物联网体系架构
物联网体系结构
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。
物联网-第2章 物联网体系架构-物联网——体系结构、协议标准与无线通信-高泽华-清华大学出版社
2.2 网络传输层
➢ IPv6
➢ 地址空间巨大 ➢ 地址层次丰富 实现 IP 层网络安全 无状态自动配置
2.2 网络传输层
➢ 传输网与传感网的融合
2.3 应用层
➢ 应用层是物联网运行的驱动力，提供服务是物联网建设的价值所在。应用 层的核心功能在于站在更高的层次上管理、运用资源。感知层和传输层将 收集到的物品参数信息，汇总在应用层进行统一分析、挖掘、决策，用于 支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、控制、共享、互通，提升 信息的综合利用度。应用层是对物联网的信息进行处理和应用,面向各类 应用,实现信息的存储、数据的分析和挖掘、应用的决策等,涉及到海量信 息的智能分析处理、分布式计算、中间件等多种技术。 网络传输层 2.3 应用层 2.4 物联网体系构架
第2章 物联网体系架构
➢ 物联网是互联网向世界万物的延伸和扩展， 是以实现万物互联的一种网络。万物互联是 实现物与物、人与人、物与人之间的通信。 物联网系统架构和标准的技术体系包括：感 知层、传输层、应用层。
（1）感知网用于采集与传输环境信息 （2）接入网由一些网关或汇聚节点组成，为感知网与外部网络或控制中心之间的通信提
供基础通信接入设施 （3）网络基础设施是指下一代互联网NGN （4）中间件由负责大规模数据采集与处理的软件组成 （5）应用平台涉及未来各个行业，它们将有效使用物联网提供服务以提高生产和生活的
➢ 业务模式和流程
➢ 1.业务模式
➢ 业务定制模式 ➢ 公共服务模式 ➢ 灾害应急模式
➢ 2.业务描述语言
➢ XML ➢ UML ➢ BPEL
➢ 3.业务流程
2.3 应用层
➢ 服务资源
➢ 1.标识
物联网标准体系架构
物联网标准体系架构物联网（Internet of Things, IoT）是指利用互联网技术，将传感器、执行器、通信设备等各种物品连接起来，实现信息的感知、识别、定位、追踪、监控和管理的智能化网络。
物联网的发展对标准化提出了更高的要求，因为标准化是物联网应用的基础和保障，是实现物联网互联互通的重要手段。
物联网标准体系架构是指在物联网领域内，为了规范和统一物联网技术、产品、服务和管理而建立的标准体系框架。
一、物联网标准体系架构的基本原则。
1. 开放性原则。
物联网标准体系架构应当具有开放性，充分考虑各种不同技术体系和标准的融合，促进不同物联网系统之间的互联互通。
2. 综合性原则。
物联网标准体系架构应当具有综合性，包括物联网技术、产品、服务和管理等多个方面，形成一个完整的标准体系。
3. 先进性原则。
物联网标准体系架构应当具有先进性，及时吸收和反映新技术、新产品、新服务和新管理方法的发展趋势，推动物联网标准的不断更新和完善。
二、物联网标准体系架构的主要内容。
1. 物联网技术标准。
物联网技术标准是物联网标准体系架构的核心内容，包括物联网感知层、传输层、应用层等多个方面的标准。
感知层标准主要包括传感器、执行器、无线通信等技术标准；传输层标准主要包括物联网通信协议、网络技术标准；应用层标准主要包括物联网应用接口、数据格式、安全标准等。
2. 物联网产品标准。
物联网产品标准是物联网标准体系架构的重要组成部分，包括物联网设备、终端、网关、平台等产品的标准。
产品标准主要包括产品规范、性能要求、测试方法、认证标识等。
3. 物联网服务标准。
物联网服务标准是物联网标准体系架构的重要内容，包括物联网应用服务、管理服务、定位服务等多个方面的标准。
服务标准主要包括服务规范、服务质量、服务流程、服务接口等。
4. 物联网管理标准。
物联网管理标准是物联网标准体系架构的关键内容，包括物联网资源管理、安全管理、性能管理等多个方面的标准。
管理标准主要包括管理规范、管理体系、管理方法、管理工具等。
物联网体系结构
物联网体系结构
物联网体系结构由终端设备、数据处理平台、通信支持服务和应用层服务组成。
终端设备是物联网系统中最基本的部分，其功能是采集环境变量，如温度、湿度、压力、电流等，并把相应的信息处理成数据发送给数据处理平台或直接与应用端通信。
我们
可以使用传感器获取实时信息并将其发送给终端设备，终端设备负责收集、处理和发送信息。
数据处理平台的功能是存储和管理来自物联网系统的数据，一般使用数据库技术去进
行储存和处理工作。
同时，它还提供软件接口供下游应用端调用。
通信支持服务为物联网系统提供连接，包括宽带技术、无线技术等。
它主要负责提供
下行和上行数据通信服务，以及服务订阅，数据流控制，安全传输，等技术支持服务。
应用层服务是物联网系统最高层，它是系统的最终使用者和物联网系统的操作者。
应
用服务提供的功能包括数据可视化、数据分析、设备管理等，以及应用程序开发平台。
应用层服务提供了一个统一的界面，用户可以通过界面交互控制物联网系统中的设备，并获取设备的实时数据，进行自动化控制和管理。
另外，应用层还提供了一个开放平台，
开发者可以在平台上快速开发，部署和发布他们的应用程序，创造了丰富的应用场景。
上述是物联网体系结构的基本架构，它提供了系统的实时控制能力和数据分析能力，
为物联网的发展和研究提供了可能和帮助。
物联网体系架构
泛在服务
• 泛在服务以无所不在、无所不包、无所不 为为基本特征，以实现在任何时间、任何 地点、任何人、任何物都能畅通地通信为 目标，是人类通信服务的极致。
物联网体系架构
• 1、泛在网体系框架 • ITU-T在Y.2002中分为： • 底层传感网络、泛在传感网接入网络、泛
在传感网络中间件、泛在传感网络基础骨 干网络、泛在传感网络应用平台。如下图：
• 半导体、陶瓷、复合材料、金属材料、高 分子材料、超导体材料、光纤材料、纳米 材料传感器
• 5、按能量分 • 能量转换型、能量控制型传感器 • 6、按制造工艺 • 集成传感器、薄膜传感器、厚膜、陶瓷
• 基于双绞线铜缆的xDSL技术 • 1、电话网铜线(DSL)
• 2、高比特率数字用户线(HDSL)
• BOSS：统一管理客户集团信息，业务受理、
物联网的体系架构
• 通用物联网体系结构：感知层、网络层、 数据智能处理层和应用层。
• 感知层就像人的皮肤和五官，用来识别物 体，采集信息；包括信息采集和末梢网络 两个子层，传感器、二维码、条形码、RFID、 智能装置等作为数据采集设备，将采集到 的数据通过末梢网络上传给网络层。末梢 网络包括传感网、无线传感网、工业控制 网络、无线个域网、家庭网以及各种短距 离无线通信网络。
• 用户隐私安全包括对用户个人资料等信息 进行有效保障，不能泄露用户隐私信息。
• 物联网的运营可以分成两大类：面向公众 提供的物联网服务和面向行业提供的物联 网专用服务。面向公众提供的物联网服务 是建设一张面向公众服务的广域物联网， 网络建设和网络维护需要长期投入人力和 物力，从集约化和节省全社会的角度看， 通信运营商凭借丰富的专业经验、较低的 人员维护成本、一体化维护优势，是最佳 的建设方和维护方。面向行业提供的物联 网专用服务主要指某些行业单独设立的通
物联网标准体系框架
WF-IoT 融合物联网技术及应用
~ 1 ~
物联网标准体系框架
物联网标准体系划分为基础类、感知类、网络传输类、服务支撑类、业务应用类、共性技术类等六个大类，见图1所示。
图1 物联网标准体系框架示意图
其中：
● 基础类标准。
统一物联网术语、体系架构、参考模型和需求等总体标准。
● 共性技术类标准。
针对物联网新的需求，研制安全、标识等新的物联网
共性标准。
● 感知类标准。
感知类的技术和标准是物联网标准工作的核心和重点。
● 网络传输类标准。
针对物联网未来需求，优化网络传输技术及标准。
● 服务支撑类标准。
针对物联网应用的支撑标准。
● 业务应用类标准。
解决物联网行业应用领域标准。
物联网体系架构课件
要点一
TCP/IP
要点二
MQTT
一种通用的互联网协议族，为物联网设备提供可靠的传输 层协议。
一种轻量级的发布/订阅消息传输协议，为物联网设备提供 数据传输服务。
物联网网络层技术的比较和应用场景
应用场景
不同的物联网应用场景需要选择合适的网络 层技术，以满足数据传输的可靠性、实时性 和安全性等要求。
技术比较
各种网络层技术具有不同的特点，应根据应 用场景的需求进行选择。例如，对于需要低 功耗的设备，应选择LoRa或Zigbee等技术 ；对于需要高速数据传输的设备，应选择 Wi-Fi或以太网等技术。
05 物联网应用层技术
数据处理与分析技术
01
数据清洗
去除重复、无效、错误数据，保证 数据质量。
数据可视化
07 物联网案例分析
智能家居案例：智能音箱与智能灯泡的控制
01
智能音箱
智能音箱作为家庭语音控制中心，可以与智能家居设备连接，实现语音
控制。例如，可以通过语音指令控制智能灯泡的开关、调节亮度等。
02 03
智能灯泡
智能灯泡可以与智能音箱连接，实现通过语音指令控制开关、调节亮度 等功能。同时，还可以根据用户的习惯和需求，自动调整亮度和开关时 间。
无线通信技术
Zigbee
一种低速、低功耗的无线通信技术，适用于智能家居 、环境监测等物联网应用场景。
LoRa
一种长距离、低功耗的无线通信技术，适用于物联网 设备的远程数据传输。
Wi-Fi
高速、高带宽的无线通信技术，适用于物联网设备与 局域网之间的连接。
网络协议与标准（如TCP/IP、MQTT等）
总结
智能交通案例展示了如何通过物联网技术实现车联网和智能交通信号控制，提高道路安全 性和交通效率。
物联网的结构体系
物联网的结构体系物联网（Internet of Things，简称IoT）是指通过将传感器、无线通信技术、云计算、大数据等技术与物体连接起来，实现物理世界与数字世界的互联互通。
物联网的快速发展使得各行各业都纷纷应用其技术，从而构建起复杂而庞大的结构体系。
本文将从物联网的组成部分、网络架构、数据处理和应用层面等方面进行论述，揭示物联网的结构体系。
一、物联网的组成部分物联网的组成部分包含物体、传感器、网络和应用四个主要方面。
1. 物体物体是指连接到网络中的实体，包括各类设备、传感器、智能终端等。
这些物体能够感知、收集和处理数据，并通过网络与其他物体进行通信。
2. 传感器传感器是物联网中的关键技术之一，用于感知物理世界的各种信息，如温度、湿度、光强等。
传感器能够将感知到的数据转换成可传输的数字信号，并通过网络发送到其他设备进行处理。
3. 网络物联网的网络是实现物体之间互联互通的基础设施。
它包括传输介质、通信协议和网络拓扑结构等要素。
常用的物联网网络包括无线传感网、蜂窝网络、以太网等。
4. 应用物联网应用是物联网的核心价值所在，它通过对感知数据的分析和处理，实现对物体的远程监控、智能控制和数据分析。
物联网应用广泛应用于智慧城市、智能交通、农业环保等领域。
二、物联网的网络架构物联网的网络架构是指物体之间的连接方式和关系。
常见的物联网网络架构有集中式架构、边缘计算架构和分布式架构。
1. 集中式架构集中式架构是指物联网中心节点负责接收、处理和分发感知数据。
这种架构适用于规模较小、数据量较少的场景，但缺点是中心节点容易成为单点故障。
2. 边缘计算架构边缘计算架构是指将计算任务从云端下沉到网络边缘，实现数据近端处理和响应。
这种架构具有低延迟、高可靠性的优势，并适用于物联网应用对实时性和隐私保护要求较高的场景。
3. 分布式架构分布式架构是指将计算和存储任务分发到多个节点中进行处理。
这种架构具有高可伸缩性和高容错性的特点，能够满足大规模物联网应用的需求。
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物联网中间件系统软件
• 中间件是位于数据感知设备与后台应用软
件之间的一种应用系统软件。中间件具有
两个关键特征：一是为系统应用提供服务
平台，二是需要连接到网络操作系统，并
且保持运行工作系统。中间件为物联网应
用提供了一系列计算和数据处理功能，主
要任务是对感知系统采集的数据进行捕获、
过滤、汇聚、计算、校对、解调、传送、
• 在信息汇聚型业务中，物联网的终端只需 接受物联网平台管理，执行数据采集、简 单处理、上报等功能，物联网的终端之间 不需要进行通信。
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泛在服务
• 泛在服务以无所不在、无所不包、无所不 为为基本特征，以实现在任何时间、任何 地点、任何人、任何物都能畅通地通信为 目标，是人类通信服务的极致。
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物联网体系架构
• 1、泛在网体系框架 • ITU-T在Y.2002中分为： • 底层传感网络、泛在传感网接入网络、泛
在传感网络中间件、泛在传感网络基础骨 干网络、泛在传感网络应用平台。如下图：
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ETSI制定的M2M体系结构
• M2m是现阶段物联网最普遍的应用形式， m2m在欧洲、韩国、中国已进入部分商业 应用，主要用于安全检测，公共交通、物 流系统、车队管理、工业流程自动化、城 市信息化等。
并且对现场物联网中-心进行管理。
14
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15
• 身份相关业务应用主要利用RFID、二维码、 条码等可以标志身份的技术，并且身份所 提供的各类服务。
• 按照终端是去识别其他身份信息还是被识 别，可以分为主动模式和被动模式，按照 服务提供给个人还是提供给企业，又可以 分为个人应用和企业业务两大类。
• 对于不同应用实现的方式可能有不同，下
• M2M体系架构分为3层：
• 感知层：包括M2M终端、WSN局域网络、 M2M网关、M2M能力和M2M应用
• 网络层：包括接入网、核心网两大部分和
网络管理、终端管理-功能。
23
• 中国移动M2M定义：M2M是通过在机器内 部嵌入移动通信模块，以SMS/USSD/GPRS等 为接入手段，为客户提供的信息化解决方 案，为满足客户对生产监控，指挥调度、 数据采集和测量等方面的信息化需求。
两个子层，传感器、二维码、条形码、RFID、
智能装置等作为数据采集设备，将采集到
的数据通过末梢网络上传给网络层。末梢
网络包括传感网、无线传感网、工业控制
网络、无线个域网、家庭网以及各种短距
离无线通信网络。
-
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• 网络层就像人的神经系统，将信息传送到
大脑进行处理；网络层由各种无线/有线网
关、接入网和核心网实现感知层数据和控
• 行业网关：是承载信息上报、参数配置、 终端状态检测、终端注册等业务的短信上 下行通道。
• BOSS：统一管理客户-集团信息，业务受理、26
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物联网的体系架构
• 通用物联网体系结构：感知层、网络层、 数据智能处理层和应用层。
• 感知层就像人的皮肤和五官，用来识别物
体，采集信息；包括信息采集和末梢网络
第2章物联网体系架构
陈业纲
-
1
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2
-
3
-
4
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5
感知节点
• 传感单元 • 处理单元 • 通信单元 • 电源/供电部分
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6
末梢网络
• 末梢网络即完成应用末梢感知节点的组网 控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送 数据的转发功能。
-
7
核心承载网络
• 主要承担接入网与信息服务之间的数据通 信任务。
存储和任务管理，减少从感知层到应用层
数据量。同时，中间件还可提供与其他RFID
-
11
• 一般中间件系统由读写器接口、事件管理 器、应用程序接口、目标信息服务和对象 名解析服务等功能模块。
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网络操作系统
• 物联网通过互联网实现物理世界的任何物 品的互联，在任何地方、任何时间可识别 任何物品，使物品成为附有动态信息的 “智能产品”,并使物品信息流和物流完全同 步，从而为物品信息共享提供一个高效、 快捷的网络通信与云管理系统
• 物联网管理机构包括企业物联网信息管理 中心、国家物联网信息管理中心以及国际 物联网信息管理中心。
• 企业物联网信息管理中心负责管理本地物 联网，它是最基本的物联网信息服务管理 中心，为本地用户提供管理、规划及解析 服务。
• 国家物联网信息管理中心负责制定和发布
国家总体标准，负责与国际物联网互联，
制信息的双向传送、路由和控制。接入网
包括IAD、OCT、DSLAM、交换机、射频接
入单元、2G/3G蜂窝移动接入、卫星接入等，
核心网主要由各种光纤传送、IP承载网、下
一代网络(NGN),下一代互联网(NGI)、下一代
广电网（NGB）等公众电信网和互联网，也
可以依托行业或企业的专业。
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• 数据智能处理层是实现以数据为中心的核 心技术，包括数据汇聚、存储、查询、分 析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和 行为的理论和技术。数据汇聚包括实时、 非实时物联网业务数据汇总后存放到数据 库中，方便后续数据挖掘、专家分析、决 策支持和智能处理。
图是基于标签的信息获取类服务的一个基
本原理图。
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16
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信息汇聚业务
• 主要由物联网终端采集、处理，经通信网 络上报数据，由物联网平台处理，提交给 具体的应用和服务，由物联网平台统一对 物联网终端、数据、应用和服务以及第三 方进行管理。具体的如自动抄表、电梯管 理、物流和交通管理等。
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协同感知型业务
• USSD（Unstructured Supplementary Service Data）即非结构化补充数据业务，是一种新 型基于GSM网络的交互式数据业务。 当你 使用手机键盘输入一些网络已预先制定的 数字或者符号比如*#-等，再按send也就是拨24
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中国移动制定的M2M体系架构
• M2M平台提供统一的M2M终端管理、终端 设备鉴权，并对目前行业网关尚未实现的 接入方式进行鉴权；支持多种网络接入方 式，提供标准化的接口使得数据传输简单 直接；提供数据路由、监控、用户鉴权等 管理功能。
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8
信息服务系统硬件设施
• 由各种应用服务器组成，还包括用户设备、 客户端等，主要用于对采集数据的融合/汇 聚、转换、分析以及对用户呈现的适配和 事件的触发。
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9
数据感知系统软件
• 主要完成物品的识别和物品EPC编码的采集 和处理，主要由企业生产的物品、物品电 子标签、传感器、读写器、控制器、EPC等 组成