2.1 物联网系统的技术架构_大数据环境下的物联网系统-QQ阅读男生历史网

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2.1　物联网系统的技术架构

2.1.1　总体技术架构

物联网技术架构代表物联网信息技术的集合，如图2-1所示，将物联网涉及的主要技术分为感知、网络、应用和公共技术4个部分，各部分内列出了当前主要采用的技术。物联网公共技术是管理和保障物联网整体性能的技术，作用于技术框架的各部分，典型的物联网公共技术有标识、安全技术等。

图2-1　物联网技术架构

2.1.2　感知技术

感知技术实现对感知对象的属性识别，对感知对象属性信息的采集、处理、传送，以及对控制对象的控制。感知技术分为采集控制、感知数据处理两个子类。

1. 采集控制技术

通过直接与对象绑定或与对象连接的数据采集器、控制器技术，完成对对象的属性数据识别、采集和控制操作，包括以下几类技术。

传感器技术：根据传感器使用的敏感元件技术，可以分为物理类、化学类、生物类等技术。

条码技术：包含条形码和二维码技术，包括条码的附着技术和识别机具技术。

RFID技术：包括RFID标签的附着技术和读写机具技术。

智能设备接口技术：实现与智能化感知对象和智能化控制对象的信息交互，核心是数据协议转换技术。

多媒体信息采集技术：包括视频和音频数据的采集技术、编解码技术等。

位置信息采集技术：包括GPS系统定位技术、北斗卫星系统定位技术、移动通信网络定位技术等。

执行器技术：指接收控制数据并操控控制对象（如改变位置和形态等）的技术，根据执行器类别差异，采用不同的机械或电子等执行器技术。

2. 感知数据处理技术

对感知数据和控制数据的加工处理技术，包括以下几类技术。

传感网技术：使用自组织网络技术、总线网络技术等短距离网络技术，或者使用移动通信网络技术，把一定范围内的若干传感器网络节点构成网络，以满足数据处理和网络管理的需要。

模数转换技术：可以将感知数据从模拟数据转化为数字数据，从而提高精度、降低信息冗余度等。

网关技术：实现传感器网络系统和其他类型网络的连接，并实现数据汇聚，控制数据生成和分发，可采用近场的闭环控制、数据存储、人机界面等技术。

M2M终端技术：指支持M2M相关通信协议的网关技术。

传感网中间件技术：指保障感知数据与多种应用服务兼容性的技术，包括代码管理、状态管理、设备管理、时间同步、定位等。

2.1.3　网络技术

物联网中的网络通信可以简单分为远距离通信和近距离通信。

远距离通信是采用远距离无线通信技术将物理距离极为分散的局域网（LAN）连接起来，实现物联网中各物理实体之间的信息交流和网络接入需求，允许用户和目标对象之间建立公众或私人网络的无线连接技术。远距离通信技术一般包括通过公众移动通信网实现的蜂窝通信网络（如4G、3G或GPRS等）、低功耗无线通信广域网络（如LoRa、NB-IoT或SigFox等）、其他应用场景的通信网络（如光纤通信网、卫星通信网、微波通信网等）。

近距离通信采用近距离无线通信技术将物理距离较为临近的对象连接起来，实现物联网中各物理实体之间的信息交流和网络接入需求。近距离通信技术一般包括局域网、个域网。其中，典型的局域网技术包括以太网和无线局域网技术，典型的个域网技术包括蓝牙、ZigBee、工业现场通信技术等。

网络技术是为物联网提供通信支撑的技术。在物联网概念模型的域内和域间均需依靠网络技术实现实体之间的通信连接和信息交换。不同网络技术可以支持不同的域内部和域间通信。例如，自组织网络技术、总线网技术等短距离网络技术主要用于感知控制域；域间一般使用广域网络技术；各种局域网技术主要用于域内；移动通信技术在域间和域内都可以使用。

2.1.4　支撑平台技术

边缘计算平台、云计算平台及人机交互平台是物联网主要的支撑平台。

边缘计算平台是在靠近感知对象或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储等核心能力的开放平台，能够对智慧城市中物联网系统感知控制域提供计算和存储支撑。边缘计算平台由网关及具有计算、存储和安全能力的传感器/执行器等若干边缘节点组成。边缘节点是在靠近感知对象或数据源头的网络边缘侧进行分布式架构管理、连接、计算、存储、安全控制等软硬件资源的集合。

云计算平台通过分布式架构管理机制，统一管理和调度多种异构资源并进行按需分配的IT设施，对智慧城市中物联网的系统服务提供域、资源交换域、运维管控域提供计算和存储支撑。云计算平台由一个或多个数据中心组成，数据中心是分布式架构管理软件和网络、计算、存储、安全等软硬件资源的集合。

物联网系统和用户之间通过人机交互平台进行信息交互和交换，实现信息内部形式与用户接收形式之间的转换，对物联网系统用户域功能提供支撑。

2.1.5　应用技术

应用技术实现对感知数据的深度处理，形成满足需求的各种物联网应用服务，通过人机交互平台供用户使用。应用技术分为应用设计、应用支撑、终端设计3个子类。

应用设计技术：进行行业或专业物联网应用系统分析和建模，构造行业或专业物联网应用系统架构的软件技术。使用SOA中间件技术，形成规范的、通用的、可复用的业务服务。

应用支撑技术：为物联网应用提供基础数据和业务服务的技术。使用海量存储、数据挖掘、分布式数据处理、云计算、人工智能、M2M平台、媒体分析等技术，对感知数据进行数据深度处理，形成与应用业务需求相适应、实时更新、可共享的动态基础数据资源库。

终端设计技术：利用计算机终端、手机终端和专用终端、显示系统、人机工程、I/O技术等构造友好、高效、可靠的用户终端。

2.1.6　公共技术

公共技术是管理和保障物联网整体性能的技术，作用于概念模型的各域。

物联网实现了信息世界和物理世界的深度融合，在信息空间对物理实体进行控制，使物联网有因信息安全问题带来灾难性后果的风险。同时，物联网具有设备与节点容易受到物理操纵、信息传输信号容易被窃取和干扰、传感器节点计算能力低和网络结构更加复杂等特点，所以相较传统信息系统的安全保障难度更大。另外，物联网系统获取了大量数据，可能涉及个人隐私与商业和技术秘密，需要从政策和技术层面保护数据不被泄露。

物联网安全参考模型由物联网系统参考安全分区、生存周期、基本安全防护措施3个维度共同描述组成。参考安全分区从物联网系统的逻辑空间维度出发，生存周期则从物联网系统存续时间维度出发，配合相应的基本安全防护措施，在整体架构和生存周期层面上为物联网系统提供一套安全模型。图2-2是物联网安全参考模型。