1.4 物联网系统架构

物联网是以感知为目的的物物互联系统，涉及众多技术领域和应用领域，为了梳理物联网的系统结构、关键技术和应用特点，促进物联网产业健康稳定地发展，需要建立统一的系统结构和标准的技术体系。随着物联网技术的发展、融合以及应用需求的不断演变，物联网的内涵也在不断丰富，需要建立一种科学的物联网体系结构，引导和规划物联网标准的统一制定。

目前，主流的物联网系统架构可以分为三层：感知层、网络层和应用层。底层的感知层用于感知数据，中间层的网络层负责数据传输，最上层的应用层面向客户需求。

1.4.1 物联网系统组成

物联网是一个非常庞大、复杂的综合信息系统，其对物理环境的信息感知、信息传输与处理都只是整个信息系统中的一个环节，忽视了任何一个环节都是对物联网本质的曲解。因此，了解物联网的整体运作过程，对物联网的理论模型有一个全面的认识至关重要。

物联网系统架构如图1-5所示，从该图中可知，物联网终端节点可直接与物联网相连，也可通过延伸网经过接入网关接入网络层。网络层是物联网的网络核心，其中主要的通信网络包括互联网、电信通信网、有线电视网与卫星通信网。多网络相互融合，构建了物联网的网络通信设施，实现物联网的数据传输。物联网应用支撑平台为上层应用提供技术支撑，它包括云计算与高性能计算技术、智能信息处理技术、数据库与数据挖掘技术、地理信息系统与定位技术和微电子与通信技术。应用层直接支持物联网应用系统运行，它包括信息共享交互平台、数据存储以及相关的应用系统。

图1-5 物联网系统架构

未来社会对于智能化、多样化、个性化的应用与服务需求是物联网诞生的根源。物联网海量的数据信息在汇聚到应用业务平台后，可根据具体的业务需求，对原始数据进行相应的数学建模存储、数据更新、查询及智能分析，以更好地向用户反映网络内各元素运行态势，辅助用户完成决策工作。因此，物联网相关技术才能在医疗、环保、交通、电力、物流等领域得到如此广泛的应用。

1.4.2 物联网体系架构

根据信息处理的三个关键环节，物联网在逻辑功能上可以划分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层，即泛在末端感知网络，由大量的传感器、RFID等智能感知节点组成，其主要任务是信息感知；网络层，即融合化的通信网络，其主要功能是实现物联网的数据传输；应用层，即应用服务支撑体系，其主要功能是实现物联网的数据处理与应用。物联网三层体系架构模型及总体架构如图1-6所示。

图1-6 物联网三层体系架构模型及总体架构

感知层是物联网三层体系架构当中最基础的一层，也是最为核心的一层，感知层的作用是通过传感器对物质属性、行为态势、环境状态等各类数据进行大规模的、分布式的获取与状态辨识，然后采用协同处理的方式，针对具体的感知任务对多种感知到的数据进行在线计算与控制并做出反馈，是一个万物交互的过程。感知层是实现物联网全面感知的核心层，主要完成数据采集、传输、加工及转换等工作。感知层主要由传感网及各种传感器构成，传感网主要包括以NB-IoT和LoRa等为代表的低功耗广域网（LPWAN），以及RFID标签、传感器和二维码等。

网络层作为整个体系架构的中枢起承上启下的作用，解决感知层在一定范围、一定时间内所获得的数据传输问题，通常以解决长距离传输问题为主。这些数据可以通过企业内部网、通信网、互联网、各类专用通用网、小型局域网等网络进行传输交换。网络层关键通信技术主要包括有线、无线通信技术及网络技术等，目前，5G技术已成为物联网技术的一大核心。

应用层位于三层架构的顶层，主要解决信息处理、人机交互等相关的问题，通过对数据的分析处理，为用户提供丰富、特定的服务。本层的主要功能包括两方面内容：数据与应用。首先应用层需要完成数据的管理和数据的处理；其次要发挥这些数据价值还必须与应用相结合。例如，在电力行业中的智能电网远程抄表，可以将部署在用户家中的智能电表看作感知层中的传感器，这些传感器在收集到用户用电数据后，经过网络发送并汇总到相应应用系统的处理器中，该处理器将完成对用户用电数据的分析及处理，并自动采集相关数据^[16]。