從技術領域來看,物聯(lián)網(wǎng)涉及移動通信技術、物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術、分布式數(shù)據(jù)存儲與處理技術、IP網(wǎng)絡應用技術、嵌入式應用技術、協(xié)議分析及算法設計等多個技術領域;從網(wǎng)絡組成來看,涉及傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)等多種網(wǎng)絡,是由各種通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)融合而成的;從物聯(lián)網(wǎng)建設和使用的參與者組成來看,包括了物聯(lián)網(wǎng)應用提供商、傳感器件提供商、物聯(lián)網(wǎng)基礎設施提供商、數(shù)據(jù)服務提供商、政府、個人用戶等。對于如此復雜的物聯(lián)網(wǎng),受限必須梳理清楚體系架構,才能有效地識別出不同網(wǎng)絡、技術及主體在該系統(tǒng)中的角色及聯(lián)系,通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構,促進物聯(lián)網(wǎng)技術和應用快速、規(guī)模化發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構
目前被廣泛認可的物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構分為三層,分別是感知層、網(wǎng)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(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)關等,主要功能是識別物體、采集信息。
網(wǎng)絡層:首先包括各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡,除此之外還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統(tǒng)等對海量信息進行智能處理的部分。
應用層:將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)專業(yè)技術相結(jié)合,實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應用層最終實現(xiàn)信息技術與行業(yè)的深度融合,實現(xiàn)行業(yè)智能化。
就目前國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展來看,并未能夠有效地指導整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),使之進入快速發(fā)展的通道。部分原因在于,該架構對于網(wǎng)絡層的描述過于概括,并且網(wǎng)絡層本身從語義上也容易讓人與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的網(wǎng)絡層產(chǎn)生混淆,因此一定程度上阻礙了人們對物聯(lián)網(wǎng)體系架構的認識。從現(xiàn)狀來看,目前業(yè)界對網(wǎng)絡層認識還處于相對粗淺的層次,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界還沒有充分發(fā)展網(wǎng)絡層中對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展起到重大推動作用的物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺,大多數(shù)應用仍只是把網(wǎng)絡層當作物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸通道,尚未利用網(wǎng)絡層所提供的物聯(lián)網(wǎng)運營支撐能力和業(yè)務支撐能力。
對于物聯(lián)網(wǎng)體系架構的理解不能僅從網(wǎng)絡的視角觸發(fā),而應該把物聯(lián)網(wǎng)當作一個完整的系統(tǒng)來看待,從全局的角度觸發(fā),系統(tǒng)地考慮物聯(lián)網(wǎng)建設與發(fā)展過程中,需要涉及的各個環(huán)節(jié)、所在的層級及它們之間的聯(lián)系。結(jié)合信息流的流向,以及產(chǎn)業(yè)關聯(lián)對象來梳理物聯(lián)網(wǎng)架構中各個層次,可以將物聯(lián)網(wǎng)架構分為四個層次,分別是感知及控制層、網(wǎng)絡層、平臺服務層和應用服務層。
物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的樞紐,向下接入分散的物聯(lián)網(wǎng)傳感層,匯集傳感數(shù)據(jù),向上面向應用服務提供商提供應用開發(fā)的基礎性平臺和面向底層網(wǎng)絡的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口,支持具體的基于傳感數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)應用。
感知與控制層:通過從傳感器、計量器等器件獲取環(huán)境、資產(chǎn)或者運營狀態(tài)信息,在進行適當?shù)奶幚碇螅ㄟ^傳感器傳輸網(wǎng)關將數(shù)據(jù)傳遞出去;同時通過傳感器接收網(wǎng)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(chǎn)、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(wǎng)關、本低數(shù)據(jù)及信號處理是重要的技術。
網(wǎng)絡層:通過公網(wǎng)或者專網(wǎng)以無線或者有線的通信方式將信息、數(shù)據(jù)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(wǎng)絡組成,包括ATM、xDSL、光纖等有線網(wǎng)絡,以及GPRS、3G、4G、NB-IoT等移動通信網(wǎng)絡。
平臺服務層:物聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構和產(chǎn)業(yè)鏈條中的關鍵環(huán)節(jié),通過它不僅實現(xiàn)對終端設備和資產(chǎn)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(fā)能力和統(tǒng)一接口,并未各行各業(yè)提供通用的服務能力,如數(shù)據(jù)路由、數(shù)據(jù)處理與挖掘、仿真與優(yōu)化、業(yè)務流程和應用整合、通信管理、應用開發(fā)設備維護服務等。
應用服務層:豐富的應用是物聯(lián)網(wǎng)的最終目標,未來基于政府、企業(yè)、消費者三類群體將衍生出多樣化的物聯(lián)網(wǎng)應用,創(chuàng)造巨大的社會價值。根據(jù)企業(yè)業(yè)務需要,在平臺服務層之上建立相關的物聯(lián)網(wǎng)應用,例如,城市交通情況的分析與預測,城市資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控與分析,環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控、分析與預警(如風力、雨量、滑坡),健康狀況監(jiān)測與醫(yī)療方案建議等。
上述物聯(lián)網(wǎng)體系架構的設計是從物聯(lián)網(wǎng)建設和發(fā)展的實際情況出發(fā)的,考慮了物聯(lián)網(wǎng)所涉及各技術的層次,也兼顧了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的各個環(huán)節(jié),對于物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有一定的參考價值。該架構中的各個層次的物聯(lián)網(wǎng)平臺的建設與部屬都將會非常有助于激發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用的活力,而且還十分有利于促進物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)、各領域的滲透與深化。