物联网安全架构研究
物联网系统的架构设计与优化
物联网系统的架构设计与优化随着物联网技术的快速发展，物联网系统的架构设计和优化成为了保障系统性能和功能的重要环节。
本文将介绍物联网系统的架构设计原则、常用架构模式以及优化方法。
一、物联网系统架构设计原则1. 可伸缩性：物联网系统需要支持海量设备和数据的接入和处理能力，架构设计应具备良好的可扩展性和可伸缩性，能够灵活应对不同规模的系统需求。
2. 可靠性：物联网系统承载着大量的关键数据和任务，架构设计应确保系统的可靠性和稳定性，能够在各种异常情况下保障系统的正常运行。
3. 安全性：物联网系统需要处理大量的敏感数据，包括用户隐私信息等。
架构设计应注重网络安全性，采取适当的安全策略和措施，保护用户数据的安全。
4. 低延迟：物联网系统中，往往需要实时响应和处理大量的数据。
架构设计应注重降低系统的延迟，提高数据的处理效率，确保系统能够及时响应用户的请求。
5. 灵活易用：物联网系统的用户群体广泛，因此架构设计应注重用户体验，提供简单易用的界面和功能，降低用户使用的门槛。
二、常用的物联网系统架构模式1. 集中式架构：集中式架构是一种常见且简单的物联网系统架构模式。
所有设备通过物联网网关连接到云服务器，设备和网关之间的通信使用标准的通信协议，如MQTT或CoAP等。
云服务器负责接收和处理设备的数据，并提供数据存储、分析和应用服务。
2. 边缘计算架构：边缘计算架构适用于需要在设备或网络边缘进行数据处理和分析的物联网系统。
边缘设备具备一定的计算和存储能力，能够进行部分数据处理和筛选，减轻云服务器的负载，并降低数据传输延迟。
3. 分布式架构：分布式架构是一种将物联网系统功能划分为多个独立模块，各个模块可以分布在不同的服务器上进行处理的架构模式。
分布式架构可以提高系统的可伸缩性和可靠性，减少单点故障的风险。
4. 混合架构：混合架构结合了集中式架构和边缘计算架构的优势。
设备通过物联网网关连接到云服务器进行数据存储和分析，同时部分数据处理和分析也在边缘设备上进行，以实现更高效的系统性能和更低的延迟。
物联网安全系统架构与实现
物联网安全系统架构与实现随着物联网的发展，其应用范围和安全问题也越来越突出。
物联网安全问题的严峻性和复杂性已经得到广泛的认可，针对这一问题，世界各国都在积极研究并制定相应的标准和规范，如ISO/IEC 27001、NIST Cybersecurity Framework等。
物联网安全系统架构是物联网安全问题解决的关键，本文将从物联网安全系统架构的设计原则、关键技术和实现思路等方面进行探讨。
一、物联网安全系统架构设计原则1.综合考虑物联网特点物联网系统是由大量智能终端设备、传感器、控制器等组成的分布式网络系统，其特点是规模庞大，端点数量多，单个节点计算能力较弱，具有异构性、开放性、服务性等特点。
在物联网安全系统架构设计时，必须充分考虑这些特点，促进系统各部分之间的协调与互联，保证系统的整体安全性和稳定性。
2.遵循安全原则物联网安全系统架构必须遵循最小权限原则、安全审计原则、完整性保护原则、可信任体系原则等基本安全原则，规范、管理和保护系统内各组成部分，确保系统的安全性和可靠性。
3.全面保护关键信息物联网系统中涉及到的信息较为敏感，安全性要求相对较高，因此，在物联网安全系统架构设计时，需要对系统中所有关键信息进行全面保护和加密传输，包括数据传输的加密和认证、终端设备身份验证等措施。
4.提高系统的可扩展性和互操作性在物联网的发展过程中，终端设备、新的协议、服务和应用层的不断提出，物联网安全系统架构应该在保证安全性的情况下，保持架构的可扩展性、灵活性和可互操作性，让新的设备、协议的接入更加容易。
二、物联网安全系统架构关键技术1.物联网安全协议物联网安全协议是保证物联网数据传输安全的基础，一般分为传输协议和应用层协议。
常见的传输协议有：TLS、IPSec、SSH 等。
应用层协议的安全机制则需要根据具体业务实现，包括身份认证、访问控制、加密机制、消息完整性保护等。
2.物联网安全管理平台物联网安全管理平台是实现物联网安全管理的关键，包括终端设备的认证和授权、安全事件的处理和管理、日志审计、策略管理等功能，可用于实现物联网内部的安全防范和事件响应。
物联网的技术架构
物联网的技术架构随着科技的发展，物联网（Internet of Things，简称IoT）正在成为现代社会中的重要组成部分。
物联网是指通过互联网将物理世界与数字世界进行连接和交互的网络。
在物联网的背后，有一个复杂而庞大的技术架构支撑着其运行和发展。
本文将介绍物联网的技术架构，并探讨其中的关键要素。
一、物联网的技术架构概述物联网的技术架构由不同层次的组件组成，包括感知层、传输层、网络层、应用层和安全层。
每一层都扮演着不同的角色，共同构建起物联网的整体架构。
1. 感知层感知层是物联网的起点，它负责收集各种物理世界的数据。
这些数据可以来自各种传感器、监测设备以及其他物理设备。
感知层的目标是将这些数据转化为数字信号，以便传输并进行后续处理。
2. 传输层传输层承载着物联网中的数据传输任务。
它负责将感知层采集到的数据传输到网络中，并确保数据能够稳定、高效地传送。
在物联网中，数据传输可以通过有线或无线网络进行，例如以太网、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。
3. 网络层网络层是物联网的核心层，它连接了各种物理设备，并提供了在物联网中进行数据交换和通信的基础设施。
在网络层中，数据可以通过不同的协议进行传输和路由。
例如，IPv6是物联网中常用的网络协议，它支持更多的IP地址，使得物联网中的设备能够互相通信。
4. 应用层应用层是物联网中最上层的层次，它包含了各种应用和服务。
在应用层中，物联网的数据可以被分析、处理和利用。
例如，通过应用层的数据分析，可以实现智能家居、智慧交通、智能农业等应用。
5. 安全层由于物联网中涉及大量的敏感数据，如个人信息、财务数据等，因此安全层是非常重要的。
安全层负责保护物联网中的数据和设备免受各种安全威胁和攻击。
它包括身份认证、数据加密、访问控制等安全机制。
二、物联网技术架构的关键要素除了上述的各个层次，物联网的技术架构还包含了一些关键要素，它们对于物联网的发展起着重要的作用。
1. 云计算云计算是物联网的重要支撑技术之一。
物联网安全架构与技术路线研究
标识 、 跟踪 、 接、 联 控制、 管理地球上 的物体的一举 一动 ， 比给地球加上了 好 一 申 经系统。这个神经系统 有末 梢 （ 物联 网终端 ） 、
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收稿时间： ０２ ０— ６ ２ １ — ３ ２
基金项目： 国家自然科 学基金 面上项目［１７ ２７、湖北省高等学校省级教 学研究项 目［０１２ 、２ １１５ ６１０ １］ ２ １１３ ０ １２ ］ 作者简介： 任伟 （ ９３ ） １ ７ 一 ，湖北，副教授 ，博士，中国计算机学会计算机 安全专委会委员，主要研 究方向 ： 密码学和信息网络安全。
１物联 网的基本概念与发展历程
１１物联 网 的概 念 ． 文献 ［ 认为 ： １ ］ 物联 网 （ｎｅｎｔ ｆ ｈｎ ｓ 是 一个基于互联网、传统 电信 网等信息承载体 ，让所有能够被独立寻址 的普通物 Ｉｔｒｅ ｏ ｉｇ ） Ｔ
理对象实现互联互 通的网络。它具 有普通对象设备化 、 自 治终端互联化和普 适服务智能化 ３ 个重要特征方审定 ，但 是传播范围很广 ： 过 Ｒ Ｉ 通 Ｆ Ｄ、 红外感应器、全 球定位 系统 、激光扫描器等信息传感设备， 按约定 的协议 ，把任何 物品与互联 网连接起来 ，进行信息交换和通信 ，
信网中以人为 中心的接入方式 不同，Ｍ２ 中接人 的对象是设 Ｍ 备，且 这些设备通常是 无人看守 的 （ 因此 Ｍ２ Ｍ设 备可能是机
卡一体 的） 。当然，广义上 Ｍ２ Ｍ可泛指机器之间的通信。
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图１ 物联网体系架构
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作用是为远 端设备提供 无线通信 接人 Ｉ ｔｒ ｅ 的能力 。Ｍ２ ｎｅｎ ｔ Ｍ 很 多时候可视 为一种接入方 式，这种 接入方式和无 线移动通
物联网的网络架构与关键技术
物联网的网络架构与关键技术物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过互联网与传感器、装置等物件相连，实现物与物之间的智能互联。
物联网的快速发展使得各类设备能够实时互联互通，为人们带来了便利和智能化的生活体验。
在实现物联网的过程中，网络架构和关键技术起着至关重要的作用。
一、物联网的网络架构物联网的网络架构是指为连接物理设备和系统构建的网络结构。
物联网的网络架构可以分成三层：感知层、网关层和云平台层。
感知层是物联网网络架构的基础层，主要包括传感器、RFID、智能设备等物理设备。
这些设备负责感知和采集环境中的数据，并将其转化为数字信号进行传输。
网关层是将感知层的设备连接到云平台层的关键环节。
网关层的设备将感知层采集到的数据进行整合和处理，通过各种通信协议将数据传输到云平台层。
网关层的设备具有处理能力和通信能力，能够对数据进行初步处理和分析。
云平台层是物联网的核心层，负责接收、存储和管理来自感知层和网关层的数据。
云平台层的设备具有较强的计算和存储能力，可以实现数据的分析、挖掘和应用。
云平台层还可以提供数据的共享和开放接口，为其他应用系统提供服务。
二、物联网的关键技术1. 通信技术物联网中的设备需要能够实现稳定可靠的通信。
目前，物联网中常用的通信技术包括无线传感器网络、蓝牙、WiFi、ZigBee等。
这些通信技术具有不同的特点和适用场景，可以根据具体需求选择合适的通信技术。
2. 数据存储与处理技术物联网中大量的设备和传感器产生的数据需要进行存储和处理。
云平台层需要具备高效的数据存储和处理能力。
目前，常用的数据存储技术包括关系型数据库、分布式文件系统、NoSQL数据库等。
同时，还需要设计合适的数据处理算法和技术，以提高数据的分析和挖掘效率。
3. 安全与隐私保护技术物联网中的数据传输和存储面临着安全和隐私泄露的风险。
因此，物联网需要采取一系列的安全和隐私保护技术来保护数据的安全性。
常用的安全技术包括身份验证、加密传输、防火墙等。
物联网的架构和关键技术
物联网的架构和关键技术物联网（Internet of Things, IoT）是指将各种物理设备与传感器通过互联网连接，实现信息的传输与交互。
它的出现使得各种设备可以实现相互联通，不再是孤立的存在。
本文将介绍物联网的架构和关键技术。
一、物联网的架构1.感知层：感知层是物联网的基础，它包括各种传感器、执行器和物理设备。
这些设备负责感知环境中的信息，并将数据采集传输给物联网平台。
2.网络层：网络层负责将感知层中采集到的数据进行传输并连接各个设备。
其中包括无线传输技术、有线传输技术和卫星通信等。
3.平台层：平台层是物联网的核心部分，它负责数据的处理和存储，并提供给上层应用使用。
常见的物联网平台包括云计算平台、大数据平台等。
4.应用层：应用层是物联网最终对用户提供服务的一层，它通过对物联网平台的访问，实现各种应用功能。
比如智能家居、智慧物流、智慧城市等。
二、物联网的关键技术1.传感技术：物联网依赖于各种传感器来获取环境中的信息。
传感技术包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。
这些传感器能够将环境中的参数转化为电信号，并通过无线或有线传输技术传输给其他设备。
2.通信技术：物联网中各个设备之间需要进行数据的传输和通信。
常见的通信技术包括蓝牙、WiFi、ZigBee等。
这些技术能够实现设备之间的无线连接，使得数据能够快速地传输和交互。
3.云计算技术：云计算技术在物联网中起到了重要的作用。
它能够提供数据的存储和处理能力，使得物联网中的大量数据能够被有效地处理和存储。
同时，云计算技术还可以为上层应用提供强大的计算能力。
4.安全技术：由于物联网中涉及到的设备和数据非常庞大，因此安全问题成为物联网发展的重要考虑因素。
安全技术包括身份认证、数据加密、物理安全等。
这些技术能够保护物联网中的数据和设备不受到恶意攻击和非法访问。
5.大数据技术：物联网中产生的数据非常庞大，对数据的处理和分析成为了一个重要的问题。
大数据技术能够对物联网中的数据进行高效的存储、分析和挖掘，从中发现有价值的信息，为决策提供支持。
物联网的技术架构详解
物联网的技术架构详解物联网（Internet of Things，IoT）是指将各种物理设备、物品、传感器、执行器等通过互联网连接起来，实现信息的交互和共享，从而实现智能化管理和服务的一种技术。
物联网的技术架构包括感知层、网络层、平台层和应用层，下面将对每个层次进行详细解释。
一、感知层感知层是物联网的第一层，它的主要功能是收集各种数据和信息。
感知层可以通过各种传感器和执行器来收集物品的数据和信息，例如温度、湿度、位置、重量等等。
这些数据和信息可以通过感知网、短距离无线通信技术等手段传输到网络层。
感知层还需要考虑如何实现低功耗、低成本、高可靠性等需求，以便实现物联网的长期监测和控制。
在感知层中，传感器是核心设备之一。
传感器是一种能够感受外界信号并将其转化为电信号的装置，它可以将温度、湿度、压力、重量、光等物理量转化为电信号，从而实现物理世界和数字世界的连接。
传感器技术的发展是物联网发展的重要基础之一，它能够提高物联网系统的精度和可靠性。
另外，感知层还需要考虑执行器的设计。
执行器是一种能够将数字信号转化为物理量的装置，例如电机、控制阀等。
执行器需要满足快速响应、高精度、高稳定性等要求，以便实现物联网系统的控制和调节。
二、网络层网络层是物联网的第二层，它的主要功能是将感知层收集到的数据和信息进行传输和通信。
网络层需要支持各种通信协议和网络协议，例如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等等，同时还需要考虑如何实现数据的安全传输和可靠性保障。
在网络层中，无线通信技术是关键技术之一。
无线通信技术可以通过无线电波、微波等方式实现数据的传输和通信。
在物联网系统中，无线通信技术需要满足低功耗、低成本、高可靠性等要求，以便实现物联网系统的长期监测和控制。
另外，网络层还需要考虑数据的安全性和可靠性。
物联网系统需要面对各种安全威胁，例如黑客攻击、数据泄露等。
因此，网络层需要采用各种安全机制和技术手段，保障物联网系统的安全性。
物联网技术的使用技巧和网络架构设计原则
物联网技术的使用技巧和网络架构设计原则随着信息技术的发展和智能设备的普及，物联网技术已经成为了现代社会中至关重要的一部分。
物联网技术的广泛应用涉及到使用技巧和网络架构设计原则。
本文将就物联网技术的使用技巧和网络架构设计原则进行详细探讨。
一、物联网技术的使用技巧1. 数据安全和隐私保护物联网技术的使用必然会涉及海量的数据收集和处理。
因此，确保数据的安全性和隐私保护显得尤为重要。
在使用物联网技术时，应妥善管理和保护数据，采取加密和访问控制等措施，防止数据泄露和未授权访问的风险。
2. 设备互操作性和标准化物联网设备通常来自不同的制造商，具有不同的硬件和软件平台。
为了确保各种设备之间的互操作性，应推动制定统一的通信协议和数据标准，以便设备之间可以相互交流和共享数据。
这有助于降低设备集成和开发的难度，并促进物联网技术的广泛应用。
3. 节能和可持续发展物联网设备的数量不断增加，因此节能和可持续发展成为了使用物联网技术的重要考虑因素。
在使用物联网技术时，应避免设备的过度耗能，选择低功耗设备，合理管理设备的供电，推广使用可再生能源等方式，以减少对环境的负面影响。
二、网络架构设计原则1. 分层架构物联网网络通常由边缘设备、网关、云服务器等多个层次组成。
为了提高网络的可扩展性和性能，应采用分层的网络架构设计。
通过将不同层次的功能和处理能力划分到不同的层次中，可以降低系统的复杂性，方便网络的管理和维护。
2. 弹性和容错性物联网网络需要能够适应不断变化的环境和需求。
因此，网络架构设计应具备弹性和容错性。
弹性指网络能够根据需求自动扩展或收缩，以适应不同规模的设备连接。
容错性是指网络能够容忍设备故障或异常情况，确保网络的持续可用性。
3. 安全性和隐私保护物联网涉及到大量的设备连接和数据交换，网络架构设计应重视安全性和隐私保护。
为了确保网络的安全，应采用安全的通信协议和加密机制，建立严格的访问控制和身份认证机制。
同时，应尽量减少个人隐私信息的暴露和泄露风险。
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感 知层 、 传输层和应用层三个层面 总结了物联 网面临的安全威胁 ． 并提 络层也 面临着更高更为复杂的安全威胁 主要是 因为物联网网络层 由 出了相应的安全措施 ． 为建立物联网的安全架构提供了理论参考框架 多样化的异构性 网络相互连通而成 ． 因此 实施安全认证需要跨网络架 １感知层的安全性 ． 构， 这会带来许多操作上的困难。通过调查 分析可以认为网络层有后 （假 １ 中间人攻 击等 ： ）Ｏ （ Ｄ Ｓ攻击 、 ２ 感 知层是最 为基本 的一层 ． 负责完成 物体 的信息采集 和识别 。感 面几种情形 的安全威胁 ： ） 冒攻击 、 ＤＳ （ 跨异构 网络 的网络攻击。 目 的物联 网网络层中 ， ３ 在 前 传 知层需要 解决高灵 敏度 、 面感知能力 、 全 低功耗 、 微型化 和低成本 问 Ｄ Ｏ 攻击 ； ） 题。感 知层包括多种感知设 备 ． Ｒ Ｉ 如 Ｆ Ｄ系统、 各类型传感器 、 摄像头、 统的互联网仍是传输多数信息的核心平台 在互联 网上 出现 的安全威 如 Ｏ Ｄ Ｓ等 ． 因此我 们可 以 Ｇ Ｓ系统等 。 Ｐ 在基于物联 网的应用服务中 ， 感知信息来源复杂 ， 需要综 胁仍然会 出现在物联 网网络层上 ． Ｄ Ｓ和 Ｄ Ｏ
都具有较好 的计算能力和通信能力。 此外人侵检测方法和联通性安全 等也是传感网常用 的安 全手段 因为传感 网有 一定的独 立性 和封闭 性。 它的安全性一般不会影响到其他网络 的安全 相 比与传统的互联 网， 物联网的构成环境更为复杂 ， 的外部威胁会 大大增 多 ． 面对 因此面 向传感 网应用传统的安全解决方案 ． 必须增 强它们 的安 全技术 和级别 后方能应 用到实 际场合 中。 目前密码技术发展 较快 ． 多种密码技术 有 可应用在传感 网的安全架构 中， 如轻量级密码协议 、 轻量级密码算 法 、 可设定安全级别 的密码技术等
从政府到企业和科研机构等不 同层面的重视 。 保证物联 网安全是推动物联 网健康发展 的重要前提。 文面向 目 本 前联 网目前主流体 系架构 ． 从从 感知层、 传输层和应 用层三个层面研究 了物联 网面临的安全威胁 ， 出 了 并提 相应 的安全措施 ， 为建立物联 网的安全架构提供 了理论参考框 架。 【 关键词 】 物联 网； 安全 架构 ； 密码
２１ 年第２ 期 ０２ Ｏ
科技 －向导
◇ 信息技 术◇
物联网安全架构研究
刘 屹
（ 南方报 业传媒集团南方新 闻网
广东
广州
５ ００ ） １ ６ １
【 要】 摘 随着物联网技术和应用的发展 ， 已经掀起了一场 Ｉ Ｔ革命， 促进了社会经济发展 ， 并改变了 人们的生活。 物联网技术和产业正受到
２网络层 的安全性 ．
物联网的网络层是实现物体互联的通信 网络系统． 负责完成物体 之间的信 息传递 和交换， 融合 了现有 的所有异构网络 ， 联网 、 如互 移动 通信网、 广播 电视 网等。它负责将从感知层 的感 知设备 采集到的信息 传送到应用业务层 ， 为上层提供可靠 安全 的信息传 输服务。由于网络 层的异构性 ． 在实 际的应 用环境下 ． 网络层 可能会 由多个不 同类型的 网络组 成 ， 这便给信息的传递带来极大的安全威胁 。
０引 言 ． 物联 网的核心概念是通过物体（ 人１ 包含 之间的互 连来完 成物体 与 物体之间的信息交换 ， 实现 物体 之间的信 息通 信 。物体通 过网络互 相连接 ， 实现信息资源共享和各种服务 和应用 。物联 网有三个 主要特 点： 一是全面感知 ． 即利用各种感知设备如 Ｒ Ｉ 、 ＦＤ 传感器等从环境中搜 集物体息； 二是可靠传输 ， 即融合多种网络 ， 动通信 网、 如移 互联 网、 广 电网等 ， 过这些 网络将感知信息到数据处理 中心 ； 通 三是智 能处理 。 即 应用智能计算技术分析和处理数据处理 中心 的海量数据． 为基 于物联 网的各种应用服务提供支持 目 前物联网的体系结构基 于上可以划分
合处理和利用 在 当前物联网环境与应用技术下。 由各 种感 知器件 构 成的传感网络是支撑感知层 的主体。 传感网络内部的感知器件与外网 的信息传递通过传感 网络 的网关节点 ． 网关节点是所 有内部节点与外 界通信的控制渠道 ． 因此传感网的安全性 便决 定了物联网感 知层的安 全性 通过分析， 感知层所面临的安全威胁 可能有 以下几种情况 ： （） １非法方控 制了网关节点 （） ２ 非法方窃取 了节点密钥 ． 控制了普通节点 。 （） ３ 网关节点 或普 通节点受到来 自于网络的拒绝服务攻击 ． 成 造 网络瘫痪。 （） ４ 海量的传感 节点接入到物联网 ． 会带来节点识别 、 节点认证和 节点控制等诸多问题 。 在一般 的应用 中 ， 由于窃取 网关节 点的通信密钥 比较 困难 ． 因此 非法方实际控制传感 网的网关节点的可能性很小 内部传感节点与网 关节点之 间的共享密钥是最 为关键 的安全要素 ， 一旦该 密钥被 非法方 所窃取 ． 那么非法方便能利用共享密钥获取一切经过该网关节点传送 的信息， 这样一来传感 网便完全没有安全性可 言。如果该共享 密钥 没 有被非法方掌握 ． 么非法方就无法通过控制网关节点来任意修改传 那 借助已有的互联 网安全机制或防范策略来增强物联 网的安全性 由于 物联网上的终端类型种类繁多 ， 小如 Ｒ Ｉ 签 ， ＦＤ标 大到用户 终端 ， 各种 设备的计算性 能和安全 防范能力差别非常大 ． 因此面 向所有的设备设 计出统一完整 的安全解决方案非常困难 ． 最有效的方法是针对不同的 网络安全需求设计 出不 同的安全措施 物联网网络层的安全机制主要可 以划分为两类 ．分别为节 点到节 点机密性 和端到端机密性 。实施节点到节点机密性需要节点间的认证 和密钥协商协议 ： 实施端到端的机密性则要建立多种安全策略， 如端到 端的密钥协商策略 、 到端的密钥管理机制已及选取密码算法等。 端 在异 构 网络环境下 ． 不同业 务有不 同的安全要求 ． 安全策略要根据需要 实施 选择或省略以上安全机制来满足实际需求 。 目 的网络环境下 。 在 前 数据 的传输方式有三种 ． 分别为单播方式 、 组播方式和广播方式。不 同的数
为感知层 、 网络层和应用层 ． 各个不 同层面的安全性问题 已经有许多安 全技术 和解决方案 。但是物联网的应用是一个基于三个层面的整体 ． 仅仅简单叠加各个层面 的安全策 略不能为整个系统应用提供可靠的安 全保 障 目前 国 际学术 界针 对物 联 网安 全架 构 已广泛 开 展研 究 。 Ｍ ｌｇｎ ｕ ｉ 等总结和分析了物联网的研究现状． ｌａ 并对物联网安全性 问题做 了展望 Ｌ ｕｓ ｅｓｅ等提出了一个基于物联网服务的安全模型， 并介绍和 分析其包含的模块月 。本文从 目前物联网的主流体 系架构出发 。 分别从