1.2　物联网技术架构

物联网可以分为三层（感知层、网络层和应用层）技术架构，如现在的ETC等电子不停车收费系统、超市仓储管理系统、飞机场的行李自动分类系统、电子监控系统等都属于这一类技术架构。也有人将物联网分为四层（数据层或感知层、网络层、平台层、应用层）技术架构。

考虑到各章上下文论述的一致性，本书采用三层技术架构描述物联网。物联网技术架构如图1-1所示。

1.2.1　感知层

感知层与人体结构中皮肤和五官等感知末梢的作用类似，用于识别物体、采集信息。感知层主要由传感器和传输网关组成，其中常用的传感器有温度传感器、湿度传感器、条码标签和读写器、RFID标签和读写器、图像采集器等；常用的传输网关由感知模块、汇聚模块和通信模块等组成。感知层位于物联网三层结构中的底层。

感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、摄像头、读写器等设备，采集外部物理世界或已存储的条码、电子标签等信息，通过短距离无线网络传递数据。目前，短距离无线网络应用较多的有ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、6LoWPAN、Z-Wave、低功耗广域网（如NB-IoT、LoRa、Sigfox等），其主要特点是能迅速组网、传输稳定可靠。

1.2.2　网络层

网络层相当于人的神经中枢系统，负责将感知层获取的信息安全、可靠地传输到应用层，然后根据不同的应用需求进行信息处理。网络层主要由网络设备及部件组成，主要包括计算机、服务器、网关、网络接口卡、光纤收发器等。网络层位于物联网三层架构中的第二层。

网络层主要解决“传送”问题，即通过通信网络进行信息传输。网络层作为纽带连接感知层和应用层，从功能上可划分为接入网和传输网，分别实现接入功能和传输功能。接入网包括光纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式，实现底层的传感器网络、RFID网络等传感信息最后一公里的接入。传输网分为公网与专网，实现不同的功能，典型传输网络包括电信网（固网、移动通信网）、广电网、电力通信网、互联网及其他专用网络等[3]。

物联网的网络层基本上综合了已有的全部网络形式，来构建更加广泛的“互联”。每种网络都有自己的特点和应用场景，其相互组合应用才能发挥出最大的作用。在实际应用中，信息往往经由一种网络或几种网络以组合的形式进行传输。

物联网的网络层就像生活中的高速公路网，承担着巨大的数据流量，并且面临更高的服务质量要求。目前，网络通信技术主要有3G/4G/5G移动通信网络技术、TCP/IP、Wi-Fi和WiMAX、ZigBee、蓝牙等。物联网需要对现有网络进行高度融合和不断扩展，不断涌现新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。

1.2.3　应用层

应用层相当于人类处理各类复杂事情形成的方案，并实施完成。应用层可以对感知层采集的数据进行计算、处理和知识挖掘，根据需要反馈到感知层的执行机构，或做出更高层次的决策，从而实现对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。应用层主要由计算机、服务器、存储设备、中间件、基础软件、应用软件等组成。应用层位于物联网三层结构中的顶层。

物联网应用层的核心功能主要围绕两个方面工作：一是“数据”，应用层需要完成数据的管理和处理；二是“应用”，仅管理和处理数据还远远不够，必须将这些数据与应用相结合才能解决相应问题或进行辅助决策，如智慧农业、智慧城市、移动智能、智能电网等应用已经开始普及。在智能电网中的远程电力抄表应用：安置于用户家中的表头就是感知层中的传感器，这些传感器在收集到用户用电的信息后，通过网络发送并汇总到发电厂的处理器上。该处理器及其对应工作就属于应用层，它将完成对用户用电信息的分析，并自动采取相关措施[4]。

物联网应用层从结构上可以分为中间件、物联网应用和云计算平台。基础设施为应用层提供必要的物理基础，主要包括机房、服务器、存储设备、驱动设备等。中间件是一种独立的系统软件或服务程序，它将各种可以公用的能力进行统一封装，提供给物联网应用使用。物联网应用就是用户直接使用的各种应用，如智能操控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业、智慧城市等[5]。

应用层用到的关键技术主要包括信息处理、解析服务、云计算、网络管理、Web服务等。其中，云计算既是计算机和网络技术的融合发展，又是进一步推进物联网发展的一项技术。从物联网三层架构的发展来看，每层都有的网络技术已经非常成熟，感知层的发展也非常迅速。应用层不管是在受到的重视程度上还是在实现的技术成果上，以前都落后于其他两个层，但因为应用层可以为用户提供具体服务，是与我们最紧密相关的，所以应用层的未来发展潜力很大[6]。