1.2 物联网的体系架构

物联网作为一种新型的网络融合模式，它将传感器网络、RFID网络、移动车载网络、手机网络和其他具有感知能力的局域网络，通过3G、WiMAX及有线宽带等通信网络接入互联网中，实现全球环境下“物物互联”的终极目标，以提供新型的智能化服务与应用。

物联网的体系结构是一个能够兼容各种异构系统和分布式资源的开放式体系结构，可以满足最大化互操作性的需求。这些分布式资源包括软件、设备、智能物品和人类自身等信息和服务。标准的体系结构应该包括明确的抽象数据模型、接口和协议，并与其他技术进行绑定（如Web服务等），共同支持各种操作系统和编程语言。

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。

（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。

按照物联网的各组成元素的功能，欧盟Coordination And Support Action for Global RFID-related Activities and Standardization（CASAGRAS）工作组给出了一个四层物联网体系结构，包括了感知层、传输层、处理层和应用层，如图1.1所示。

1.2.1 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。

这里的“物”并不是自然物品，而是要满足一定的条件才能够被纳入物联网的范围，例如有相应的信息接收器和发送器、数据传输通路、数据处理芯片、操作系统、存储空间等，遵循物联网的通信协议，在物联网中有可被识别的标识。可以看到，现实世界的物品未必能满足这些要求，这就需要特定的物联网设备的帮助才能满足以上条件，并加入物联网。物联网设备具体来说就是嵌入式系统、传感器、RFID等。

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，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层处于体系架构的最底层，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，即首先通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。也可以只有数据的短距离传输这一部分，特别是在仅传递物品的识别码的情况下。实际上，感知层这两个部分有时很难明确区分开。

1.2.2 网络层

物联网传输层也称为网络层，是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网、国际互联网、企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。

在物联网中，要求传输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，尤其是远距离的传输问题。同时，物联网传输层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求，而现有网络尚不能满足物联网的需求，这就意味着物联网需要对现有网络进行融合和扩展，利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。

由于广域通信网络在早期物联网发展中的缺位，早期的物联网应用往往在部署范围、应用领域等诸多方面有所局限，终端之间及终端与后台软件之间都难以开展协同。随着物联网的发展，必须建立端到端的全局网络。

1.2.3 处理层

处理层的主要功能是把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的问题。

具体地讲，处理层要将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。它的作用是进行数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，包括电力、医疗、银行、交通、环保、物流、工业、农业、城市管理、家居生活等，可用于政府、企业、社会组织、家庭、个人等，这正是物联网作为深度信息化网络的重要体现。

1.2.4 应用层

应用是物联网发展的驱动力和目的。物联网虽然是“物物相连的网”，但最终是要以人为本的，还是需要人的操作与控制的，不过这里的人机界面已远远超出现在人与计算机交互的概念，而是泛指与应用程序相连的各种设备与人的反馈。

物联网的应用可分为监控型（物流监控、污染监控）、查询型（智能检索、远程抄表）、控制型（智能交通、智能家居、路灯控制）、扫描型（手机钱包、高速公路不停车收费）等。目前，软件开发、智能控制技术发展迅速，应用层技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。同时，各种行业和家庭应用的开发将会推动物联网的普及，也给整个物联网产业链带来利润。

近年来，很多学者也通常把处理层和应用层合并成一个层次，将物联网的体系结构分为三层，即感知层、传输层和应用处理层。这是因为数据处理跟业务应用结合得非常紧密，处理层在一些地方也称为应用支撑层，其功能主要是支撑上层应用。所以我们下文的介绍中也按照感知层、传输层和处理层的三层结构来具体介绍。