1.2 物聯(lián)網(wǎng)的特征及體系結(jié)構(gòu)

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)的特征

物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)，它實(shí)現(xiàn)了任何時(shí)間、任何地點(diǎn)及任何物體的連接。為了實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián)互通，物聯(lián)網(wǎng)融合了互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，通過運(yùn)用傳感器的方式來進(jìn)行信息的傳送和交互。物聯(lián)網(wǎng)智能化決策和把控是通過提升計(jì)算機(jī)對信息的感知處理而來的。

1. 全面感知

對信息和數(shù)據(jù)的全面感知是物聯(lián)網(wǎng)的首要特征。物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)容和信息格式各不相同。這些傳感器按照一個(gè)頻率，周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的采集，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)獲取和更新。

2. 可靠傳送

物聯(lián)網(wǎng)通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密來保障所采集數(shù)據(jù)在傳輸過程中的可靠性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性。物聯(lián)網(wǎng)采用有效的路由協(xié)議、通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，通過無處不在的無線通信網(wǎng)和骨干光纖通信網(wǎng)，將采集的信息進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)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(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)信息發(fā)送到設(shè)備終端后，借助云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等各種智能計(jì)算技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。可以在傳感器采集的海量信息中提取出有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)，以適配用戶的應(yīng)用需求。

1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)特征，并為了保證全書內(nèi)容的一致性，本書從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上將物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)主要層次。

1. 感知層

物聯(lián)網(wǎng)并不局限于人與人之間的通信，而是擴(kuò)展到人與物、物與物之間的通信，擴(kuò)大了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信范圍，這是物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別。感知層能解決人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，完成對“物”的感知，是物聯(lián)網(wǎng)的功能在具體實(shí)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)范圍的“物”的感知。例如，能遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議，在物聯(lián)網(wǎng)中有可能被識(shí)別的標(biāo)識(shí)對應(yīng)的信息接收器和發(fā)送器、數(shù)據(jù)傳輸通路、數(shù)據(jù)處理芯片、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)空間等。因此，物品需要依靠特定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的幫助使其滿足物聯(lián)網(wǎng)的感知層要求之后，才能加入物聯(lián)網(wǎng)。

人類世界和物理世界中各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻、位置等數(shù)據(jù)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(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括基本的感應(yīng)器件（如 RFID 標(biāo)簽和讀寫器、傳感器、攝像頭、二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器等基本標(biāo)識(shí)和傳感器件），以及由感應(yīng)器件組成的網(wǎng)絡(luò)，其主要任務(wù)是完成信息的采集和預(yù)處理。感知層處于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的底層，具有十分重要的作用。作為物聯(lián)網(wǎng)最基本的一層，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。

2. 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層也被稱為傳輸層，它將感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)完成接入和傳輸，是進(jìn)行信息交換和傳遞的數(shù)據(jù)通路。網(wǎng)絡(luò)層能夠安全、可靠、順暢地傳送感知層感知到的數(shù)據(jù)，解決的是感知層獲得數(shù)據(jù)后遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。

傳輸層可細(xì)分為接入層、匯聚層和核心交換層。各類設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入方式，如 3G/4G/5G、Wi-Fi、有線或衛(wèi)星等，主要由接入層完成；接入層用戶流量的聚合及數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)發(fā)與交換的實(shí)現(xiàn)，由匯聚層完成；核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供高速、高安全性、高服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。

對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合擴(kuò)展，利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能，是目前形勢對物聯(lián)網(wǎng)的要求，因?yàn)殡S著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來必定會(huì)建立端到端的全局網(wǎng)絡(luò)。屆時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將承擔(dān)起比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量，并面臨更高的服務(wù)質(zhì)量要求。

3. 應(yīng)用層

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力和目的，其最終目的是更好地利用感知和傳輸?shù)男畔ⅰ＞唧w地講，應(yīng)用層的主要功能是智能化地對感知和傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分析處理，做出決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)，并通過各種設(shè)備與人進(jìn)行交互，解決信息處理和人機(jī)交互的問題。

應(yīng)用層可以按形態(tài)分為兩個(gè)子層：管理服務(wù)層和行業(yè)應(yīng)用層。管理服務(wù)層對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)、應(yīng)用、系統(tǒng)之間信息的協(xié)同、互通和共享；行業(yè)應(yīng)用層則根據(jù)各行業(yè)的特點(diǎn)提供人機(jī)交互界面，輔助行業(yè)從業(yè)人員和管理者進(jìn)行操作和控制，為用戶提供海量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。各行業(yè)和個(gè)人應(yīng)用的開發(fā)將推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的普及，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶來空前的利潤。