物联网体系架构

无线接入技术
• 1、无线本地环路（WLL）利用无线方式把固定用户 接入到固定电话网的交换机，其包括DECT、PHS、 CDMA、SCDMA等，具有部署灵活、建网速度快、 适应能力强、网络配置简单等优点。 • 2、本地多路分配业务接入（LMDS）利用地面转接 站而不是卫星转发数据，通过射频RF频带LMDS最多 可提供10mbit/s的数据流量，它采用蜂窝单元，以 毫米波28GHz的带宽向用户提供VOD、广播和电视 会议、视频家庭购物等宽带业务，其缺点是存在来 自其他小区的同道信道干扰和覆盖区域有限。 • 3、数字直播卫星接入（DBS）
第2章物联网体系架构
陈业纲
感知节点
• • • • 传感单元 处理单元 通信单元 电源/供电部分
末梢网络
• 末梢网络即完成应用末梢感知节点的组网 控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送 数据的转发功能。
核心承载网络
• 主要承担接入网与信息服务之间的数据通 信任务。
信息服务系统硬件设施
• 由各种应用服务器组成，还包括用户设备、 客户端等，主要用于对采集数据的融合/汇 聚、转换、分析以及对用户呈现的适配和 事件的触发。
光纤接入网技术
• 光纤接入网是指在接入网中用光纤作为主 要传输介质来实现传送的网络形式。光纤 接入网的组网方式可以有总线结构、环形 结构、星型结构。它的主要特点： • 1、可以传输宽带交换型业务和多种业务， 且传输质量好，可靠性高 • 2、网径一般较小，不需中继器 • 3、具有V5接口 • 4、提供无人值守条件。
• 网络层就像人的神经系统，将信息传送到 大脑进行处理；网络层由各种无线/有线网 关、接入网和核心网实现感知层数据和控 制信息的双向传送、路由和控制。接入网 包括IAD、OCT、DSLAM、交换机、射频接 入单元、2G/3G蜂窝移动接入、卫星接入等， 核心网主要由各种光纤传送、IP承载网、下 一代网络(NGN),下一代互联网(NGI)、下一代 广电网（NGB）等公众电信网和互联网，也 可以依托行业或企业的专业。
• 传感器也称为换能器、变换器、变送器、 探测器等，根据国家标准GB 7665-1987。传 感器的定义为： • 能够感受规定的被测量并按照一定的规律 转换成可用输出信号的器件或装置，由敏 感元件、转换元件、测量电路3部分组成， 有时还加上辅助电源。
• 敏感元件是指能直接感受或响应被测量并 输出与被测量成确定关系的其他量部分 • 转换元件是指传感器中能将敏感元件中感 受或响应的被测量转换成适合传输或测量 的可用输出信号的部分
• 中国移动M2M定义：M2M是通过在机器内部嵌入移 动通信模块，以SMS/USSD/GPRS等为接入手段，为 客户提供的信息化解决方案，为满足客户对生产监 控，指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需 求。 • USSD（Unstructured Supplementary Service Data）即 非结构化补充数据业务，是一种新型基于GSM网络 的交互式数据业务。 当你使用手机键盘输入一些网 络已预先制定的数字或者符号比如*#等，再按send 也就是拨号键就可以向网络发送一条指令，网络根 据你的指令选择你需要的服务提供给你。
• 数据智能处理层是实现以数据为中心的核 心技术，包括数据汇聚、存储、查询、分 析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和 行为的理论和技术。数据汇聚包括实时、 非实时物联网业务数据汇总后存放到数据 库中，方便后续数据挖掘、专家分析、决 策支持和智能处理。
• 应用层包括应用支撑子层和各种具体物联 网应用。支撑子层为物联网应用提供通用 的支撑服务和能力调用接口。物联网的应 用可分为监控型（物流监控、环境监测）、 查询型（智能检索、远程抄表）、控制型 （智能交通、智能家居、路灯控制）、扫 描型（手机钱包、ETC）等，既有行业专业 的应用，也有公共平台为基础的公共应用。
物联网信息管理系统
• 物联网管理机构包括企业物联网信息管理中心、国家物 联网信息管理中心以及国际物联网信息管理中心。 • 企业物联网信息管理中心负责管理本地物联网，它是最 基本的物联网信息服务管理中心，为本地用户提供管理、 规划及解析服务。 • 国家物联网信息管理中心负责制定和发布国家总体标准， 负责与国际物联网互联，并且对现场物联网中心进行管 理。 • 国际物联网信息管理中心负责制定和发布国际框架性物 联网标准，负责与各个国家或地区的物联网互联，并且 对各个国家物联网信息管理中心进行协调、指导、管理 等工作
传感器的分类
• 1、按传感器的检测信息分 • 光敏、热敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子 敏、射线敏等
• 2、按转换原理分 • 物理、化学、生物传感器 • 3 按输出的信号分 • 数字、模拟、开关传感器
• 4、按材料分
• 半导体、陶瓷、复合材料、金属材料、高 分子材料、超导体材料、光纤材料、纳米 材料传感器 • 5、按能量分 • 能量转换型、能量控制型传感器 • 6、按制造工艺 • 集成传感器、薄膜传感器、厚膜、陶瓷
• 物联网的运营可以分成两大类：面向公众提供的物 联网服务和面向行业提供的物联网专用服务。面向 公众提供的物联网服务是建设一张面向公众服务的 广域物联网，网络建设和网络维护需要长期投入人 力和物力，从集约化和节省全社会的角度看，通信 运营商凭借丰富的专业经验、较低的人员维护成本、 一体化维护优势，是最佳的建设方和维护方。面向 行业提供的物联网专用服务主要指某些行业单独设 立的通信专网，只为本行业服务。行业公网服务主 要指向面向一种行业，只为此行业的各种人员和机 构提供服务。 • 物联网的管理架构：包括国家、行业/区域、企业3 个方面。
• 身份相关业务应用主要利用RFID、二维码、条 码等可以标志身份的技术，并且身份所提供的 各类服务。 • 按照终端是去识别其他身份信息还是被识别， 可以分为主动模式和被动模式，按照服务提供 给个人还是提供给企业，又可以分为个人应用 和企业业务两大类。
• 对于不同应用实现的方式可能有不同，下图是 基于标签的信息获取类服务的一个基本原理图。
中国移动制定的M2M体系架构
• M2M平台提供统一的M2M终端管理、终端设备鉴权， 并对目前行业网关尚未实现的接入方式进行鉴权；支持 多种网络接入方式，提供标准化的接口使得数据传输简 单直接；提供数据路由、监控、用户鉴权等管理功能。 • 行业网关：是承载信息上报、参数配置、终端状态检测、 终端注册等业务的短信上下行通道。 • BOSS：统一管理客户集团信息，业务受理、计费和结算、 业务信息变更由BOSS完成。 • 行业终端监控平台：M2M平台提供FTP服务，将每月统 计文件存放在FTP服务器中，供行业终端监控平台下载， 以同步M2M平台的终端管理数据。 • 上级网管系统：通过网管接口完成网管功能。
• 基于双绞线铜缆的xDSL技术 • 1、电话网铜线(DSL) • 2、高比特率数字用户线(HDSL) • 3、高速数字用户线(VDSL)
• DSL的中文名是数字用户线路，是以电话线为传输介质 的传输技术组合。DSL技术在传递公用电话网络的用户 环路上支持对称和非对称传输模式，解决了经常发生在 网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输 瓶颈问题。由于DSL 接入方案无需对电话线路进行改造， 可以充分利用可以已经被大量铺设的电话用户环路，因 此被大量应用。最初的DSL技术提供的网速非常慢，因 此随着人们的需求增长，DLS技术也在不断发展 DSL包括 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用 户线)、RADSL、HDSL和VDSL等等。 • ADSL属于DSL技术的一种，全称Asymmetric Digital Subscriber Line（ 非对称数字用户线路），亦可称作非 对称数字用户环路。是一种新的数据传输方式，因为其 提供的上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用 户线路。ADSL技术采用频分复用技术把普通的电话线分 成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免 了相互之间的干扰。用户可以边打电话边上网，不用担 心上网速率和通话质量下降的情况，因此网速也快了很 多。ADSL技术至今在我国某些地区仍在使用。
• 鉴权包括两个方面： • 用户鉴权，网络对用户进行鉴权，防止非法用户占 用网络资源。 • 网络ห้องสมุดไป่ตู้权，用户对网络进行鉴权，防止用户接入了 非法的网络，被骗取关键信息。 • 这种双向的认证机制，就是AKA（Authentication and Key Agreement，鉴权和密钥协商）鉴权。 • 除了AKA鉴权，也可以使用其它鉴权方式。在IMS AKA鉴权广泛实施之前，或在特定的条件下（例如 通过固定网络ADSL连接方式接入IMS），可以使用 HTTP摘要鉴权等其他鉴权方式。
• 物联网标准： • 标准不统一 • 2010年6月，物联网标准联合工作组成立， 力争成为制定物联网国际标准的组织。
• 物联网的安全机制：通过鉴权、授权、访问控制、 机密性、完整性等安全机制，在业务安全、网络安 全和用户隐私安全3个方面提供安全保障措施。业 务安全包括拥有权限的用户才能接入网络，只要拥 有此权限才能使用该业务。网络安全包括网络应该 能够保证业务的正常运营，能够针对灾难、故障和 紧急事件提供相应的处理手段。 • 用户隐私安全包括对用户个人资料等信息进行有效 保障，不能泄露用户隐私信息。业务需要采用加密 机制，保证设计隐私的业务数据不外泄。
泛在服务
• 泛在服务以无所不在、无所不包、无所不 为为基本特征，以实现在任何时间、任何 地点、任何人、任何物都能畅通地通信为 目标，是人类通信服务的极致。
物联网体系架构
• 1、泛在网体系框架 • ITU-T在Y.2002中分为：
• 底层传感网络、泛在传感网接入网络、泛 在传感网络中间件、泛在传感网络基础骨 干网络、泛在传感网络应用平台。如下图：
信息汇聚业务
• 主要由物联网终端采集、处理，经通信网 络上报数据，由物联网平台处理，提交给 具体的应用和服务，由物联网平台统一对 物联网终端、数据、应用和服务以及第三 方进行管理。具体的如自动抄表、电梯管 理、物流和交通管理等。
协同感知型业务
• 在信息汇聚型业务中，物联网的终端只需 接受物联网平台管理，执行数据采集、简 单处理、上报等功能，物联网的终端之间 不需要进行通信。
数据感知系统软件
• 主要完成物品的识别和物品EPC编码的采集 和处理，主要由企业生产的物品、物品电 子标签、传感器、读写器、控制器、EPC等 组成
物联网中间件系统软件
• 中间件是位于数据感知设备与后台应用软件之 间的一种应用系统软件。中间件具有两个关键 特征：一是为系统应用提供服务平台，二是需 要连接到网络操作系统，并且保持运行工作系 统。中间件为物联网应用提供了一系列计算和 数据处理功能，主要任务是对感知系统采集的 数据进行捕获、过滤、汇聚、计算、校对、解 调、传送、存储和任务管理，减少从感知层到 应用层数据量。同时，中间件还可提供与其他 RFID支撑软件系统进行互操作等功能。
物联网的体系架构
• 通用物联网体系结构：感知层、网络层、数据 智能处理层和应用层。
• 感知层就像人的皮肤和五官，用来识别物体， 采集信息；包括信息采集和末梢网络两个子层， 传感器、二维码、条形码、RFID、智能装置等 作为数据采集设备，将采集到的数据通过末梢 网络上传给网络层。末梢网络包括传感网、无 线传感网、工业控制网络、无线个域网、家庭 网以及各种短距离无线通信网络。
• 一般中间件系统由读写器接口、事件管理 器、应用程序接口、目标信息服务和对象 名解析服务等功能模块。
网络操作系统
• 物联网通过互联网实现物理世界的任何物 品的互联，在任何地方、任何时间可识别 任何物品，使物品成为附有动态信息的 “智能产品”,并使物品信息流和物流完全同 步，从而为物品信息共享提供一个高效、 快捷的网络通信与云计算平台
ETSI制定的M2M体系结构
• M2m是现阶段物联网最普遍的应用形式， m2m在欧洲、韩国、中国已进入部分商业应用， 主要用于安全检测，公共交通、物流系统、车 队管理、工业流程自动化、城市信息化等。 • M2M体系架构分为3层： • 感知层：包括M2M终端、WSN局域网络、 M2M网关、M2M能力和M2M应用 • 网络层：包括接入网、核心网两大部分和网络 管理、终端管理功能。 • 应用层：包括各种各样的行业应用和用户配置 接口。