物联网体系结构研究

李兵元 司长征 陈琪玮 马忠光

[摘    要] 随着科技的发展和社会的进步，物联网的应用领域也越来越广，这就需要人们充分认识物联网的意义和作用，以更好地开展相关工作。文章对物联网的结构类型进行分析，在相关理论的基础上提出了目前在物联网中存在的问题。

[关键词] 物联网;体系结构;研究分析

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 19. 066

[中图分类号] TP311    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）19- 0155- 03

0      前    言

物联网技术是近些年新兴的信息技术，其以网络技术为基础，主要应用于现今的IT产业，并在产业的运行过程中应用物联网机构知识，以更好地促进IT产业的进一步发展[1]。物联网的概念与实际应用过程经过了多年的理论研究，已经处于发展的黄金时期，但从产业的整体角度来说，还处在起步阶段，阶段应用过程中依然存在一些问题。因此，物联网体系结构定义以及概念还没有一个准确的研究成果。我国通过对物联网概念的深入研究，已经在制定物联网的相关标准和架构上取得了一定的进展，并已经实现了物联网概念的部分应用。

1      物联网的基本概念

物联网从本质上来说就是连接物与物之间的互联网应用技术，可以将其看作是人与人之间的交互过程，只是交互对象变为了物与物。目前，物联网的发展已经初具规模，但依旧没有一个具体的定义。物联网通过规定的协议能够实现世界的任意物品与互联网的连接，以便对于事物进行智能识别以及定位，从而形成一个全面的监控管理网络。

2      物联网技术的框架体系

2.1   自主体系结构

2.1.1   自主体系结构特性

对于物联网来说，较为重要的就是要满足无线通信环境需要。因此，国外专家提出了一种基于物联网概念为核心的自主体系结构。这种结构的核心部分为自主件，能够执行在网络控制面的新的任务或已存在的任务。再加上自主间具有保证通信系统稳定性的特性，因此其能够持续更新，在另一方面也保证了这种结构的先进性。

2.1.2   “列”设计页

“列”设计页在整个自主体系结构中的作用是最重要的，其决定了控件的显示内容以及“列”的类型。物联网自主体系结构涉及的内容有很多，但整体分为四个“面”，包括控制面、知识面、数据面以及管理面。这几个部分各有不同的功能，关系到整个结构的稳定性以及数据信息的传递功能以及数据交互。数据面的作用是数据传递，决定了结构的信息传递速度和方式;控制面主要是与数据面进行对接，在发送配置信息后根据实际情况优化数据面的信息量，并保持信息的可靠性;知识面处于信息网络过程的结构顶部，决定着信息网络的完整性。其主要是通过提供网络视图来整理分析得出网络系统知识，这不仅能够保证信息网络的数据传递及时性，也能够对控制面进行适应控制。由于结构的涉及面较广，因此自主体系结构的协议栈非常复杂，给后续工作带来了一定难度，需要应用人员具有一定的專业能力[2]。同时，也要注意自主体系结构的使用领域，其一般用于资源丰富的物联网节点，资源在这里指的是相对于互联网领域的计算资源。系统结构如图1所示。

2.2   EPC体系结构

伴随着信息时代的到来，对于物品的识别有着更高的要求。同时为了符合信息网络化飞速发展的特点，满足物品标识以及识别需求，美国的麻省理工实验室在计算及互联网的概念及其结构的基础上，结合无线通信技术，构建了一个能够覆盖世界方方面面的=现今的系统，这也是电子产品代码的概念核心。电子产品代码的存在意义就是为了更好的识别事物，赋予每一个对象一个独立的EPC，并由拥有无线射频识别技术的先进的信息系统进行管理，在这个过程中要由EPC网络建立各个环节之间的紧密联系[3]。同时，数据存储和实时传输功能的实现要通过EPC网络来进行。也正是由于EPC体系结构的诸多优点，被用于标识系统中，这也是首次将物联网的体系结构应用在有着实际意义的领域中。通过将编码体系与EPC概念的融合，使得EPC体系结构更加完善，并在此基础上更好地保证了结构的稳定性以及可靠性。

2.2.1   EPC编码体系

物联网的根本目的在于使世界的每一个物品都能够通过相关技术实现实时共享的功能，而这个目标实现的前提条件就是要对物品进行统一编码。无论是世界的任何一个地方，生产的物品都要被打上电子标签。这种标签中蕴含的信息非常多，包括生产地、生产公司、生产时间以及物品类型，能够通过电子标签很快的掌握物品信息[4]。这不仅大大方便了日常的数据整理，还极大减少了数据分析数量，目前主流应用的电子产品编码体系为欧美EPC编码体系和日本UID编码体系。

2.2.2   射频识别系统

射频识别系统时EPC体系结构的硬件主体，标签的产生以及读写都需要依靠射频识别系统。标签主要作为商品信息的载体，其承担着信息展示的作用。通过标签与物品的紧密关联（粘贴或嵌入），建立起一对一的映射关系。EPC作为电子标签存在时，能够通过读写器实现对于标签内数据的读取[5]。在对电子码读取后，需要经过物联网的数据传递环节对数据进行整理分析，并将信息储存在数据库中。而当物品的个人用户或企业需要对电子标签的信息进行查询时，只要打开对应的检索网站，在网站上输入产品名称和电子码的数据，就能够对产品的生产过程以及供应状况等进行实时监控。随着信息化时代的到来以及科技技术的发展，相关的标准已经建立，并随着应用范围的扩大和应用次数的增加逐渐被完善，从而进一步促进EPC体系结构的发展。

2.2.3   EPC信息网络系统

EPC信息网络系统主要分为三个部分，这三个部分都可以实现独立的功能，包括EPC中间件、EPC信息服务以及发现服务。对于EPC中间件来说，最重要的就是要制定应用环境标准，并规范系统流程，建立二者之间的通信[6]。同时，需要单独设立一个基于通用平台的接口，这就是中间件的概念;中间件主要起到信息传递以及交互作用，通过读写器以及应用系统的配合，能够实现对于信息的实时捕捉功能，并在第一时间上传到数据库。由于EPC采用的是标准的协议以及通用接口，因此能够很方便地连接读写器和信息系统，这也是EPC普及率大大增加的原因之一;信息网络系统中的发现服务，能够对服务对象进行解析，并在电子产品代码的基础上，获取到更多的EPC数据信息。目前，由于接口标准委托国外的公司进行制定，系统也是由国外公司进行运营维护，因此还没有形成具体的接口标准;EPC信息服务是在软件的支持下实现EPC信息交互的过程服务，接口标准目前也在制定和完善当中。

2.3   层次性体系结构

随着对物联网研究的逐渐深入，对物联网的应用需求也逐渐体现了出来。因此，需要在充分了解应用系统知识的基础上，构建具有实用价值的通用模型。物联网虽然在概念的提出阶段以及使用过程中大量的应用了互联网技术，其与互联网之间的联系较为密切。但不能说物联网就是在互联网的应用过程中产生的，二者有着较大的区别。互联网的意义在于计算机通信网络的建立，实现全球范围内的网络信息互联;而物联网主要是整合各种通信资源，并在此过程中利用互联网技术实现控制、传输以及感知等技术的应用和发展。

2.3.1   感知层

信息的收集与直接感受主要是通过感知层来实现的，因此其是物联网的运作前沿。其主要的硬件设施大多为各种传感器，包括温度传感器、压力传感器以及震动感应器等。

2.3.2   接入层

接入层的主体的作用主要是用于信息接收以及后续的应用过程，基站节点和接入网关共同组成了接入层，以实现对数据的整理和节点组网控制，并完成信息转发过程。组网完成后，想要上传数据就必须要通过末梢节点，通过末梢节点来连接基站节点，继而将接入网关和承载网站连接在一起。接入层主要是为后续的应用层级服务的，其功能的实现主要依赖于传感器硬件以及各节点组成的传感网，从而完成数据的转发和分享[7]。

2.3.3   网络层

网络层依赖于通信技术，物联网与之进行融合后，形成了具有二者优势的承载网络。承载网络的核心就是目前的通信网络，包括2G、3G、4G，以及即将到来的5G网络。另外，移动通信网络、计算机互联网络以及企业内外部信息交互网络或企业专用网络，都能利用网络层完成与物联网的对接与信息共享等通信功能。

2.3.4   应用层

以上的层级功能都可以独立存在，但最终的效果体现主要是在应用层上，其主体为应用服务器以及数据库服务器，能完成对用户数据的采集和分析，并使得應用层级符合用户层的应用特点[8]。由于末梢节点获取到了海量的数据，但只进行了初步的筛选，数据量的庞大使其只有经过仔细的筛选甄别才能有实际利用的价值。在对数据进行筛选后，将有实效的数据通过用户应用的各种设备展现出来。另外，应用层还能够下发控制指令，并提供给用户应用新接口（物联网应用UI接口），这也是对大量的信息进行智能处理的一种关键方式。

3      结    语

随着物联网的不断发展，其诸多的应用特性被越来越多的人所发现，同时也引起了国内外各个领域的专家的重视，并加紧对于物联网实际应用的研究。由于物联网涉及范围广、技术要求高的特点，再加上对于物联网的研究还不够深入。因此，需要找到一个研究切入点对其进行进一步的“发掘”。体系结构是物联网的结构主体，人们对于体系结构的定义以及实效性也有了较多的了解，因此可以选择体系结构作为关键点展开对于物联网的研究，以促进物联网体系结构的进一步完善以及物联网的未来发展。

主要参考文献

[1]王建平，黄涛，李奇越，等.一种新型无线通信物联网体系结构及其协议栈的设计[J].化工自动化及仪表，2016，43（10）：1085-1090.

[2]郑纪业，阮怀军，封文杰，等.农业物联网体系结构与应用领域研究进展[J].中国农业科学，2017，50（4）：657-668.

[3]鲁一坤.面向智能交通系统的物联网体系结构的研究[J].电子测试，2017（4）：48-49.

[4]刘乔佳.物联网体系结构与实现方法的研究[J].电子测试，2016（23）：101-102.

[5]许彧.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J].中国新通信，2018，20（9）：108-109.

[6]牛军.面向智能交通系统的物联网体系结构的研究标准[J].中国标准化，2017，（14）：231-232.

[7]刘振山.对比分析物联网体系结构与实现措施[J].丝路视野，2016（23）：154-155.

[8]荆学海.物联网体系结构与实现方法的比较研究[J].甘肃科技，2018，34（4）：63-64.