物聯網體系結構及發展研究

蔣曉科　李健　符龍生

摘 要：物聯網時下已成為工業界和學術界的熱門領域，該文介紹了物聯網的基本概念，并綜合當下工業界和學術界對物聯網體系結構的認知，將物聯網體系結構劃分為感知層、網絡互聯層、資源管理層、信息處理層、應用層五個層次；接著以智能煙霧探測器、智能行李追蹤技術、智能穿戴產品等各種智能化的應用為例，介紹了物聯網的應用領域；最后從物聯網的行業標準、安全問題、編碼與尋址、通信模式及建設成本方面，分析了物聯網發展所面臨的挑戰。

關鍵詞：物聯網 傳感器 無線通信 云計算

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0008-01

隨著云計算、傳感技術、無線通信技術、模式識別技術等技術的飛速發展，物聯網（Internet of Things）作為新時代的智能網絡應運而生，被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業發展的第三次浪潮，其巨大的社會價值和商業價值引起了世界范圍內工業界、學術界的廣泛關注。

1 物聯網概述

1.1 物聯網的概念

簡單而言，物聯網就是“物物相連的互聯網”，但物物相連僅僅是一種手段，最終的目的是實現人對物的全面智能化的控制。物聯網實質是依靠專用網、局域網或互聯網將物與物通過傳感器、控制器等設備，按照約定的協議有機的聯在一起，進行物與物、物與人之間的信息交換，最終實現智能化監督、遠程操控的目的。

1.2 物聯網體系結構

雖然業界未對物聯網體系作一個明確、統一的標準，但通過歸納各種觀點，物聯網體系結構大體可以分為感知層、網絡互聯層、資源管理層、信息處理層、應用層。

（1）感知層。

感知層是物聯網體結構的基礎層，分為數據收發和無線通信兩個部分，其中數據收發部分通過RFID、傳感技術、定位技術等，采集物品的各種必要的相關信息，并將信息發送至上層網絡；同時接受來自上層網絡的控制命令，按命令完成相應動作。無線通信部分使得物與物之間可以互聯互通，以滿足物體之間交換信息的需要。

（2）網絡互聯層。

網絡互聯層主要功能是實現各種網絡，如PSTN網、2G/3G移動網絡、互聯網等的相互融合，提供格式和地址轉換、路由等功能，最終的目的是把感知層所收集的數據安全、快速、準確的傳送到地球上任何需要的地方，以實現遠距離、大范圍的通信。

（3）資源管理層。

資源管理層主要功能是對資源進行統一管理和分配，包括初始化資源、監測資源的使用情況、合理分配資源、協調各個不同資源共同工作。

（4）信息處理層。

信息處理層提供對數據的查詢和挖掘，并通過對數據的語義分析，做出相應的處理決策。云計算技術為信息的分析和處理提供了重要的平臺。

（5）應用層。

應用層為物聯網的最終落腳點，物聯網歸根到底是為人提供各種智能服務，所以應用層是最終實現物與人交互的地方。應用層可以根據實際需要提供各種類型豐富的服務，如智能灌溉、智能環境監控、智能穿戴、智能家居、智能醫療等。

2 物聯網的應用領域

2.1 智能煙霧探測器

智能煙霧探測器通過各種先進傳感器，可以智能化的監測室內空氣的溫度、濕度、有害氣體濃度、花粉、空氣懸浮顆粒濃度等，并根據不同情況為用戶提出各種相應的凈化空氣和改造室內環境的建議。

2.2 智能行李追蹤技術

物聯網技術可以有效解決行李丟失問題，通過內置的GPS設備和數據蜂窩網絡，可以實時監測和追蹤每件行李的位置，對丟失的行李能快速找回。

2.3 智能穿戴產品

將傳感器集成在穿戴用品內，可以有效監測用戶身體的各種指標，如體溫、心率、呼吸頻率、脂肪、運動強度、燃燒熱量等，并對這些數據進行進一步分析，從而為用戶提出合理的建議，如提出如何改善睡眠質量和更合理運動的建議，以幫助用戶改善整體的健康狀況。

3 物聯網發展所面臨的挑戰

3.1 行業標準不統一

目前的物聯網相關企業在自己的領域獨自作戰，相關企業之間沒有統一和標準的通信接口，造成企業和企業之間的資源無法共享，產業比較分散。在物聯網建設的各個行業和環節上，如制造業、軟件業、運營業之間；傳感器、平臺接口、數據傳輸格式等各方面，都存在著行業壁壘和標準不統一的情況，阻礙著物聯網產業的發展。

3.2 安全問題

物聯網基于無處不在的無線網絡，當所有的設備被連接到網絡后，信息安全、網絡安全甚至國家安全問題也隨之而來，如何建立健全一套為物聯網所用的安全防護體系，是物聯網穩步發展必須要考慮和解決的問題。

3.3 編碼與尋址

在物聯網中要實現物與物之間的相互聯接，與互聯網中的計算機之間的相互聯接一樣，首先要解決所有物品的編碼唯一性問題，其次是通信尋址的問題，IPv6以其無狀態地址分配技術、高速IP移動性能、QoS技術等實現了物聯網網絡的高效性和可靠性，被視作目前物聯網的最佳尋址技術。

3.4 通信模式

物聯網的應用中物品密度往往很大，相鄰的兩個節點之間的通信距離往往很短，為了降低功耗、避免外界噪聲干擾及增加通信的安全性和隱蔽性，節點間的通信往往采用多跳通信模式，這需要在傳統的網絡協議算法上加以改進，或者另行設計一套全新算法來滿足物聯網中節點通信的要求。

3.5 成本問題

物聯網的建設往往耗資巨大，如對于信息采集和傳感設備、通信網絡的功耗、物聯網智能應用開發等各方面，都需要投入大量成本，面對未知的投資回報率，許多企業對物聯網僅僅是一種觀望的態度。

4 結語

物聯網技術正在飛速發展，物聯網的應用也在不斷推動，只有從標準、安全性、技術層面等很好的解決了物聯網發展所面臨的問題，物聯網才能真正的蓬勃發展，從而實現其巨大的社會價值和商業價值。

參考文獻

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