物联网体系架构与关键技术解析

1.物联网的体系架构

物联网的本质就是一个计算机网络系统，物联网的体系架构无疑应该就是计算机网络的体系架构。因此在物联网的研究中存有争议：物联网是否具有自身的技术架构？一种观点认为，物联网无技术架构，因为物联网仅仅是现有技术的集成，没有自身的技术体系，也就谈不上技术架构；另一种观点认为，物联网技术遍布应用信息技术的各个层面，涉及信息技术研究和开发的各个领域，物联网是互联网发展的更高级的阶段，具有自己独特技术要求和技术规范，具有很鲜明的技术特征和技术架构。经过业界不断地争论和观点融合，现在普遍认为，物联网虽然具有计算机、通信、网络、控制和电子方面的技术特征，但简单地集成无法构成一个灵活、高效、实用的物联网。物联网是在融合现有计算机、网络、通信、电子和控制等技术的基础上，通过一系列相关的技术规范和标准，实现物联网的进一步的研究、开发和应用，从而形成自身的技术架构。

（1）三层架构

按照我国对物联网的研究成果，物联网的体系架构有三层架构和四层架构之说。根据业界大家普遍认可的物联网体系架构，物联网由感知层、网络层和应用层三层架构组成。

1）感知层。主要完成信息采集、转换和收集，包含两个部分：传感器（或控制器）和近距离传感网络。如二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息和收集信息。

2）网络层。则主要完成信息的传递和处理，也包含两个部分：接入单元与接入网络和传输网络。如各种私有网络、专网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

3）应用层。主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各种应用相结合，实现更强大的功能。应用层也由两部分组成：中间件和物联网应用。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

（2）四层架构

显然，物联网的网络层与一般计算机网络的OSI网络层的定义和功能有很大的不同，物联网的网络层承担着更多的责任和任务，从而使得物联网的网络层的功能有些模糊或者不那么明确。因此，大家现在更倾向于把物联网的三层架构改为四层架构，在网络层和应用层之间增加一个智能层或平台层的中间层，把网络层的接入单元与接入网络，和应用层的中间件纳入到智能层，把物联网信息的处理和传输分开，利于不同应用之间以及不同物品之间的资源共享和复用，功能的划分更明确。根据上述新的层次划分，物联网有以下四个层次构成：感知层、传输层、智能层（平台层）和应用层。

智能层又称之为平台层。该层主要完成三方面的工作。

1）通过对传感层采集和收集的信息进行动态汇聚、分解、合并和分析等处理，在数字/虚拟空间内创建物理世界所对应的动态视图。

2）对各类传感与设备进行一体化管理，统一传感器技术标准，提高传感器的共享，避免信息重复采集。

3）为上层物联网应用提供数据和信息的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的基础性数据服务。(www.xing528.com)

2.物联网的关键技术

物联网的发展必须有相应的关键技术的支撑，除了物联网赖以生存的计算机网络技术之外，实现物联网的各个层次上，都需要相应的关键技术的支撑。以下按照物联网的不同层次的需求，简要介绍物联网的一些关键技术。

1）感知层关键技术，主要包括传感器技术，如射频标识（RFID）标签和RFID扫描仪技术、视频采集的摄像机技术、一、二维码技术、各种传感器的传感与控制中的嵌入式系统技术以及短距离无线网络技术等。

2）传输层关键技术，由于物联网的传输层依托于现有的通信网和互联网，从而其关键技术除了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带通信技术、公共交换电话网技术、WiFi通信技术等之外，还包含相关的通信终端技术。该技术是实现传感网与通信网结合网桥设备以及为不同应用专门开发的通信终端盒通信模块等。

3）智能平台层关键技术，智能平台层处于传感网与应用之间，是物联网功能实现的关键层。智能平台层需要的关键技术非常多，也相对更复杂，如网络管理技术、流量分析控制技术、数据存储技术、媒体存储分发技术、云计算技术、数据管理与分析技术等。

4）应用层关键技术，应用层主要包含了所有物联网的应用程序，由于不同行业的应用具有不同的功能需求，不同应用将可能使用不同的应用平台，同一种应用很可能使用多种终端等。因此在应用层的关键技术主要是针对终端程序软件开发和终端显示操作方面的技术和应用集成，如移动OA系统开发技术、移动信息管理技术、数据挖掘技术和人机交互技术以及知识发现等技术。

除了以上技术之外，一些计算机网络的通用技术对物联网来说也十分重要，这些技术被称为物联网的公共技术，它们是：编码技术、标识技术、解析技术、信息服务、安全技术和中间件，其中中间件技术是物联网最重要的关键技术之一。物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件把许多可以被共享的功能与接口进行统一封装，提供给应用层多种不同的物联网应用使用。在中间件被统一封装的功能和接口包括通信管理能力、设备控制能力、定位能力等。

还需要进一步说明的是，上述物联网核心技术的开发与应用需要相应的技术平台支撑，在应用层的主要技术支撑平台有公共中间件平台、开放信息平台、云计算平台和服务支撑平台等，而在网络层的主要支持平台更大，如异构网融合、资源与存储、专用网络、远程控制、下一代承载网、M2M无线接入、移动通信网、互联网等平台。

3.物联网数据交换标准

物联网的发展前景非常光明，但目前有一个很大的瓶颈，即是物联网还没有一个国际上统一的数据交换标准。虽然我国已经有公司发起制定了一些相关标准，如清华同方公司在2004年就推出了ezM2M物联网业务基础中间件产品和oMIX数据交换标准，中国移动推出有WMMP标准，中国电信也推出了MDMP标准。如果能够以国家层面的高度来推物联网数据交换标准和中间件标准，一定能够更快地推动我国物联网技术与应用的发展，并领先于世界。

关于物联网的数据交换标准，国外也已提出很多标准，主要集中在应用层和感知层，以配合传输层通道，如对象名字服务/程序标记语言（Object Naming Service/Programmable Macro Language，ONS/PML）标准体系，还有Telematics行业推出的NGTP标准协议及其软件体系架构，包括EDDL、M2MXML、BITXML、oBIX等，还有传感层的数据格式和模型：Transducer ML、ensor ML、IRIG、CBRN、EXDL、TEDS等。如何把这些现有标准融合，统一成为一个HTML式物联网数据交换国际标准，对于未来推动世界物联网技术与应用的发展都十分重要。

2012年2月17日，联合国国际电信联盟（ITU-T）第13研究组会议正式审议通过了“物联网概述”（YIoT-overview）标准草案，标准编号为Y2060。该标准是全球第一个物联网总体性标准（非数据交换标准），对于全球物联网标准化具有重要的里程碑意义。Y2060标准涵盖了物联网的概念、术语、技术视图、特征、需求、参考模型、商业模式等基本内容，将有力地促进在全球范围内对物联网的统一认识，对于指导和促进全球物联网技术、产业、应用、标准的发展都具有重大意义。