等比比级数上上升。4 VPN虚拟专用用网络的的功能是是：在公用网络络上建立专用网络络，进行加密通讯。在在企业网络络中有广泛泛应用。VPN网关通过过对数据包的加密和和数据包包目标地地址的转转换实现现远程访问问。VPN有多种分分类方式式，主要要是按协协议进行行分类。VPN可通过服务器、硬件、软件等等多种方方式实现

27、现。根据不同同的划分分标准，VPN可以按几几个标准准进行分分类划分分：1、按VPN的协议分分类：VPN的隧道协协议主要要有三种种，PPTP、L2TP和IPSec，其中PPTP和L2TP协议工作作在OSI模型的第第二层，又称为为二层隧隧道协议议；IPSec是第三层层隧道协协议。2、按VPN的应用分分类：（1）AccessVPN（远程接接入VPN）：客户户端到网关，使用公公网作为为骨干网网在设备备之间传传输VPN数据流量量；（2）IntranetVPN（内联网网VPN）：网关关到网关关，通过过公司的的网络架架构连接接来自同同公司的的资源；（3）ExtranetVPN（外联网网VPN）：与合合作伙伴

28、伴企业网网构成Extranet，将一个个公司与与另一个个公司的的资源进进行连接接。3、按所用用的设备备类型进进行分类类：网络设备备提供商商针对不不同客户户的需求求，开发发出不同同的VPN网络设备备，主要要为交换机、路由器和防火墙：（1）路由器器式VPN：路由器器式VPN部署较容容易，只只要在路路由器上上添加VPN服务即可可；（2）交换机机式VPN：主要应应用于连连接用户户较少的的VPN网络；（3）防火墙墙式VPN：防火墙墙式VPN是最常见见的一种种VPN的实现方方式，许许多厂商商都提供供这种配配置类型型4按照实实现原理理划分：（1）重叠VPN：此VPN需要用户户自己建建立端节节点之间间的VPN

29、链路，主主要包括括：GRE、L2TP、IPSec等众多技技术。（2）对等VPN：由网络运营营商在主干网网上完成成VPN通道的建建立，主主要包括括MPLS、VPN技术。应用层相相关技术术应用层主主要基于于软件技技术和计计算机技技术实现现，应用用层的关关键技术术主要是是基于软软件的各各种数据据处理技技术，此此外云计计算技术术作为海海量数据据的存储储、分析析平台，也是将将物联网网应用层层的重要要组成部部分。应应用是物物联网的的发展的的目标，各种行行业和家家庭应用用的开发发是物联联网普及及的源动动力，给给整个物物联网产产业带来来巨大的的利润。支撑技术术是指应用于物物联网数数据处理理和利用用的技术术，它

30、包包括云计计算与高高性能计计算技术术、智能能技术、数据库库与数据据挖掘技技术、GIS/GPS技术、通通信技术术以及微微电子技技术。应用技术术是指用用于直接接支持物物联网应应用系统统运行的的技术，它包括括物联网网信息共共享交互互平台技技术、物物联网数数据存储储技术以以及各种种行业物物联网应应用系统统。2.5数据融合合与智能能技术物联网保保障体系系在物联网网的发展展上，欧欧盟通过过在法律律、政策策、标准准、技术术、应用用等5个方面同同步推进进，以信信息安全全、隐私私保护、可竞争争机制为为始点和和终点，从根本本上为物物联网的的发展提提供可预预期的政政策法律律等保障障环境。1、管理方方面的行行动2、隐私权权及个人人信息保保护