物联网体系架构
物联网标准体系架构
物联网标准体系架构物联网（Internet of Things, IoT）是指利用互联网技术，将传感器、执行器、通信设备等各种物品连接起来，实现信息的感知、识别、定位、追踪、监控和管理的智能化网络。
物联网的发展对标准化提出了更高的要求，因为标准化是物联网应用的基础和保障，是实现物联网互联互通的重要手段。
物联网标准体系架构是指在物联网领域内，为了规范和统一物联网技术、产品、服务和管理而建立的标准体系框架。
一、物联网标准体系架构的基本原则。
1. 开放性原则。
物联网标准体系架构应当具有开放性，充分考虑各种不同技术体系和标准的融合，促进不同物联网系统之间的互联互通。
2. 综合性原则。
物联网标准体系架构应当具有综合性，包括物联网技术、产品、服务和管理等多个方面，形成一个完整的标准体系。
3. 先进性原则。
物联网标准体系架构应当具有先进性，及时吸收和反映新技术、新产品、新服务和新管理方法的发展趋势，推动物联网标准的不断更新和完善。
二、物联网标准体系架构的主要内容。
1. 物联网技术标准。
物联网技术标准是物联网标准体系架构的核心内容，包括物联网感知层、传输层、应用层等多个方面的标准。
感知层标准主要包括传感器、执行器、无线通信等技术标准；传输层标准主要包括物联网通信协议、网络技术标准；应用层标准主要包括物联网应用接口、数据格式、安全标准等。
2. 物联网产品标准。
物联网产品标准是物联网标准体系架构的重要组成部分，包括物联网设备、终端、网关、平台等产品的标准。
产品标准主要包括产品规范、性能要求、测试方法、认证标识等。
3. 物联网服务标准。
物联网服务标准是物联网标准体系架构的重要内容，包括物联网应用服务、管理服务、定位服务等多个方面的标准。
服务标准主要包括服务规范、服务质量、服务流程、服务接口等。
4. 物联网管理标准。
物联网管理标准是物联网标准体系架构的关键内容，包括物联网资源管理、安全管理、性能管理等多个方面的标准。
管理标准主要包括管理规范、管理体系、管理方法、管理工具等。
物联网体系架构总结汇报
物联网体系架构总结汇报物联网体系架构总结物联网是指通过互联网将传感器、执行器和其他设备连接起来，实现智能化和自动化的系统。
其架构是物联网系统的基础，能够提供高效、可靠和安全的通信和数据处理能力。
物联网体系架构主要包括四个层次：感知层、传输层、网络层和应用层。
感知层是物联网中最底层的一层，主要负责感知和采集物理世界中的信息。
这些信息由各种传感器和执行器收集，并通过物理接口传输到下一层。
在感知层中，各种类型的传感器可以用于监测环境参数、生产数据、安全状况等。
执行器则用于根据传感器的数据来执行相应的操作。
感知层设备通常是低功耗、小型化的，并且需要具备一定的智能化和自适应能力。
传输层是物联网中的重要一层，主要负责将感知层中采集的数据传输到网络层。
传输层需要提供可靠、高效和安全的通信机制。
目前常用的传输技术包括蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、以太网等。
传输层还需要支持多种传输协议，如TCP/IP、MQTT、CoAP等，以满足不同应用场景的需求。
此外，传输层还需要考虑设备的互操作性和可扩展性，以支持不同厂商和设备的联接和协同工作。
网络层是物联网中的核心层，主要负责数据的处理和转发。
网络层包括多个网关，这些网关负责收集和处理感知层的数据，并将其传输到云端或其他应用层设备。
网络层还需要支持多种网络协议，如IPv4/IPv6、6LoWPAN等。
此外，网络层还需要具备自动路由、负载均衡和故障恢复等功能，以确保数据的可靠传输和高效处理。
应用层位于物联网整个架构的最顶层，主要负责应用场景的实现和业务功能的提供。
应用层需要根据具体需求选择合适的应用协议和接口。
常见的物联网应用包括智能家居、智能交通、智慧城市等。
应用层需要提供友好的用户界面和操作方式，以便用户能够方便地使用和管理物联网系统。
总结而言，物联网体系架构是一个由感知层、传输层、网络层和应用层组成的层次结构。
感知层负责感知和采集物理信息，传输层负责数据的传输，网络层负责数据的处理和转发，应用层负责具体应用场景的实现。
工业物联网的体系架构
典型的物联网系统架构共有3个层次。
一是感知层，即利用射频识别（radio frequency identification, RFID）、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。
在工业环境的应用中，工业物联网面临着与传统的物联网系统架构两个主要的不同点：一是在感知层中，大多数工业控制指令的下发以及传感器数据的上传需要有实时性的要求。
在传统的物联网架构中，数据需要经由网络层传送至应用层，由应用层经过处理后再进行决策，对于下发的控制指令，需要再次经过网络层传送至感知层进行指令执行过程。
由于网络层通常采用的是以太网或者电信网，这些网络缺乏实时传输保障，在高速率数据采集或者进行实时控制的工业应用场合下，传统的物联网架构并不适用。
二是在现有的工业系统中，不同的企业有属于自己的一套数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA，在工厂范围内实施数据的采集与监视控制。
SCADA系统在某些功能上会与物联网的应用层产生重叠，如何把现有的SCADA系统与物联网技术进行融合，例如哪些数据需要通过网络层传送至应用层进行数据分析；哪些数据需要保存在SCADA的本地数据库中；哪些数据不应该送达应用层，它们往往会涉及到部分传感器的关键数据或者系统的关键信息，只由工厂内部进行处理。
工业物联网的系统架构需要在传统的物联网架构的基础上增加现场管理层。
其作用类似于一个应用子层，可以在较低层次进行数据的预处理，是实现工业应用中的实时控制、实时报警以及数据的实时记录等功能所不可或缺的层次，如图1所示。
图1 工业物联网体系架构1. 感知层感知层的主要功能是识别物体，采集信息和自动控制，是物联网识别物体、采集信息的来源；它由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。
物联网体系结构(共74张PPT)
1.2 物联网定义
• 物联网中的“物〞的涵义要满足以下条件才能够被纳 入“物联网〞的范围：
一个Zigbee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备 节点组成。
WIFI无线网络
• Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备〔如PDA、 〕 等终端以无线方式互相连接的技术。
•WIFI突出优势：
•其一，无线电波的覆盖范围广 •其二，传输速度非常快
•其三，厂商进入该领域的门槛比较低
WIFI无线网络
1.1 物联网概念
• 物联网的概念是由麻省理工学院Auto-ID研究中心于 1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC 标准，在计算机互联网的根底上，利用射频识别技 术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物 品信息实时共享的实物互联网。
1.2 物联网定义
目前较为公认的物联网的定义是： 通过射频识别〔RFID〕装置、红外感应器、 全球定位系统GPS、激
2.3 物联网感知层关键技术
1. RFID技术 2. 条形码
3. 传感器技术 4. 无线传感器网络技术 5. 产品电子代码EPC
RFID技术
• RFID(Radio Frequency Identification)， 即射频识别，俗称电 子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，可识
具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； • 2〕阅读器(Reader)或读写器：读取(有时还可以写入
物联网体系架构
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：
• 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
• 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)
• BOSS：统一管理客户集团信息，业务受理、
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。
• 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。
• 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
物联网标准体系框架
WF-IoT 融合物联网技术及应用
~ 1 ~
物联网标准体系框架
物联网标准体系划分为基础类、感知类、网络传输类、服务支撑类、业务应用类、共性技术类等六个大类，见图1所示。
图1 物联网标准体系框架示意图
其中：
● 基础类标准。
统一物联网术语、体系架构、参考模型和需求等总体标准。
● 共性技术类标准。
针对物联网新的需求，研制安全、标识等新的物联网
共性标准。
● 感知类标准。
感知类的技术和标准是物联网标准工作的核心和重点。
● 网络传输类标准。
针对物联网未来需求，优化网络传输技术及标准。
● 服务支撑类标准。
针对物联网应用的支撑标准。
● 业务应用类标准。
解决物联网行业应用领域标准。
物联网体系架构课件
要点一
TCP/IP
要点二
MQTT
一种通用的互联网协议族，为物联网设备提供可靠的传输 层协议。
一种轻量级的发布/订阅消息传输协议，为物联网设备提供 数据传输服务。
物联网网络层技术的比较和应用场景
应用场景
不同的物联网应用场景需要选择合适的网络 层技术，以满足数据传输的可靠性、实时性 和安全性等要求。
技术比较
各种网络层技术具有不同的特点，应根据应 用场景的需求进行选择。例如，对于需要低 功耗的设备，应选择LoRa或Zigbee等技术 ；对于需要高速数据传输的设备，应选择 Wi-Fi或以太网等技术。
05 物联网应用层技术
数据处理与分析技术
01
数据清洗
去除重复、无效、错误数据，保证 数据质量。
数据可视化
07 物联网案例分析
智能家居案例：智能音箱与智能灯泡的控制
01
智能音箱
智能音箱作为家庭语音控制中心，可以与智能家居设备连接，实现语音
控制。例如，可以通过语音指令控制智能灯泡的开关、调节亮度等。
02 03
智能灯泡
智能灯泡可以与智能音箱连接，实现通过语音指令控制开关、调节亮度 等功能。同时，还可以根据用户的习惯和需求，自动调整亮度和开关时 间。
无线通信技术
Zigbee
一种低速、低功耗的无线通信技术，适用于智能家居 、环境监测等物联网应用场景。
LoRa
一种长距离、低功耗的无线通信技术，适用于物联网 设备的远程数据传输。
Wi-Fi
高速、高带宽的无线通信技术，适用于物联网设备与 局域网之间的连接。
网络协议与标准（如TCP/IP、MQTT等）
总结
智能交通案例展示了如何通过物联网技术实现车联网和智能交通信号控制，提高道路安全 性和交通效率。
物联网的结构
物联网的结构物联网的价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通，物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。
因此，物联网由三个部分组成：感知部分，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别；传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输，智能处理，即利用云计算、数据挖掘、中间件等技术实现对物品的自动控制与智能管理等。
目前在业界物联网体系架构也被公认为有三个层次：泛在化末端感知网络、融合化网络通信基础设施与普适化应用服务支撑体系，也可以通俗地将它们称为感知层、网络层和应用层。
(1)泛在化末端感知网络泛在化末端感知网络的主要任务是信息感知。
物联网的一个重要特征是“泛在化”，即“无处不在”的意思。
这里的“泛在化”主要是指无线网络覆盖的泛在化，以及无线传感器网络、RFID标识与其他感知手段的泛在化。
“泛在化”的特征说明两个问题：第一，全面的信息采集是实现物联网的基础第二，解决低功耗、小型化与低成本是推动物联网普及的关键。
“末端网络”是相对于中间网络而言的。
大家知道，在互联网中如果我们在中国访问欧洲的一个网络时，我们的数据需要通过多个互联的中间网络转发过去。
“末端网络”是指它处于网络的端位置，即它只产生数据，通过与它互联的网络传输出去，而自身不承担转发其他网络数据的功能。
因此我们可以将“末端感知网络”类比为物联网的末梢神经。
泛在化末端感知网络的另一个含义是物联网的感知手段的“泛在化”。
通常我们所说的RFID、传感器是感知网络的感知结点。
但是，目前仍然有大量应用的IC卡、磁卡、一维或二维的条形码也应该纳入感知网络,成为感知结点。
(2)融合化网络通信基础设施融合化网络通信基础设施的主要功能是实现物联网的数据传输。
目前能够用于物联网的通信网络主要有互联网、无线通信网与卫星通信网、有线电视网。
目前我国正在推进计算机网络、电信网与有线电视网的三网融合。
三网融合的结果将会充分发挥国家在计算机网络、电信网与有线电视网基础设施建设上多年投入的作用，推动网络应用，也为物联网的发展提供了一个高水平的网络通信基础设施条件。
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管理功能
DS N管 理功能
最终用户 功能
用于 DS N的 终端用 户功能 用户 -网 络接 口
服务阶层
应用支持功能与服务支持功能
DS N内容服务应 用功能
服务控制与内容传递功能
DSN服务控 制功能
DSN内容传 递功能
传输控制功能 传输功能
传输阶层
服务 -网 络接 口
其它 服务 提供 的功
发现服 务
EPC编 码体系
物联网 应用体 系构架
EPC编码体系
定义相关编码体系，要求不同物 品使用统一，唯一的电子标签
EPC中 间件
EPC中间件
EPC中间件一般采用标准的协 议和接口，是连接RFID读写器 和信息系统的纽带。
EPC信 息服务
EPC信息服务
用以实现最终用户在物 联网环境下访问EPC信息。
能
网络-网络接口
其它 网络 提供 的功
能
控制 媒介 管理
用于DSN的专用媒介
从功 能构架 中看D SN 与N GN 的联 系
Y. 2080提供了一个分布式网络功 能架构（Distributed Service network，DSN），该构架是一个 覆盖网络，为了在 NGN（下一 代网络）环境中支持各种多媒体
操作和管理。
包含低功耗的组件、 限制通信范围、限制 本地处理和存储容量、 支持睡眠模式和可供
电模式等。
可访问性
支持原有组件的集 成和迁移功能。这 样不会限制未来系 统的优化和升级
继承组件
在符合法律法规的前 提下，为了提供与人 体有关的通信功能， 特殊的服务质量是必 需的，还有可靠、安 全、隐私保护也都是
ITU-T F.744
ITU-T F.744描述了传感网网络中间件的服务和要求并阐述了USN中间件的功 能模型。
ITU-T H.621
ITU-T H.621介绍了由基于标签的识别触发的多媒体信息访问功能架构。
ITU-T Y.IoT
ITU-T Y.IoT定义了物联网应用网关的功能结构，并介绍物联网网关的功能实体。本文档正 在制定中。
码协会（Globe Standard 1，GS1）EPCglobal架构框架为其相关标准集合体，包括软件、硬
件、资料标准以及核心服务等，由 EPCglobal 及其代表共同经营运作，目标是推进 EPC 编
码的使用，促进商业圈和电脑应用的结合，达成有效供应链管理。以下为基于RFID 的物联网
应用架构可看出该应用系统由三个子系统组成，EPC 射频识别系统、中间件系统和互联网系
服务和应用，它提供了分布式功 能和管理功能。
物联网的体系架构研究现状
ITU-T Y.2063/F.771/Y.774/H.621/Y.IoT
ITU-T Y.2063
ITU-T Y.2063概述了Web架构，阐释了服务层、适应层和物理层三层架构以及 每一层的功能。
ITU-T F.771
ITU-T F.771介绍了由基于标签识别的物理实体，ID标签（RFID或条码），ID 的终端，网络和服务的功能域触发的多媒体信息访问功能模型。
服务层
数据挖掘 协同处理
数据融合
其他
数据处理
数据存储 信息通信 信息提供
设备管理 服务管理 安全管理 业务管理
用户管理
网络层
本地局域 网络
广域网 数据通信
安全管理 服务管理
感知层
数据采集Biblioteka 数据存储协同处理 数据融合
特征提取 数据汇聚
其他 数据处理
通信协议 通信支撑功能
数据通信
感知数据类
设备管理 服务管理 安全管理
统。
EPC
本地
应用系统
OSN
全局ONS
本地EPC 信息服务
EPC 中间件
互联网
EPC 读卡器
电子标签
全局EPC 信息服务
物联网的体系架构研究现状
GS1（Globe Standard 1，国际物品编码协会）
射频识别系统
射频识别系统包括 EPC标签和读写器
射频识 别系统
发现服务
EPC 信 息 发 现 服 务 包 括 对 象 名 称 解 析 服 务 (Object Naming Service，ONS)以及 配套服务，基于电子产品代 码，获取EPC数据处理信息
ISO/IEC 29182-4
ITU-T Y.2060 ITU-T Y.2069 ITU-T Y.2080
目前针对物联网体系架构，IEEE、 ISO/IEC JTC1、 ITU-T、ETSI、GSI等组织均在进行研究。下面是这几个 组织对物联网体系架构研究的输出成果。
物联网的体系架构研究现状
ISO/IEC 29182-3提供了传感器网络的参考体系架构
支持不同规模、不同复杂度、不同 工作负载的大量应用，同时也能支 持包含大量设备、应用、用户、巨
大数据流等系统。
使物联网系统可 对组件(如设备 和网络)的增加 与删除自适应
可扩展性
使物联网的用户、服务、设 备和来自设备的数据根据不 同准则（如地理位置信息、
设备类型等）被发现。
使通信设备能够实 现网络的自我修复、 自优化化和自我保
基础网络服务实体（NSE）： 为通用服务实体提供服务如设 备管理，位置定位等服务。基 础网络服务实体也在M2M系统 中提供实体间数据传输功能。
物联网的体系架构研究现状
GS1（Globe Standard 1，国际物品编码协会）
在全球产品电子编码（Electronic Product Codeglobal，EPCglobal）里，国际物品编
物联网的网络架构
物联网体系架构
物联网体系架构
物联网网络架构
物联网应用 应用支持子层
应用层
信息处理 应用集成
云计算 解析服务 网络管理 Web服务
电信网/互联网
专用网络
网络层
延伸网络
物联网 网关
感知层 传感器
执行器
通信模块
RFID
二维码
智能装置
应用层包括应用支持子层和 各种物联网应用。应用支持 子层为物联网应用提供信息 处理、计算等通用基础服务 设施、能力及资源调用接口， 以此为基础实现物联网在众 多领域的各种应用。
必须的。
人体连接
如优先级、语 义等服务、服 务组合、跟踪 服务、订阅服
务
电源和能 源管理
物联网参考体系架构需求
服务相关 需求
物联网体系架构
物联网的体系架构研究现状
物联网的体系架构研究现状
1. ISO/IEC JTC1
2. ITU-T 3. ETSI 4. GS1 5. IEEE
ISO/IEC 29182-3
物联网体系架构
01
物联网的参考体系架构
物联网参考架构是物联网发展的顶层设计，关 系到物联网产业链上下游产品之间兼容性、可扩展 性和互操作性。物联网参考体系结构是物联网应用 的基础。因此，了解和掌握物联网参考体系架构， 有利于理解物联网的应用需求和技术需求。
物联网体系架构
物联网的参考体系架构需求
物联网参考体系架构需求01
力。
通过内容感知以优化 服务，如路径选择和 基于内容路由通信。
可靠性
支持安全通信、系统 访问控制和管理服务 以及提供数据安全的
功能
支持自定义的 情感感知能力。
内容感知
安全
应能实现物联 网的保密性和 隐私性的功能
情感感知
物联网参考体系架构需求
保密性
物联网参考体系架构需求04
在某些应用领域，对 于物联网系统的可访 问性是非常重要的， 例如在环境生活辅助 系统里面，有重要的 用户参与系统的配置，
功能。
标准化 接口
物联网参考架构应提 供特点鲜明的组件， 并用标准化的语义和
语法来描述组件。
定义良好 的组件
及时性就是在指定 的时间内提供服务， 完成请求者需求响
应。
及时性
需要及时向用户 报告物理对象的 位置，例如智能
物流。
可用性
物联网参考体系架构需求
位置感知
物联网参考体系架构需求03
应在通信、服务和数据管理功能 等方面供适当的可靠性。应具有 鲁棒性，并具有应对外部扰动、 错误检测和修复而进行变化的能
• JTC1 SWG5完成了关于物联网参考体系架构研究报告， 针对物联网参考架构需求，要求及模型等提出分析。
ISO/IEC JTC WG10
• 正针对物联网参考架构标准项目进行研究和标准化工作。
IEEE（电气和电子工程师协会）
IEEE下P2413工作组正进行物联网体系架构的研究，该工作组 希望定义一个物联网体系架构框架，包含了各种物联网领域的描 述，物联网领域的抽象的定义，识别出了不同的物联网领域之间 的共性，提供一个参考模型，这个参考模型定义了各物联网类别 之间的关系(例如、交通、医疗等)，还有常见的体系结构元素。
物联网的体系架构研究现状
ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织）
ITU-T对物联网的架构研究主要成果有ITU-T Y.2060，ITU-T Y.2069，ITU-T Y.2063 等.其中ITU-T Y.2060描述了物联网参考模型的每一层的功能。此外也定了物联网 参考模型的生态系统和商业模式。
服务/资源 发现
设备 管理 资源 管理 服务 管理 网络 管理 安全 管理 隐私 管理 功能 安全管 理
服务 层 跨层 管理
基础 功能 层
数据 处理 硬件 驱动
传感 器节点 硬 件层
数据 采集
数据 通信
传感 器/驱动器身份 识别
数据 存储
驱动
能源 生成与 储能
业务 管理 QoS管理 系统 监控