关于物联网的基础知识（二）——物联网体系结构分层

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关于【物联网的基础知识（二）——物联网体系结构分层】

目录：

• 一、前言
• 二、物联网体系结构层次划分 
• 三、三层划分法
• 四、四层划分法

一、前言

 物联网（IoT）是一个广泛的术语，它指的是通过互联网实现物品之间的连接和信息交换，从而实现对物品的智能化感知、识别和管理。物联网（IoT）作为当今技术革新的前沿领域，其体系结构是支撑整个系统运行的基础。

二、物联网体系结构层次划分

物联网的体系结构通常会有不同的划分方法，在此博文中我们将主要讨论以下两种划分方式：三层划分法和四层划分法。

第一种：三层划分法

将物联网体系结构划分为三个主要层次，分别是感知层、网络层和应用层。这三个层次相互关联，共同构成了物联网从数据采集到信息处理的完整流程。

第二种：四层划分法

将物联网体系结构划分为四个层次，分别是感知层、接入层、网络层和应用层。这四个层次构成了物联网的基本架构，每一层都有其特定的功能和作用。

接下来我们针对两种划分方法一一展开详细的叙述：

三、三层划分法

1、感知层

感知层是物联网体系结构的底层，主要负责与物理世界进行交互，通过各种传感器和执行器来感知和控制环境中的各种参数。这些传感器可以测量温度、湿度、光照、气压等环境参数，也可以检测物体的位置、速度、方向等运动状态。执行器则负责根据上层指令对物理环境进行相应操作，如开关灯光、调节温度等。

感知层的关键技术包括传感器技术、RFID技术、短距离无线通信技术等。传感器技术的不断发展使得我们能够以更高的精度和更低的成本来感知环境信息。RFID技术则通过无线方式识别特定目标并读写相关数据，为物联网提供了快速、准确的标识和识别手段。短距离无线通信技术如蓝牙、ZigBee等则使得传感器之间以及传感器与网关之间的数据传输变得更加便捷和高效。

2、网络层

网络层是物联网体系结构的中间层，主要负责将感知层采集到的数据传输到应用层进行处理。这一层包括了各种有线和无线网络技术，如互联网、移动通信网、卫星通信网等。这些网络技术共同构成了一个庞大的数据传输网络，使得物联网设备能够随时随地接入网络并交换信息。

在网络层中，数据的传输和安全性是两个关键问题。为了保证数据传输的可靠性和实时性，物联网通常采用多种传输协议和拥塞控制机制来优化网络性能。同时，由于物联网设备通常需要在无人值守的环境下长时间运行，因此网络安全问题尤为重要。物联网需要采用加密技术、身份认证技术等手段来确保数据传输的安全性和完整性。

3、应用层

应用层是物联网体系结构的顶层，主要负责将网络层传输来的数据进行处理和应用。这一层包括了各种数据处理技术、云计算技术、大数据技术等，以及基于这些技术开发的各种物联网应用。这些应用涵盖了智能家居、智能交通、智能农业、智能医疗等多个领域，为人们的生活和工作带来了极大的便利和创新。

在应用层中，数据处理和分析是关键环节。物联网设备产生的大量原始数据需要经过清洗、整合、挖掘等处理过程才能转化为有价值的信息。云计算和大数据技术的发展为物联网数据处理提供了强大的计算能力和存储空间，使得我们能够更加高效地处理和分析海量数据。同时，各种人工智能和机器学习算法的应用也使得物联网能够更加智能地识别用户需求、预测未来趋势并做出相应决策。

综上所述，这三个层次相互关联、相互促进，共同构成了物联网从数据采集到信息处理的完整流程。随着技术的不断发展和创新应用的不断涌现，物联网将在未来社会中发挥更加重要的作用，为人们的生活和工作带来更加便捷、智能和高效的体验。

物联网体系结构分为感知层、网络层和应用层的原因是为了实现设备与设备之间、设备与人之间以及设备与服务之间的智能连接，并且各层之间功能分工明确，能够充分发挥各自优势，提供从数据采集到数据处理、最终实现智能化应用的完整解决方案。

四、四层划分法

所谓四层划分指的是：感知层、接入层、网络层、应用层，接下来我们同样一一展开详细的叙述：

1、感知层

感知层是物联网体系结构中的基础层次，其主要功能是完成对物品的识别和信息采集。这一层的主要设备包括二维码标签和识读器、RFID标签和读/写器、摄像头、GPS、各种传感器、终端等数据采集设备。这些设备通过感知和识别物品的信息，将这些信息转化为数字信号，为上层的应用提供数据来源。
在感知层中，数据采集是关键技术之一。例如，基于RFID的物联网感知方式，通过安装在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器等设备，实现对物品的识别和信息的采集。此外，自组网多跳式物联网感知方式也是感知层的一种重要技术，它通过智能传感节点和数据采集节点组成网络，实现信息的传递和汇集。

感知层的作用相当于人的眼、耳、口、鼻、喉、皮肤等部分，如下图。

2、接入层

接入层是连接感知层和应用层的中间层次，其主要功能是完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集，或完成向末梢节点下发信息的转发等功能。这一层的主要设备包括末梢节点和接入网关等。末梢节点是接入层的终端设备，负责与感知层设备进行通信，将感知层采集的信息传输到接入网关。接入网关则负责将收集到的信息通过互联网等网络层提交到后台处理。
在接入层中，通信协议的标准化和互操作性是关键技术之一。不同的设备和应用可能使用不同的通信协议，因此需要制定统一的通信协议标准，以保证设备的互操作性和信息传输的可靠性。此外，接入层的网络架构也是关键技术之一，需要根据具体的应用场景选择合适的网络架构，以保证信息传输的效率和安全性。

下图是S5500-SI系列以太网交换柍接入层的应用。

3、网络层

网络层是物联网体系结构中的第三层次，其主要功能是实现信息的传递和处理。这一层的主要设备包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层和接入层获取的信息进行传递和处理，将这些信息传递到应用层，并为用户提供相应的服务。
在网络层中，信息的安全传输和隐私保护是关键技术之一。由于物联网中涉及大量敏感信息，如个人隐私、商业机密等，因此需要采取有效的安全措施来保证信息传输的安全性和隐私性。此外，网络层的可扩展性和可靠性也是关键技术之一。随着物联网设备的不断增加和信息量的不断增长，网络层需要具备可扩展性，能够容纳更多的设备和更大的信息量；同时需要保证可靠性，避免因设备故障或网络故障导致的信息丢失或服务中断。

4、应用层

应用层是物联网体系结构中的最高层次，其主要功能是将物联网技术与具体的应用场景相结合，实现智能化管理和服务。这一层的主要设备包括各种智能化终端、应用软件和云平台等。应用层通过对感知层、接入层和网络层传递的信息进行分析和处理，为用户提供相应的智能化服务。
在应用层中，与应用场景的结合是关键技术之一。由于物联网涉及的应用场景非常广泛，从智能家居到智能交通，从智能农业到智能工业等，因此需要针对不同的应用场景开发相应的应用软件和服务。同时，应用层也需要考虑用户体验和界面设计等方面的问题，以提供友好、易用的用户界面和智能化服务。

物联网体系结构的这四层架构，其每一层次都有特定的功能和作用，它们相互协作，共同实现物联网的智能化管理和服务。随着物联网技术的不断发展，这四层次架构将继续演进和完善，为未来的智能化社会提供更加全面、高效的服务。