1.2 物聯網的特征及體系結構

1.2.1 物聯網的特征

物聯網是以全面感知、可靠傳送、智能處理為特征的連接物理世界的網絡，它實現了任何時間、任何地點及任何物體的連接。為了實現人與人、人與物、物與物之間的互聯互通，物聯網融合了互聯網、移動通信網等網絡，通過運用傳感器的方式來進行信息的傳送和交互。物聯網智能化決策和把控是通過提升計算機對信息的感知處理而來的。

1. 全面感知

對信息和數據的全面感知是物聯網的首要特征。物聯網中海量、多種多樣的傳感器都是信息源，不同類型的傳感器所感知的信息內容和信息格式各不相同。這些傳感器按照一個頻率，周期性地進行數據和信息的采集，實現環境信息的實時獲取和更新。

2. 可靠傳送

物聯網通過對采集的數據進行加密來保障所采集數據在傳輸過程中的可靠性、準確性和及時性。物聯網采用有效的路由協議、通信協議和網絡安全協議，通過無處不在的無線通信網和骨干光纖通信網，將采集的信息進行傳輸，從而實現信息的可靠傳送。

3. 智能處理

在信息的采集和傳輸過程中，需要對信息進行預處理。當信息發送到設備終端后，借助云計算、機器學習等各種智能計算技術，擴充其應用領域。可以在傳感器采集的海量信息中提取出有價值、有意義的數據，以適配用戶的應用需求。

1.2.2 物聯網的體系結構

根據物聯網的三個特征，并為了保證全書內容的一致性，本書從網絡架構上將物聯網的體系結構分為感知層、網絡層和應用層三個主要層次。

1. 感知層

物聯網并不局限于人與人之間的通信，而是擴展到人與物、物與物之間的通信，擴大了傳統網絡的通信范圍，這是物聯網與傳統網絡的主要區別。感知層能解決人類世界和物理世界的數據獲取問題，完成對“物”的感知，是物聯網的功能在具體實現過程中的“觸角”。感知層對“物”的感知并不是指對自然物品的感知，而是指對滿足一定條件，被納入物聯網范圍的“物”的感知。例如，能遵循物聯網的通信協議，在物聯網中有可能被識別的標識對應的信息接收器和發送器、數據傳輸通路、數據處理芯片、操作系統、存儲空間等。因此，物品需要依靠特定物聯網設備的幫助使其滿足物聯網的感知層要求之后，才能加入物聯網。

人類世界和物理世界中各類物理量、標識、音頻、視頻、位置等數據的獲取問題，可以靠感知層解決。感知層由各類傳感器和傳感器網關構成，包括基本的感應器件（如 RFID 標簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、二維碼標簽和識讀器等基本標識和傳感器件），以及由感應器件組成的網絡，其主要任務是完成信息的采集和預處理。感知層處于物聯網三層架構的底層，具有十分重要的作用。作為物聯網最基本的一層，它是物聯網發展和應用的基礎，具有物聯網全面感知的核心能力。

2. 網絡層

網絡層也被稱為傳輸層，它將感知層所獲得的數據在一定范圍內完成接入和傳輸，是進行信息交換和傳遞的數據通路。網絡層能夠安全、可靠、順暢地傳送感知層感知到的數據，解決的是感知層獲得數據后遠距離傳輸的問題。

傳輸層可細分為接入層、匯聚層和核心交換層。各類設備的網絡接入方式，如 3G/4G/5G、Wi-Fi、有線或衛星等，主要由接入層完成；接入層用戶流量的聚合及數據路由、轉發與交換的實現，由匯聚層完成；核心交換層為物聯網提供高速、高安全性、高服務質量的數據傳輸環境。

對現有網絡進行融合擴展，利用新技術實現更加廣泛和高效的互聯功能，是目前形勢對物聯網的要求，因為隨著物聯網的發展，未來必定會建立端到端的全局網絡。屆時，物聯網網絡層將承擔起比現有網絡更大的數據量，并面臨更高的服務質量要求。

3. 應用層

應用層是物聯網發展的驅動力和目的，其最終目的是更好地利用感知和傳輸的信息。具體地講，應用層的主要功能是智能化地對感知和傳輸的信息進行分析處理，做出決策，實現智能化的管理、應用和服務，并通過各種設備與人進行交互，解決信息處理和人機交互的問題。

應用層可以按形態分為兩個子層：管理服務層和行業應用層。管理服務層對數據進行處理和存儲，實現不同行業、應用、系統之間信息的協同、互通和共享；行業應用層則根據各行業的特點提供人機交互界面，輔助行業從業人員和管理者進行操作和控制，為用戶提供海量的物聯網應用。各行業和個人應用的開發將推動物聯網的普及，為物聯網產業帶來空前的利潤。