1.2　物联网的体系架构

按照功能可将物联网分为3个功能层，从下到上依次是感知层、网络层和应用层，这也是业界公认的划分方法[3]。此外，为了提高物联网的安全防护和运行能力，突出安全防护和运维管理的支撑作用，本书还在其体系架构上增加了安全防护和运维管理两个系统，形成了“三层两系统”的体系架构。图1-1所示为物联网的体系架构。如果用人来比喻该体系架构，那么感知层就像皮肤和五官，用来识别物体、采集信息；网络层就像传递信息的神经系统，负责将信息及时地传递到大脑进行处理；应用层就像人的大脑，能够根据需要处理各种复杂信息，用于形成支持不同应用领域（农业、工业和国防等）的应用服务；而安全防护系统和运维管理系统相当于人的免疫系统和感知与调节自身状态的神经系统，用于提高人体自身的抗病能力和协调行动能力。

图1-1　物联网的体系架构

1.2.1　物联网的感知层

物联网的感知层主要由各类传感器等数据采集设备及数据接入网关之前的传感器网络组成。例如，RFID读写器和用来识别RFID信息的扫描仪、采集视频的摄像头、各类传感器，以及采用短距离传输技术的无线传感器网络和接入单元等。

感知层中的接入单元包括将传感器数据直接传送到通信网络的数据通信单元及连接无线传感器网络和通信网络的物联网网关设备，其中，物联网网关根据使用环境的不同分为行业物联网网关和家庭物联网网关两种，将来还会有用于公共节点的共享式网关。严格来说，物联网网关应该是一种跨感知层和网络层的设备。

感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信和自组织网络等是感知层涉及的主要技术，还包括芯片研发、通信协议研究、RFID材料、智能节点供电等细分领域。

1.2.2　物联网的网络层

物联网的网络层是在现有通信网和互联网的基础上建立起来的，由核心网和接入网组成，主要用于完成传感与服务数据信息的传输、寻址与交换等功能。

当前的网络层综合利用互联网（Internet）、公用交换电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、广播电视网、移动通信网（2G/3G/4G/5G）、卫星通信网、有线宽带、无线局域网（WLAN）等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。其后续发展应结合下一代网络（NGN）来开展建设工作。

天基物联网中的网络层是指利用通信卫星作为网络节点实现物联网用户之间或物联网用户与地面云平台之间的相互通信的一种信息传送网络。

1.2.3　物联网的应用层

物联网的应用层分为服务应用子层和服务支撑子层。

服务应用子层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，包括行业应用、家庭应用、政府应用、军事应用等。物联网的应用类型大致可分为监控型（物流监控、污染监控、侦察监视）、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（物流管理、手机钱包、高速公路不停车收费）等。

服务支撑子层主要用于完成感知数据的存储、分析与处理，以及服务控制与管理等功能。感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括传感器网络数据的存储、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。云计算平台作为海量感知数据的存储和分析平台，是物联网的网络层的重要组成部分，也是物联网的应用层中众多应用的基础。

1.2.4　物联网的安全防护系统

物联网的安全防护系统用于保护物联网免受各类人为的网络攻击，保障物联网安全稳定地运行。物联网的安全防护系统的功能贯穿感知层、网络层、应用层和运维管理系统等，涉及整个物联网的传感器终端的安全、传送网的网络安全、应用服务平台的安全等诸多方面；其防护对象主要包括感知层的各类传感器和传感器网络，网络层的各类通信网络及其设备，应用层的计算、存储、软件和数据资源等，以及运维管理系统及其各类设备。涉及天基物联网的安全防护系统还应当考虑卫星星座的测控与运控功能。

1.2.5　物联网的运维管理系统

物联网的运维管理系统用于保障物联网稳定高效地运行。物联网的运维管理系统的功能贯穿感知层、网络层、应用层和安全防护系统等，涉及整个物联网的网络管理、控制、运营和维护等诸多方面；其管理对象主要包括感知层的各类传感器和传感器网络，网络层的各类通信网络及其设备，应用层的计算、存储、软件和数据资源等，以及安全防护系统及其各类设备。涉及天基物联网的运维管理系统还应当考虑卫星星座的测控与运控功能。