物联网体系架构

河南工业大学信息学院计算机工程系邓淼磊物联网体系架构

概述1感知层

2小结

5网络层

3应用层

4主要内容

“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施。物联网的本质就是物理世界和数字世界的融合。

物联网需求分析

物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，物联网应该具备如下3个能力：全面感知、可靠传递、智能处理

物联网需求分析

（1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网络状态等。

物联网需求分析

（2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。

物联网需求分析

（3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。物联网需求分析

物联网体系架构

目前在业界物联网体系架构也大致被公认为有这三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。

感知层是物联网的皮肤和五官——识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等，主要作用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。

物联网体系架构

网络层是物联网的神经中枢和大脑——信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。

物联网体系架构

应用层是物物联网的““社会分工”——与行行业需求结结合，实现现广泛智能能化。应用用层是物联联网与行业业专业技术术的深度融融合，与行行业需求结结合，实现现行业智能能化，这类类似于人的的社会分工工，最终构构成人类社社会。物联网体系系架构

概述1感知层

2小结

5网络层

3应用层

4主要内容感知层功能能物联网在传传统网络的的基础上，，从原有网网络用户终终端向“下下”延伸和和扩展，扩扩大通信的的对象范围围，即通信信不仅仅局局限于人与与人之间的的通信，还还扩展到人人与现实世世界的各种种物体之间间的通信。。物联网感知知层解决的的就是人类类世界和物物理世界的的数据获取取问题。感知层处于于三层架构构的最底层层，是物联联网发展和和应用的基基础，具有有物联网全全面感知的的核心能力力。作为物物联网的最最基本一层层，感知层层具有十分分重要的作作用。感知层一般般包括数据采集和数据短距离离传输两部分此处的短距距离传输技技术，尤指指像蓝牙、、ZigBee这类类传输距离离小于100m，速速率低于1Mbit/s的的中低速无无线短距离离传输技术术。感知层功能能感知层关键键技术感知层所需需要的关键键技术包括括检测技术术（传感器、RFID、、二维码等等）、中低速速无线或有有线短距离离传输技术术（Zigbee、蓝牙牙等）等。牙刷也上物物联网传感器技术术计算机类似似于人的大大脑，而仅仅有大脑而而没有感知知外界信息息的“五官官”显然是是不够的，，计算机也也还需要它它们的“五五官”———传感器。。传感器是摄摄取信息的的关键器件件，它是物物联网中不不可缺少的的信息采集集手段，也也是采用微微电子技术术改造传统统产业的重重要方法传输●处理存储●显示记录●控制传感器功能能RFID技术RFID是是射频识别别（RadioFrequencyIdentification））的英文缩缩写，是20世纪90年代开开始兴起的的一种自动动识别技术术，它利用用射频信号号通过空间间电磁耦合合实现无接接触信息传传递并通过过所传递的的信息实现现物体识别别。RFID射频识别RFID系统构成一般由RFID标签签、标签读读写器和后后端数据库库构成RFID标标签(Tag)：由由耦合元件件及芯片组组成，每个个标签具有有唯一的电电子编码，，附着在物物体上标识识目标对象象。也称卡卡片。读写器(Reader)：读读取(有时时还可以写写入)标签签信息的设设备，可设设计为手持持式或固定定式。也称称读卡器，，或读头等等。包括天天线（Antenna）。后端数据库库可以是运运行于任意意硬件平台台的数据库库系统，通通常具有强强大计算和和存储能力力，同时它它包含所有有Tag的的信息。电子标签进进入读写器器产生的磁磁场后，读读写器发出出射频信号号凭借感应电电流所获得得的能量发发送出存储储在芯片中中的产品信信息（无源标签或或被动标签签），或者主主动发送某某一频率的的信号（有源标签或或主动标签签）读写器读取取信息并解解码后，送送至后端数数据库进行行数据处理理RFID技术的工作作原理二维码技术术二维码在代代码编制上上巧妙地利利用构成计计算机内部部逻辑基础础的“0””和“1””比特流的的概念，使使用若干与与二进制相相对应的几几何形体来来表示数值值信息，并并通过图像像输入设备备或光电扫扫描设备自自动识读以以实现信息息的自动处处理。二维码技术术原理数据容量更更大二维码能在在横向和纵纵向两个方方位同时表表达信息成本低，易易制作，持持久耐用容错能力强强，具有纠纠错功能条码符号形形状、尺寸寸大小比例例可变二维码还可可以引入保保密措施，，其保密性性较一维码码要强很多多二维码的优优势ZigBee技术ZigBee是一种种短距离、、低功耗的的无线传输输技术，是是一种介于于无线标记记技术和蓝蓝牙之间的的技术，它它是IEEE802.15.4协议议的代名词词。ZigBee采用分分组交换和和跳频技术术，并且可可使用3个个频段，分分别是2.4GHz的公共共通用频段段、欧洲的的868MHz频段段和美国的的915MHz频段段。短距离范围围数据流量较较小的业务务ZigBee技术应用场场合数据传输速速率低●低功耗成本低●网络容量大大有效范围小小●工作频段灵灵活可靠性高安全性高ZigBee技术特点蓝牙蓝牙（Bluetooth））是一种无无线数据与与话音通信信的开放性性全球规范范，和ZigBee一样，是是一种短距距离的无线线传输技术术。蓝牙采用高高速跳频（（FrequencyHopping）和时时分多址（（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）等等先进技术术，支持点点对点及点点对多点通通信同时可传输输话音和数数据可以建立临临时性的对对等连接（（AdhocConnection)开放的接口口标准蓝牙的技术术特点

概述1感知层

2小结

5网络层

3应用层

4主要内容网络层功能能网络层主要要承担着数据传输的功能在物联网中中，要求网网络层能够够把感知层层感知到的的数据无障障碍、高可可靠性、高高安全性地地进行传送送，它解决决的是感知知层所获得得的数据在在一定范围围内，尤其其是远距离地传输问题题网络层的关关键技术Internet移动通信网网无线传感器器网络Internet物联网也被被认为是Internet的的进一步延延伸Internet将将作为物联联网主要的的传输网络络之一，它它将使物联联网无所不不在、无处处不在地深深入社会每每个角落移动通信网网移动通信网网由无线接入网网、核心网和骨干网三部分组成成。无线接接入网主要要为移动终终端提供接接入网络服服务，核心心网和骨干干网主要为为各种业务务提供交换换和传输服服务。移动通信网网为人与人人之间通信信、人与网网络之间的的通信、物物与物之间间的通信提提供服务在移动通信信网中，当当前比较热热门的接入入技术有3G、Wi-Fi和和WiMAX移动通信网网无线传感器器网络无线传感器器网络（WSN）的的基本功能是将一系列列空间分散散的传感器器单元通过过自组织的的无线网络络进行连接，从而将各各自采集的的数据通过过无线网络络进行传输汇总，以实现对对空间分散散范围内的的物理或环环境状况的的协作监控，并根据这这些信息进进行相应的的分析和处理理监控终端无线或有线线网络监控接入簇头节点簇头节点无线传感器器网络体系系结构节点数目更更为庞大（（上千甚至至上万），，节点分布布更为密集集由于环境影影响和存在在能量耗尽尽问题，节节点更容易易出现故障障环境干扰和和节点故障障易造成网网络拓扑结结构的变化化通常情况下下，大多数数传感器节节点固定不不动传感器节点点具有的能能量、处理理能力、存存储能力和和通信能力力等都十分分有限无线传感器器网络特点点

概述1感知层

2小结

5网络层

3应用层

4主要内容应用层功能能功能：将感感知和传输输来的信息息进行分析析和处理，，做出正确确的控制和和决策，实实现智能化化的管理、应用和服务这一层解决决的是信息处理和人机界面的问题应用层关键键技术M2M云计算人工智能数据挖掘中间件M2M根据不同场场景代表Machine-to-MachineMan-to-MachineMachine-to-ManMobile-to-MachineMachine-to-MobileM2M是现现阶段物联联网普遍的的应用形式式，是实现现物联网的的第一步M2M将多多种不同类类型的通信信技术有机机地结合在在一起，将将数据从一一台终端传传送到另一一台终端，，也就是机机器与机器器的对话。。M2M技术术的目标就就是使所有有机器设备备都具备联联网和通信信能力，其其核心理念念就是网络络一切（NetworkEverything）M2M云计算云计算（CloudComputing）是是分布式计算算（DistributedComputing）、并行计算（ParallelComputing）和和网格计算（GridComputing）的的发展，或或者说是这这些计算机机科学概念念的商业实实现。用户可以在在多种场合合，利用各各类终端，，通过互联联网接入云云计算平台台来共享资资源。人工智能人工智能（（ArtificialIntelligence））是探索研研究使各种种机器模拟拟人的某些些思维过程程和智能行行为（如学学习、推理理、思考、、规划等）），使人类类的智能得得以物化与与延伸的