万物物联网的体系架构和技术
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——万物互联的愿景
物联网——万物互联的愿景一、物联网的基础与原理物联网，其本质是将物体与物体之间建立起互联网连接，利用先进的传感器、RFID、GPS等技术，打破虚拟与现实的界限，赋予万物智能生命。
这一理念的核心在于赋予日常用品数据采集和通信的能力，构建一个无所不在的智慧网络。
1.1 物联网的深度解读物联网不仅是一项技术革新，更是一种颠覆性的思维方式。
它的目标是通过自动化和远程操控，提升效率，降低成本，同时为日常生活注入便捷。
比如，智能家居系统可以自动调节室内环境，优化照明，甚至保障家庭安全；在制造业，物联网允许实时监控设备运行状况，实现预测性维护，有效防止非计划停机。
1.2 物物互联的技术构架物联网的技术框架一般由感知层、网络层和应用层三大层次构成。
感知层如同物联网的感官，捕捉环境和设备的各类数据；网络层则扮演“神经中枢”的角色，将感知层收集的信息传递至云端或数据中心；而应用层则是智慧的决策中心，对数据进行深入处理分析，进而提供智能决策支持和自动化控制。
1.3 关键的数据处理与通信协议在物联网的世界里，数据处理和通信协议至关重要。
例如，MQTT是一种轻便的发布/订阅式消息协议，特别适合资源受限的设备；CoAP则针对低功耗设备进行了优化，简化了HTTP协议，使其更适合物联网环境。
另外，LoRaWAN和NBIoT等技术提供了长距离、低功耗的无线通信解决方案，极大地扩展了物联网设备的覆盖范围。
这些协议和标准的运用，确保了物联网设备间高效、顺畅的信息交流。
二、物联网的市场与趋势物联网，作为科技进步的关键领域，正以前所未有的速度在全球范围内蓬勃发展，对各个行业产生深远变革。
以下我们将深入剖析这一领域的市场规模、发展趋势以及主要驱动力。
2.1 全球物联网市场规模洞察全球物联网市场的规模已达到令人瞩目的规模，年增长率持续高位，广泛渗透至智能家居、智能交通、工业4.0、健康管理等多个领域随着技术迭代和应用场景的拓宽，预计物联网市场规模将进一步壮大，彰显其在数字经济转型中的核心角色。
物联网体系架构及关键技术
第2章 物联网体系架构
2．射频识别系统 射频识别系统包括EPC标签和读写器。EPC标签是编号 (每件商品唯一的号码，即牌照)的载体，当EPC标签贴在物 品上或内嵌在物品中时，该物品与EPC标签中的产品电子代 码就建立起了一对一的映射关系。
第2章 物联网体系架构
EPC标签从本质上来说是一个电子标签，通过RFID读写 器可以对EPC标签的内存信息进行读取。这个内存信息通常 就是产品电子代码。
产品电子代码经读写器报送给物联网中间件，经处理后 存储在分布式数据库中。用户查询物品信息时只要在网络浏 览器的地址栏中输入物品名称、生产商、供货商等数据，就 可以实时获悉物品在供应链中的状况。
目前，与此相关的标准已制定，包括电子标签的封装标
准，电子标签和读写器间的数据交互标准等。
第2章 物联网体系架构
和无线通信技术等。
第2章 物联网体系架构
网络层解决的是感知层所获得的数据在一定范围内(通常 是长距离)传输的问题。这些数据可以通过移动通信网、国际 互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等网络传输。 特别是当三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的 功能，有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术 包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。
同时还提出了电子产品代码(Electronic Product Code， EPC)的概念，即每个对象都将赋予一个唯一的EPC，采用射 频识别技术的信息系统管理，数据传输和数据储存由EPC网 络来处理。
第2章 物联网体系架构
随后，国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码协会 (UCC)于2003 年9 月联合成立了非营利性组织EPC Global， 将EPC纳入了全球统一标识系统，实现了全球统一标识系统 中的GTIN编码体系与EPC概念的完美结合。
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。
物联网体系架构PPT课件
• 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备 （如通信/存储设备），还包括冗余的数据通 信连接/环境控制设备/监控设备及安全装置， 是一大型的系统工程。通过高度的安全性和 可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网 应用提供良好的支持。
• 典型的数据中心如 Google/Hadoop 数据
中心。
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3.1 物联网结构
• 而按照更为科学及严谨的表述，物联网结 构应分成: ① 感知识别层 ② 网络构建层 ③ 管理服务层 ④ 综合应用层
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感知识别层
• 感知层是物联网发展和应用的基础，RFID 技术、 传感和控制技术、短距离无线通信技术是感知 层的主要技术。
• 例如张贴安装在设备上的 RFID 标签和用来识 别RFID信息的扫描仪、 感应器都属于物联网的 感知层。
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物联网(传感网)典型体系架构
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物联网典型体系架构分层描述
物联网感知层
感知层是实现物联网全面的感知的核心能力
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
物联网网络层
广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施
• 另一方面还要允许这些能力可以在离线的、非 连接情况（比如，那些网络连接是时断时续的， 或者根本没有网络覆盖的地方）下进行操作。
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3.2 未来的物联网架构技术
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3.3案例: 上海嘉定物联网工程示范项 目
• 按照上海嘉定物联网工程示范项目规划，到 2013年年底，基本建成研发、产业、应用三个 层次的载体，
物联网技术的基本原理和架构
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。
物联网技术基础架构体系和概论
技术的研究到人类的技术共 享使用
所有的人
芯片多技术的平台应用过程 人和物，人即信息体，物即信息体
核心的技术 主流的操作系统和语言开发 芯片技术开发和标准制定
创新的空间 技术手段
主要内容的创新和体验的创 新
网络协议，web 2.0
技术就是生活，想象就是科技，让所有 物品都有智能
数据采集，传输介质，后台计算
2.3.5 遇到的问题
1、知识产权
2、技术标准
3、产业链条
4、行业协作
5、盈利模式
6、使用成本
7、安全问题
2.3.6 中国物联网“十二五”发展规划简述
1、产业发展基础
2、产业发展目标
3、主要任务
① 提升感知技术水平
② 推进传输技术突破
③ 加强处理技术研究
④ 巩固共性技术基础
4、师范工程建设
《 物联网“十二五”发展规划》圈定9大领域重点示范工程，分别
④ 加强物联网国际国内标准，保障发展。
2、财政部提供物联网发展专项资金支持
物联网专项基金总计50亿元，预计5年内发放完毕。
2.3.4 机构介绍
1、机构建设
中国电子商会物联网技术产品应用专业委员会
2、主要任务
企业政府桥梁作用
协调企业与企业之间的关系
推进物联网技术和产品的应用，推动物联网新技术的不断发展，可穿戴设备已不仅仅是佩戴在消费者手腕上
的一个日常活动追踪器，可穿戴设备是目前发展最快的技术领域之一，其不仅
可以记录我们的锻炼状况，还可以追踪我们的情绪、睡眠习惯，甚至我们宠物
的一举一动，”美国消费技术协会消费电子展及企业运营战略高级副总裁凯
伦·查布卡女士说。“这一类产品的发展前景不可估量，而可穿戴设备也正在
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3GPP MTC Service Requirements
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物联网技术发展的思考
2015年12月
提纲
物联网的体系架构和技术路线 物联网的标准进展
1
2
3
物联网网络发展关键问题 发展建议
4
物联网(传感网)典型体系架构
物联网典型体系架构分层描述
物联网应用层
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 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最高、产业化能力最强、最成熟的部 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 感知层是实现物联网全面的感知的核心能力 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
物联网网络层
物联网感知层
物联网扩展系统架构
物联网技术路线
以规模化应用为目标，分阶段实现3G与传感网的融合，实现物联网的可 运营、可管理及产业化
信息汇聚
协同感知
泛在聚合
3G与传感器网络结合
3G与传感器网络融合
泛在网络、信息聚合
主要特征 （1）将分散的、利用多种感 知技术手段所采集的信息通过 网关设备汇聚到3G网络 （2）通过3G网络将感知信息 汇聚到应用系统 （3）由应用系统集中进行信 息的处理，并提供信息应用服 务。
•
物联网标准研究进展
国内标准物联网进展情况
国家传感器网络标准组（WGSN）
国家通信标准工作组（ CCSA）
标准组由信标委支持，无锡物联网研究院和电子技术标准化研究所主 导成立，主要面向ISO/IEC JTC1进行中国的国际标准提案输出 该标准组下设立2个研究组和6个标准组，分别为国际标准化项目组、 行业应用调研组、标准体系与系统架构组、通信与信息交互组、协同 信息处理组、标识组、接口组、安全组 参加单位众多，主要以高校、科研机构和IT企业为主，包括中国电子 技术标准化研究所、中国科学院、华为、西电捷通、深圳天智、杭州 家和、清华、北大、展讯、中兴、大唐、北邮、工信部研究院、中国 移动、中国联通、中国电信等上百家单位 该标准组提出的物联网信息汇聚、协同感知、泛在聚合三阶段演进路 线，已经被ISO/IEC JTC1传感网总体技术文档采纳。目前已明确在 JTC1下成立工作组（WGSN）,系统推进传感网国际标准的制定 CCSA TC5 WG7：正在进行物联网业务相关研究，即将完成《移动 M2M业务研究报告》 CCSA TC5 WG3：该组将从移动网与传感网结合为主要研究方向， 《物联网网络架构研究》、《TD-SCDMA无线传感器网络网关设备 技术要求》和 《CDMA2000无线传感器网络网关设备技术要求》近 期将立项
主要特征 （1）具备以事件、任务为驱动 的感知层、网络层和应用层协 同工作的更强大的信息感知和 信息处理能力 （2）3G网络为物联网业务特 性进行优化和定制，满足物联 网通信及业务的特性需求 （3）传感器网络的自组织、协 同感知功能是在物联网的整体 管理体系下实现的
主要特征 （1）基于多种组网技术融合的 无处不在的协同感知能力 （2）信息资源使用模式突破以 单一应用服务为目标，通过聚 合海量信息聚合不断衍生新的 应用
物联网市场和网络发展规划
物联网信息汇聚阶段关键技术
第一阶段3G与传感器网络结合
相关关键技术
• 传感器网络高能效通信技术 • 传感器网络组网关键技术 • 传感器网络协同体系架构 • 传感器网络专用操作系统 • 传感器网络测试验证平台 • 传感器网络低功耗技术 • 传感器网络电磁兼容技术 • 传感器网络网关设备
提纲
物联网的体系架构和技术路线 物联网的标准进展体系
1
2
3
物联网网络发展关键问题 发展建议
4
当前存在的主要问题
关键技术 有待突破
行业壁垒 有待突破
研发力量 比较分散
缺乏完 整的标 准体系
体系架构 尚未建立
缺乏成 熟的商 业模式
政策环境 难成 有待完善 规模
共赢模式 有待探索
物联网协同感知阶段 --第二阶段3G与传感网络的融合
3G与传感器网络融合物联网体系架构设计及研究 物联网的编码体系、码号体系、地址体系研究 物联网的安全体系研究 物联网QoS体系研究 增强无线接口 物联网移动性管理技术研究 物联网协同体系架构研究 物联网信息库管理策略及关键技术研究 物联网与信息智能处理关键技术研究 物联网的计费策略及关键技术研究 物联网应用示范系统建设
传感网技术 选择和组网
面向医卫和监 控的应用研究
物联网网关规范化
统一应用平台
模组规范化
3GPP R10-Network Improvements for Machine Type Communications (N目前就网络结构 （SA2)及无线接口(RAN2)开展了技术方案的研究
提纲
物联网的体系架构和技术路线 物联网的标准进展
1
2
3
物联网网络发展关键问题 发展建议
4
物联网标准研究进展
物联网标准研究进展
ETSI
2008年成立TC M2M工作组，该工作组由FT-Orange发起，包括 运营商、设备商、集成商等几百个研究单位和组织加入 研究目标
研究重点
研究和制定物联网业务需求报告,聚焦传感网和移动网融合、商业模式 和最佳业务应用等 研究并规范端到端的物联网网络架构与相关接口 对其他标准组织中已有物联网相关规范进行修订 网络架构和统一协议