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。

2.1 感知层

感知层由具有感知、识别、控制和执行等功能的多种设备组成,通过采集各类环境数据信息,将物理世界和信息世界联系在一起。感知层应用的技术有传感器技术、RFID技术、定位技术、图像采集技术等等。

传感器

传感网络由传感器、执行器、通信单元、存储单元、处理单元和能量供给单元等模块组成。传感器节点内部结构示意图:

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无线传感器网络的体系架构

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无线传感器网络特点

1)分布式、自组织性
2)网络规模大、分布密度高
3)可扩展性
4)网络节点的计算能力、储存能力和电源能量有限 
5)相关应用性
6)以数据为中心

无线传感器网络研究范畴

1)网络拓扑控制
2)网络协议
3)网络安全
4)时间同步
5)定位技术
6)数据融合
7)数据管理
8)无线通信技术
9)嵌入式操作系统

2.2 网络传输层

网络层是物联网的神经系统,主要进行信息的传递, 网络层包括接入网和核心网。

互联网与NGI体系架构

开放系统互连参考模型 (Open System Interconnect 简称OSI)是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的一个用于计算机或通信系统间开放系统互连参考模型,从低到高分别是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

每一层的功能是独立的。它利用其下一层提供的服务并为其上一层提供服务,而与其他层的具体实现无关。服务是下一层向上一层提供的通信功能和层之间的会话规定,一般用通信原语实现。两个开放系统中的同等层之间的通信规则和约定称之为协议。

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模型中数据的传送过程

开放系统互连参考模型各层的功能,可以简单地概括为:物理层正确利用媒质,数据链路层协议走通每个节点,网络层选择走哪条路,运输层找到对方主机,会话层指出对方实体是谁,表示层决定用什么语言交谈,应用层指出做什么事。

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2.3 应用层

OSI七层模型和TCP/IP四个协议层的关系

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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

传输网与传感网的融合

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。

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

服务资源

1)标识:GUID标准、OID标准
2)地址
3)存储资源
4)计算能力

服务质量
1)通信为中心的服务质量:时延、公平性、优先级、可靠性
2)数据为中心的服务质量:真实性、安全性、完整性、冗余性、实时性
3)用户为中心的数据质量:智能化、吸引力、友好度

2.4 物联网体系构架

USN体系架构

USN体系架构自底向上将物联网分为五层。感知网、接入网、网络基础设施、中间件和应用平台。每一层的功能定义如下:
(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效率和质量。

M2M

M2M是欧洲电信标准组织(ETSI)制订的一个关于机器与机器之间进行通信的标准体系架构,非智能终端设备可以通过移动通信网络与其他智能终端设备(IntelligenceTerminal,IT)或系统进行通信,包括服务需求、功能架构和协议定义3个部分。

SENSEI

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IoT-A是欧盟FP7计划项目的研究结果

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WoT(Web of Things)

Wot技术可用来解决物联网开放性不足的问题,通过风格的架构设计和技术标准将物联网设备的数据和功能开放到互联网上,从而整合异构的物联网设备,降低物联网应用的开发门槛,同时,保证了系统的可扩展性。解决了物联网系统的开放性、降低设备接入系统的成本问题。当物联网中的设备数量增加以后,如何利用好数以百万计的设备为用户提供所需要的服务,如何实现人与设备、设备与设备之间的信息交互,就成了需要解决的问题。

去中心化的分布式系统具有更好的灵活性,让这种功能的实现成为了可能,并且可以与区块链很好地结合。社交网络发展及在解决复杂问题上取得的成功,为物联网提出了一种新的解决方案:利用社交网络思想、来解决物联网服务中遇到的复杂问题。

智能社交系统中,将现实世界中的事物抽象成资源接入网络中,系统自行分配对接入网络的资源进行管理。这样一个分布式智能社交系统可以实现多个资源间的信息交流、协同工作。通过这种方式,根据具体需求扩展或定制化的功能,提高智能化程度以满足用户的需求;对这种架构体系定义好接口,各部分独立更新后并不影响整个系统的正常工作,实现系统的可扩展性。

随着嵌入式设备的广泛应用,基于因特网实现相互通信和数据共享的物联网IoT(Internet of Things)技术成为研究的重点。由于物联网应用需求的多样性需求,基于开放Web技术构建WoT(Web of Things)物联网,实现物联网设备及物联网设备与现有网络服务之间的信息共享、协同工作和系统集成等等成为研究的热点。