物联网体系结构及发展研究

蒋晓科　李健　符龙生

摘 要：物联网时下已成为工业界和学术界的热门领域，该文介绍了物联网的基本概念，并综合当下工业界和学术界对物联网体系结构的认知，将物联网体系结构划分为感知层、网络互联层、资源管理层、信息处理层、应用层五个层次；接着以智能烟雾探测器、智能行李追踪技术、智能穿戴产品等各种智能化的应用为例，介绍了物联网的应用领域；最后从物联网的行业标准、安全问题、编码与寻址、通信模式及建设成本方面，分析了物联网发展所面临的挑战。

关键词：物联网 传感器 无线通信 云计算

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0008-01

随着云计算、传感技术、无线通信技术、模式识别技术等技术的飞速发展，物联网（Internet of Things）作为新时代的智能网络应运而生，被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业发展的第三次浪潮，其巨大的社会价值和商业价值引起了世界范围内工业界、学术界的广泛关注。

1 物联网概述

1.1 物联网的概念

简单而言，物联网就是“物物相连的互联网”，但物物相连仅仅是一种手段，最终的目的是实现人对物的全面智能化的控制。物联网实质是依靠专用网、局域网或互联网将物与物通过传感器、控制器等设备，按照约定的协议有机的联在一起，进行物与物、物与人之间的信息交换，最终实现智能化监督、远程操控的目的。

1.2 物联网体系结构

虽然业界未对物联网体系作一个明确、统一的标准，但通过归纳各种观点，物联网体系结构大体可以分为感知层、网络互联层、资源管理层、信息处理层、应用层。

（1）感知层。

感知层是物联网体结构的基础层，分为数据收发和无线通信两个部分，其中数据收发部分通过RFID、传感技术、定位技术等，采集物品的各种必要的相关信息，并将信息发送至上层网络；同时接受来自上层网络的控制命令，按命令完成相应动作。无线通信部分使得物与物之间可以互联互通，以满足物体之间交换信息的需要。

（2）网络互联层。

网络互联层主要功能是实现各种网络，如PSTN网、2G/3G移动网络、互联网等的相互融合，提供格式和地址转换、路由等功能，最终的目的是把感知层所收集的数据安全、快速、准确的传送到地球上任何需要的地方，以实现远距离、大范围的通信。

（3）资源管理层。

资源管理层主要功能是对资源进行统一管理和分配，包括初始化资源、监测资源的使用情况、合理分配资源、协调各个不同资源共同工作。

（4）信息处理层。

信息处理层提供对数据的查询和挖掘，并通过对数据的语义分析，做出相应的处理决策。云计算技术为信息的分析和处理提供了重要的平台。

（5）应用层。

应用层为物联网的最终落脚点，物联网归根到底是为人提供各种智能服务，所以应用层是最终实现物与人交互的地方。应用层可以根据实际需要提供各种类型丰富的服务，如智能灌溉、智能环境监控、智能穿戴、智能家居、智能医疗等。

2 物联网的应用领域

2.1 智能烟雾探测器

智能烟雾探测器通过各种先进传感器，可以智能化的监测室内空气的温度、湿度、有害气体浓度、花粉、空气悬浮颗粒浓度等，并根据不同情况为用户提出各种相应的净化空气和改造室内环境的建议。

2.2 智能行李追踪技术

物联网技术可以有效解决行李丢失问题，通过内置的GPS设备和数据蜂窝网络，可以实时监测和追踪每件行李的位置，对丢失的行李能快速找回。

2.3 智能穿戴产品

将传感器集成在穿戴用品内，可以有效监测用户身体的各种指标，如体温、心率、呼吸频率、脂肪、运动强度、燃烧热量等，并对这些数据进行进一步分析，从而为用户提出合理的建议，如提出如何改善睡眠质量和更合理运动的建议，以帮助用户改善整体的健康状况。

3 物联网发展所面临的挑战

3.1 行业标准不统一

目前的物联网相关企业在自己的领域独自作战，相关企业之间没有统一和标准的通信接口，造成企业和企业之间的资源无法共享，产业比较分散。在物联网建设的各个行业和环节上，如制造业、软件业、运营业之间；传感器、平台接口、数据传输格式等各方面，都存在着行业壁垒和标准不统一的情况，阻碍着物联网产业的发展。

3.2 安全问题

物联网基于无处不在的无线网络，当所有的设备被连接到网络后，信息安全、网络安全甚至国家安全问题也随之而来，如何建立健全一套为物联网所用的安全防护体系，是物联网稳步发展必须要考虑和解决的问题。

3.3 编码与寻址

在物联网中要实现物与物之间的相互联接，与互联网中的计算机之间的相互联接一样，首先要解决所有物品的编码唯一性问题，其次是通信寻址的问题，IPv6以其无状态地址分配技术、高速IP移动性能、QoS技术等实现了物联网网络的高效性和可靠性，被视作目前物联网的最佳寻址技术。

3.4 通信模式

物联网的应用中物品密度往往很大，相邻的两个节点之间的通信距离往往很短，为了降低功耗、避免外界噪声干扰及增加通信的安全性和隐蔽性，节点间的通信往往采用多跳通信模式，这需要在传统的网络协议算法上加以改进，或者另行设计一套全新算法来满足物联网中节点通信的要求。

3.5 成本问题

物联网的建设往往耗资巨大，如对于信息采集和传感设备、通信网络的功耗、物联网智能应用开发等各方面，都需要投入大量成本，面对未知的投资回报率，许多企业对物联网仅仅是一种观望的态度。

4 结语

物联网技术正在飞速发展，物联网的应用也在不断推动，只有从标准、安全性、技术层面等很好的解决了物联网发展所面临的问题，物联网才能真正的蓬勃发展，从而实现其巨大的社会价值和商业价值。

参考文献

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