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。
物联网体系架构总结汇报
物联网体系架构总结汇报物联网体系架构总结物联网是指通过互联网将传感器、执行器和其他设备连接起来，实现智能化和自动化的系统。
其架构是物联网系统的基础，能够提供高效、可靠和安全的通信和数据处理能力。
物联网体系架构主要包括四个层次：感知层、传输层、网络层和应用层。
感知层是物联网中最底层的一层，主要负责感知和采集物理世界中的信息。
这些信息由各种传感器和执行器收集，并通过物理接口传输到下一层。
在感知层中，各种类型的传感器可以用于监测环境参数、生产数据、安全状况等。
执行器则用于根据传感器的数据来执行相应的操作。
感知层设备通常是低功耗、小型化的，并且需要具备一定的智能化和自适应能力。
传输层是物联网中的重要一层，主要负责将感知层中采集的数据传输到网络层。
传输层需要提供可靠、高效和安全的通信机制。
目前常用的传输技术包括蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、以太网等。
传输层还需要支持多种传输协议，如TCP/IP、MQTT、CoAP等，以满足不同应用场景的需求。
此外，传输层还需要考虑设备的互操作性和可扩展性，以支持不同厂商和设备的联接和协同工作。
网络层是物联网中的核心层，主要负责数据的处理和转发。
网络层包括多个网关，这些网关负责收集和处理感知层的数据，并将其传输到云端或其他应用层设备。
网络层还需要支持多种网络协议，如IPv4/IPv6、6LoWPAN等。
此外，网络层还需要具备自动路由、负载均衡和故障恢复等功能，以确保数据的可靠传输和高效处理。
应用层位于物联网整个架构的最顶层，主要负责应用场景的实现和业务功能的提供。
应用层需要根据具体需求选择合适的应用协议和接口。
常见的物联网应用包括智能家居、智能交通、智慧城市等。
应用层需要提供友好的用户界面和操作方式，以便用户能够方便地使用和管理物联网系统。
总结而言，物联网体系架构是一个由感知层、传输层、网络层和应用层组成的层次结构。
感知层负责感知和采集物理信息，传输层负责数据的传输，网络层负责数据的处理和转发，应用层负责具体应用场景的实现。
工业物联网的体系架构
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。
物联网体系结构(共74张PPT)
1.2 物联网定义
• 物联网中的“物〞的涵义要满足以下条件才能够被纳 入“物联网〞的范围：
一个Zigbee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备 节点组成。
WIFI无线网络
• Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备〔如PDA、 〕 等终端以无线方式互相连接的技术。
•WIFI突出优势：
•其一，无线电波的覆盖范围广 •其二，传输速度非常快
•其三，厂商进入该领域的门槛比较低
WIFI无线网络
1.1 物联网概念
• 物联网的概念是由麻省理工学院Auto-ID研究中心于 1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC 标准，在计算机互联网的根底上，利用射频识别技 术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物 品信息实时共享的实物互联网。
1.2 物联网定义
目前较为公认的物联网的定义是： 通过射频识别〔RFID〕装置、红外感应器、 全球定位系统GPS、激
2.3 物联网感知层关键技术
1. RFID技术 2. 条形码
3. 传感器技术 4. 无线传感器网络技术 5. 产品电子代码EPC
RFID技术
• RFID(Radio Frequency Identification)， 即射频识别，俗称电 子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，可识
具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； • 2〕阅读器(Reader)或读写器：读取(有时还可以写入
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
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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。
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场景一：
• 当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的 感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一 系列事件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天 的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估 算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工 具告知你的同事你将马上到达等。
RFID主要频段标准及特性
• 在对物联网的构想中，RFID标签中存储着规 范而具有互用性的信息，通过有线或无线 的方式把它们自动采集到中央信息系统， 实现物品（商品）的识别，进而通过开放 式的计算机网络实现信息交换和共享，实 现对物品的“透明”管理。
2.2.2 网络层
• 网络层主要承担着数据传输的功能。 • 在物联网中，要求网络层能够把感知层感 知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性 地进行传送，它解决的是感知层所获得的 数据在一定范围内，尤其是远距离地传输 问题。
物联网体系架构
制作人：梁亚飞 张 伟 马 晓
1
概述
感知层 网络层
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4
应用层
• 顾名思义，“物联网就是物物相连的互联 网”。这有两层意思：第一，物联网的核 心和基础仍然是互联网，是在互联网基础 上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端 延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进 行信息交换和通信。
物联网应用场景
网络层关键技术
•· Internet •· 移动通信网 •· 无线传感器网络
Internet
• 物联网也被认为是Internet的进一步延伸。 • Internet将作为物联网主要的传输网络之一， 它将使物联网无所不在、无处不在地深入 社会每个角落。
移动通信
• 移动通信网由无线接入网、核心网和骨干 网三部分组成。无线接入网主要为移动终 端提供接入网络服务，核心网和骨干网主 要为各种业务提供交换和传输服务。 • 移动通信网为人与人之间通信、人与网络 之间的通信、物与物之间的通信提供服务。
感知层关键技术
• 感知层所需要的关键技术包括传感器技术 和RFID(射频技术)等，其中RFID是核心技术。 • 计算机类似于人的大脑，而仅有大脑而没 有感知外界信息的“五官”显然是不够的， 计算机也还需要它们的“五官”—传感器。 • RFID是一种能够让物品“开口说话”的技 术，也是物联网感知层的一个关键技术。
• （1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等 随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边 环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、 湿度，以及用户业务感受、网络状态等。 • （2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、 终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准 确地传递出去。 • （3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种 智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处 理，对物体进行实时智能化控制。
• M2M是现阶段物联网普遍的 应用形式，是实现物联网的 第一步。 • M2M将多种不同类型的通信 技术有机地结合在一起，将 数据从一台终端传送到另一 台终端，也就是机器与机器 的对话。 • M2M技术的目标就是使所有 机器设备都具备联网和通信 能力，其核心理念就是网络 一切（Network Everything）。
小结
• 本章对物联网体系架构从感知层、网络层、 应用层分别进行了介绍。通过介绍各层的 关键技术和在物联网中的功能，帮助读者 更好地理解和研究物联网。
场景二：
• 想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在 我们去超市的时候，家里的冰箱会告诉我们缺少 些什么，也会告诉我们食物什么时候过期。它还 可以跟踪常用的美食网站，为你收集食谱并在你 的购物单里添加配料。这种冰箱知道你喜欢吃什 么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。它可 以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好 处。
• 在移动通信网中，当前比较热门的接入技 术有3G、Wi-Fi和WiMAX。
无线传感器技术网络
• 无线传感器网络（WSN）的基本功能是将 一系列空间分散的传感器单元通过自组织 的无线网络进行连接，从而将各自采集的 数据通过无线网络进行传输汇总，以实现 对空间分散范围内的物理或环境状况的协 作监控，并根据这些信息进行相应的分析 和处理。
2.1 物联网体系架构
• 目前在业界物联网体系架构也大致被公认 为有这三个层次，底层是用来感知数据的 感知层，第二层是数据传输的网络层，最 上面则是内容应用层 。
物联网体系架构
• 目前在业界物联网体系架构也大致被公认 为有这三个层次，底层是用来感知数据的 感知层，第二层是数据传输的网络层，最 上面则是内容应用层 。
物联网三层图示
2.2.1 感知层
• 物联网在传统网络的基础上，从原有网络 用户终端向“下”延伸和扩展，扩大通信 的对象范围，即通信不仅仅局限于人与人 之间的通信，还扩展到人与现实世界的各 种物体之间的通信。 • 物联网感知层解决的就是人类世界和物理 世界的数据获取问题。
• 感知层处于三层架构的最底层，是物联网发 展和应用的基础，具有物联网全面感知的核 心能力。作为物联网的最基本一层，感知层 具有十分重要的作用。 • 感知层一般包括数据采集和数据短距离传 输两部分。 • 此处的短距离传输技术，尤指像蓝牙ZigBee 这类传输距离小于100m，速率低于1Mbit/s 的中低速无线短距离传输技术。
场景三：
• 用户开通了家庭安防业务，可以通过PC或手机等 终端远程查看家里的各种环境参数、安全状态和 视频监控图像。当网络接入速度较快时，用户可 以看到一个以三维立体图像显示的家庭实景图， 并且采用警示灯等方式显示危险；用户还可以通 过鼠标拖动从不同的视角查看具体情况；在网络 接入速度较慢时，用户可以通过一个文本和简单 的图示观察家庭安全状态和危险信号。
• 物联网在我们日常生 活中的应用丰富多彩 。 • 同时物联网也为我们 的生活提供了更多的 方便。
1.2 物联网需求分析
• “物联网”概念的问世，打破了之前的传 统思维。在“物联网”时代，钢筋混凝土、 电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设 施。物联网的本质就是物理世界和数字世 界的融合。
• 物联网是为了打破地域限制，实现物物之 间按需进行的信息获取、传递、存储、融 合、使用等服务的网络。因此，物联网应 该具备如下3个能力 ：全面感知、可靠传递、 智能处理。
2.2.3 应用层
• 感知和传输来的信息进行分析和处理，做 出正确的控制和决策，实现智能化的管理、 应用和服务。 • 这一层解决的是信息处理和人机界面的问 题。
应用层关键技术
人工智能 •· 人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使 各种机器模拟人的某些思维 过程和智能行为（如学习、 推理、思考、规划等），使 人类的智能得以物化与延伸 的一门学科。 M2M
物联网三层构架
应用层
根据底层采集的数据，形成与业务需求相 适应、实时更新的动态数据资源库，为各 类业务提供统一的信息资源支撑，从而最 终实现物联网各个行业领域应用。
物联网
网络层
实现更加广阔的互联网功能，需要传 感器网络与移动通信技术、互联网技术 相融合。
感知层
完成数据采集、通信和协同信息处理。 涉及传感器、RFID、多媒体信息采集 二维码和实时定位等技术。