從技術領域來看,物聯網涉及移動通信技術、物聯網開發技術、分布式數據存儲與處理技術、IP網絡應用技術、嵌入式應用技術、協議分析及算法設計等多個技術領域;從網絡組成來看,涉及傳感網、互聯網、通信網、廣電網等多種網絡,是由各種通信網絡和互聯網融合而成的;從物聯網建設和使用的參與者組成來看,包括了物聯網應用提供商、傳感器件提供商、物聯網基礎設施提供商、數據服務提供商、政府、個人用戶等。對于如此復雜的物聯網,受限必須梳理清楚體系架構,才能有效地識別出不同網絡、技術及主體在該系統中的角色及聯系,通過調整產業結構,促進物聯網技術和應用快速、規模化發展。
物聯網體系結構
目前被廣泛認可的物聯網參考體系架構分為三層,分別是感知層、網絡層和應用層。
感知層:包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、M2M終端、傳感器網絡和傳感器網關等,主要功能是識別物體、采集信息。
網絡層:首先包括各種通信網絡與互聯網形成的融合網絡,除此之外還包括物聯網管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統等對海量信息進行智能處理的部分。
應用層:將物聯網技術與行業專業技術相結合,實現廣泛智能化應用的解決方案集。物聯網通過應用層最終實現信息技術與行業的深度融合,實現行業智能化。
就目前國內外物聯網的發展來看,并未能夠有效地指導整個物聯網產業,使之進入快速發展的通道。部分原因在于,該架構對于網絡層的描述過于概括,并且網絡層本身從語義上也容易讓人與互聯網協議中的網絡層產生混淆,因此一定程度上阻礙了人們對物聯網體系架構的認識。從現狀來看,目前業界對網絡層認識還處于相對粗淺的層次,物聯網產業界還沒有充分發展網絡層中對物聯網業務發展起到重大推動作用的物聯網支撐平臺,大多數應用仍只是把網絡層當作物聯網數據的傳輸通道,尚未利用網絡層所提供的物聯網運營支撐能力和業務支撐能力。
對于物聯網體系架構的理解不能僅從網絡的視角觸發,而應該把物聯網當作一個完整的系統來看待,從全局的角度觸發,系統地考慮物聯網建設與發展過程中,需要涉及的各個環節、所在的層級及它們之間的聯系。結合信息流的流向,以及產業關聯對象來梳理物聯網架構中各個層次,可以將物聯網架構分為四個層次,分別是感知及控制層、網絡層、平臺服務層和應用服務層。
物聯網平臺是物聯網產業鏈的樞紐,向下接入分散的物聯網傳感層,匯集傳感數據,向上面向應用服務提供商提供應用開發的基礎性平臺和面向底層網絡的統一數據接口,支持具體的基于傳感數據的物聯網應用。
感知與控制層:通過從傳感器、計量器等器件獲取環境、資產或者運營狀態信息,在進行適當的處理之后,通過傳感器傳輸網關將數據傳遞出去;同時通過傳感器接收網關接收控制指令信息,在本低傳遞給控制器件達到控制資產、設備及運營的目的。在此層次中,感知及控制器件的管理、傳輸與接收網關、本低數據及信號處理是重要的技術。
網絡層:通過公網或者專網以無線或者有線的通信方式將信息、數據與指令在感知與控制層、平臺服務層、應用層服務之間傳遞,主要由運營商提供的各種廣域IP通信網絡組成,包括ATM、xDSL、光纖等有線網絡,以及GPRS、3G、4G、NB-IoT等移動通信網絡。
平臺服務層:物聯網平臺是物聯網網絡架構和產業鏈條中的關鍵環節,通過它不僅實現對終端設備和資產的“管、控、營”一體化,向下連接感知層,向上面向應用服務提供商提供應用開發能力和統一接口,并未各行各業提供通用的服務能力,如數據路由、數據處理與挖掘、仿真與優化、業務流程和應用整合、通信管理、應用開發設備維護服務等。
應用服務層:豐富的應用是物聯網的最終目標,未來基于政府、企業、消費者三類群體將衍生出多樣化的物聯網應用,創造巨大的社會價值。根據企業業務需要,在平臺服務層之上建立相關的物聯網應用,例如,城市交通情況的分析與預測,城市資產狀態監控與分析,環境狀態監控、分析與預警(如風力、雨量、滑坡),健康狀況監測與醫療方案建議等。
上述物聯網體系架構的設計是從物聯網建設和發展的實際情況出發的,考慮了物聯網所涉及各技術的層次,也兼顧了物聯網產業鏈中的各個環節,對于物聯網規模化、產業化發展具有一定的參考價值。該架構中的各個層次的物聯網平臺的建設與部屬都將會非常有助于激發物聯網應用的活力,而且還十分有利于促進物聯網在各行業、各領域的滲透與深化。