物联网之感知层和传输层

物联网工作原理物联网（Internet of Things，IoT）是指通过各种信息传感器将现实世界中的各种物品与互联网相连接，实现物品之间的互联互通，从而实现智能化、自动化管理和控制的一种网络体系。

物联网的工作原理主要包括感知层、传输层、应用层三个方面。

首先，感知层是物联网的基础，它通过各种传感器和执行器来感知和控制现实世界中的各种物品。

传感器可以感知环境中的温度、湿度、光照等物理量，也可以感知物品的位置、运动状态等信息，而执行器则可以根据指令实现对物品的控制。

这些传感器和执行器通过物理连接或者无线连接与物联网系统相连，将感知到的信息传输到传输层。

其次，传输层是物联网中的关键环节，它负责将感知层获取到的数据进行传输和处理。

传输层采用各种通信技术，包括有线通信和无线通信，有线通信主要包括以太网、PLC等技术，而无线通信则包括蓝牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等技术。

这些通信技术可以将感知层获取到的数据传输到物联网的云端或者边缘端，实现数据的集中存储和处理。

同时，传输层还负责数据的安全传输和隐私保护，保障物联网系统的安全性和稳定性。

最后，应用层是物联网系统中的最上层，它负责将传输层获取到的数据进行应用和管理。

应用层包括各种应用软件和平台，可以实现对物品的远程监控、智能控制、数据分析等功能。

通过应用层，用户可以随时随地对物联网系统中的物品进行管理和控制，实现智能化的生活和工作。

综上所述，物联网的工作原理主要包括感知层、传输层、应用层三个方面。

感知层负责感知和控制现实世界中的物品，传输层负责将感知到的数据进行传输和处理，应用层负责将传输层获取到的数据进行应用和管理。

这三个方面相互配合，共同构成了物联网系统的工作原理，实现了物品之间的互联互通，为人们的生活和工作带来了便利和智能化。

物联网的发展将会对各个行业产生深远的影响，推动社会的数字化、智能化进程，为人们带来更加便捷和舒适的生活体验。

物联网感知层与传输层的安全问题物联网作为一个多网的异构融合网络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络与因特网同样的安全问题[4]，同时在隐私保护问题、异构网络的认证与访问控制问题、信息的安全存储与管理等问题上还有其自身的安全特点。

物联网相较于传统网络，其感知层的感知节点大都部署在无人监控的环境，具有能力脆弱、资源受限等特点，并且由于物联网是在现有的网络基础上扩展了感知网络与应用平台，物联网应用比一般的网络系统更易受侵扰，传统网络安全措施不足以提供可靠的安全保障，从而使得物联网的安全问题具有特殊性，其安全问题更复杂。

如Skimming问题[5]：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取；Eavesdropping问题：在一个通道的中间，信息被中途截取；Spoofing问题：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中；Cloning 问题：克隆末端设备，冒名顶替；Killing问题：损坏或盗走末端设备；Jamming问题：伪造数据造成设备阻塞不可用；Shielding问题：用机械手段屏蔽电信号，让末端无法连接等。

所以在解决物联网安全问题时候，必须根据物联网本身的特点研究设计相应的安全机制。

以下分析物联网感知层与传输层的安全问题。

1.1 物联网感知层的安全问题物联网感知层主要解决对物理世界的数据获取的问题，以达到对数据全面感知的目的。

目前研究有小范围示范应用的是基于RFID的物联网与基于WSN（无线传感器网络）的物联网。

（1）基于RFID的物联网感知层的安全威胁RFID是物联网感知层常用的技术之一，针对RFID的安全威胁主要有：1）物理攻击：主要针对节点本身进行物理上的破坏行为，导致信息泄露、恶意追踪等；2）信道阻塞：攻击者通过长时间占据信道导致合法通信无法传输；3）伪造攻击：伪造电子标签产生系统认可的合法用户标签；4）假冒攻击：在射频通信网络中，攻击者截获一个合法用户的身份信息后，利用这个身份信息来假冒该合法用户的身份入网；5）复制攻击：通过复制他人的电子标签信息，多次顶替别人使用；6）重放攻击：攻击者通过某种方法将用户的某次使用过程或身份验证记录重放或将窃听到的有效信息经过一段时间以后再传给信息的接收者，骗取系统的信任，达到其攻击的目的；7）信息篡改：攻击者将窃听到的信息进行修改之后再将信息传给接收者。

物联网系统的大致组成物联网（Internet of Things, IoT）是指通过互联网将各种物理设备与智能化系统进行连接和交互的技术与概念。

物联网系统的组成部分可以分为物体感知层、传输层、应用层以及其他支持层，下面将分别进行介绍。

一、物体感知层物体感知层是物联网系统的基础，它通过物理或虚拟传感器采集各种物体的信息。

这些传感器可以是温度、湿度、光照等环境传感器，也可以是位置、加速度等动态传感器。

感知层的作用是将物体的状态、环境信息等转化成数字信号，为传输和处理提供数据基础。

二、传输层传输层是将感知层所采集到的数据通过网络进行传输的层次。

物联网系统中常用的传输方式包括有线传输和无线传输。

有线传输可以通过以太网、光纤等方式进行，无线传输则包括WiFi、蓝牙、Zigbee、LoRa等无线通信协议。

传输层的作用是将感知层的数据发送到应用层进行处理。

三、应用层应用层是物联网系统中最高层的部分，它负责对从传输层接收到的数据进行处理和应用。

应用层可以通过各类软件、云平台等方式来实现，使得物联网系统能够实现各类功能和服务。

在应用层中，可以通过数据分析、人工智能等技术来对数据进行挖掘和分析，以提供更加个性化和智能化的服务。

四、其他支持层除了上述的物体感知层、传输层和应用层之外，物联网系统还包括其他一些支持的层次。

其中，安全层是非常重要的一部分，它负责保护物联网系统中的数据传输和隐私安全。

还有管理层，负责对物联网系统的设备管理、配置管理、故障管理等进行监控和管理。

此外，还有数据存储层、认证层等支持层次，通过这些支持层次的配合，物联网系统能够更加稳定和可靠地运行。

综上所述，物联网系统的大致组成包括物体感知层、传输层、应用层以及其他支持层。

这些层次的配合和协同工作使得物联网系统能够实现设备互联、数据感知和智能应用等功能。

物联网的发展将带来更多便利和智能化的生活方式，并在工业、农业、交通等领域发挥重要作用。

物联网智慧农业架构及关键技术第一节物联网智慧农业的架构根据信息生成、传输、处理、应用的原则，可以把物联网智慧农业分成感知层、传输层、处理层和应用层，如下图。

物联网智慧农业架构示意图1.感知层这是让物品对话的先决条件，即以传感器、RFID（射频识别）、GPS（全球定位系统）、RS（遥感）、条码技术，采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量身份标识、情境信息、音频、视频等数据，实现“物”的识别。

2.传输层具有完成大范围的信息传输与广泛的互联功能，即借助于现有的广域网技术（如SMDS网络、3G/4G、LTE移动通信网、Internet等）与感知层的传感网技术相融合，把感知到的农业生产信息无障碍、快速、高安全、高可靠地传送到所需的各个地方，使物品在全球范围内实现远距离、大范围的通信。

3.处理层通过云计算、数据挖掘、知识本体、模式识别、预测，预警、决策等智能信息处理平台，最终实现信息技术与行业的深度融合，完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、预测、决策等功能。

4.应用层应用层是农业物联网体系结构的最高层，是面向终端用户的，可以根据用户需求搭建不同的操作平台。

农业物联网的应用主要实现大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖以及农产品流通过程等环节信息的实时获取和数据共享，从而保证产前正确规划以提高资源利用效率，产中精细管理以提高生产效率，产后高效流通实现安全溯源等多个方面，促进农业的高产、优质、高效、生态、安全。

第二节物联网智慧农业的关键技术一、农业信息感知技术农业信息感知技术是指利用农业传感器、RF1D、条码、GPS等在任何时间与任何地点对农业领域物体进行信息采集和获取。

1.农业传感器技术农业传感器技术是农业物联网的核心，农业传感器主要用于采集各个农业要素信息，包括种植业中的光、温、水、肥、气等参数；畜禽养殖业中的二氧化碳、氨气、二氧化硫等有害气体含量，空气中尘埃、飞沫及温、湿度等环境指标或参数；水产养殖业中的溶解氧、酸碱度、氨氮、电导率、浊度等参数，如左图。

物联网技术的基本原理和架构随着科技的不断发展，物联网技术已经成为了一个备受瞩目的领域。

物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网将各种物理设备连接起来，实现设备之间的信息交流和数据共享。

它的基本原理和架构是实现物联网技术的关键。

一、物联网技术的基本原理物联网技术的基本原理是通过传感器、通信技术和云计算等技术手段，将各种物理设备连接到互联网上，实现设备之间的信息交流和数据共享。

首先，传感器是物联网技术的基础。

传感器可以感知周围的环境和物体的状态，并将感知到的信息转化为数字信号。

传感器的种类繁多，包括温度传感器、湿度传感器、光线传感器等。

通过传感器，物理设备可以感知到周围环境的变化，并将这些信息传输到云端。

其次，通信技术是物联网技术的关键。

物联网中的设备需要通过通信技术与互联网进行连接。

目前常用的通信技术包括无线局域网（Wi-Fi）、蓝牙、ZigBee等。

通过这些通信技术，设备可以与云端进行数据交换和远程控制。

最后，云计算是物联网技术的支撑。

云计算通过将数据存储在云端服务器上，实现对数据的集中管理和分析处理。

云计算提供了强大的计算和存储能力，使得物联网设备可以实现大规模数据的处理和分析。

同时，云计算还提供了灵活的服务模式，使得物联网设备可以根据实际需求进行资源调配。

二、物联网技术的架构物联网技术的架构包括感知层、传输层、应用层和支撑层。

感知层是物联网技术的基础，它包括传感器和物理设备。

传感器通过感知周围的环境和物体状态，将感知到的信息转化为数字信号。

物理设备通过传感器获取到的信息，进行数据处理和传输。

传输层是物联网技术的核心，它负责将感知层获取到的信息传输到云端。

传输层包括无线通信技术和有线通信技术。

无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，它们可以实现设备之间的无线连接。

有线通信技术包括以太网、光纤等，它们可以实现设备之间的有线连接。

应用层是物联网技术的应用场景，它包括智能家居、智能交通、智能医疗等。

感知层、网络层和应用层
物联网从架构上面可以分为感知层、网络层和应用层
（1）感知层：负责信息采集和物物之间的信息传输，信息采集的技术包括传感器、条码和二维码、 RFID射频技术、音视频等多媒体信息，信息传输包括远近距离数据传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术、信息采集中间件技术等传感器网络。

感知层是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题。

（2）网络层：是利用无线和有线网络对采集的数据进行编码、认证和传输，广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施，是物联网三层中标准化程度昀高、产业化能力昀强、昀成熟的部分，关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络。

（3）应用层：提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标，将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解
决方案集，关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发。

各个层次所用的公共技术包括编码技术、标识技术、解析技术、安全技术和中间件技术。

物联网的层级架构模型最受国内推崇的物联网层级架构是国际电信联盟（ITU）提出的物联网三层架构模型，即由感知层、网络层和应用层组成的三层体系。

为便于理解，结合当前技术发展，从下到上，可以将物联网依次分为目标对象层、感知控制层、网络传输层和应用服务层等四层。

图1物联网四层架构模型图其中：（1）目标对象层严格来说，目标对象层不算是物联网体系结构的一部分，但物联网的感知控制设备又与目标对象紧密相关。

在信息化时代里，“物”应当有识别信息、位置信息、状态信息和相关信息等，若“物”包含智能设备，还应包括运行信息和控制信息。

（2）感知控制层物联网的感知控制层是物联网的核心层，主要完成物体信息的采集、转换、收集、处理和计算，以及必要的控制，具体包含传感器（或控制器）、短距离传输网络和物联网网关等三部分。

●传感器（或控制器）：用来进行数据采集、转换及实现控制。

●短距离传输网络：将传感器采集的数据发送到网关或将控制指令发送到控制器。

其中：短距离传输网络是指无线覆盖范围在个人活动范围内（通常10m左右），属于个域网（PersonalArea Network，PAN）应用。

比如：读写器与电子标签之间的射频通信，红外收发器之间的红外通信，超宽带（Ultra Wide Band，UWB）通信，蓝牙通信，Wi-Fi通信等；●物联网网关：通过短距离传输网络对传感器采集到的物体信息进行收集、处理和计算，并将控制指令通过短距离传输网络发送给控制器。

（3）网络传输层物联网的网络传输层主要完成信息的传递和处理，包括接入单元和接入网络两部分。

●接入单元：是连接感知控制层的桥梁，它汇聚从感知控制层获得的数据，并将数据发送到接入网络。

●接入网络：即现有的通信网络，包括移动通信网、公共电话网、有线网络等。

通过接入网络，将数据最终传入单位内部网，甚至互联网。

（4）应用服务层物联网的应用服务层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合，包括中间件和应用等两部分。

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。

物联网的工作原理物联网（Internet of Things, IoT）是指利用互联网和传感器等技术，将各种物理设备、传感器和其他对象互联起来，实现信息的传递、数据的收集和分析，从而实现设备之间的远程控制和智能化运作。

物联网的工作原理主要可分为以下几个部分：一、感知层物联网的感知层是由大量的传感器、RFID标签等设备组成的。

这些设备可以感知到周围环境的各种参数，如温度、湿度、光线等，并将这些信息转化为数字信号，以便后续的数据处理和传输。

二、网络传输层物联网的网络传输层负责将感知层收集到的数据进行传输。

这一层主要采用各种无线传输技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，实现数据的无线传输与通信。

同时，通过路由器、网关等设备，将物联网设备与互联网进行连接，实现对设备的远程监控与控制。

三、数据处理与存储层物联网的数据处理与存储层是对感知层传来的数据进行处理和存储的核心环节。

这一层主要负责对大量的数据进行分析、过滤和处理，提取有价值的信息，并将其存储在数据库或云平台中。

同时，为了避免数据过载和带宽浪费，还需要对数据进行压缩和优化处理。

四、应用与服务层物联网的应用与服务层是最接近用户和应用场景的一层。

通过这一层，用户可以通过终端设备（如手机、平板电脑）与物联网设备进行互动，并获取所需的服务和信息。

这一层的应用包括智能家居、智能城市、智能交通等各种应用场景，可以带给用户更加便捷和智能的生活体验。

五、安全与隐私保护层由于物联网涉及到大量的设备和数据，安全与隐私保护成为物联网发展中重要的一环。

这一层包括物理安全、通信安全、数据隐私保护等方面的措施，通过加密、认证、访问控制等手段，确保物联网系统的安全性和可靠性。

物联网的工作原理可以总结为感知、传输、处理和应用四个环节，通过各个环节的配合和协调，实现设备之间的互联互通，将物理世界与数字世界有机地结合起来。

随着技术的不断进步和应用场景的拓展，物联网正日益深入到人们的生活和工作中，为人们带来了更多的便利和可能。