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首先底层是用来感知数据的感知层,感知层包括传感器等数据采集设备,包括数据接入到网关之前的传感器网络。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涉及的主要技术,其中又包括芯片研发、通信协议研究、RFID材料、智能节电供电等细分技术。
第二层是数据传输的网络层,物联网的网络层将建立在现有的移动通信网和互联网基础上。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术,其包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解及基于感知数据决策和行为的理论和技术。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台,将是物联网网络层的重要组成部分。
最上层是应用层,物联网的应用层利用经过分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务,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。应用层是物联网发展的目的,软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。
如果以人的神经网络做类比,那么人的感觉器官就是物联网的感知层,如眼睛能采集视觉信息,鼻子采集气味信息,嘴巴采集味道信息,而耳朵采集声音信息。这些信息通过神经元传递到大脑中枢,那么这些神经元形成的神经传输通道就相当于物联网中的网络层,它的作用是把信息传送到处理中心。那么人的大脑就相当于应用层了,当它接受到来自眼睛,鼻子、嘴巴、耳朵等信息后,它可以综合去得出一些有用的结论,例如判断现在是否有危险,能够读书看电影等,这就相当于它应用了来自感知层的信息并产生了价值。
在物联网架构中,手机可以在以下几个层面上发挥功能:
1. 应用层:手机可以通过安装与物联网设备相对应的应用程序,实现对设备的控制、监测和数据收集。手机应用可以通过物联网平台与设备进行通信,并提供用户友好的交互界面,使用户能够方便地管理和控制其物联网设备。
2. 网络层:手机可以通过移动网络与物联网设备进行通信,如使用GSM、3G、4G、5G等无线通信技术。手机可以通过这些网络与物联网设备建立连接,并传输数据或接收设备的数据。
3. 网络接入层:手机可以通过不同的通信方式接入物联网设备,如Wi-Fi、蓝牙、NFC等无线技术。手机可以作为一个节点,通过这些网络接入方式与物联网设备进行直接通信或与其他智能设备进行连接,并控制和监测设备的状态。
4. 传输层:手机可以作为数据传输的终端节点,负责将从物联网设备采集到的数据传输到云端或其他终端设备。手机可以通过物联网协议(如MQTT、CoAP等)将数据打包并发送到指定的目标。
需要注意的是,手机在物联网架构中的功能体现会因具体的应用场景、设备类型和技术要求而有所不同。不同的物联网系统可能使用不同的协议、编码方式和通信方法,因此手机的功能与体现也会有所差异。
将物联网系统划分为三个层次:感知层、网络层、应用层,并依此概括地描绘物联网的系统架构。
感知层#
感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题,由各种传感器以及传感器网关构成。该层被认为是物联网的核心层,主要是物品标识和信息的智能采集,它由基本的感应器件(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如RFID网络、传感器网络等)两大部分组成。该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。
传输层#
传输层也被称为网络层,解决的是感知层所获得的数据在一定范围内,通常是长距离的传输问题,主要完成接入和传输功能,是进行信息交换、传递的数据通路,包括接入网与传输网两种。传输网由公网与专网组成,典型传输网络包括电信网(固网、移动网)、广电网、互联网、电力通信网、专用网(数字集群)。接入网包括光纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式,实现底层的传感器网络、RFID网络的最后一公里的接入。
应用层#
应用层也可称为处理层,解决的是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理,并通过各种设备与人进行交互。处理层由业务支撑平台(中间件平台)、网络管理平台(例如M2M管理平台)、信息处理平台、信息安全平台、服务支撑平台等组成,完成协同、管理、计算、存储、分析、挖掘、以及提供面向行业和大众用户的服务等功能,典型技术包括中间件技术、虚拟技术、高可信技术,云计算服务模式、SOA系统架构方法等先进技术和服务模式可被广泛采用。
在各层之间,信息不是单向传递的,可有交互、控制等,所传递的信息多种多样,包括在特定应用系统范围内能唯一标识物品的识别码和物品的静态与动态信息。尽管物联网在智能工业、智能交通、环境保护、公共管理、智能家庭、医疗保健等经济和社会各个领域的应用特点千差万别,但是每个应用的基本架构都包括感知、传输和应用三个层次,各种行业和各种领域的专业应用子网都是基于三层基本架构构建的。
USN架构
物联网感知环节的异构特性决定了它的开放、分层和可扩展的网络体系结构。研究人员在描述物联网的体系框架时,多采用国际电信联盟ITU-T的泛在感应器网络体系结构作为基础。该体系结构自下而上分为5个层次,分别为传感器网络层、泛在传感器网络接入层、骨干网络层、网络中间件层和USN网络应用层。在谈到具体的物联网应用时,一般传感器网络层和泛在传感器网络接入层合并成为物联网的感知层,主要负责采集现实环境中的信息数据。骨干网络层在物联网的应用当中是互联网,那么将被下一代网络NGN所取代。而物联网的应用层则包含了泛在传感器网络中间件层和应用层,主要实现物联网的智能计算和管理。
物联网从架构上面可以分为感知层、网络层和应用层,
(1)感知层:负责信息采集和物物之间的信息传输,信息采集的技术包括传感器、条码和二维码、 RFID射频技术、音视频等多媒体信息,信息传输包括远近距离数据传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术、信息采集中间件技术等传感器网络。感知层是实现物联网全面感知的核心能力,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。
(2)网络层:是利用无线和有线网络对采集的数据进行编码、认证和传输,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昀高、产业化能力昀强、昀成熟的部分,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。
(3)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。