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1、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。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
2、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。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
3、一个高效、快捷的网络通信与云计算平台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
4、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。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。泛在服务泛在服务以无所
5、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：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
6、、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。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（UnstructuredSupplementaryServiceData）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。中国移动制
7、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。物联网的体系架构通用物联网体系结构：感知层、网络
8、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。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),
9、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。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
10、公共平台为基础的公共应用。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。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
11、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。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。网络鉴权，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
12、向的认证机制，就是AKA（AuthenticationandKeyAgreement，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IMSAKA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。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GB7665-1987。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
13、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
14、。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(AsymmetricDigitalSubscriberLine，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AsymmetricDigitalSubscriberLine（非对称数字用户线路），亦可称作非对称
15、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。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
16、值守条件。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）传送网技术1、SDH传送网是一种以同步时分复用和光纤技术为核心的传送网结构，它由分插
17、复用、交叉连接、信号再生放大等网元设备组成，具有容量大、对承载信号语义透明，以及在通道层上实现保护和路由的功能。具有3个优点：1、标准统一的光接口2、采用同步复用和灵活的复用映射结构3、强大的网管功能。2、光传送网光传送网（OTN）是一种以DWDM与光通道技术为核心的新型传送网结构，它由光分插复用、光交叉连接、光放大等网元设备组成的具有超大容量、对承载信号语义透明及在光层面上实现保护和路由功能。3、NGNITU-T在新的建议Y.2001中定义了NGN的概念：下一代网络（NGN）是一个基于分组的网络，提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有Qos能力的传送技术，实现业务功能与底层传
18、送技术的分离，它为用户提供不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用的移动性，实现用户对业务使用的一致性和普适性。其具有以下特征：1、基于分组的传输2、控制功能与承载能力、呼叫/会话、应用/业务分离3、业务提供与网络松耦合，提供开放的接口4、支持各种业务、应用和基于业务标准组件的机制5、具有端到端Qos和透明的宽带容量6、通过开放接口与传统网络互通7、支持移动性8、自由接入不同的业务提供商9、采用多种鉴别方法以解决IP地址问题10、相同的业务具有统一的业务特征11、融合固网和移动网的业务12业务相关的功能与底层传输技术分离13、适应一切管理的要求，例如紧急通信、安全性/保密性及合法监听14、支持
19、多种接入技术1、电话通信网电话通信网是进行交互型话音通信，开放电话业务的电信网，简称电话网。它是一种电信业务量最大，服务面积最广的专业网，可兼容其它许多种非话业务网，是电信网的基本形式和基础，包括本地电话网、长途电话网和国际电话网。电话通信网已有100年历史了1，它是最早建立的电信网络之一，是为满足处于不同地理位置用户间的通信而建立的。电话通信网是由本地电话网和长途电话网构成的。本地电话网是由一个长途编号区内的若干市话端局和市话汇接局、局间中继线、长市中继线、用户接入设备和用户终端设备组成的电话网络，主要用于完成本地电话通信。长途电话网又可分为国际长途电话网和国内长途电话网。国际长途电话网本地
20、电话网及长途电话网结构是由分布在全球不同地理位置的国际交换中心以及它们之间的国际长途中继线路组成，范围覆盖全球，负责全球的国际通信。国内长途电话网是由各个国家地理范围内的长途汇接局和长途终端局以及它们之间的国内长途中继线路、国内长途交换局到国际长途的长途中继线路组成，主要负责国内长途通信2、移动通信网移动通信网，网站主要专注于移动通信技术和产业。是我国目前移动通信网为止较大的涉及移动通信网络的相关网站，网站内容丰富，主要包含国内外最新的移动通信技术、技术论坛、人才招聘、设备终端信息、博客等等，涵盖内容相当丰富3、internetInternet，中文正式译名为因特网，又叫做国际互联网。它是由那
21、些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦你连接到它的任何一个节点上，就意味着您的计算机已经连入Internet网上了。Internet目前的用户已经遍及全球，有超过几亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。4VPN虚拟专用网络的功能是：在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。在企业网络中有广泛应用。VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现远程访问。VPN有多种分类方式，主要是按协议进行分类。VPN可通过服务器、硬件、软件等多种方式实现。根据不同的划分标准，VPN可以按几个标准进行分类划分：1、按VPN的协议分类：VPN的隧道协议主要有三种，PP
22、TP、L2TP和IPSec，其中PPTP和L2TP协议工作在OSI模型的第二层，又称为二层隧道协议；IPSec是第三层隧道协议。2、按VPN的应用分类：（1）AccessVPN（远程接入VPN）：客户端到网关，使用公网作为骨干网在设备之间传输VPN数据流量；（2）IntranetVPN（内联网VPN）：网关到网关，通过公司的网络架构连接来自同公司的资源；（3）ExtranetVPN（外联网VPN）：与合作伙伴企业网构成Extranet，将一个公司与另一个公司的资源进行连接。3、按所用的设备类型进行分类：网络设备提供商针对不同客户的需求，开发出不同的VPN网络设备，主要为交换机、路由器和防火墙：
23、（1）路由器式VPN：路由器式VPN部署较容易，只要在路由器上添加VPN服务即可；（2）交换机式VPN：主要应用于连接用户较少的VPN网络；（3）防火墙式VPN：防火墙式VPN是最常见的一种VPN的实现方式，许多厂商都提供这种配置类型4按照实现原理划分：（1）重叠VPN：此VPN需要用户自己建立端节点之间的VPN链路，主要包括：GRE、L2TP、IPSec等众多技术。（2）对等VPN：由网络运营商在主干网上完成VPN通道的建立，主要包括MPLS、VPN技术。应用层相关技术应用层主要基于软件技术和计算机技术实现，应用层的关键技术主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、
24、分析平台，也是将物联网应用层的重要组成部分。应用是物联网的发展的目标，各种行业和家庭应用的开发是物联网普及的源动力，给整个物联网产业带来巨大的利润。支撑技术是指应用于物联网数据处理和利用的技术，它包括云计算与高性能计算技术、智能技术、数据库与数据挖掘技术、GIS/GPS技术、通信技术以及微电子技术。应用技术是指用于直接支持物联网应用系统运行的技术，它包括物联网信息共享交互平台技术、物联网数据存储技术以及各种行业物联网应用系统。2.5数据融合与智能技术物联网保障体系在物联网的发展上，欧盟通过在法律、政策、标准、技术、应用等5个方面同步推进，以信息安全、隐私保护、可竞争机制为始点和终点，从根本上为
25、物联网的发展提供可预期的政策法律等保障环境。1、管理方面的行动2、隐私权及个人信息保护方面的行动；3、信任、可接受和安全方面的行动；4、标准化方面的行动；5、研发方面的行动6、面向创新方面的行动7、整体意识方面的行动8、国际对话方面的行动物联网政策物联网法规物联网的立法物联网面临的法律问题包括物联网的综合立法、行政立法、民商经济立法、刑事立法等诸多问题。行政立法是指立法机关通过法定形式将某些立法授予行政机关，行政机关依据授权法制定行政法规和规章的行为。他通常有2方面的内容：1、国家行政机关接受国家立法机关的委托，依照法定程序制定具有法律效力的规范性文件的活动。2、国家行政机关依照法定程序制定有
26、关行政管理规范性文件的活动，也称“准立法”。物联网立法的内容包括：物联网安全立法、隐私权立法、财产权立法以及规范物联网的市场制度。物联网立法的原则：1、安全性原则2、合宪性原则3、立足本国国情从实际出发，重点立法4、最大效益原则物联网的监管1、行政方面监管2、行政执法监管物联网标准物联网标准体系是由一定内在联系的物联网标准组成的有机整体，是一副已经制定和计划制定的标准工作蓝图，用来说明物联网标准的总体结构。其体系包括三部分：1、管理标准是物联网有效运行的相关管理规范。包括物联网的管理运行规范、主体标准准入、客体注册等管理规范。2、技术标准是物联网技术设计的感知层、网络层、应用层相关技术标准，包括基础标准、编码标准、识别标准、互通标准、中间件标准、数据智能处理标准、信息服务标准。3、应用标准是物联网各种应用领域的国家和行业标准国际标准组织1、ETSI2、ITU3、ISO4、IEC物联网相关的高层体系架构、需求分析研究物联网网络能力增强标准研究感知末梢技术方面的标准研究1、ISO2、AEEEI3、IsO/IEC4、RFID我国物联网标准制定现状物联网安全物联网安全物联的运营物联网的服务质量物联网系统管理概述物联网安全管理数据安全策略与安全相关的技术特点物联网通用设计原则