1.1 物联网的体系结构

物联网涉及多项技术，这些技术在不同的行业有不同的应用需求和形态。为了梳理物联网的体系结构、关键技术和应用特点，需要建立统一的体系结构和标准的技术体系。本书将物联网的体系结构简单地分为感知控制层、网络层、平台层、应用层。

1．感知控制层

感知控制层是实现物联网全面感知的核心层，也是物联网体系结构中最基础的一层，其主要功能是实现对信息的采集、识别和控制。感知控制层由具有感知、识别、控制和执行等能力的多种设备组成，负责对物质属性、行为态势、设备状态等各类数据进行获取与状态辨识，完成对现实物理世界的认知和识别。感知控制层还能对设备状态等进行控制。

在感知控制层中，最常见的设备就是各类传感器，这些传感器起到对信息采集和识别的重要作用。传感器好比人类的感觉器官，如光敏传感器好比人类的视觉、声敏传感器好比听觉、气敏传感器好比嗅觉，而压敏、温敏等传感器好比触觉，有了“感官”的物体就慢慢变得“活”起来，并实现了对物理世界的智能感知、识别和操作。

2．网络层

网络层的主要功能是实现信息的传输和通信，既负责将从感知控制层获得的数据传输到指定的地方，还负责将应用层下发的控制命令传输到感知控制层，是连接感知控制层和平台层的重要通信桥梁。物联网中的“网”字有以下两个含义：物接入互联网和互联网传输。

1）物接入互联网

互联网实现了人与人之间的互联互通，但在互联网中人与物或物与物之间无法互联。在物联网出现前，大部分的物是不具有联网能力的。随着技术的不断发展，物联网将物连接到了互联网，实现了人与物、物与物的互联。目前，物接入互联网通常使用两种方式：一种是有线网络接入；另一种是无线网络接入。

有线网络接入方式包括以太网、串行通信（如RS-232、RS-485）和USB等。无线网络接入方式采用的是无线通信，无线通信又分为短距离无线通信和长距离无线通信。

短距离无线通信主要包括ZigBee、Bluetooth®、Wi-Fi、NFC（Near-Field Communication）、RFID（Radio Frequency Identification）等。长距离无线通信主要包括eMTC（enhanced Machine Type Communication）、LoRa、NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）、2G、3G、4G、5G等。

2）互联网传输

确定物接入互联网的方式，相当于确定了数据的物理传输链路，之后还需要确定使用哪些通信协议来传输数据。与互联网的终端相比，目前大部分物联网终端的可用资源较少，如处理性能、存储容量、网络速率等，因此在物联网应用中需要选择占用资源更少的通信协议。现在广泛使用的通信协议有两种：MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）和CoAP（Constrained Application Protocol）。

3．平台层

平台层主要指物联网云平台。当所有的物联网终端联网后，数据需要汇总在一个物联网云平台上，实现对终端状态数据的计算、存储。平台层主要为物联网应用提供支撑，提供海量设备的接入与管理能力，可以将物联网终端连接到物联网云平台，支撑终端数据采集上云，以及从云端向终端下发命令，从而进行远程控制。平台层作为承接设备与行业应用的中间服务，在整个物联网体系结构中起着承上启下的作用，承载了抽象化的业务逻辑和标准化的核心数据模型，不仅可以实现设备的快速接入，还可以提供强大的模块化能力，能够满足行业应用场景下的各类需求。平台层主要包含设备接入、设备管理、安全管理、消息通信、监控运维和数据应用等功能模块。

●　设备接入：实现终端与物联网云平台的连接、通信。

●　设备管理：包含设备创建、设备维护、数据转换、数据同步、设备分布等功能。

●　安全管理：从安全认证和通信安全两个方面来保证物联网数据传输的安全。

●　消息通信：包括3种信息传输方式，即终端向物联网云平台发送数据、物联网云平台将数据发送到服务器端或其他物联网云平台，以及服务器端的远程控制设备。

●　监控运维：涉及监控诊断、固件更新、在线调试、日志服务等。

●　数据应用：涉及数据的存储、分析和应用。

4．应用层

应用层利用平台层处理后的信息来管理应用程序，应用层使用数据库、分析软件等工具对平台层的数据进行过滤和处理。应用层的结果和数据可用于真实的物联网应用，如智慧医疗、智能农业、智能家居和智能城市等。

当然，物联网的体系结构还可以再细分出更多的层次，但无论分为多少个层次，其背后的原理都万变不离其宗。了解物联网的体系结构有助于加深对物联网技术的理解和构建功能完整的物联网工程。