物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)32

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)02物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)融合式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)傳感設(shè)備的感知信息包括物理環(huán)境的信息和物理環(huán)境對系統(tǒng)的反饋信息對傳感器采集信息智能處理對處理信息進(jìn)行發(fā)布，為人們提供相關(guān)的信息服務(wù)，或人們根據(jù)這些信息去影響物理世界的行為。由于物理環(huán)境、感知目標(biāo)存在混雜性以及其狀態(tài)、行為存在不確定性等，使感知的信息設(shè)備存在一定的誤差，需要通過智能信息處理來消除這種不確定性及其帶來的誤差。開放式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)對通信的實(shí)時(shí)性要求不高，一般來說通信實(shí)時(shí)性只要達(dá)到秒級就能滿足應(yīng)用要求。開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)典型開環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)傳感設(shè)備的感知信息包括物理環(huán)境的信息和物理環(huán)境對系統(tǒng)的反饋信息控制單元根據(jù)這些信息結(jié)合控制與決策算法生成控制命令執(zhí)行單元根據(jù)控制命令改變物理實(shí)體狀態(tài)或系統(tǒng)的物理環(huán)境(如：無人駕駛汽車)。閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要功能都由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需要人的直接參與，且實(shí)時(shí)性要求很高，一般要求達(dá)到毫秒級，甚至微秒級。對此閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求具有精度時(shí)間同步、確定性調(diào)度功能，甚至要求很高的環(huán)境適應(yīng)性。閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)典型閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線等控制網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性改變，形成了在功能上管理集中、控制分散，在結(jié)構(gòu)上橫向分散、縱向分級的體系結(jié)構(gòu)。把基本控制功能下放到現(xiàn)場具有智能的芯片或功能塊中，不同的現(xiàn)場設(shè)備中的功能塊可以構(gòu)成完整的控制回路，使控制功能徹底分散，直接面對生產(chǎn)過程，把同時(shí)具有控制、測量與通信功能的功能塊及功能塊應(yīng)用進(jìn)程作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用開放的控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行互連，形成現(xiàn)場層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場設(shè)備具有高度的智能化與功能自治性，將基本過程控制、報(bào)警和計(jì)算等功能分布在現(xiàn)場完成，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備易于增加非控制信息，如自診斷信息、組態(tài)信息以及補(bǔ)償信息等，易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理和控制的統(tǒng)一。融合式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)融合式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)融合式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)既涉及規(guī)模龐大的智能電網(wǎng)，又包含智能家居、體征監(jiān)測等小型系統(tǒng)。對眾多單一物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深度互聯(lián)和跨域協(xié)作就構(gòu)成了融合式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)多層嵌套的“網(wǎng)中網(wǎng)”。融合式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)典型融合式物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)：智能電網(wǎng)信息交互構(gòu)架一個(gè)完整的智能電網(wǎng)作為電能輸送和消耗的核心載體，包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及電網(wǎng)調(diào)度六大環(huán)節(jié)，是最典型的融合式物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。融合式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)CPS體系結(jié)構(gòu)原型物理世界包括物理實(shí)體(諸如醫(yī)療器械、車輛、飛機(jī)、發(fā)電站)和實(shí)體所處的物理環(huán)境。傳感器作為測量物理環(huán)境的手段，直接與物理環(huán)境或現(xiàn)象相關(guān)。傳感器將相關(guān)的信息傳輸?shù)叫畔⑹澜?。?zhí)行器根據(jù)來自信息世界的命令，改變物理實(shí)體設(shè)備狀態(tài)基于事件驅(qū)動(dòng)的控制單元接受來自傳感單元的事件和信息世界的信息，根據(jù)控制規(guī)則進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)服務(wù)器：為事件的產(chǎn)生提供分布式的記錄方式，事件可以通過傳輸網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)服務(wù)器的記錄，以便于以后檢索。傳輸網(wǎng)絡(luò)：包括傳感設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、服務(wù)器，以及它們之間的無線或有線通信設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)03物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及感知、控制、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子、計(jì)算機(jī)、軟件、嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)04物聯(lián)網(wǎng)的知識體系物聯(lián)網(wǎng)的知識體系

科技界普遍認(rèn)為，信息技術(shù)由四大部分組成，即信息獲取、信息傳輸、信息處理與信息應(yīng)用或信息利用，這四部分實(shí)際上組成了如圖的一個(gè)完整信息鏈。檢測技術(shù)的重點(diǎn)是在信息的獲得，通信技術(shù)的重點(diǎn)是在信息的傳輸，計(jì)算機(jī)技術(shù)的重點(diǎn)是在信息的處理，自動(dòng)化技術(shù)的重點(diǎn)則在信息的應(yīng)用。

而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含信息技術(shù)的所有組成部分。物聯(lián)網(wǎng)知識體系物聯(lián)網(wǎng)的知識體系物聯(lián)網(wǎng)知識體系從網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的角度看物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成元素，但實(shí)際上它深刻地反映了物聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)學(xué)科各知識領(lǐng)域之間的關(guān)系與聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)的知識體系物聯(lián)網(wǎng)知識結(jié)構(gòu)構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)05物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)是指實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能所必需的相關(guān)產(chǎn)業(yè)集合，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上主要包括服務(wù)業(yè)和制造業(yè)兩大范疇物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系示意圖物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系示意圖物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)分類一是因物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對已有產(chǎn)業(yè)的提升，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的升級換代二是因物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對已有產(chǎn)業(yè)的橫向市場拓展，主要體現(xiàn)在領(lǐng)域延伸和量的擴(kuò)張三是由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)造和衍生出的獨(dú)特市場和服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)支撐產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)從整體上劃分從關(guān)鍵程度劃分物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)絕大部分屬于信息產(chǎn)業(yè)，但也涉及其他產(chǎn)業(yè)，如智能電表等。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不是對已有信息產(chǎn)業(yè)的重新統(tǒng)計(jì)劃分，而是通過應(yīng)用帶動(dòng)形成新市場、新業(yè)態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢未來，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)總的發(fā)展趨勢是規(guī)模化、協(xié)同化和智能化。同時(shí)以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將是全球各國的主要發(fā)展方向。

01隨著世界各國對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用的不斷推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)領(lǐng)域中的規(guī)模將逐步擴(kuò)大，尤其是一些政府推動(dòng)的國家性項(xiàng)目將吸引大批有實(shí)力的企業(yè)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，大大推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)程，為擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)生巨大作用規(guī)?；l(fā)展02隨著產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，物聯(lián)網(wǎng)將朝著協(xié)同化方向發(fā)展，形成不同物體間、企業(yè)間、行業(yè)乃至不同地區(qū)或國家間物聯(lián)網(wǎng)信息的互聯(lián)互通互操作，應(yīng)用模式從閉環(huán)走向融合，最終形成可服務(wù)于不同行業(yè)和領(lǐng)域的全球化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。協(xié)同化發(fā)展03物聯(lián)網(wǎng)將從目前簡單的物體識別和信息采集，走向真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)感知、網(wǎng)絡(luò)交互和應(yīng)用平臺可控可用，實(shí)現(xiàn)信息在真實(shí)世界和虛擬空間之間的智能化流動(dòng)。智能化發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)情況總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)仍處于起步階段，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)支撐力度不足，行業(yè)需求需要引導(dǎo)，距離成熟應(yīng)用還需要多年的培育和扶持，發(fā)展還需要各國政府通過政策加以引導(dǎo)和扶持。因此，未來幾年各國將結(jié)合本國優(yōu)勢、優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用以帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。我國確定的重點(diǎn)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的行業(yè)領(lǐng)域包括電力、交通、物流等戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，以及能夠大幅度促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)06物聯(lián)網(wǎng)的資源體系物聯(lián)網(wǎng)的資源體系物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵資源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵資源主要包括標(biāo)識資源和頻譜資源。

標(biāo)識資源：目前，物聯(lián)網(wǎng)物體標(biāo)識方面標(biāo)準(zhǔn)眾多，很不統(tǒng)一。條碼標(biāo)識方面有PDF417，QR碼等，智能物體標(biāo)識方面有IEEE1451.2以及IEEE1451.4。手機(jī)標(biāo)識方面手機(jī)電子序列編碼等……實(shí)現(xiàn)各種物體標(biāo)識最大程度的兼容，建立統(tǒng)一的物體標(biāo)識體系逐漸成為一種發(fā)展趨勢，歐美、日韓等都在展開積極研究。

頻譜資源：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開無線通信技術(shù)，因此頻譜資源作為無線通信的關(guān)鍵資源，同樣是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。對頻譜檢測技術(shù)的研究、對提高空閑頻譜頻率利用率的方法研究、物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源管理方式等方面將是物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源研究的關(guān)鍵所在。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)07物聯(lián)網(wǎng)的參考體系架構(gòu)發(fā)展趨勢未來的物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu)會(huì)是什么樣子呢？編者認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu)IP化是一種必然的趨勢。為什么智能物件要采用IP協(xié)議呢?因?yàn)镮P技術(shù)能夠解決物聯(lián)網(wǎng)面對的可發(fā)展性、大規(guī)模性、應(yīng)用多樣性、互通性、低功耗、低成本等諸多挑戰(zhàn)。下面從這幾個(gè)方面進(jìn)行說明物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構(gòu)IP化趨勢的必然性。物聯(lián)網(wǎng)的參考體系架構(gòu)發(fā)展趨勢IP對物聯(lián)網(wǎng)的重要性隨著全球互聯(lián)網(wǎng)的成功，IP的端到端的架構(gòu)已經(jīng)證明了IP的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、通用性。IP將是物聯(lián)網(wǎng)的最佳選擇。IP的特性詳細(xì)內(nèi)容IP構(gòu)架的穩(wěn)定性IP架構(gòu)已經(jīng)存在了將近30年但這些年來，其整體架構(gòu)一直保持著罕見的穩(wěn)定性輕量級的IP部分基于輕量級的IP協(xié)議棧開發(fā)出來，帶來了基于IP架構(gòu)的無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念。其較成功的為uIP協(xié)議棧的發(fā)布以來，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式系統(tǒng)中IP的多樣性IP架構(gòu)被全世界廣泛使用，大部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持。IP架構(gòu)還很好地支持多種不同的應(yīng)用場合，這都得益于IP架構(gòu)的優(yōu)良設(shè)計(jì)、靈活性與分層結(jié)構(gòu)。IP構(gòu)架的互通性互通性是IP架構(gòu)的一個(gè)突出特點(diǎn)?；ネㄊ且?yàn)樗\(yùn)行在多種具有完全不同特性的鏈路層之上，也因?yàn)镮P提供了互通性。IP可以跨越不同的平臺、設(shè)備及底層通信機(jī)制來互通。IP構(gòu)架的可擴(kuò)展性隨著全球網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IP已證明擁有固有的可擴(kuò)展性。同時(shí)下一代IPv6的協(xié)議，地址空間擴(kuò)大到2^128次方，這樣完全可以滿足給每一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備分配一個(gè)IP。IP的配置與管理IP架構(gòu)不但提供了自動(dòng)配置機(jī)制，而且提供了高級配置和管理機(jī)制。把IP引入到物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)里面，這樣可以快速的、低成本的給每一個(gè)入網(wǎng)的感知設(shè)備進(jìn)行分配和管理。端到端的IPIP提供了端到端的、設(shè)備之間的通信，不需要中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。把IP引入到物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，這樣可以方便節(jié)點(diǎn)之間的通信，同時(shí)也方便了節(jié)點(diǎn)連入互聯(lián)網(wǎng)，從而方便建立感應(yīng)節(jié)點(diǎn)與應(yīng)用終端的通信。物聯(lián)網(wǎng)的參考體系架構(gòu)發(fā)展趨勢構(gòu)建基于IP的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

因?yàn)榉荌P協(xié)議的智能物件網(wǎng)絡(luò)要連接到IP網(wǎng)絡(luò)，要采用多協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)以將這些網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。因?yàn)槎鄥f(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)具有復(fù)雜性、靈活性和可擴(kuò)展性的缺失問題，而且外部網(wǎng)絡(luò)的用戶不能直接訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。IPv6作為下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有地址資源豐富、地址自動(dòng)配置、移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，通過IPv6技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠與因特網(wǎng)無縫對接起來，從而實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間基于開發(fā)統(tǒng)一的IP協(xié)議的自由通信。以下是基于IP的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架。物聯(lián)網(wǎng)的參考體系架構(gòu)發(fā)展趨勢基于IP的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程2013年9月根據(jù)ISO/IECJTC1/WG7（傳感器網(wǎng)絡(luò)工作組）最新調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)化范圍，無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院等單位牽頭，正式提出了關(guān)于中國期望牽頭制定物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)的提案

2014年5月ISO/IEC正式通過了由中國技術(shù)專家牽頭提交的物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)國際標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括物聯(lián)網(wǎng)概念模型、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)參考體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信參考體系結(jié)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)信息流參考體系結(jié)構(gòu)。

2015年1月ISO/IECJTC1/WG10物聯(lián)網(wǎng)工作組決定成立網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)學(xué)習(xí)研究小組，推進(jìn)基于IP的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，本書編者任該組召集人，目前正在推行相關(guān)工作

教學(xué)要求知識要點(diǎn)能力要求物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)了解物聯(lián)網(wǎng)的參考體系結(jié)構(gòu)需求了解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀掌握物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)掌握開放式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)理解閉環(huán)式物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)了