物联网结构对于物联网结构，我们可以从物联网的体系结构与物联网技术体系结构两个角度去认识。

1.物联网的体系结构物联网的体系结构如图1-12所示。

图1-12 物联网体系结构图物联网的体系结构可以分为三个层次：泛在化末端感知网络、融合化网络通信基础设施与普适化应用服务支撑体系。

人们也经常将它们称为感知层、网络层、应用层[2]。

（1）泛在化末端感知网络泛在化末端感知网络的主要任务是信息感知。

理解泛在化末端感知网络需要注意以下几个问题：1）如何理解“泛在化”的概念。

物联网的一个重要特征是“泛在化”，即“无处不在”的意思。

这里的“泛在化”主要是指无线网络覆盖的泛在化，以及无线传感器网络、RFID标识与其他感知手段的泛在化。

“泛在化”的特征说明两个问题：第一，全面的信息采集是实现物联网的基础；第二，解决低功耗、小型化与低成本是推动物联网普及的关键。

2）如何理解“末端感知网络”的概念。

“末端网络”是相对于中间网络而言的。

大家知道，在互联网中如果我们在中国访问欧洲的一个网络时，我们的数据需要通过多个互联的中间网络转发过去。

“末端网络”是指它处于网络的端位置，即它只产生数据，通过与它互联的网络传输出去，而自身不承担转发其他网络数据的作用。

因此我们可以将“末端感知网络”类比为物联网的末梢神经。

3）如何理解感知手段的“泛在化”。

泛在化末端感知网络的第三个含义是物联网的感知手段的“泛在化”。

通常我们所说的RFID、传感器是感知网络的感知结点。

但是，目前仍然有大量应用的IC卡、磁卡、一维或二维的条形码也应该纳入感知网络，成为感知结点。

我们目前讨论的物联网主要针对基于大规模、造价低的RFID、传感器的应用问题，这在物联网发展的第一阶段是非常自然的和必须的。

但是作为信息技术研究人员，我们不能不注意到世界各国正在大力研究的智能机器人技术的发展，以及智能机器人在军事、防灾救灾、安全保卫、航空航天及其他特殊领域的应用问题。

通过网络来控制装备有各种传感器、由大量具备协同工作能力的智能机器人结点组成的机器人集群的研究，正在一步步展示出其有效扩大人类感知世界的能力的应用前景。

当智能机器人发展到广泛应用的程度，它必然也会进入物联网，成为感知网络的智能感知结点。

我们在理解感知手段的“泛在化”特点时，必须前瞻性地预见到这个问题。

（2）融合化网络通信基础设施融合化网络通信基础设施的主要功能是实现物联网的数据传输。

目前能够用于物联网的通信网络主要有互联网、无线通信网与卫星通信网、有线电视网。

理解融合化网络通信基础设施需要注意以下几个问题：1）如何理解三网融合对推进物联网网络通信基础设施建设的作用。

目前我国正在推进计算机网络、电信网与有线电视网的三网融合。

三网融合的结果将会充分发挥国家在计算机网络、电信网与有线电视网基础设施建设上多年投入的作用，推动网络应用，也为物联网的发展提供了一个高水平的网络通信基础设施条件。

2）如何理解互联网与物联网在传输网层面的融合问题。

我们知道，在互联网应用环境中，人通过计算机接入互联网时是通过网络层的IP地址和数据链路层的硬件地址（网卡）来标识地址的。

当用户要访问一台服务器时，他只要输入服务器名，DNS服务器能够根据服务器名找出服务器的IP地址。

而在物联网中，增加了末端感知网络与感知结点标识，因此在互联网中传输物联网数据和提供物联网服务时，必须增加对应于物联网的“地址管理系统”与“标识管理系统”。

3）如何理解M2M通信业务在物联网应用中的作用。

中国电信预计未来用于人对人通信的终端可能仅占整个终端市场的1/3，而更大数量的通信是机器对机器（Machine to Machine，M2M）通信业务。

在这个分析的基础上，中国电信提出了M2M的概念。

目前，M2M重点在于机器对机器的无线通信。

这里存在三种模式：机器对机器、机器对移动电话（如用户远程监视），以及移动电话对机器（如用户远程控制）。

由于M2M是无线通信和信息技术的整合，它可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数和发送指令，因此M2M技术可以用于安全监测、远程医疗、货物跟踪、自动售货机等。

因此，M2M通信业务是目前物联网应用中一个重要的通信模式，也是一种经济、可靠的组网方法。

有一种应用正悄然兴起，那就是“智能家居”。

我国已将建设智能化小康示范小区列入国家重点发展方向。

住房和城乡建设部计划在近年内，使60%以上的新房具有一定的“智能家居”功能。

通过在家庭布设传感器网络，可以通过手机或互联网远程实现家庭安全、客人来访、环境与灾害的监控报警以及家电设备控制，以保障居住安全，提高生活质量。

智能家居是通过家庭传感网线将家庭中的水、电、煤气、照明、视听、安全、通信、调温等各种设备连接起来，协同工作，从而将家庭从一个被动的结构转变成一个主动的“伙伴”。

要实现家居智能化，必须能够实时监控住宅内部的各种信息，从而采取相应的控制。

为了实现这一目的，家居中必须有足够的各种传感器来采集温度、湿度、有无煤气泄露或者外来入侵等信息，这些传感器就构成家庭神经系统的神经抹梢。

而在这类惠及每个家庭的应该中，M2M通信业务能够发挥很大的作用。

（3）普适化应用服务支撑体系普适化应用服务支撑体系的主要功能是物联网的数据处理与应用。

理解普适化应用服务支撑体系需要注意以下几个问题：1）如何理解物联网的智能性与普适化的关系。

物联网的一大特征是智能性。

物联网的智能性体现在协同处理、决策支持以及具有算法库和样本库的支持上。

而要实现物联网的智能性必然要涉及海量数据的存储、计算与数据挖掘问题。

海量数据的存储、计算对于物联网应用服务的普适化是一个很大的挑战。

2）如何理解云计算对实现物联网应用服务普适化的作用。

IBM公司研究人员对云计算的定义是：云计算是以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务，让互联网这片“云”成为每一个网民的数据中心和计算中心。

网格计算之父Ian Foster认为：云计算是一种大规模分布式计算模式，其推动力来自规模化所带来的经济性。

在这种模式下，一种抽象的、虚拟化的、可动态扩展和管理的计算能力、存储、平台和服务汇聚成资源池，提供“互联网按需交付”给外部用户。

对于云计算的特点，Ian Foster总结为：大规模可扩展性；可以被封装成一个抽象的实体，并提供不同的服务水平给外部用户使用；由规模化带来的经济性；服务可被动态配置，按需交付。

根据以上分析，我们可以清晰地看出：云计算适合于物联网的应用，由规模化带来的经济性对实现物联网应用服务的普适化将起到重要的推动作用。

3）如何理解物联网应用服务普适化。

从目前的物联网应用系统的类型看，大致可以分为政府应用类示范系统、社会应用类示范系统，以及行业、企业应用类示范系统等。

物联网将在公共管理和服务、企业应用、个人与家庭等三大领域应用，将出现大批应用于工业生产、精准农业、公共安全监控、城市管理、智能交通、安全生产、环境监测、远程医疗、智能家居物联网应用示范系统，这也正说明了物联网应用服务普适化的特点。

2.物联网技术体系结构[1]图1-13给出了物联网技术体系结构的示意图。

图1-13 物联网技术体系结构示意图从物联网技术体系结构角度解读物联网，可以将支持物联网的技术分为四个层次：感知技术、传输技术、支撑技术与应用技术。

（1）感知技术感知技术是指能够用于物联网底层感知信息的技术，它包括RFID与RFID读写技术、传感器与传感器网络、机器人智能感知技术、遥测遥感技术以及IC卡与条形码技术等。

（2）传输技术传输技术是指能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术，它包括互联网技术、地面无线传输技术以及卫星通信技术等。

（3）支撑技术支撑技术是指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等。

（4）应用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。

3.物联网发展的阶段性问题物联网是十分复杂的，我们对它的认识以及物联网自身的发展也必然有一个由表及里、由局部到全面的过程。

物联网应用的发展可以分为三个阶段：信息汇聚、协同感知与泛在聚合。

（1）信息汇聚图1-14给出了信息汇聚应用的示意图。

在物联网应用初期，根据应用的实际需求，我们可实现局部应用场景的物联网应用系统的结构，它的主要作用是信息汇聚。

图1-14 信息汇聚应用示意图图1-14a是以一个文物和珠宝展览大厅或销售大厅的安保系统、一幢大楼的监控系统、一个车间或一个仓库的物流系统为对象的无线传感器网络结构示意图。

这类系统建设目标单一和明确，可以用一个简单的无线传感器网络去覆盖。

网络中的一个或多个基站可以通过局域网与WSN服务器互联，或者通过无线局域网或M2M无线网络互联。

图1-14b是以一个室外无线传感器网络应用，如特定地区安保、农业示范区应用、无人值守库区监控、公园与公共设施监控为对象的无线传感器网络结构示意图。

这类系统建设目标单一和明确，但是传输距离较远，网络中的基站与WSN服务器必须通过无线城域网或M2M 无线网络互联。

图1-14c是一个RFID应用系统的结构示意图。

这类应用如商场、超市、仓库、装配流水线、高速公路不停车收费等。

多个RFID读写器可以通过局域网、无线局域网或M2M无线网络与应用服务器连接。

由此看出，在物联网应用初期阶段，对于目标单一、明确的应用，可以采用结构相对简单的信息汇聚应用类小型系统结构。

（2）协同感知有几种情况需要采用协同感知的方法。

例如：如果简单地使用RFID与WSN中的一种感知方法已经不能够满足应用需求；或者是一个区域内，一个车辆从一个入口进入，然后它可能装载另一批货物出去的复杂情况；或者是需要融合不同位置、不同传感器数据进行分析的应用场景。

这时我们需要选择将RFID与WSN两种方法协同感知，或者将多种传感器综合起来协同感知。

军事物流、大型集装箱码头、保税区物流、城市智能交通、战场协同感知系统的应用都属于协同感知应用。

在军事物流中，军用物资通过铁路运输时，不同的物资可能装在同一个车皮中或一个集装箱中。

军需官首先要知道这个车皮是否到达这个车站，这就需要使用无线传感器网络技术；知道车皮到达之后，需要马上得到这个车皮到底有哪些物资，他需要用RFID读写器，快速地扫描，列出物资清单。

如果这列军车中有运输食品的冷冻车厢，军需官还需要根据冷冻车厢WSN无线传感器网络保存的记录和报警信号了解是否出现过故障，以及食品保鲜的情况。

一个保税区面积有几十平方公里，可能有多个公路进出口。

为了快速、准确地审查货物报关手续，又不能让无关车辆进入，那么就必须通过无线传感器网络识别车辆，用RFID技术快速获取报关货物信息，结合电子报税单进行核对，在这种情况下也必须同时选择将RFID 与WSN两种感知系统协同应用。