1.2 物联网的特征及体系结构

1.2.1 物联网的特征

物联网是以全面感知、可靠传送、智能处理为特征的连接物理世界的网络，它实现了任何时间、任何地点及任何物体的连接。为了实现人与人、人与物、物与物之间的互联互通，物联网融合了互联网、移动通信网等网络，通过运用传感器的方式来进行信息的传送和交互。物联网智能化决策和把控是通过提升计算机对信息的感知处理而来的。

1. 全面感知

对信息和数据的全面感知是物联网的首要特征。物联网中海量、多种多样的传感器都是信息源，不同类型的传感器所感知的信息内容和信息格式各不相同。这些传感器按照一个频率，周期性地进行数据和信息的采集，实现环境信息的实时获取和更新。

2. 可靠传送

物联网通过对采集的数据进行加密来保障所采集数据在传输过程中的可靠性、准确性和及时性。物联网采用有效的路由协议、通信协议和网络安全协议，通过无处不在的无线通信网和骨干光纤通信网，将采集的信息进行传输，从而实现信息的可靠传送。

3. 智能处理

在信息的采集和传输过程中，需要对信息进行预处理。当信息发送到设备终端后，借助云计算、机器学习等各种智能计算技术，扩充其应用领域。可以在传感器采集的海量信息中提取出有价值、有意义的数据，以适配用户的应用需求。

1.2.2 物联网的体系结构

根据物联网的三个特征，并为了保证全书内容的一致性，本书从网络架构上将物联网的体系结构分为感知层、网络层和应用层三个主要层次。

1. 感知层

物联网并不局限于人与人之间的通信，而是扩展到人与物、物与物之间的通信，扩大了传统网络的通信范围，这是物联网与传统网络的主要区别。感知层能解决人类世界和物理世界的数据获取问题，完成对“物”的感知，是物联网的功能在具体实现过程中的“触角”。感知层对“物”的感知并不是指对自然物品的感知，而是指对满足一定条件，被纳入物联网范围的“物”的感知。例如，能遵循物联网的通信协议，在物联网中有可能被识别的标识对应的信息接收器和发送器、数据传输通路、数据处理芯片、操作系统、存储空间等。因此，物品需要依靠特定物联网设备的帮助使其满足物联网的感知层要求之后，才能加入物联网。

人类世界和物理世界中各类物理量、标识、音频、视频、位置等数据的获取问题，可以靠感知层解决。感知层由各类传感器和传感器网关构成，包括基本的感应器件（如 RFID 标签和读写器、传感器、摄像头、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件），以及由感应器件组成的网络，其主要任务是完成信息的采集和预处理。感知层处于物联网三层架构的底层，具有十分重要的作用。作为物联网最基本的一层，它是物联网发展和应用的基础，具有物联网全面感知的核心能力。

2. 网络层

网络层也被称为传输层，它将感知层所获得的数据在一定范围内完成接入和传输，是进行信息交换和传递的数据通路。网络层能够安全、可靠、顺畅地传送感知层感知到的数据，解决的是感知层获得数据后远距离传输的问题。

传输层可细分为接入层、汇聚层和核心交换层。各类设备的网络接入方式，如 3G/4G/5G、Wi-Fi、有线或卫星等，主要由接入层完成；接入层用户流量的聚合及数据路由、转发与交换的实现，由汇聚层完成；核心交换层为物联网提供高速、高安全性、高服务质量的数据传输环境。

对现有网络进行融合扩展，利用新技术实现更加广泛和高效的互联功能，是目前形势对物联网的要求，因为随着物联网的发展，未来必定会建立端到端的全局网络。届时，物联网网络层将承担起比现有网络更大的数据量，并面临更高的服务质量要求。

3. 应用层

应用层是物联网发展的驱动力和目的，其最终目的是更好地利用感知和传输的信息。具体地讲，应用层的主要功能是智能化地对感知和传输的信息进行分析处理，做出决策，实现智能化的管理、应用和服务，并通过各种设备与人进行交互，解决信息处理和人机交互的问题。

应用层可以按形态分为两个子层：管理服务层和行业应用层。管理服务层对数据进行处理和存储，实现不同行业、应用、系统之间信息的协同、互通和共享；行业应用层则根据各行业的特点提供人机交互界面，辅助行业从业人员和管理者进行操作和控制，为用户提供海量的物联网应用。各行业和个人应用的开发将推动物联网的普及，为物联网产业带来空前的利润。