基于物联网的智能家居网络体系架构研究
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。
圈 困 圈 圜
图１ 物联网体系架构
圈
Ｉ ｌ ———］ 传 ——— — 嘲— ｌ ｒ］ 厂———— Ｉ ———峭 ］ ｌ —一—关 ］ 感Ｉ 。 写 — — 读 嚣 广— — Ｉ 感器 关 厂 Ｉ 接入
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
物联网的组网方式
添加标题
应用领域：物联网、智能家居、工业自动化、智慧城市等。
添加标题
组网方式：通过嵌入式系统将物联网设备进行组网，实现智能化控制和管理。
添加标题
优势：具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等优点。
简介
架构
关键技术
应用场景
物联网的安全防 护
设备安全：保护物 联网设备免受物理 破坏或盗窃等威胁
数据传输安全：确 保物联网设备之间 的数据传输不被窃 取或篡改
平台名称：航天云网INDICS 平台描述：基于工业互联网平台的智能制造案例，实现生产过程的数字化、 智能化、网络化 平台特点：高可靠性、高安全性、快速响应
应用场景：航空航天、汽车制造等领域
背景介绍：随着城市化进程的加速，交通拥堵成为城市的一大难题。
案例详情：介绍智慧交通系统的原理、组成、特点等，例如通过物联网 技术实现道路拥堵预测、车辆智能调度等。 应用效果：智慧交通系统在提高交通运行效率、减少拥堵、降低交通事 故等方面发挥了积极作用。
物联网的应用场 景
智能家居的概念 智能家居的应用场景 智能家居的优缺点 智能家居的发展趋势
定义：利用物联 网技术，实现智 能制造过程的自 动化、数字化和
智能化
添加标题
应用范围：产品 设计、生产制造、
物流运输、销售 服务等环节
添加标题
实现方式：通过 传感器、嵌入式 系统等技术，实 现对制造过程的 实时监控和数据 采集，再通过大 数据分析和人工 智能等技术，实 现制造过程的优
访问控制：对物联 网设备进行身份验 证和授权，防止未 经授权的访问和使 用
加密技术：使用加 密技术保护物联网 设备和数据的安全 性，防止数据泄露 和未经授权的访问
数据加密：保 证数据在传输 和存储过程中
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。
《物联网》教案(DOC5)
01物联网概述Chapter物联网定义与发展物联网定义物联网发展网络层网络层由互联网、广电网络、网络管理系统和云计算平台等组成，是物联网的重要组成部分。
感知层感知层是物联网的皮肤和五官，主要功能是识别物体和采集信息，包括二维码标签和识读器、RFID标签等。
应用层应用层是物联网的“社会分工”，与行业需求结合，实现广泛智能化，包括智能交通、智能电网、智能物流、智能家居、环境与安全检测等。
物联网体系结构医疗信息化物联网技术可以实现医疗设备的远程监控和管理，提高医疗服务的效率和质量。
物联网技术可以实现农业生产的智能化和精细化管理，提高农业生产效率和质量。
工业自动化物联网技术可以实现工业设备的远程监控和控制，提高生产效率和降低成本。
智能交通物联网技术可以应用于交通领域，实现智能交通管理和优化，智能家居物联网应用领域02物联网关键技术Chapter传感器技术传感器定义与分类阐述传感器在物联网中的作用，以及不同类型的传感器（如温度传感器、压力传感器、光传感器等）及其应用场景。
传感器工作原理详细介绍传感器的工作原理，包括信号转换、信号处理和输出等过程。
传感器接口技术探讨传感器与物联网设备之间的接口技术，如模拟接口、数字接口和无线通信接口等。
RFID 系统组成RFID 工作原理RFID 应用案例030201RFID 技术嵌入式系统技术嵌入式系统概述嵌入式处理器与微控制器嵌入式操作系统嵌入式系统开发通信技术无线通信技术有线通信技术详细阐述无线通信技术，包括蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等，并分析它们的优缺点和适用范围。
通信协议与标准03物联网在智能家居中应用Chapter智能家居概述智能家居定义智能家居发展历程智能家居应用场景物联网在智能家居中作用设备连接数据收集与处理远程控制智能化服务系统安全性保障包括数据加密、身份认证、访问控制等安全措施，确保智能家居系统的安全性和稳定性。
系统架构设计包括感知层、网络层和应用层三个层次，感知层负责数据采集和传输，网络层负责数据传输和处理，应用层负责为用户提供各种智能化服务。
物联网国家标准
物联网标准体系框架
物联网标准体系
总体标准 感知层标准 网络层标准 应用层标准 共性标准
数据采集
短距离传输和 自组织组网
协同信息处理 和服务支持
服务支撑
行业应用
共性技术
传 感 器
射 频 识 别
二 维 条 码
数 据 采 集 接 口
低 速 短 距 离 传 输
中 速 短 距 离 传 输
自 组 织 组 网 和 路 由
传感器网络标准化进展
2006年
全国信标委开 始组织相关单 位进行传感器 网络标准方面 的研究工作
2007年
国标委正式批 准在全国信标 委下成立无线 传感器网络工 作组
2008年
传感器网络工 作组4月上报 筹备方案， 11月在无锡 召开筹备会议
2009年
分为8个项目 组，召开工作 组全会，开展 具体国家标准 的制定工作
智能计算技术
网 络 层
SOA
平台增强技术
云计算
安全 技术 互联网 QoS 管理
承载网支撑技术
下一代承载网 异构网融合 移动通信网
网络层与感知层互通 自组织组网和协同信息处理
感 知 层
低速和中高速短 距离传输技术
自组织组网 技术
协同信息处 理技术
传感网中间 件技术
网络 管理
数据采集
传感器 二维条码 RFID 多媒体信息
天线设计 天线设计 和制造 和制造
标签封装 标签封装
读写设备 读写设备 开发与生 开发与生 产 产
接口与软件 接口与软件 中间件 中间件
系统集成 系统集成 与应用系 与应用系 统开发 统开发
使用者
RFID应用系统架构
应用系统
物联网应用系统设计
物联网应用系统设计第一点：物联网应用系统的概述物联网（Internet of Things，简称IoT）是指将各种物体通过网络互联互通的技术，它将物品与物品、人与物品之间进行连接，实现智能化管理和控制。
物联网应用系统则是基于物联网技术，为特定行业或场景提供解决方案的系统。
在物联网应用系统中，各种传感器、设备、平台和应用协同工作，实现数据的采集、传输、处理和应用，从而达到智能化、自动化的目的。
物联网应用系统具有广泛的应用前景，涵盖了智能家居、智能交通、智能医疗、智能制造、智慧城市等多个领域。
随着物联网技术的不断发展，越来越多的行业将受益于物联网应用系统，实现信息化、数字化和智能化的发展。
物联网应用系统的设计需要考虑多个方面，包括系统架构、硬件设备、软件平台、数据处理和应用场景等。
在设计过程中，要充分了解需求，明确系统的功能和性能指标，保证系统的稳定性和安全性，同时注重用户体验，提高系统的易用性和实用性。
第二点：物联网应用系统的关键技术与设计要点在物联网应用系统中，关键技术包括传感器技术、网络通信技术、数据处理技术和应用开发技术等。
下面分别对这些技术进行介绍。
1.传感器技术：传感器是物联网应用系统的数据采集入口，它能够将物理量转换为电信号，便于传输和处理。
传感器技术的发展对提高物联网应用系统的性能具有重要意义。
在选择传感器时，要考虑传感器的精度、稳定性、功耗和成本等因素，确保满足系统需求。
2.网络通信技术：网络通信技术是物联网应用系统的核心，它负责将传感器采集的数据传输到云端或边缘计算节点。
目前，常见的网络通信技术包括无线传感网络、蓝牙、Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等。
设计时应根据应用场景和需求，选择合适的通信技术，实现数据的高效传输。
3.数据处理技术：物联网应用系统产生的数据量巨大，如何高效地处理和分析这些数据，提取有用信息，是系统设计的关键。
数据处理技术包括数据清洗、数据压缩、数据存储、数据挖掘和机器学习等。
物联网技术应用——智能家居 第3版教学课件第1章 智能家居概述
1 萌芽起步阶段（2000年之前） 整个行业还处在概念熟悉、产品认知的阶段，还没有出现专业的智能家居生 产厂商，仅出现少数代理和销售国外智能家居产品的公司，从事进口零售业 务，产品多数销售给在我国居住的欧美用户。
第1章 智能家居概述
本章要点
了解智能家居的有关概念智能家居在我国的发展情况。 熟悉智能家居的特征与相关技术。 熟悉智能家居的产业链与国家标准。 掌握智能家居系统的组成。
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1.1 智能家居的起源与发展
1.1.1智能家居的起源
➢ 世界第一幢“智能建筑”：1984年1月，美国联合科技公司将建筑设备信 息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州哈特福特市的一幢旧金融大厦进 行改建时，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和 控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。 从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
➢ 通过雾计算，大量实时产生的数据没有必要全部上传到云端，然后再从云端传回 来，而将那些需要靠近智能物体的数据在网络的边缘直接进行有效处理，使用户 可以在本地分析和管理数据，并进行控制使用，从而提高数据处理效率。
➢ 搭配分布式的雾计算，通过智能路由器等设备和技术手段，在不同设备之间组成 数据传输带，可以有效减少网络流量，数据中心的计算负荷也相应减轻。
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1.4 智能家居相关技术
1 网络通信技术 2 安全防范技术 3 自动控制技术
4 物联网技术
5 环境感知技术 6 人工智能技术
7 音视频技术
27
1.4 智能家居相关技术
1.4.1 网络通信技术 ➢ 网络通信技术是指通过计算机、通信网和网络设备对语音、数据、图像等信
物联网架构
《物联网技术概论》
11/21/2019
1.3 物联网体系架构
《物联网技术概论》
图1-2 物联网体系架构
11/21/2019
1.3.1 感知层
感知层主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据 ，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网数据 采集涉及到的技术有多种，主要包括传感器、RFID、二维 码技术、Zigbee、蓝牙、多媒体信息采集、实时定位等等 。传感器网络组网并协同信息处理技术来实现传感器、 RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组 网以及多个传感器对数据进行处理。
《物联网技术概论》
11/21/2019
1.1.1 物联网
中国： 2010年，我国的政府工作报告所附的注释中对物联
网有如下的说明： 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，
把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯， 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网 络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
国际电信联盟（ITU）: 2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）
上，国际电信联盟（ITU）发布了《互联网报告2005：物 联网》一文，在报告中明确提出了“物联网”Internet of Things）的概念。
《物联网技术概论》
11/21/2019
1.1.1 物联网
欧盟： 2009年9月15日，欧盟第7框架下RFID和物联网研究
美国“智慧地球”
日本“U-Japan”计划
韩国“U-Korea”战略欧盟的“欧洲物联网行动计划”
《物联网技术概论》
11/21/2019
1.2.2 物联网的发展
（2）物联网在我国的发展
2009年8月,温家宝总理在考察无锡传感网工程技术研 发中心时指出，要在无锡建立“感知中国”中心，发 展物联网。
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基于物联网的智能家居网络体系架构研究
随着科技的发展，智能家居已经成为了人们生活中不可缺少的一部分。基于物
联网的智能家居建立了一种全新的家居网络体系，让家庭生活变得更加智能化、便
捷化、舒适化。本文旨在探讨基于物联网的智能家居网络体系架构研究。
一、物联网的基本概念
物联网即“Internet of Things”，指通过互联网连接一切智能化的物品，实现物品
之间的智能化互联和数据共享，打造一个智慧化的互联网络。物联网是互联网的一
个重要的延伸和扩展，可以将物理世界和数字世界进行连接，使得各种物品间和人
与物之间的交互变得更加方便和快捷。
二、智能家居的发展
智能家居是基于物联网的概念所创建出来的。它指通过科技手段将家庭中的各
种设备、家居设施和物品进行智能处理，实现更加便捷、舒适的居住环境。智能家
居涵盖了很多方面，包括家庭安全监控、照明系统、温控系统、智能电器等等。这
些智能家居设备都可以通过物联网连接，在一个统一的平台上进行控制和管理。
智能家居的发展可以追溯到上世纪60年代初。当时，科技公司开始推出一些
基础的智能家居产品，如智能门铃、智能照明等。到了21世纪，随着物联网技术
的不断成熟和普及，智能家居的应用也进一步增加。目前，智能家居的市场份额已
经占据了整个家电市场的很大比例，越来越多的家庭开始使用智能家居设备。
三、基于物联网的智能家居网络体系架构
基于物联网的智能家居网络体系架构是将物联网技术和智能家居技术相结合而
形成的一整套网络结构。其基本架构如下图所示：
1. 传感器网络层
传感器网络层是物联网中最基本的一层。它通过各种传感器设备获取到家庭环
境信息，如温度、湿度、人员流量、二氧化碳浓度等等，这些数据可以反映家庭环
境的各种状态。传感器网络层通过物联网连接到智能家居系统中，在后续的数据处
理和分析中发挥了重要的作用。
2. 数据传输层
数据传输层是物联网中将数据从传感器设备传输到云端的一个层次。数据传输
层的主要作用是将传感器设备上采集到的数据通过物联网协议，如Zigbee、Wifi
等，传输到智能家居系统中进行处理和分析。通过数据传输层的建立，智能家居系
统可以实时获取到家庭环境状态的变化，更加智能化地对家居设备进行控制和管理。
3. 云计算层
云计算层是智能家居系统中最主要的一层。它是通过云计算的技术手段，将各
种数据集中存储、处理，实现智能家居系统对家庭环境的整体掌控。通过云计算平
台的建立，智能家居系统可以更加准确和及时地判断家居设备的状态，并做出相应
的反应和调整。
4. 应用控制层
应用控制层是智能家居系统中最上层的一个层次。它是基于云计算平台上的数
据处理和分析，提供给用户的各种应用服务。用户可以通过手机客户端、人机交互
器等设备，对智能家居系统中的各种家居设备进行控制和管理，实现家居智能化的
目标。
四、结论
基于物联网的智能家居网络体系架构是将物联网技术和智能家居技术相结合所
形成的一整套智能化家居网络结构。其基本架构由传感器网络层、数据传输层、云
计算层和应用控制层所组成。通过对这一智能化架构的应用，人们可以实现更加便
捷、舒适、智能的家居生活方式。未来，基于物联网技术的智能家居网络体系架构
将进一步发展和完善，为人们生活带来更大的便利和舒适。