第四章
物联网网络层的搭建：怎样设计系统网络层？

物联网网络层是物联网体系的中间层级，通过它可以实现物理网感知层和物联网应用层的连接。与其他层级相比，网络层的技术更加成熟，这是主要因为它建立在已有网络的基础之上，结合了移动通信网、国际互联网、公共网络和专用网络等多种现有网络技术，不仅标准化程度更高，而且产业化能力更强。物联网网络层集合了已有网络的优点，提升了传输数据的可靠性和安全性，实现了对感知层数据的实时且动态的传输。特别是在无线传输方面，网络层的表现尤为突出，它既可以打破短距离传输的瓶颈，又可以在提高传输数据量的基础上，保证高效数据传输的服务质量和要求。

互联网、移动通信网以及无线传感网是物联网的三大组成网络，学习这三大网络技术可以了解物联网网络层的基础架构，让人们清楚物联网网络层的主要组成，更加透彻地理解网络层的概念。物联网的组成网络与传统网络既有区别又有联系，通过对网络层WiMax与传统名WiFi的比较，我们可以了解网络层的基本传输原理和过程及其相对于传统网络的优势。网络层中蓝牙技术的应用，实现了短距离无限数据的高效传输，大大方便了物与物、物与人、人与人之间的信息互动和交流。路由的选择和软件平台的搭建是网络层必须要考虑的问题，在充分解决了这些问题后，物联网网络层处理数据的效率将变得更加高效，相关的功能也将变得更加强大。

1．网络层的关键技术是什么

如果说感知层是物联网的“感觉器官”，那么网络层就是物联网的“大脑”。物联网网络层中存在着各种“神经中枢”，用于信息的传输、处理以及利用等。通讯网络、信息中心、融合网络、网络管理中心等共同构成了物联网的网络层。

要实现网络层的数据传输，可以利用多种形式的网络类型，比如人们既可以利用小型局域网、家庭网络、企业内部专网等各类专网进行数据传输，也可以利用互联网、移动通讯网等大型公共网络进行信息传输。事实上，如果能将电视网络和互联网相互融合，那么这两种网络融合后的有线电视网也可以成为物联网网络层的一部分，这种网络能与其他网络配合，共同承担起物联网网络层的多种功能。随着多种应用网络的融合，物联网的进程将会不断加快。

物联网网络层具有多种关键性技术，比如互联网、移动通信网以及无线传感器网络。

（1）互联网

互联网几乎包含了人类的所有信息，是人类信息资源的汇总，人们常说的因特网就是互联网的狭义称谓。在相关网络协议的约束下，通过互联网相连的网络将海量的信息汇总、整理和存储，实现信息资源的有效利用和共享，这其实就是互联网最主要的功能。互联网是由众多的子网连接而成，它是一个逻辑性网络，而每一个子网中都有一些主机，这些主机主要是由计算机构成，它们相互连接，共同控制着自己区域的子网。互联网中存在两类最高层域名，分别是地理性域名和机构性域名，其中，机构性域名的数量有14个。

“客户机+服务器”模式是互联网的基础工作模式，在TCP/IP的约束下，如果一台计算机可以和互联网连接并相互通信，那么这台计算机就成了互联网的一部分。这种不受自身类型和操作系统限制的联网形式，使互联网的覆盖范围十分广大。从某种意义上来说，在互联网的基础上加以延伸便可形成物联网。

拥有丰富信息资源的互联网，一方面可以方便人们获取各种有用信息，让人们的生产、生活变得更加高效；另一方面可以让人们享受互联网所提供的优质服务，从而提高人们的生活水平。

具体来说，互联网可以为人们提供以下几种服务：

第一，高级浏览服务。利用网页搜索，我们可以搜寻、检索并利用各种网络信息，同时，我们也可以将自己的信息以及外界环境信息等，通过网页编辑，发布到互联网上与他人共享。利用互联网的高级浏览服务，我们不仅能进行非实时信息交流，还能进行实时信息交流。

第二，电子邮件服务。电子邮件服务是最流行的网络通讯工具，可以帮助人们在任何时间、任何地点实现与朋友、亲人之间的互动交流。

第三，远程登录服务。利用这种服务，人们可以远距离操作其他计算机系统。通过远程登录服务，将本地计算机与远程计算机连接起来，实现通过操作本地计算机控制远程计算机系统的目的。

第四，文件传输服务。最早的互联网文件传输程序是FTP，人们利用远程登录服务先登录到互联网的一台远程计算机上，然后再利用FTP文件传输程序将信息文件传输到远程计算机系统中。同样，我们也可以从远程计算机系统中下载文件。

互联网是物联网最主要的信息传输网络之一，要实现物联网，就需要互联网适应更大的数据量，提供更多的终端。而要满足一些要求，就必须从技术上进行突破。目前，IPv6技术是攻克这种难题的关键技术，这是因为，IPv6拥有接近无限的地址空间，可以存储和传输海量的数据。利用互联网的IPv6技术，不仅可以为人提供服务，还能为所有硬件设备提供服务。

（2）移动通信网

移动物体之间、移动物体与静态物体之间的通信需要利用移动通信网得以实现。移动通信有两种方式，分别是有线通信和无线通信，在这两种方式的作用下，人们可以享受到语音通话、图片传输等服务。

核心网、骨干网以及无线接入网共同构成了移动通信网，其中，无线接入网的主要作用是连接移动通信网和移动终端，而利用核心网和骨干网可以实现信息的互交和传递。由此可见，移动通信网的基础技术包括两类：一类是信息互交技术，另一类是信息传递技术。

移动通信网可以实现任何形式的传播，因此它具有开放性；移动通信网可以在多种复杂环境下进行工作，因此它又具有复杂性。另外，移动通信网还具有随机移动性。

①移动性。要实现移动通信，需利用无线方式进行传输，或者利用有线与无线相结合的方式。

②电磁波传输条件复杂。移动物体所处环境的复杂性决定了电磁波传输条件的复杂性，在传播的过程中，电池波会因为反射、折射、绕射等物理特性，产生信息延迟、多径干扰等问题。

③系统与网络结构复杂。移动通信网的用户有很多，要实现他们之间的相互通信，需要一个既能相互协调，又不会互相干扰的网络系统。这个网络系统需要与数据网、卫星通信网以及局域网互联，因此具有网络结构复杂性。

④具备高利用率的频带和高性能的设备。WiMAX、WiFi以及3G等接入技术是移动通信网的主要技术，其中，WiMAX的英文全称是Worldwide Interoperability for Microwave Access，即全球微波互联接入，是一种无线信息传播术。WiMAX可接收的波段包括微波、毫米波，信号传输范围为半径50千米内，常用于偏远地区的无线连接。WiFi的英文全称是Wireless Fidelity，即无线保真技术。其组成部分包括无线网卡和AP接入点等，可实现多种无线设备的网络连接。3G是一种集合了多种信息系统的蜂窝式移动通讯技术。

和互联网相同，物联网不仅需要有线的信息连接方式，也需要无线的信息连接方式。多种形式的连接方式可以帮助物联网高效且方便地传输和交互数据信息，实现信息的采集和共享。

（3）无线传感器网络

无线传感器网络的英文简称是WSN，即在众多传感器之间建立一种无线自组织网络，并利用这种无线自组织网络实现这些传感器之间的信息传输。在这个传输过程中，无线传输网络会对传感器所采集的数据进行汇总。该技术可以使区域内物品的物理信息和周围环境信息全部以数据的形式存储在无线传感器中，有利于人们对目标物品和任务环境进行实时的监控，也有利于分析和处理有关信息，对物品进行有效的管理。

无线传感器网络包含了多种技术，其中包括现代网络技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及传感器技术等。网关节点（汇聚节点）、传输网络、传感器节点和远程监控共同构成了无线传感器网络，它兼顾了无线通讯、信息监控、事务控制等功能，具有以下几个特点：

①网络规模较大，遍布各种地理环境，通过无数的传感器覆盖全球；

②网络呈现动态变化，其结构为网络拓扑结构；

③网络的核心是数据，一切工作行为都以数据为中心；

④网络具有自动组织性能；

⑤网络具有应用相关性；

⑥网络较公开，安全性较低；

⑦传感器节点性能有限，有待进一步开发。

物联网网络层在互联网、移动通信网以及无线传感器网络的相互配合下，完成了主要的层级功能，为构建物联网系统提供了技术参考和行业标准，加快了物联网的全球化进程。