物聯網的體系結構與相關技術

王威

摘要 隨著經濟社會的不斷發展，物聯網技術已經引起了社會各界的廣泛關注。國內學術界、實體經濟各行業對物聯網的相關技術發展均高度重視，但目前對物聯網的定義、物聯網的內在原理、體系結構和系統模型等方面還存在許多值得探討的問題。本文主要分析現有物聯網技術在物聯網中的應用，有針對性地探討了物聯網與下一代網絡、物理網絡系統以及無線傳感器網絡之間的關系，然后總結歸納出物聯網的體系結構與相關技術分析發展中存在的瓶頸問題，最后文章落腳在物聯網發展的現實意義上。

【關鍵詞】物聯網 體系結構 技術分析 無線傳感器

就目前物聯網的發展情況而言，其發展雖然得到了社會各界人士的廣泛關注，但是在物聯網的體系結構與相關技術分析仍舊具有很大的發展空間。物聯網在相對較短的時間內受到了極大的關注，對人們的日常生活產生了重大影響。但需要注意的是，無所謂國內外，物聯網的研究和發展只是處于起步階段，物聯網的體系結構和特點還存在一些混亂，物聯網的系統模型和結構的概念并沒有形成標準，物聯網的技術開發方向上也存在一定程度的盲目性。

1 何為物聯網體系結構

物聯網，是指物體與信息在信息互聯網、傳統電信網絡中的承載實體，可以讓所有可以獨立使用功能的普通對象，通過連接網絡、運用信息技術，做出可控制、易操作的規范行為動作。物聯網是互聯網信息時代發展的重要階段，物聯網與互聯網在內容上相聯系，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，其本質實際上是互聯網的延伸和擴展，即即物質階段，將互聯網的信息交換和通信功能擴展到任何商品與商品之間。

物聯網的體系結構是從物聯網的本質屬性中演化出來的，主要包含感知層（感知控制層）、網絡層和應用層三個層次。首先，感知層能夠自動感應外部物理信息（RFID、傳感器、智能家電等），并且常常與自動感應裝置配合使用。網絡層，又稱傳輸層，包括接入層、聚合層和核心交換層三個層次，用于執行數據分組聚合、轉發和交換，從而保證物聯網達到高速、安全、優質的數據傳輸效果。而應用層又分為管理服務層和行業應用層，主要通過中間件技術、海量數據存儲和挖掘技術以及云計算平臺支持等手段，實現傳感硬件和應用軟件之間的物理隔離和無縫連接。

2 物聯網的相關技術分析

物聯網在現實生活中的應用層面比較多，可謂是涉及到人們生活的方方面面，對人們的生活產生著重要的影響。本文根據物聯網技術的現實發展情況，就物聯網體系結構與下一代網絡、物聯網體系結構與無線傳感器網絡兩個方面展開詳細的分析論證。

2.1 物聯網體系結構與下一代網絡的技術分析

物聯網技術的核心主要是通用網絡技術，與下一代網絡技術有密切的聯系。物聯網的核心技術是通用網絡，而通用網絡是無所不在的網絡。下一代網絡是互聯網發展到一定階段的產物，在下一代網絡的技術應用中，其可以實現隨時隨地任何實物之間的互連，提并為實物提供各種形式的信息訪問和信息管理服務。物聯網體系結構與下一代網絡的技術分析最重要的連接點就是普適計算技術，也就是一種無止境的、無所不在、無處不在的計算。在下一代網絡互連任何項目中，會實現互聯網絡現與各種設備之間的現實連接，比如說移動互聯，移動互聯設備互連、傳感器自動互連等。普適計算是物聯網體系結構發展的一種發展趨勢，與下一代網絡技術的發展方向不謀而合。

按照傳統的定義，下一代網絡是在任何時間、任何地點、以任何方式提供訪問信息和管理服務的時代，也可以稱之為“物聯網信息網絡”。從虛擬信息實物互連的角度來看，傳統的下一代網絡的定義局限于傳統互聯網的范疇，只強調信息交互。而本文中所講的“下一代網絡”是指人與人之間的信息交流，也就是電信網絡的未來主要業務范圍，也可以說是引入物聯網概念的下一代網絡。物聯網的引入與融合發展可以從根本上擴展電信網絡的業務范圍，可以真正推動電信業務和電信網絡的發展，從而全面改造電信網絡。

2.2 物聯網體系結構與無線傳感器的技術分析

新時期，隨著處理器、存儲器、網絡帶寬等運營的成本下降，嵌入式系統已經被廣泛應用于許多領域，特別是在飛機、汽車、家用電器等各種物理設備上。傳統的無線傳感器在設計、建造、測試、維護上存在難度大、成本高的尷尬局面，并且由于無線傳感器通常會涉及眾多網絡軟件和硬件組件，在多個子系統精細集成的環境下，無線傳感器的工作效果十分不穩定。

隨著科學技術的不斷發展，相應的物聯網技術漸漸的融入到無線傳感器技術中，物聯網的體系結構也對無線傳感器的技術發展起到了很重要的研究指引。在物聯網的物理系統中，物聯網的體系結構具有一定的復雜性，尤其是在醫療設備、武器系統等快速運動的監控設施中，而無線傳感器具有很嚴格、高效的計算能力，將物聯網體系結構與無線傳感器有機的結合，可以打破無線傳感器在內存、功率、速度、重量和成本上的限制，從而保證其在外部攻擊和戰斗下才能繼續正常工作。

3 新時期物聯網的體系結構與相關技術分析面臨的主要問題

3.1 安全性和穩定性無法保證

安全性是物聯網最重要的挑戰之一?；ヂ摼W是物聯網的支柱，而互聯網很容易受到黑客和其他網絡攻擊，相應的物聯網也會存在安全性上的威脅。隨著物聯網應用滲透到個人隱私空間，網絡設備便成了是監控人竊取隱私的最簡單目標，但在現實生活中物聯網體系結構的安全問題往往被匆忙忽視，讓使用物聯網的目的變得“徒勞無功”。另外，物聯網體系結構的穩定性也比較差，在設備被大量使用的情況下，其服務器很容易崩潰，導致整個網絡變得不可用，實時數據的連通傳輸效果大打折扣。

3.2 兼容性不強

硬件兼容性和設備是建立一個成熟的物聯網體系的重要基礎性保障，新時期物聯網一定要有各種各樣的硬件元素可用，并且要保證多種硬件元素可以同時、兼容性的使用。在物聯網現實的發展情況中，兼容性是阻礙物聯網推廣發展的重要瓶頸問題之一，而大多數的物聯網兼容性的解決方案集成在傳統的系統中，由于不同行業之間的固件和非標準協議的不同，在多方合作時經常存在一些標準性問題無法達成共識。這直接導致了設備故障之后更換設備的復雜性，即使停止現有的物聯網結構體系設備或硬件支持，硬件或設備也無法繼續正常運行。這就意味著物聯網結構體系需要不斷的定期更新，一定程度上造成了技術成本的浪費。

3.3 缺少專業性人才

根據國家統計局的技能差距根據調查報告，報告顯示，在物聯網相關領域工作的專業人員中，只有2 0%的人擁有實施物聯網的正確技能。在物聯網的多元化領域，必須解決軟件到硬件實現的所有方面，想要解決物聯網發展中面臨的問題，就一定要找到具有物聯網相關技能的專業人士。所以，現有的這種嚴重的人才短缺成了阻礙了物聯網發展的另一個瓶頸問題，一定要加強對物聯網技術人才的培養，加強物聯網人才隊伍建設，為物聯網的技術發展提供堅實的人才基礎。

4 新時期加強物聯網的體系結構與相關技術分析的現實意義

說到物聯網，自二十一世紀以來，發展物聯網的聲音就越來越受到社會各界的歡迎。物聯網的成熟實際上是來自于產業的成熟和行業的需求，特別是在物流領域上，更有個別學者認為，物聯網就是“物流+互聯網”的一種結合產物。

就現階段物流的發展情況而言，傳統物流已經不能滿足社會發展的需要，發展現代物流已經是刻不容緩。物聯網的誕生對現代物流業的發展起到了非常重要的作用，物聯網加速了物流的發展與運營模式革新。物聯網是以物流為基礎的，物聯網的發展離不開物流業的支持。早期物聯網中的傳感器網絡，現在正在有效地應用于國內物流行業，加快物流的集輸效率，并漸漸的引導著物流向著“實時跟蹤”的方向發展。物聯網目前主要作用在物流行業和公用事業上，從物聯網體系結構的應用角度來看，在公用事業監控方面，物聯網也在發揮重要的導向作用，在公共事業的通信物流信息收集和定位方面也已經取得了一定的進展。

雖然物聯網應用在中國仍是一個新的事物，相較于發達國家發展仍然處于萌芽發展的階段，并且受到各種因素的制約影響。在物聯網的發展條件并不成熟，還有很多如技術、商業質量等因素制約著其的發展。在物聯網的發展瓶頸問題中，標準化和兼容性建設是至關重要的。沒有標準化，物聯網的體系結構和相關技術就像一堆沙一樣分散在各個領域，一定要加快物聯網標準化應用程序的開發，有傾向性的加強物聯網專業人才的培養，為物聯網體系結構的完善發展奠定發展基礎。

5 總結

其實，物聯網是指向虛擬互聯網的，現階段物聯網正在慢慢的走向實體。在這個過程中，互聯網是物聯網前瞻性思維的延伸，這并不是一種簡單的附加，具有一定的逆向定制性。本文的主要研究對象是物聯網，就物聯網的體系結構進行了簡要的介紹，并就物聯網相關技術展開詳細的分析。物聯網發展至今，其優勢已經漸漸的顯露出來，具有很大的市場發展潛力，先關的技術人員一定要不斷地創新，爭取將物聯網技術早日推向成熟。

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