引言

物聯網（Internet of Things） 技術是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息的分析處理、交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡技術，被公認為是繼PC、Internet 后推動IT 產業革命第三次浪潮的引擎。物聯網覆蓋了信息技術和通信技術的眾多領域，包括 RFID、傳感器、互聯網、嵌入式、移動通信等。

對物聯網的技術架構目前還處于研究和開發階段。在國際上，歐洲電信標準化協會（ETSI）2010 年7 月前完成體系架構的設計，國際電信聯盟（ITU-T）的SG13 主要完成物聯網的功能需求與構架設計，國際標準化組織 ISO/IEC 數據通信分技術委員會JTC1 SC6 成立傳感網研究組（SGSN），對物聯網整體架構的標準進行研究。在國內，傳感器網絡標準工作組（WGSN）下設標準體系與系統架構項目組負責系統架構標準的制定，中國通信標準化協會（CCSA）也已先后啟動了《無線泛在網絡體系架構》等標準的研究與制定。因此，目前還沒有一種完整的國際通用的物聯網技術架構標準。

1 物聯網的體系結構

國際電信聯盟給出了物聯網的三層體系結構，包括感知層、網絡層和應用層。圖1 所示是物聯網體系結構示意圖。

感知層主要用于物品標識和信息的智能采集，它由基本的感應器件（由RFID 標簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、GPS、二維碼標簽等基本標識和傳感器件組成）及感應器件組成的網絡（如RFID 網絡、傳感器網絡等）兩大部分組成。

該層的核心技術包括電子射頻技術、傳感器技術、無線網絡組網技術等，涉及的核心產品包括傳感器、電子標簽、傳感器節點、無線路由器、無線網關等。

物聯網網絡層主要用于實現感知層各類信息進行廣域范圍內的應用和服務所需要的基礎承載網絡，包括移動通信網、互聯網、衛星網、廣電網、行業專網及形成的融合網絡等。

應用層主要是將物聯網技術與行業專業系統結合，實現廣泛的物物互聯的應用解決方案，主要包括業務中間件和行業應用領域。

2 物聯網的C3SD 技術架構

與體系結構相對應， 物聯網技術也應該包括三個方面：其一是物聯網感知系統（Sensor network）， 對應體系結構的感知層；其二是通信系統（Communication）和數據海（Data Ocean），對應系統結構中的網絡層；其三是計算系統（Computation）和控制系統（Control），對應體系結構中的應用層。這三個部分五大技術互相聯系，就可以形成一個統一的整體對物聯網有效的技術支撐，從而構成物聯網的C3SD技術架構，如圖2 所示。

2.1 感知系統

感知系統技術主要是指傳感器技術、物品標識技術（RFID和二維碼）、短距離無線傳輸技術（ZigBee 和藍牙）等。

傳感器是攝取信息的關鍵器件，它是物聯網中不可缺少的信息采集手段。傳感器又分為物理量傳感器（如壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、噪聲傳感器等）、化學量傳感器（如離子傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器等）、生物量傳感器（如免疫血型傳感器、微生物傳感器、體溫傳感器等）等不同的類型，傳感器要求感知類型齊全，精度和可靠性高，成本和功耗低。

物品標識技術主要有射頻標識RFID、二維碼等。RFID是物聯網感知系統的一個關鍵技術。RFID 系統主要由三部分組成：電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）。

RFID 具有無需接觸、自動化程度高、耐用可靠、識別速度快、適應各種工作環境、可實現高速和多標簽同時識別等優勢，因此可用于廣泛的領域。二維碼技術是物聯網感知層實現過程中最基本和關鍵的技術之一。二維碼也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規律在平面上分布（黑白相間）的圖形來記錄信息的應用技術。與 RFID 相比，二維碼最大的優勢在于成本較低，一條二維碼的成本僅為幾分錢，而 RFID 標簽因其芯片成本較高，制造工藝復雜，價格較高。

短距離無線傳輸技術包括ZigBee、藍牙等技術。ZigBee是一種基于IEEE 802.15.4 協議的短距離、低功耗的無線傳輸技術，采用分組交換和跳頻技術，主要應用在短距離范圍并且數據傳輸速率不高的各種電子設備之間。由于ZigBee 技術具有成本低、組網靈活等特點，可以嵌入各種設備，在物聯網中發揮重要作用。ZigBee 可應用于PC 外設、消費類電子設備、家庭內智能控制（照明、煤氣計量控制及報警等）、玩具、醫護（監視器和傳感器）、工控（監視器、傳感器和自動控制設備）等領域。

2.2 通信系統

通信系統技術主要包括互聯網、移動通信網、傳感網絡、通信和接口的標準化等相關技術問題。

互聯網以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協議，并通過許多路由器和公共互聯網連接而成，它是一個信息資源和資源共享的集合。物聯網也被認為是互聯網的進一步延伸。

互聯網是物聯網主要的傳輸網絡之一。現逐步引入 IPv6 技術，使網絡不僅可以為人類服務，還將服務于眾多硬件設備。

移動通信網由無線接入網、核心網和骨干網三部分組成。

移動通信網絡以其覆蓋廣、建設成本低、部署方便、終端具備移動性等特點將成為物聯網重要的接入手段和傳輸載體，為人與人之間通信、人與網絡之間的通信、物與物之間的通信提供服務。在移動通信網中，當前比較熱門的接入技術有3G、Wi-Fi 和WiMAX.

無線傳感器網絡（WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網絡進行連接，從而將各自采集的數據通過無線網絡進行傳輸匯總，以實現對空間分散范圍內的物理或環境狀況的協作監控，并根據這些信息進行相應的分析和處理。傳感器網絡是集成了監測、控制以及無線通信的網絡系統，傳感器網絡的首要設計目標是能源的高效利用，涉及節能技術、定位技術、時間同步等關鍵技術。

2.3 數據海系統

數據海系統主要有海量多媒體數據存取系統、跨媒體搜索、數據融合與知識發掘、安全和保密技術、數據格式和標準化等。

2.4 控制系統

控制系統技術包括人工智能技術、新型調節與執行機構（如電機、開頭等）、無人裝備、管道系統控制技術等。

人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使各種機器模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等），使人類的智能得以物化與延伸的一門學科。

2.5 計算系統

計算系統技術主要有云計算服務、共性服務軟件中間件、超級計算機硬件系統、嵌入式計算機支撐系統一體化開發平臺、軟硬件的I/O 等標準化。

云計算（Cloud Computation）是分布式計算（DistributedComputing）、并行計算（Parallel Computing）和網格計算（GridComputing）的發展。云計算通過共享基礎資源（硬件、平臺、軟件）的方法，將巨大的系統池連接在一起以提供各種IT 服務，這樣企業與個人用戶無需再投入昂貴的硬件購置成本，只需要通過互聯網來租賃計算力等資源。

中間件是為了實現每個小的應用環境或系統的標準化以及它們之間的通信，在后臺應用軟件和讀寫器之間設置的一個通用的平臺和接口。在物聯網中，中間件作為其軟件部分，有著舉足輕重的地位。物聯網中間件是在物聯網中采用中間件技術，以實現多個系統或多種技術之間的資源共享，最終組成一個資源豐富、功能強大的服務系統，最大限度地發揮物聯網系統的作用。具體來說，物聯網中間件的主要作用在于將實體對象轉換為信息環境下的虛擬對象，因此數據處理是中間件最重要的功能。同時，中間件具有數據的搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到后端的應用系統。

物聯網中間件的實現依托于中間件關鍵技術的支持，這些關鍵技術包括 Web 服務、嵌入式 Web、Semantic Web 技術、上下文感知技術、嵌入式設備及 Web of Things 等。

以上五大模塊分別與國際電信聯盟給出的物聯網的三層體系結構相對應，構成了物聯網的技術架構。五大模塊中的各種技術相互影響、相互融合、相互促進，各種技術之間的綜合集成和共同發展將會為物聯網的技術進步和物聯網的快速發展提供巨大的空間。

3 結語

本文分析了國內外對物聯網技術架構的研究現狀，介紹了物聯網的體系結構，對由感知系統、通信系統、數據海、計算系統和控制系統五大技術系統作為技術支撐的物聯網C3SD技術架構進行深入的研究，對C3SD 技術架構所涉及的關鍵技術進行闡述，最后得出C3SD 所涉及的五大模塊的綜合集成和共同發展將會為物聯網的技術進步和快速發展提供巨大的空間，C3SD 技術架構具有合理性。