物联网的USN体系结构

　　随着物联网的不断发展，物联网的USN体系结构渐渐得到了权威部门和机构的规范，这将为物联网未来的发展提供行业标准。2008年2月，ITU-T发布了第四期技术简报《Ubiquitous Sensor Networks》，在该权威报刊上，专 家学者们对泛在传感器网络的体系结构进行了规范。该规范标准规定，从低级到高级的泛在传感器网络体系结构是：传感器网络、接入网络、基础骨干网络、中间件、应用平台。

　　泛在传感器网络体系其实就是传统的USN物联网体系结构，泛在传感器网络的概念与如今的物联网概念相近，与传统传感器网络的概念有较大区别。

　　2009年9月，我国信息技术标准化委员会为传感器网络做了定义，即“以物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能信息系统。”该定义其实是对物联网概念的相关阐述。

　　工业和信息化部门与江苏省政府的《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区（国家传感信息中心）情况的报告》，也对传感器网络做了相关定义，该定义为：“以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特性是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策与控制。”同样，该定义也与物联网的概念几乎相同。由此可见，从某种意义上来说，传感器网、互联网、移动通讯网以某种方式结合后，便可实现我们梦寐以求的人与人、人与物、物与物全面互联的网络。

　　目前，我国的权威科研机构以传统的五层物联网体系结构为基础，通过不断的实践总结和产品创新，将物理网的体系结构浓缩成四层体系结构。与传统的五层物联网体系结构相比，四层物联网体系结构更加精简，它的不同在于：第一，增加了底层传感器网络的基础成员，如一维码、二维码、射频识别技术（RFID）以及GPS系统等，通过增加这些感知和识别技术，扩大了底层传感器网络的概念；第二，合并了五层物联网体系结构中的第二层和第三层，也就是将接入网络和基础骨干网相结合，共称为数据传输层；第三，将物联网中间件对应称为服务管理层，将应用平台对应称为应用层。于是，最新的物联网USN体系结构是：感知层、传输层、服务管理层、应用层。

　　这四层物联网体系结构都拥有强大的功能，简单介绍为：

　　（1）感知层

　　感知层的主要功能是感知世界上的任何物品，并向更高层反馈物品的相关信息。感知层具有两个重要节点，分别是基站节点（Base-station）和汇聚节点（Sink）。该层最核心的设备是信息感知设备以及信息采集设备，包括一维码、二维码、射频识别标签等标识设备，也包括读写器、摄像头、执行器等识别设备，还包括视觉传感器、听觉传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、气敏传感器等多种功能各异的传感器。

　　在感知层网络和核心承载网之间传输数据时，需要接入网关（Aces Gateway）对其传输过程进行有效控制，接入网关由基站节点（如传感器网关）和汇聚节点（如RFID阅读器）共同组成，利用这两个节点组成的接入网关还可以融合数据、向下端传达信息以及用于各末梢感知节点的组网控制等。

　　具体来说，如果某一个末梢节点要向上传输数据，就需要先将数据发给汇聚节点，当汇聚节点接受并整理好数据后，还要与核心承载网络进行连接，而在连接的过程中，接入网关将起到纽带的作用。如果应用层要向下传输某些数据，就需要先由核心承载网络进行数据传输，再由接入网关接收数据，然后相关数据到达汇聚节点，最后末梢感知节点与汇聚节点相连，由末梢感知节点获取汇聚节点的有关数据。通过末梢感知节点与核心承载网络之间自上而下、自下而上的有机配合，便可实现物联网相关数据的接收、传输以及互交。

　　（2）传输层

　　传输层的主体是物联网的核心承载网，主要由两个网络组成，第一个是接入网，第二个是后ID网络。

　　要实现物联网的数据传输服务，就需要传输层的核心承载网发挥主要作用，而这种作用又分别体现在核心承载网的两个基础网络上，即接入网和后IP网络。传输数据时，感知层必须和后IP网络进行无缝连接，这就需要利用接入网进行相关操作。接入网包括以下几种：卫星通信网、宽带无线接入网（WiMAX）、宽带无线移动通信网（LTE）、无线局域网（WiFi）、无线城域网（WMAN）、蜂窝移动通信网（GSM、CDMA、GRPS）、移动通信网络（WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA）等等。

　　后IP网络具有两个特性，一种是可配置性，另一种是可控制性。从某种程度上说，后IP网络是互联网升级换代的产物，它继承了互联网的多种服务功能与特性优点，又在多种系统和设备上得到了升级，具有了新一代的可靠功能。利用可配置性和可控性这两种独特的性质，后IP网络在为物联网提供数据传输服务的过程中将更加可靠、高效。

　　（3）服务管理层

　　作为物联网系统的“中间件”层，服务管理层主要起到承上启下的作用。具体来说，它主要包含以下几种核心技术：一是海量数据存储技术，即能够存储大量的数据；二是数据挖掘技术，也就是在已有数据的基础上，利用相关技术手段将隐含的、不易被发觉的、容易遗失的信息数据挖掘出来，用于更深层次的数据开发；三是信息处理技术，该技术主要依赖于互联网领域的云计算机，利用云计算机的强大计算功能，可以高效处理所获取的物联网信息；四是数据安全与隐私保护技术，这种技术关系到人们的切身利益，是一种必备的重要技术。利用这些技术手段，物联网的服务管理层既可以接收、汇聚以及转换感知层数据的信息，又可以在分析和处理相关数据的基础上控制用户所发出的指令。同时，服务管理层除了能够提供物联网管理组件和共性的支撑软件，还能提供公共的硬件计算平台等。

　　（4）应用层

　　应用层是物联网的最终目的层级，人们开发物联网就是为了应用于人们的生活，使人们的生产、生活向更加美好的方向发展。应用层是服务管理层的上一层级，也是最贴近人类日常生活的一个层级，其主要结构是物联网应用系统。物理网的应用系统所包含的内容十分广阔，包括医疗检测、养老护理、物流管理、环境监测、市场评估、农业管理、灾害预防、地质勘探等。除了具有物联网应用系统的这些应用功能，应用层还要负责用户界面的内容，设计出更加符合人们要求的良好用户界面，使人们获得更多惊喜体验。这些界面包括多种用户设备和软件设备，用户设备包含个人计算机、台式电脑、智能手机、平板电脑等，软件设备包括客户端浏览器、应用下载软件等。

　　利用这些设备用户设备和软件设备，人们可以在任何时间、任何地点、任何空间，快速、便捷地获取世界万物的信息，并可以对它们进行实时的监控、管理和决策利用。同时，人们还能利用相关的控制信息，对万事万物进行有效的控制，让整个物理世界都掌控在人类的手中。