物联网概念与架构

本文从物联网实践角度对物联网进行阐述，相关实践项目可以参考：

iot-gateway(物联网网关):https://gitee.com/navlange/iot-gateway.git

1、什么是物联网？

国际通信联盟（ICU：International Communication Union）于2005年突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS) 上正式确定了“物联网”的概念：物联网将信息与通信领域的任何时间、任何地点实现人之间连接维度扩展成为任何时间、任何地点实现任何物体的连接[1][2]。

物联网是一种物体通过嵌入式传感器、软件和其它技术通过网络实现与其它设备和系统连接与数据交换的网络[3]。

2、物联网体系结构

物联网体系结构自底向上可以大体分成设备感知层、边缘网络层、云端平台层、多端应用层。

2.1设备感知层

设备感知层由构成物联网的各种物体设备构成。为了将这些设备接入物联网，需要为设备配置不同的传感器，用于采集设备各种状态信息。这些信息通过以太网、Wifi、蓝牙、RFID、NFC、Zigbee等协议实现在物联网里数据交换。同时，也通过这些协议接收控制等指令信息。

2.2边缘网络层

底层设备感知层采用不同协议（包括MQTT、CoAP、WebSocket、Http和DDS等）接入物联网，一方面由于各种协议本身等复杂性，给上层物联网从业人员造成技术屏障，需要牵涉大量精力于研究通用协议技术，无法专心于物联网业务本身；另一方面由于各种协议之间不能互联互通，导致采用不同协议的对象之间不能实现数据交换。边缘网络层的网关用于隐藏底层设备采用不同协议的差异性，使得上层应用看到统一的封装后对象。

因为物联网对象间的互联需要经过“长距离”互联网传输，物联网网关通常部署在离对象“较近”的地方，称之为边缘网络层。通常情况下物联网对象间的通信对时效性要求更严苛，需要边缘层物联网网关具备数据缓存和一定对数据处理能力。

2.3云端平台层

如果把边缘网络层定义为物联网的手脚和五官等肢体要素，那么云端平台层则充当物联网的大脑角色。肢体要素对精确性和灵敏性要求严格，大脑则需要基于知识通过大量的计算形成系统决策。这个工作在信息技术领域通过云计算实现，其主要工作包括：

1、授权管理

物联网云端是一个共享开放系统，如果运行在公有云内还是个多租户系统。需要对接入物联网对对象进行授权验证。

2、网关管理

边缘网络层网关是由多网关运行节点构成的分布式系统，需要对这些网关节点进行协调管理和健康监测，为各网关节点运行提供系统信息支撑，实时监测物联网网关健康状态，基于负载信息和系统健康状态作出决策。

3、设备管理

作为构成物联网的主体要素，需要实现对所有物联网设备进行管理，实时掌握全系统设备状态信息。

4、大数据

基于前面的工作，对流经物联网的数据进行采集、存储，形成物联网大数据，采用大数据技术对相关数据进行分析处理提供决策信息。

5、人工智能

物联网互联互通只解决了有无的第一步问题，其最终目标是实现智能物联网系统。

为了实现这些功能，传统的技术已经无法胜任。需要采用云原生的技术进行实施，物联网系统天然就是一个云原生系统，通过Docker容器等技术实现物联网业务等封装与隔离；采用DevOps等框架实现物联网系统等快速开发、迭代与部署应用；采用Kafka等数据总线技术实现物联网海量数据的采集、存储与处理；采用SpringCloud等微服务框架实现物联网应用高可靠与高可用。

2.4多端应用层

最基础物联网应用包括监测与控制，通过物联网解决传统无法对对象对实时监测功能，同时通过物联网实现对对象对随时随地控制。基于此基础功能延伸出各行各业的垂直应用，包括工业、生活、教育已经电商等领域应用。物联网应用支持全端平台，包括H5、小程序（微信小程序、支付宝小程序、字节跳动小程序和百度小程序）、App（Android、Apple、鸿蒙）等。

参考

[1]International Telecommunication Union, Internet Reports2005:The Internet of things[R].Geneva:ITU, 2005.

[2]孙其博,刘杰,黎羴,范春晓,孙娟娟.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报,2010,33(03):1-9.

[3]https://en.jinzhao.wiki/wiki/Internet_of_things