3物联网层次结构

物联网体系结构物联网（Internet of Things）是指通过各种传感器和通信设备连接物体，使之能够互相沟通和交互，从而实现信息的收集、传输和处理。

物联网的核心组成部分是其体系结构，即通过各个层次和组件的有机组合，构建一个完整的物联网系统。

本文将介绍物联网体系结构的基本架构和主要组成部分。

一、边缘层边缘层是物联网体系结构的最底层，也是最接近物体的一层。

它包括各类传感器、执行器以及相关的通信、存储和处理设备。

传感器负责感知环境中的各种参数和状态，并将其转化为数字信号；执行器则负责根据指令执行相应的操作。

边缘设备通过无线或有线网络与上层网关进行通信，传输采集到的数据和接收控制指令。

二、网关层网关层是连接边缘设备和核心网络的桥梁，在整个物联网体系结构中起到重要的作用。

它负责实现不同通信协议之间的转换和数据格式的处理，以便边缘设备能够与上层的网络进行交互。

网关层还可以具备一定的存储和计算能力，用于边缘数据的缓存和预处理。

同时，网关层也承担着数据安全和隐私保护的责任，通过身份验证和加密等手段保护物联网系统的安全。

三、核心网络层核心网络层是物联网的中间层，负责连接各个网关和云平台、应用程序等核心组件。

它采用各种通信协议和网络技术，实现不同设备之间的互联互通。

核心网络层也具备一定的路由和转发能力，用于数据的分发和传输。

此外，核心网络层还要满足物联网系统对带宽、延迟和可靠性等性能指标的要求，保证数据的快速和可靠传输。

四、云平台层云平台层是物联网的上层，负责数据的存储、处理和分析。

它提供了丰富的云服务和应用程序接口（API），使开发者可以基于物联网数据进行应用开发和创新。

云平台层具备强大的计算和存储能力，可以处理和分析海量的数据，并提供实时的决策支持。

同时，云平台还提供了对物联网系统进行远程管理和监控的功能，方便用户对设备进行集中控制和维护。

五、应用层应用层是物联网体系结构的最顶层，是向用户提供服务和功能的界面。

典型的物联网系统架构共有3个层次。

一是感知层，即利用射频识别（radio frequency identification, RFID）、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

在工业环境的应用中，工业物联网面临着与传统的物联网系统架构两个主要的不同点：一是在感知层中，大多数工业控制指令的下发以及传感器数据的上传需要有实时性的要求。

在传统的物联网架构中，数据需要经由网络层传送至应用层，由应用层经过处理后再进行决策，对于下发的控制指令，需要再次经过网络层传送至感知层进行指令执行过程。

由于网络层通常采用的是以太网或者电信网，这些网络缺乏实时传输保障，在高速率数据采集或者进行实时控制的工业应用场合下，传统的物联网架构并不适用。

二是在现有的工业系统中，不同的企业有属于自己的一套数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA，在工厂范围内实施数据的采集与监视控制。

SCADA系统在某些功能上会与物联网的应用层产生重叠，如何把现有的SCADA系统与物联网技术进行融合，例如哪些数据需要通过网络层传送至应用层进行数据分析；哪些数据需要保存在SCADA的本地数据库中；哪些数据不应该送达应用层，它们往往会涉及到部分传感器的关键数据或者系统的关键信息，只由工厂内部进行处理。

工业物联网的系统架构需要在传统的物联网架构的基础上增加现场管理层。

其作用类似于一个应用子层，可以在较低层次进行数据的预处理，是实现工业应用中的实时控制、实时报警以及数据的实时记录等功能所不可或缺的层次，如图1所示。

图1 工业物联网体系架构1. 感知层感知层的主要功能是识别物体，采集信息和自动控制，是物联网识别物体、采集信息的来源；它由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。

物联网的应用原理有几层1. 物联网的基本原理物联网是基于物理对象间相互连接和信息交换的概念。

其基本原理包括以下几个层级：•感知层：物联网的感知层主要是通过各种传感器，收集物理世界中的信息。

这些传感器可以是温度传感器、湿度传感器、光照传感器等等，用于感知环境的各种数据。

感知层的数据采集和传输技术包括无线传感器网络、射频识别、图像识别等。

•传输层：传输层主要负责将感知层获取到的数据进行传输。

这里涉及到无线传输、有线传输等多种传输方式。

物联网中常用的传输协议包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。

•网络层：网络层主要负责对传输层传输的数据进行处理和管理。

它使用多种协议和技术，如IPv6、6LoWPAN（IPv6 over Low power WirelessPersonal Area Networks）等，实现物联网终端设备之间的网络互连。

•应用层：应用层是物联网中最上层的一层，主要负责将物联网中的数据进行解析、处理和应用。

这里包括数据存储、数据分析和数据可视化等。

应用层还包括物联网平台的搭建和管理。

2. 物联网的应用层次结构物联网的应用层次结构可以分为三个主要层次：•感知层：这一层包括感知物理事件、采集数据的设备和传感器网络。

感知层负责将物理世界中的信息转化为数字信号，并通过无线或有线方式发送给传输层。

•网络层：网络层是物联网的核心层级，负责将感知层采集到的数据传输给应用层，并将应用层的指令传输给感知层。

网络层通过各种传输协议和技术实现终端设备之间的通信和互联。

•应用层：应用层是物联网最顶层的一层，它主要负责对传输层获取到的数据进行解析、处理和应用。

应用层可以将数据存储到云平台中，进行数据分析和可视化展示。

3. 物联网应用原理的发展趋势随着物联网技术的不断发展，物联网的应用原理也在不断演变之中。

以下是当前物联网应用原理的一些发展趋势：•边缘计算：边缘计算是指将计算任务和数据处理推向物联网的边缘设备。

通过在边缘设备上进行数据处理和决策，可以减少对云平台的依赖，提高实时性和安全性。

以下为物联网结构层次及其功能，一起来了解一下吧。

感知层——感知信息作为物联网的核心，承担感知信息作用的传感器，一直是工业领域和信息技术领域发展的重点，传感器不仅感知信号、标识物体，还具有处理控制功能。

目前，在发达国家，其发展已芯片化、集成化和智能化。

如最早提出泛在网的加州大学（伯克利分校），已将压力、磁、光等传感单元集成在一个芯片中，而且芯片具备无线接入和自组网功能。

然而，传感器国产化程度较低，其成本、性能和寿命尚不能满足交通运输物联网信息感知的需求。

据了解，交通运输部正在和其他部门合作，研制满足交通需求、具有自主知识产权的传感器，并对市场产生了影响。

如专业生产感知气象信息设备的维萨拉公司，得知交通运输部正在组织相关研究后，主动要求加入，其产品在国内也应声降价。

网络层——传输信息传感器感知到基础设施和物品信息后，需要通过网络传输到后台进行处理。

目前，传输信息应用的网络先进技术包括第6版互联网协议（IPv6）、新型无线通信网（3G、4G、ZIGBEE等）、自组网技术等，正在向更快的传输速度、更宽的传输带宽、更高的频谱利用率、更智能化的接入和网络管理发展。

据专家介绍，我国在道路建设中，沿路铺设了大量光纤，但利用程度不高。

物联网采集到的海量数据，可以使这些道路光纤物尽其用。

应用层——处理信息物联网概念下的信息处理技术有分布式协同处理、云计算、群集智能等。

信息处理的目的是应用，交通物联网的信息处理是为了分析大量数据，挖掘对百姓出行和交通管理有用的信息。

此外，还需要建立信息处理和发送机制体制，保证信息发送到需要的人手中。

比如，把宏观的路网信息发送给管理决策人员，把局部道路通行情况发送给公众，把某条具体路段的事故信息发送给正行驶在上面的车辆。

物联网的结构物联网的价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通，物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。

因此，物联网由三个部分组成：感知部分，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别；传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输，智能处理，即利用云计算、数据挖掘、中间件等技术实现对物品的自动控制与智能管理等。

目前在业界物联网体系架构也被公认为有三个层次：泛在化末端感知网络、融合化网络通信基础设施与普适化应用服务支撑体系，也可以通俗地将它们称为感知层、网络层和应用层。

(1)泛在化末端感知网络泛在化末端感知网络的主要任务是信息感知。

物联网的一个重要特征是“泛在化”，即“无处不在”的意思。

这里的“泛在化”主要是指无线网络覆盖的泛在化，以及无线传感器网络、RFID标识与其他感知手段的泛在化。

“泛在化”的特征说明两个问题：第一，全面的信息采集是实现物联网的基础第二，解决低功耗、小型化与低成本是推动物联网普及的关键。

“末端网络”是相对于中间网络而言的。

大家知道，在互联网中如果我们在中国访问欧洲的一个网络时，我们的数据需要通过多个互联的中间网络转发过去。

“末端网络”是指它处于网络的端位置，即它只产生数据，通过与它互联的网络传输出去，而自身不承担转发其他网络数据的功能。

因此我们可以将“末端感知网络”类比为物联网的末梢神经。

泛在化末端感知网络的另一个含义是物联网的感知手段的“泛在化”。

通常我们所说的RFID、传感器是感知网络的感知结点。

但是，目前仍然有大量应用的IC卡、磁卡、一维或二维的条形码也应该纳入感知网络,成为感知结点。

(2)融合化网络通信基础设施融合化网络通信基础设施的主要功能是实现物联网的数据传输。

目前能够用于物联网的通信网络主要有互联网、无线通信网与卫星通信网、有线电视网。

目前我国正在推进计算机网络、电信网与有线电视网的三网融合。

三网融合的结果将会充分发挥国家在计算机网络、电信网与有线电视网基础设施建设上多年投入的作用，推动网络应用，也为物联网的发展提供了一个高水平的网络通信基础设施条件。

物联网的四个层次
1.感知层
感知层是物联网的最底层，其主要功能是收集数据，通过芯片、蜂窝模组/终端和感知设备等工具从物理世界中采集信息。

感知层主要参与者是传感器厂商、芯片厂商和终端及模块生产商，产品主要包括传感器、系统级芯片、传感器芯片和通信模组等底层元器件。

2.传输层
传输层是物联网的管道，主要负责传输数据，将感知层采集和识别的信息进一步传输到平台层。

传输层的参与者是通信服务提供商，提供通信网络，其中通信网络可以分为蜂窝通信网络和非蜂窝网络。

3.平台层
平台层负责处理数据，在物联网体系中起承上启下作用，主要将来自感知层的数据进行汇总、处理和分析，主要包括PaaS平台、AI平台等。

平台层的参与者是各式的平台服务提供商，所提供的产品与服务可以分为物联网云平台和操作系统，完成对数据、信息进行存储和分析。

4.应用层
应用层是物联网的最顶层，主要基于平台层的数据解决具体垂直领域的行业问题，包括消费驱动应用、产业驱动应用和政策驱动应用。

目前，物联网已实际应用到家居、公共服务、农业、物流、服务、工业、医疗等领域，各个细分场景都具备巨大的发展潜力。

认知感知层
1．感知层的概念
物联网层次结构分为三层,分别为感知层、网络层、应用层。

感知层位于最底层,它是物联网的核心，其功能为“感知”，即通过传感网络获取环境信息。

感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

2.感知层的应用
感知层包括二维码标签及识读器、RFID标签及读写器、摄像头、GPS导航、各种功能传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

3.感知层的关键技术
(1)传感器：传感器是物联网中获得信息的主要设备，它利用各种机制把被测量转换为电信号，然后由相应信号处理装置进行处理，并产生响应动作。

(2)RFID：它的全称为Radio Frequency Identification，即射频识别，又称为电子标签。

RFID是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。

它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标示。

(3)无线传感网络：它的英文名称为Wireless Sensor Network，简称WSN。

传感器网络是一种由传感器节点组成网络，其中每个传感器节点都具有传感器、微处理器和通信单元。

节点间通过通信网络组成传感器网络，共同协作来感知和采集环境或物体的准确信息。

它是目前发展迅速，应用最广的传感器网络。

简述物联网的体系结构物联网（InternetofThings，IoT）是一种将物理系统与因特网联系起来，用于存储和交换数据的一种技术。

它利用一系列网络技术，如无线传感器网络和系统整合技术，将人们的日常生活，环境和工业行业的设备联系起来，从而使这些机器变得更加自动、智能化和可视化。

物联网的体系架构是物联网所依赖的重要组成部分，也是物联网实现数据采集、连接、存储和分析的基础。

物联网体系结构一般分为五层：传感层、网络层、数据传输层、控制层以及应用层。

传感层是物联网的核心，由智能传感器、智能模块、智能终端等设备组成，负责从物理世界的实时信息中进行持续的数据采集。

网络层是物联网的存储和传输媒介，它负责物联网设备之间的连接与控制，具体来说就是建立和管理网络，控制信息流，确保设备正常工作。

数据传输层是在网络层和控制层之间的一种技术，它负责数据的安全传输和传输的可靠性，通过它可以对数据采集与传输做出更精准的控制。

控制层是物联网的管理系统，负责智能设备之间的交互，管理网络拓扑结构，为用户提供功能强大、易于管理的物联网环境。

最后，应用层是使用者接触物联网数据的门户，它负责服务门户、设备管理、数据处理和分析等应用，并将这些应用与使用者有机结合起来，提供更加便捷实用的物联网解决方案。

物联网的体系架构有助于搭建可靠的物联网系统，它提供了一种一致的分层架构，可以将物联网中的不同层次联系起来，使其可以获取更多的有用数据。

物联网的体系架构不仅能够满足物联网中的基本需求，而且可以帮助企业更好地把握机遇和应对挑战，为其带来更多的发展机遇。

物联网的体系架构有助于企业更有效地应用物联网，能够将物联网环境中的众多技术有机地连接起来，实现物联网系统高效率地运行，使企业更好地利用物联网技术，实现数据采集、存储和分析等应用。

总之，物联网的体系架构不仅是物联网技术的基础，而且是物联网实现其核心功能的催化剂。

它为物联网设备之间的连接、控制和数据传输提供了基础，是实现物联网通信和服务功能的基石。