物聯網體系結構研究

李兵元 司長征 陳琪瑋 馬忠光

[摘 ? ?要] 隨著科技的發展和社會的進步，物聯網的應用領域也越來越廣，這就需要人們充分認識物聯網的意義和作用，以更好地開展相關工作。文章對物聯網的結構類型進行分析，在相關理論的基礎上提出了目前在物聯網中存在的問題。

[關鍵詞] 物聯網;體系結構;研究分析

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 19. 066

[中圖分類號] TP311 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2019）19- 0155- 03

0 ? ? ?前 ? ?言

物聯網技術是近些年新興的信息技術，其以網絡技術為基礎，主要應用于現今的IT產業，并在產業的運行過程中應用物聯網機構知識，以更好地促進IT產業的進一步發展[1]。物聯網的概念與實際應用過程經過了多年的理論研究，已經處于發展的黃金時期，但從產業的整體角度來說，還處在起步階段，階段應用過程中依然存在一些問題。因此，物聯網體系結構定義以及概念還沒有一個準確的研究成果。我國通過對物聯網概念的深入研究，已經在制定物聯網的相關標準和架構上取得了一定的進展，并已經實現了物聯網概念的部分應用。

1 ? ? ?物聯網的基本概念

物聯網從本質上來說就是連接物與物之間的互聯網應用技術，可以將其看作是人與人之間的交互過程，只是交互對象變為了物與物。目前，物聯網的發展已經初具規模，但依舊沒有一個具體的定義。物聯網通過規定的協議能夠實現世界的任意物品與互聯網的連接，以便對于事物進行智能識別以及定位，從而形成一個全面的監控管理網絡。

2 ? ? ?物聯網技術的框架體系

2.1 ? 自主體系結構

2.1.1 ? 自主體系結構特性

對于物聯網來說，較為重要的就是要滿足無線通信環境需要。因此，國外專家提出了一種基于物聯網概念為核心的自主體系結構。這種結構的核心部分為自主件，能夠執行在網絡控制面的新的任務或已存在的任務。再加上自主間具有保證通信系統穩定性的特性，因此其能夠持續更新，在另一方面也保證了這種結構的先進性。

2.1.2 ? “列”設計頁

“列”設計頁在整個自主體系結構中的作用是最重要的，其決定了控件的顯示內容以及“列”的類型。物聯網自主體系結構涉及的內容有很多，但整體分為四個“面”，包括控制面、知識面、數據面以及管理面。這幾個部分各有不同的功能，關系到整個結構的穩定性以及數據信息的傳遞功能以及數據交互。數據面的作用是數據傳遞，決定了結構的信息傳遞速度和方式;控制面主要是與數據面進行對接，在發送配置信息后根據實際情況優化數據面的信息量，并保持信息的可靠性;知識面處于信息網絡過程的結構頂部，決定著信息網絡的完整性。其主要是通過提供網絡視圖來整理分析得出網絡系統知識，這不僅能夠保證信息網絡的數據傳遞及時性，也能夠對控制面進行適應控制。由于結構的涉及面較廣，因此自主體系結構的協議棧非常復雜，給后續工作帶來了一定難度，需要應用人員具有一定的專業能力[2]。同時，也要注意自主體系結構的使用領域，其一般用于資源豐富的物聯網節點，資源在這里指的是相對于互聯網領域的計算資源。系統結構如圖1所示。

2.2 ? EPC體系結構

伴隨著信息時代的到來，對于物品的識別有著更高的要求。同時為了符合信息網絡化飛速發展的特點，滿足物品標識以及識別需求，美國的麻省理工實驗室在計算及互聯網的概念及其結構的基礎上，結合無線通信技術，構建了一個能夠覆蓋世界方方面面的=現今的系統，這也是電子產品代碼的概念核心。電子產品代碼的存在意義就是為了更好的識別事物，賦予每一個對象一個獨立的EPC，并由擁有無線射頻識別技術的先進的信息系統進行管理，在這個過程中要由EPC網絡建立各個環節之間的緊密聯系[3]。同時，數據存儲和實時傳輸功能的實現要通過EPC網絡來進行。也正是由于EPC體系結構的諸多優點，被用于標識系統中，這也是首次將物聯網的體系結構應用在有著實際意義的領域中。通過將編碼體系與EPC概念的融合，使得EPC體系結構更加完善，并在此基礎上更好地保證了結構的穩定性以及可靠性。

2.2.1 ? EPC編碼體系

物聯網的根本目的在于使世界的每一個物品都能夠通過相關技術實現實時共享的功能，而這個目標實現的前提條件就是要對物品進行統一編碼。無論是世界的任何一個地方，生產的物品都要被打上電子標簽。這種標簽中蘊含的信息非常多，包括生產地、生產公司、生產時間以及物品類型，能夠通過電子標簽很快的掌握物品信息[4]。這不僅大大方便了日常的數據整理，還極大減少了數據分析數量，目前主流應用的電子產品編碼體系為歐美EPC編碼體系和日本UID編碼體系。

2.2.2 ? 射頻識別系統

射頻識別系統時EPC體系結構的硬件主體，標簽的產生以及讀寫都需要依靠射頻識別系統。標簽主要作為商品信息的載體，其承擔著信息展示的作用。通過標簽與物品的緊密關聯（粘貼或嵌入），建立起一對一的映射關系。EPC作為電子標簽存在時，能夠通過讀寫器實現對于標簽內數據的讀取[5]。在對電子碼讀取后，需要經過物聯網的數據傳遞環節對數據進行整理分析，并將信息儲存在數據庫中。而當物品的個人用戶或企業需要對電子標簽的信息進行查詢時，只要打開對應的檢索網站，在網站上輸入產品名稱和電子碼的數據，就能夠對產品的生產過程以及供應狀況等進行實時監控。隨著信息化時代的到來以及科技技術的發展，相關的標準已經建立，并隨著應用范圍的擴大和應用次數的增加逐漸被完善，從而進一步促進EPC體系結構的發展。

2.2.3 ? EPC信息網絡系統

EPC信息網絡系統主要分為三個部分，這三個部分都可以實現獨立的功能，包括EPC中間件、EPC信息服務以及發現服務。對于EPC中間件來說，最重要的就是要制定應用環境標準，并規范系統流程，建立二者之間的通信[6]。同時，需要單獨設立一個基于通用平臺的接口，這就是中間件的概念;中間件主要起到信息傳遞以及交互作用，通過讀寫器以及應用系統的配合，能夠實現對于信息的實時捕捉功能，并在第一時間上傳到數據庫。由于EPC采用的是標準的協議以及通用接口，因此能夠很方便地連接讀寫器和信息系統，這也是EPC普及率大大增加的原因之一;信息網絡系統中的發現服務，能夠對服務對象進行解析，并在電子產品代碼的基礎上，獲取到更多的EPC數據信息。目前，由于接口標準委托國外的公司進行制定，系統也是由國外公司進行運營維護，因此還沒有形成具體的接口標準;EPC信息服務是在軟件的支持下實現EPC信息交互的過程服務，接口標準目前也在制定和完善當中。

2.3 ? 層次性體系結構

隨著對物聯網研究的逐漸深入，對物聯網的應用需求也逐漸體現了出來。因此，需要在充分了解應用系統知識的基礎上，構建具有實用價值的通用模型。物聯網雖然在概念的提出階段以及使用過程中大量的應用了互聯網技術，其與互聯網之間的聯系較為密切。但不能說物聯網就是在互聯網的應用過程中產生的，二者有著較大的區別。互聯網的意義在于計算機通信網絡的建立，實現全球范圍內的網絡信息互聯;而物聯網主要是整合各種通信資源，并在此過程中利用互聯網技術實現控制、傳輸以及感知等技術的應用和發展。

2.3.1 ? 感知層

信息的收集與直接感受主要是通過感知層來實現的，因此其是物聯網的運作前沿。其主要的硬件設施大多為各種傳感器，包括溫度傳感器、壓力傳感器以及震動感應器等。

2.3.2 ? 接入層

接入層的主體的作用主要是用于信息接收以及后續的應用過程，基站節點和接入網關共同組成了接入層，以實現對數據的整理和節點組網控制，并完成信息轉發過程。組網完成后，想要上傳數據就必須要通過末梢節點，通過末梢節點來連接基站節點，繼而將接入網關和承載網站連接在一起。接入層主要是為后續的應用層級服務的，其功能的實現主要依賴于傳感器硬件以及各節點組成的傳感網，從而完成數據的轉發和分享[7]。

2.3.3 ? 網絡層

網絡層依賴于通信技術，物聯網與之進行融合后，形成了具有二者優勢的承載網絡。承載網絡的核心就是目前的通信網絡，包括2G、3G、4G，以及即將到來的5G網絡。另外，移動通信網絡、計算機互聯網絡以及企業內外部信息交互網絡或企業專用網絡，都能利用網絡層完成與物聯網的對接與信息共享等通信功能。

2.3.4 ? 應用層

以上的層級功能都可以獨立存在，但最終的效果體現主要是在應用層上，其主體為應用服務器以及數據庫服務器，能完成對用戶數據的采集和分析，并使得應用層級符合用戶層的應用特點[8]。由于末梢節點獲取到了海量的數據，但只進行了初步的篩選，數據量的龐大使其只有經過仔細的篩選甄別才能有實際利用的價值。在對數據進行篩選后，將有實效的數據通過用戶應用的各種設備展現出來。另外，應用層還能夠下發控制指令，并提供給用戶應用新接口（物聯網應用UI接口），這也是對大量的信息進行智能處理的一種關鍵方式。

3 ? ? ?結 ? ?語

隨著物聯網的不斷發展，其諸多的應用特性被越來越多的人所發現，同時也引起了國內外各個領域的專家的重視，并加緊對于物聯網實際應用的研究。由于物聯網涉及范圍廣、技術要求高的特點，再加上對于物聯網的研究還不夠深入。因此，需要找到一個研究切入點對其進行進一步的“發掘”。體系結構是物聯網的結構主體，人們對于體系結構的定義以及實效性也有了較多的了解，因此可以選擇體系結構作為關鍵點展開對于物聯網的研究，以促進物聯網體系結構的進一步完善以及物聯網的未來發展。

主要參考文獻

[1]王建平，黃濤，李奇越，等.一種新型無線通信物聯網體系結構及其協議棧的設計[J].化工自動化及儀表，2016，43（10）：1085-1090.

[2]鄭紀業，阮懷軍，封文杰，等.農業物聯網體系結構與應用領域研究進展[J].中國農業科學，2017，50（4）：657-668.

[3]魯一坤.面向智能交通系統的物聯網體系結構的研究[J].電子測試，2017（4）：48-49.

[4]劉喬佳.物聯網體系結構與實現方法的研究[J].電子測試，2016（23）：101-102.

[5]許彧.物聯網體系結構與實現方法的比較研究[J].中國新通信，2018，20（9）：108-109.

[6]牛軍.面向智能交通系統的物聯網體系結構的研究標準[J].中國標準化，2017，（14）：231-232.

[7]劉振山.對比分析物聯網體系結構與實現措施[J].絲路視野，2016（23）：154-155.

[8]荊學海.物聯網體系結構與實現方法的比較研究[J].甘肅科技，2018，34（4）：63-64.