第2章
物联网技术体系架构的多视图分析

确定体系架构是任何系统设计的首要前提，以计算机和软件体系架构为例进行说明。计算机体系架构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。计算机体系架构是计算机的逻辑结构和功能特征，包括各硬件和软件之间的相互关系。它也可以分为不同视角下的体系架构，在计算机系统设计者视角下，计算机体系架构是指计算机的基本设计思想和由此产生的逻辑结构；在程序设计者视角下，体系架构是指对系统的功能描述。软件体系架构是具有一定形式的结构化元素，即构件的集合，包括处理构件、数据构件和连接构件。处理构件负责对数据进行加工，数据构件是被加工的信息，连接构件把体系中的不同部分组合连接起来。Kruchten指出，软件体系架构从4个角度对系统进行描述：概念角度描述系统的主要构件及它们之间的关系；模块角度包含功能分解与层次结构；运行角度描述了一个系统的动态结构；代码角度描述了各种代码和库函数在开发环境中的组织。

物联网也需要一种具有框架支撑作用且有效、可靠、可扩展性强的科学系统架构。参考架构的设计也决定着物联网的技术细节、应用模式和发展趋势等。物联网应用的多样性和特定性决定了其参考架构必须具备兼容性、灵活性和可扩展性等特点。

制定物联网参考体系架构有利于统一物联网行业应用中的基础标准和技术标准，指导包括通信、接口、安全、标识等物联网基础标准的制定，促进物联网行业应用标准在系统层面的融会贯通。通过标准规范带动产业健康有序发展，使我国物联网产业发展走在国际前列，争取在未来的这一战略性新兴产业高地上占据重要地位。

物联网系统架构作为物联网系统的顶层全局性描述，指导各行业物联网应用系统设计，对梳理和形成物联网标准体系具有重要的指导意义。

在国际标准方面，有许多国际标准化组织或联盟正在研究物联网参考体系架构，包括ITU-T、ETSI、3GPP、ISO/IEC JTC1、IEEE P2413、OneM2M等。ITU-T提出了泛在网（USN/UN）和物联网的架构；ETSI对M2M体系架构进行了分析；3GPP研究了移动通信网络增强支持MTC的架构；ISO/IEC JTC1专门成立了WG10物联网标准工作组开展物联网相关的标准化工作，重点研究物联网参考体系架构标准（ISO/IEC 30141）；IEEE P2413启动物联网参考架构框架方面的研究；OneM2M需求工作组研究M2M业务需求，架构工作组研究M2M的功能架构。

综合来看，IIC、IEEE、P2030、IoT-A、ISO/IEC等标准化组织都从不同侧面研究了物联网相关行业应用的参考体系架构。这些物联网参考体系架构表现形式不同，但本质基本一致，主要与描述物联网的视角有关。

（1）IIC发布了工业互联网的参考体系架构技术报告。该报告从工业互联网行业领域剖析物联网的关键系统属性，给出了业务、功能、使用、实现等视角架构模型，系统架构设计更注重控制、计算、实时性、安全性等方面的要求。

（2）IEEE P2030研究智能电网参考体系架构，从应用系统、通信、信息3个角度给出了详细的体系架构设计，通过3个视角描述系统主要实体和实体之间的接口。

（3）IoT-A（Internet of Things-Architecture）在欧盟第7框架计划下，联合NEC、西门子、SAP等相关公司开展物联网架构研究项目。该项目发布了物联网一系列的研究报告，文件编号D1.5是最终版本的物联网架构参考模型。该报告从域模型、信息模型、功能模型和通信、安全等角度开展参考模型研究，给出了应用、功能、信息、布设和运行等不同架构研究视角。

（4）我国牵头制定了以“六域模型”为核心的国际标准ISO/IEC 30141《物联网 参考体系架构》，并发布了国家标准GB/T 33474《物联网 参考体系架构》，标准按照物联网的概念模型从系统功能、通信、数据视角对物联网体系架构进行了定义和描述。

本章先从技术层面描述物联网系统的技术架构，然后介绍物联网系统的概念模型，再从功能、通信数据和应用视角描述物联网系统参考架构，最后介绍物联网产品生命周期的安全参考模型。