物联 的体系架构概述

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参考自：国家出版基金项目 《物联 与智能制造》 张晶 化学工业出版

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2物联 络体系架构

注意：国际上流行多种物联 络体系架构（包括硬件架构和软件体系），这里只挑选了国内最常见的架构进行讲解。
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——从功能角度建立的物联 体系架构

2.1系统总体架构：USN

USN是从功能角度（将组成系统的模块按照功能分解成若干层次）抽取系统的组成部件及其之间的关系，进而建立物联 系统体系架构。

USN体系架构是由韩国电子与通信技术研究所在2007年瑞士日内瓦召开的ITU下一代 络全球标准化会议（NUN-USI）上提出的。该体系架构将物联 自底向上分为五层，依次为感知 、接入 、 络基础设置、中间件和应用平台。

USN属于后端集中式体系架构，是指物联 中的大部分信息处理任务和用户请求由后端信息服务器或服务支撑平台完成。这种体系架构更方便对物联 资源进行全局优化调度，但信息处理的灵活性与时效性稍差。

由于USN体系架构按照功能层次比较清楚地定义了物联 的组成，目前被我国工业与学术界广泛接受，同时基于USN体系架构衍生出很多改进方案。工业与信息化部电信研究院在其出版的《物联 白皮书（2011年）》中阐述了一种基于USN的简化分层物联 络架构，包括感知层、 络层和应用层（自下而上）。

USN属于硬件架构。

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——基于WEB服务的物联 软件体系架构参考模型

2.2软件体系架构：M2M

M2M同时包括硬件架构和软件体系，而USN却缺乏后者，有一点我很奇怪，为什么在硬件结构中流行USN，但在软件体系中却流行M2M，从这个角度来看，或许硬件架构的参考模型和软件体系架构的参考模型在一定程度上可以随意组合。

软件体系架构：从不同视角对软件系统的组成进行抽象，同时将系统资源提供的能力抽象为软件构件，进行精确规格说明的图形化或形式化模型。
从采用的软件构件类型来看，软件体系架构分为三种类型，其中一种为基于WEB服务的物联 软件体系架构参考模型。
随着互联 技术的发展，感知和执行设备可以被嵌入WEB服务，通过HTTP等协议为用户提供实时数据服务，并与互联 环境中现有的其他WEB服务组合起来，构成基于WEB服务的物联 系统——Web of Things（WoT）。目前实现WEB服务有两种架构风格，该参考模型又包括两个子类，分别是基于SOAP风格和REST风格的WEB服务物联 软件体系架构。

鉴于前端感知设备的资源受限性，近年来研究者更多地采用REST风格来设计实现物联 的物理实体服务。基于REST风格的WEB服务将位于云端和物端的资源互联起来，成为目前最广泛采用的方法。

M2M是基于REST风格的WEB服务物联 软件体系架构。

M2M（Machine to Machine）是欧洲电信标准组织（ETSI）正在制定的一个物-物通信标准体系结构，用以实现非智能终端设备通过移动通信 络与其他智能终端设备或系统进行通信。

感知与识别关键技术

感知技术实现对物体与环境信息的采集、压缩与预处理，将模拟量转为数字量。感知技术的关键是传感器设计（指具有信息处理能力的智能传感器，例如微机电系统（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）传感器），其具有微处理器，带有采集、处理、交换信息的能力，是传感技术与微处理器相结合的产物。智能传感器可储存并处理数据，并且传感器之间可进行信息交流。
识别技术实现对物联 中物体标识和位置信息的获取，以实现对目标对象的精准联系与定位。

微机电系统可实现元件的高度集成，是当前传感器领域发展的重点。

多个传感器按照一定的拓扑结构互联即形成了传感器 络，包括有线和无线两种类型。

络通信关键技术

物联 通信技术根据传输距离可分为两类，一类是短距离通信技术，另一类是广域 通信技术。由于物联 多元化的服务能力要求多个信息终端能够按需组 ，因此面向服务需求的信息终端短距离组 技术也是物联 的关键通信技术之一。
物联 常用的短距离通信技术（无线电波、几十米内），有bluetooth,zigbee,wifi,nfc等十多种。
与传统面向互联 的路由算法不同，物联 路由协议的设计需要考虑低功耗。

无线自组织通信技术
是物联 及其类业务的内在要求。传统的无线蜂窝通信 络需要固定的 络架构和系统设备的支持来进行数据的转发和用户服务控制。无线自组织 络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组 ，通信时由其他用户节点进行数据的转发，采用动态路由和移动性管理技术实现物-物信息交互。

IP承载与 络传输技术
是实现物联 海量数据高效传输、汇聚、存储、处理的必然选择。

异构 络融合接入技术
是物联 面向异构终端、异构 络提供多样化服务的关键技术。如今不同制式的无线接入 络共存，这些 络在各方面均存在明显差异，任何单一的 络均难以满足移动用户的泛在接入需求，需要将异构的无线 络协同起来，为用户提供无缝的信息服务。异构 络融合是指通过一定的技术与设备达到不同类型 络的互访，通过资源共享达到节省成本、提高资源使用效率、优化服务质量的目的。

业务与应用关键技术

基于 络技术的不同，可以把物联 业务分为四类：
身份相关业务：利用RFID、二维码等身份标志提供的各类服务
信息汇聚型业务：物联 终端采集、处理信息，经通信 络上 数据，有物联 平台处理，提交具体的应用和服务，实现远程终端的自动控制
协同感知业务：通过物联 终端之间、物联 终端和人之间进行通信，达到终端之间协同处理的目的
泛在服务：无所不在、无所不包、无所不能

支撑技术

嵌入式系统、微机电系统、软件和算法、电源和储能、新材料技术

共性技术

物联 共性技术涉及 络的不同层面，包括架构技术、标识和解析、安全和隐私、 络管理技术

4物联 资源体系

物联 包含终端、 络、频谱、数据、平台等各种资源。

终端资源
物联 时代的终端资源种类发生了量变和质变。

物联 终端是连接传感 络层和传输 络层，实现采集数据及向 络层发送数据的设备。物联 终端通常由外围感知接口、中央处理模块和外部通信接口三部分组成，通过外围感知接口与传感设备连接，将这些传感设备的数据进行读取，通过中央处理模块处理后，按照 络协议，通过外部通信接口发送到以太 的指定中心处理平台。

频谱资源
物联 的巨大规模以及信息交互与传输以无限为主的特点，是无线电频谱成为基础性支撑资源。
物联 有频谱需求的部分主要是感知延伸层和 络层。感知延伸层主要涉及无线传感 的频谱配置， 络层主要涉及无线接入 的频谱配置。

5物联 标识体系

对事物进行标识和识别是实现物联的基础。物联 标识用于在一定范围内唯一识别物联 中的物理和逻辑实体、资源、服务，使 络、应用能够基于标识对目标对象进行控制和管理，以及进行相关信息的获取、处理、传送与交换，最终实现物联 服务的提供。
物联 标识可以分为对象标识、通信标识和应用标识三类，一套完整的物联 应用流程需要由着三类标识共同配合完成。

对象标识
主要用于识别物联 中被感知的物理或逻辑对象。对象标识有一维码、二维码或生物标识等。

通信标识
通信标识主要用于识别物联 中具备通信能力的 络节点，例如手机、读写器、传感器等物联 终端节点以及业务平台、数据库等 络设备节点。现阶段正在使用的编码规范，包括IPV4、IPV6、MAC等。

对于具备通信能力的对象，既可具有对象标识，也具有通信标识，但两者的应用场景和目的不同。

应用标识
用于对物联 中的业务应用（医疗、金融服务等）进行识别。在标识形式上可以为域名、URL等。

在物联 中，不仅需要利用标识对人和物等对象、终端和设备等 络节点以及各类业务应用进行识别，更需要通过标识解析与寻址等技术进行翻译、映射和转换，以获取相应的地址或关联信息，最终实现人与物、物与物的通信以及各类应用。

6物联 服务体系

物联 服务是指在环境感知、信息处理的基础上，通过协同异构终端资源、异构 络资源、多元业务资源，为目标用户提供特定数据、信息或控制的过程。

从基于云的物联 系统结构来看，物联 服务可分为云服务和实体服务两种类型。
1 云服务是指由云端资源提供服务，是物联 处理物理信息的基础构建；
2 实体服务是由实体资源提供的实体服务，是物联 系统提供物理信息并与物理环境进行交互的基础构件。

物联 服务平台

物联 服务平台是解决大规模异构物端设备互联与服务提供的必选方案。

物联 服务平台通常由科研机构、产业联盟或骨干企业承建，面向产业提供标识管理、设备管理、共性技术研发等公共服务。
服务平台处于物联 系统结构的中间环节，向下接收来自智能传感器或传感 的数据，向上为物联 应用开发提供平台支持，并以可视化方式将服务（数据）呈现给用户，通过数据操作实现服务的自动控制。服务平台允许不同类型的物端接入，并由平台中的数据库存储接入平台的物体的原始状态、可调用参数等信息。

目前基于SOA和web服务技术构建物联 服务平台是主流技术。

7物联 安全体系

物联 本质上是一个异构多 的融合 络。

从分层的角度来看，物联 安全问题可分为感知层安全、 络层安全、应用层安全三个方面。

感知层安全问题
主要包括针对RFID的安全威胁、针对无线传感 的安全威胁和针对移动智能终端的安全威胁。

络层安全问题
主要包括接入 与核心 络的传输与信息安全问题。

应用层安全问题
主要包含数据处理安全和数据应用安全。