1.2 物聯網產業的4種主要結構分類

根據數據的生成、傳輸、處理和應用等不同環節，物聯網產業被賦予了4種主要結構分類，即感知層、互聯網層、平臺層和應用層。

感知層主要對應數據的生成，包括數據的采集及數據的轉換等；互聯網層主要完成數據在各終端間的傳遞與處理；平臺層負責將各終端進行連接，并在各終端的基礎上成立相應的平臺為其服務；應用層主要負責數據的方向性處理與數據在不同行業終端中的實際應用。

本章就對以上四種結構分類進行詳細梳理與解析，幫助大家厘清物聯網產業的整體脈絡，同時也為其與后文物聯網概念的結合做鋪墊。

1.2.1 感知層：芯片與傳感器

感知層在整個物聯網的技術架構中占比24.7%。感知層可以進行數據的采集、短距離通信和協同處理。在感知層中，需要通過各類傳感器來獲取物理世界中的數據，如物理量、標識、音/視頻多媒體信息等。物聯網通過傳感器、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）、多媒體信息采集、二維碼等技術進行數據的采集和分析。

短距離通信技術和信息處理技術能夠把采集到的數據在一定范圍內進行協同處理，以此來提高數據的精準度，減少無效數據的數量，確保數據處理之后可以利用短距離傳感技術接入廣域網中。感知層的中間技術能夠實現感知層數據和應用平臺的兼容，如代碼管理、服務管理、狀態管理等。

感知層作為數據收集層，是物聯網的基礎，也是物聯網存在的關鍵支撐。它是現實世界與互聯網上的虛擬世界之間的一條紐帶。它由大量的具有感知能力、通信能力和識別能力的智能科技與互聯網組成。目前，相對成熟和完善的感知層技術有RFID、二維碼、藍牙和ZigBee技術，如圖1-3所示。

近年來，RFID引起了諸多公司的關注。它是目前應用較廣泛的自動識別技術。研究表明，這種自動識別技術是非接觸式的，可以脫離人工干預獨立操作內容，還可以通過射頻信號識別出目標物體，并針對目標物體進行數據的記錄與交換。

這樣的自動識別技術能夠廣泛應用于電商、物流、安保、運輸監控、生產裝配等各個不同的領域。

目前，我國在RFID領域已有實際應用案例，包括海關的車輛自動核放系統，以及鐵路車號的自動識別系統。這是RFID應用范圍較廣的兩個系統。

即使如此，RFID也由于成本高、準確度低、兼容性差等原因無法得到大范圍的良好應用。

二維碼近年來頗受關注，從日常生活的應用中可見一斑。它作為信息交換和傳輸的一種方式，能夠大幅度提高信息的應用質量，還能夠增加信息在傳輸時的數量。

由于二維碼不受限于互聯網和數據庫，并且具有成本低、密度高、容量大等特點，因而受到了相當大的關注。然而二維碼的使用，也產生了各種各樣的信息安全、財務安全問題，這在一定程度上妨礙了二維碼的進一步發展。

藍牙技術是一種相對低成本的無線連接技術，但是受技術制約，其功率較小，鏈接范圍也較小，僅能在短距離內實現數據的無線傳輸。

ZigBee是一種雙向的短距離、低能耗、低成本、低速率的無線通信技術。由于其價格昂貴，且需要更高的信道帶寬，所以在技術層面上，ZigBee的開發是十分困難的。大多數ZigBee制造商之間尚未進行數據互通，各方的通信協議并不能兼容，這也阻礙了設備的統一。

因此，與藍牙技術和ZigBee相比，我國的二維碼和RFID應用更廣。

物聯網的感知層由于目前技術、資金的制約，還存在一些安全性問題。感知層的主要設備是物聯網的終端設備，其安全性相對較低，同時存在一些性能上的漏洞，很難對抗攻擊者實施的惡意攻擊，進而帶來物理操控、信息泄露等情況的發生。

實際上，近年來物聯網的終端設備常受到大規模的互聯網攻擊，其中不乏一些行業巨頭遭到攻擊的案例。由于感知層設備通常情況下都默認為聯網狀態，并且其特性代碼是開源的，故而很容易被攻擊。

在實際應用物聯網時也應考慮感知層設備的數據、應用、系統、硬件的安全性。如今，如何針對感知層進行安全防護，保證終端設備的安全，已經成為物聯網感知層設計時需要考慮的重要問題。

1.2.2 互聯網層：無線模組與各類通信協議

互聯網層在物聯網的技術架構中占比70.6%，起著傳輸數據的作用，即把感知層的數據傳輸到應用層。互聯網層融合了移動通信網、互聯網、衛星網、廣電網等網絡。根據應用的不同需求，通過互聯網層能夠傳輸不同的內容。

隨著技術的進步，移動通信網、互聯網都已經比較成熟，在物聯網發展的初期就基本上能夠滿足數據傳輸的需要。互聯網層的主要任務是關注感知層中的數據傳輸問題。在數據傳輸的過程中，涉及智能路由器、互聯網傳輸協議的互通、自組織通信等技術。

互聯網層的主要應用，是負責對感知層獲取的數據進行有效傳輸。其中涉及的網絡有多種形式，無論是有線、無線互聯網，還是公司專用互聯網、局域網、公用互聯網等都包含在物聯網的互聯網層中，故而互聯網層能夠綜合各種網絡，構建完善的網絡體系，使得物聯網的聯通性大大增強。

基于物聯網兼容并蓄的風格，每種網絡都能在物聯網中找到其獨有的應用場景。因為只有將不同網絡進行相互組合，才能夠發揮物聯網的最大作用，所以，在實際的物聯網應用中，感知層所獲取的數據通常需要通過幾種不同形式的網絡組合傳輸。

多種網絡形式組合傳輸需要進行數據對接，同時也代表物聯網需要面對龐大的數據量，以及數據傳輸中的高標準、嚴要求。因此，物聯網需要對現有的互聯網層進行擴展，利用新技術進行更加高效的聯動。互聯網層的技術包括無線局域網技術、無線廣域網技術及其他互聯網技術，如圖1-4所示。

1.無線局域網技術

無線局域網技術包含Wi-Fi和Ad-Hoc（自組織網絡）技術。其中，Wi-Fi是相對簡單明了的技術，是將電腦、移動通信設備以無線形式進行數據傳輸的連接技術。Wi-Fi的覆蓋范圍廣、傳播速度快、成本較低，這也是該技術能夠得到廣泛應用的原因。

Ad-Hoc技術是一種特殊的無線移動互聯網，它具有無中心、自組織、多跳路由、動態拓撲的特性。

Ad-Hoc技術中的各個節點地位平等，沒有層級劃分與中心控制點，這就保證了互聯網的穩定性。由于其具有無中心的特性，因此，某單個節點的故障不會導致互聯網運行出現故障，這在極大程度上提高了互聯網的抗壓能力。

自組織特性指的是各節點不依賴互聯網設施，而是通過分布式算法協調行為，保證節點加入后就能主動組成一個獨立的互聯網。

多跳路由指的是，若某個終端要與其覆蓋范圍外的終端進行通信則需要中間節點進行跳轉。

動態拓撲指的是由于其不具備實際的基礎互聯網設施，故而可以快速展開、快速建立，隨時改變自身的拓撲結構。

2.無線廣域網技術

無線廣域網技術，包含了GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統）、GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務技術）、3G、4G等多種技術。其中，GSM指的是一個固定的數字移動通信標準，它是全球移動通信系統的簡稱。GPRS指的是無線服務技術，也被稱為2.5G，介于2G和3G之間。相比于2G，該技術通過增加相應功能實體、改造基站，提高了用戶傳輸數據的速率。

3G指的是第三代移動通信技術，在3G中能夠傳遞聲音、信息，它也能夠提供高速的數據傳輸業務。而4G則能夠傳輸高質量的視頻、圖像，通信速度比3G更快。

此處不可不提的是即將進入實際應用階段的5G。5G的理論下載速度能夠達到1.25bps，而該技術也代表互聯網傳輸向多元化、綜合化、智能化的方向前行。5G的實行為物聯網帶來了質的飛躍。

3.其他互聯網技術

其他互聯網技術包含有線通信技術、M2M（Machine To Machine，機器對機器通信）技術、三網融合技術。其中，有線通信技術主要指的是支持IP的互聯網和現場總線控制系統。實際上，它主要應用于通信互聯網和自動化技術等領域。

M2M技術指的是機器與機器之間的通信，它可以分為移動應用和固定應用兩類。

三網融合技術指對電信網、互聯網、廣播電視網進行融合的技術。在互聯網演變過程中，三者業務逐漸融合，形成了相互連通、資源共享的技術。

以上述技術作為支撐，互聯網層能夠實現數據上的連通，對感知層獲取的數據進行有效傳遞。而互聯網層若要優化其互聯網特性，更好地進行通信交流和數據傳輸，就需要實現局部的點對點連接。因此，要在局部形成一個物聯網的小端點，并連接大型互聯網，這是一種層級性較強的結構。

隨著物聯網業務類型的豐富和應用范圍的逐漸擴大，以及廣大用戶對物聯網應用需求的提升，互聯網層的融合也會從單一到復合，從各自獨立到逐漸融合。物聯網也能隨著互聯網層的融合進入發展的新階段。

1.2.3 平臺層：操作系統與數據處理平臺

物聯網的平臺層是其技術架構中的關鍵支柱，也是整體產業鏈條中必不可少的一環。通過互聯網層向平臺層的數據結構，不僅能夠向下連接感知層，同時也能向上為物聯網進行實際應用的服務商提供相應的端口；不僅能夠實現對感知層終端設備的管理、控制與營銷，還能夠為各行各業提供物聯網落地的實際服務。

物聯網平臺是將物聯網實際應用到現實生活中，并形成有效的解決方案的樞紐。

物聯網平臺具備設備管理、互聯網管理、數據整合、智能分析等多個功能。通過自身的關鍵性作用，物聯網平臺可以實現上下層數據互通，將應用實際落地。

因此，各行各業的巨頭都將物聯網實際應用到自己的公司中，以形成端對端的聯網解決方案。此外，物聯網在為公司提供服務的同時，也擴充了感知層。

由于物聯網的平臺層可以與感知層終端設備、上層公司業務需求、開發系統人員等內容相接，故而物聯網的平臺層是物聯網整體的核心，起到承上啟下的重要作用。

物聯網的綜合解決方案提供商也更加重視平臺層的業務。它們大多數都會通過擴展合并和收購的方式來獲取平臺層的能力，其中代表公司有愛立信、PTC、bosch等。

另一類云計算公司則選擇構建物聯網平臺生態系統，利用廣泛的合作關系達成構建目的，其中的代表公司有IBM、AWS、微軟等，它們與物聯網平臺都有不同深度的合作。

物聯網平臺按照其邏輯關系，提供四大功能：終端管理、連接管理、應用支持、業務開發。這四大功能是按照由下至上的層級進行排序的，而這四大功能也分別構成四大平臺類型。

感知層功能構成設備管理平臺，互聯網層功能構成連接管理平臺，平臺層功能負責應用使能平臺，應用層則主要負責業務分析平臺。

迄今為止，還沒有一家公司能夠提供完整、全面、功能齊全的整體體系，每一家公司都會針對自己專注的領域進行深入研究，故而也各自具有不同的獨立優勢。將這些公司能夠提供的服務內容進行細分，可以分為以下幾類。

（1）數據收集。這是物聯網最基本的功能之一，物聯網提供的基礎業務也大多數以數據收集、情況監察為主，并以一定程度上的控制作為輔助手段。

（2）定位追蹤。這一內容是基于全球定位系統和無線通信技術施行的。

（3）警報功能。通過物聯網的信息流，保證事件報警與提示能夠及時有效地下達。

（4）智慧功能。利用終端設備對其他內容進行時間安排、事件指揮調度。

（5）預定設置。按照預先設定的章程，對發生的事件進行自動化處理，保證事件能夠及時、有效得到安排。

（6）安全保障。基于物聯網的特性，其信息所有權及隱私需要得到保障，因而物聯網需要提供相應的安保服務。

（7）遠程連接。通過物聯網對距離較遠的端點進行連接，這種連接在互聯網層更加深化，聯系更加密切，可以用在一些公司產品的售后服務方面。

（8）統計決策。這涉及一個全局的數據統計與分析，需要建立在足夠完善的物聯網下，通過平臺的數據統計與分析為公司提供決策背后的支持。

微軟（Azure IoT）、IBM（Watson IoT）、亞馬遜（AWS IoT）等知名公司雖然正在引領物聯網的發展，但尚未形成寡頭競爭格局。

Linux、iOS、Android、Brillo、BlackBerry和其他操作系統正在激烈競爭。Linux以其優異的開源、穩定等性能成為主流選擇。以虛擬現實和增強現實為代表的人機交互設備平臺正在逐步開放。Hulu、Netflix、HBO、IMAX等公司在這一領域迅速崛起。

1.2.4 應用層：更靠近市場的場景化落地

應用層在物聯網的技術架構中占到了4.7%。物聯網的核心功能是對信息資源進行采集、開發和利用。應用層就是根據底層采集的數據，進行業務需求及動態信息資源的匹配與更新，將用戶需要的數據進行連通，實現全方位地遠程識別、閱讀、操作和交互。

物聯網涉及的范圍比較廣，包括各種應用系統，因此，只有統一的業務體系結構才能使其更高效地運作。另外，物聯網還需要信息安全、聯網管理等方面的支持。在物聯網的每一層之間，信息并不是單向傳遞的，而是交互存在的。物聯網機構只有緊密聯系在一起，才能使物聯網真正發揮作用。

基于應用層對外開放的定位，應用層位于物聯網技術架構的最頂層。其實際功能主要是通過信息處理，將位于頂層的應用層和位于基層的感知層連接在一起，這也構成了物聯網的顯著特征與核心。

應用層能夠對感知層所采集到的數據進行推理計算，通過深度挖掘和高效處理，實現數據和指令對現實世界的實時控制，并根據數據和指令做出科學、有效的決策，完成對公司的管理。物聯網的應用層由以下三個部分構成。

（1）物聯網中間件：這是一種軟件程序，是一種將各類公用功能統一提供給物聯網各層使用的獨立程序。

（2）物聯網應用：應用層產出的是可以直接投入大規模應用的產品，如智能電網、智能家居、安全防護、遠程醫療、質量追溯等。

（3）云計算：物聯網的數據存儲和數據分析是通過云計算的方式進行的。而云計算又可以分為三個不同類型：基礎框架型、平臺型、服務和軟件型。這三種類型的云計算能夠針對不同行業、不同公司、不同層面的應用提供不同的服務方式，故而可以解決目前市面上的大多數需求。

從物聯網各層的發展來看，目前的感知層發展十分迅速，互聯網終端端點的數量可以大幅增加?；ヂ摼W層相對比較成熟，伴隨5G的出現也會步入新時代。平臺層雖沒有形成完整的體系，但也有巨頭公司引領。

不過，應用層無論是實際的技術成果，還是目前的科普程度，都明顯落后于其他層。但應用層與用戶的關系是最為密切的，因此，應用層仍有很大的發展潛力。