1.1　物联网基本架构

物联网（Internet of Things，IoT）是通过互联网、传统电信网等信息载体，让所有独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网一般为无线网，由于每个人周围的设备可以达到数千个，所以物联网将包含数万亿个物体。在物联网上，每个人都可以应用智能感知将真实的物体联网，查找出它们的具体位置。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，也可以实现对设备控制、位置搜寻、物品防盗以及智能推荐等的各种应用。物联网将现实世界数字化，应用范围十分广泛，具有十分广阔的市场和应用前景。根据国际上一般的分类方法，物联网的应用领域主要包括运输和物流领域、健康医疗领域、智能环境领域、个人和社会领域等。

1.1.1　物联网的由来

互联网是一个不断发展进化的实体，在人类社会的发展中越来越重要，通过扩展不断创造新的价值。互联网开始于“计算机的互联网”，是世界级的网络服务，万维网则建立了初始的顶层平台。而近几年，互联网却开始向“人的互联网”方向转变，创造了如Web 2.0的概念并使用其内容。

技术的发展扩展了互联网的边界，宽带网络连接变得更加普及，无论是在发达国家，还是在发展中国家，带宽变得更加廉价。例如，非洲某些地区，由于光纤网络的发展带来了社会各个方面的显著进步。一方面，设备硬件的处理能力与存储空间正在飞速增长，技术发展让这些设备变得越来越小；设备的变化不仅让人们可以更好地使用互联网，而且创造了一系列新的发展机会。整个人类社会正在经历一场以个人计算机领域为主到以移动电子设备为主的巨变，包括智能手机、笔记本电脑及平板电脑。另一方面，这些设备由于传感器和探测器的发展，而使其性能大幅度提升；多个方面的结合创造了一个任何位置的设备均可以连接至网络中的环境，也就有了设备感知及计算，通过信息传输，传感器成为互联网的一部分。除此以外，物理设备也可以搭载智能硬件而被其他设备感知，把物理世界与虚拟世界通过智能设备联系到一起，把互联网扩展成物联网。

物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机。1991年，美国麻省理工学院的Kevin Ashton教授首次提出物联网的概念。1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网，但未引起广泛重视。1999年，美国麻省理工学院建立了自动识别中心，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。

随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大拓展，不再只是基于RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）。为了促进科技发展，寻找新的经济增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。2008年11月，在中国北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会上，提出“知识社会与创新2.0”。移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动经济社会形态、创新形态的变革，推动面向知识社会、以用户体验为核心的创新形态的形成。创新与发展更加关注用户、注重以人为本，而创新2.0的形成，又进一步推动了新一代信息技术的健康发展。

1.1.2　物联网的结构

在物联网概念中，“物”的定义是非常广的，包含各种不同的物理元素，其中有人们每天使用的个人产品，如智能手机、平板电脑和数码相机等；也包括环境中的元素，使其可以通过网关与人们相连接。基于以上观点的“物”，将有数量庞大的设备与物体接入到互联网中，每一个点都提供了数据与信息，甚至服务。物联网思维让连接从原来的“任何时间、任何地点、任何人”变成了“任何时间、任何地点、任何物”。这些事物加入网络，使得通过智能处理和服务支持经济发展、环境保护和人类健康成为可能。物联网的各个元素的示意图如图1-1所示。

图1-1　物联网的各个元素的示意图

图1-1是抽象意义上的物联网生态系统示意图，其中设备本身需要能够被相应的技术识别。通过多种手段辨识出设备的属性当然也包括相关位置信息。相应地，这些使用传感器的联网物体开始变得小型化，并且融入人们的日常生活，传感器和执行器通过网络环境可以做出相关反应，并且可以根据具体状况和时间做出更高级的服务。智能或协作物体感知到相关的活动与状态，并且将它们连接到物联网中。中间件和框架允许其他设备接收所需的数据，运行相关的应用和服务，例如，云端可以提供容量，使这些应用和服务的质量更高，从而使物联网按照相关的设想来改变环境。

从这个意义上说，几乎所有的事物都能连接网络，即使是个人的随身物品也有迹可循，它的状态和位置信息将会在高层次的服务中被实时获取。在这种背景下，确定物联网的作用范围是非常重要的。几十亿物体连入网络，每一个物体都提供了数据，而它们中的大部分都能影响所处的环境。当处理这些庞大的数据时，需要智能设备进行判断决策。因此，可以利用今天已经熟知的互联网技术，逐渐向物联网方面进化，以这种形式奠定物联网的基础。当物联网领域出现连续的技术更新并趋近成熟时，物联网进化的核心驱动力便是各种各样的应用。

随着物联网的发展，人们提出了物联网的技术体系框架，从可实现的角度对物联网的发展进行了总结，如图1-2所示。

图1-2　物联网的技术体系框架示意图

感知层是物联网感知物理世界、获取信息和实现物体控制的首要环节。传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转换成可供处理的数字信号，射频识别技术实现对物联网中物体的标识和信息的获取。

传输层主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制。重点包括低速近距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入技术、M2M（Machine to Machine，机器对机器）通信增强、IP承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术等。例如，移动网络、互联网、无线网络、卫星和Post-IP网络等。

支撑层综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术，对收集的感知数据进行通用处理，重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现等。例如，智能处理、分布式并行计算、云计算技术、海量存储与数据挖掘、管理系统及数据库以及综合设计验证等。

应用层是一种松耦合的软件组件技术。它将应用程序的不同功能模块化，并通过标准化的接口和调用方式联系起来，实现快速可重用的系统开发和部署；可提高物联网框架的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源。例如，运营平台、信息中心、内容服务以及专家系统等。