物联网实践指南：从物联网概念到体系结构的全面解析

本文从物联网的实用角度来讲解物联网。相关实际项目可参考：

iot-gateway（物联网网关）：

1.什么是物联网？

国际通信联盟（ICU：International Communication Union）2005年在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：物联网将实现人在任何时间的互联。信息和通信领域的时间和地点。扩大互联维度，实现任何时间、任何地点任何物体的连接[1][2]。

物联网中的连接维度[2]

物联网是物体通过嵌入式传感器、软件和其他技术与其他设备和系统连接并交换数据的网络[3]。

2. 物联网架构

物联网架构从下往上大致可以分为设备感知层、边缘网络层、云平台层、多终端应用层。

物联网架构参考

2.1 设备感知层

设备感知层由构成物联网的各种对象和设备组成。为了将这些设备连接到物联网，需要为设备配置不同的传感器来收集设备的各种状态信息。这些信息通过以太网、Wifi、蓝牙、RFID、NFC 和 Zigbee 等协议在物联网中进行交换。同时，还通过这些协议接收控制和其他命令信息。

2.2 边缘网络层

底层设备感知层使用不同的协议（包括MQTT、CoAP、WebSocket、Http和DDS等）来接入物联网。一方面，由于各种协议本身的复杂性，给上层物联网从业者造成了技术障碍，需要付出很大的努力。由于研究的是通用协议技术，无法专注于物联网业务本身；另一方面，由于各种协议无法互连，使用不同协议的对象之间无法实现数据交换。边缘网络层的网关用于隐藏底层设备使用的不同协议的差异，使上层应用看到统一的封装对象。

由于物联网对象之间的互连需要“长距离”互联网传输，因此物联网网关通常部署在离对象“更近”的地方，称为边缘网络层。通常，物联网对象之间的通信具有较为严格的时效性要求，这就要求边缘层物联网网关具备数据缓存和一定的数据处理能力。

2.3 云平台层

如果说边缘网络层定义为物联网的手脚、五官等物理元素，那么云平台层就充当了物联网的大脑。肢体要素需要严格的准确性和敏感性，而大脑则需要根据知识通过大量计算形成系统的决策。这项工作是通过信息技术领域的云计算来实现的。其主要任务包括：

1. 权限管理

物联网云是一个共享的开放系统。如果它运行在公共云中，它仍然是一个多租户系统。需要对连接到物联网的对象进行授权和验证。

2. 网关管理

边缘网络层网关是由多个网关运行节点组成的分布式系统。需要协调对这些网关节点的管理和健康监测，为各个网关节点的运行提供系统信息支持，实时监控物联网网关的健康状况。基于负载信息并根据系统的健康状况做出决策。

3、设备管理

作为构成物联网的主要元素，需要对所有物联网设备进行管理，实时掌握整个系统的状态信息。

4、大数据

在前期工作的基础上，将流经物联网的数据进行采集和存储，形成物联网大数据，利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

物联网互联只是解决了第一步的可用性问题，其最终目标是实现智能物联网系统。

要实现这些功能，传统技术已不再有能力。需要利用云原生技术来实现。物联网系统自然是云原生系统。通过Docker容器等技术实现物联网服务的封装和隔离；利用DevOps等框架实现物联网系统等应用的快速开发、迭代和部署；采用Kafka等数据总线技术，实现海量物联网数据的采集、存储和处理；采用Spring Cloud等微服务框架来实现物联网应用的高可靠性和高可用性。

2.4 多终端应用层

最基本的物联网应用包括监控。物联网解决了传统无法实时监控物体的问题。同时，物联网可以随时随地控制物体。基于这个基础功能，延伸出了各行业的垂直应用，包括工业、生活、教育、电商等领域的应用。物联网应用支持全平台，包括H5、小程序（微信小程序、支付宝小程序、字节跳动小程序、百度小程序）、App（安卓、苹果、鸿蒙）等。

参考

[1]国际电信联盟，2005 年互联网报告：物联网[R]。日内瓦：国际电联，2005 年。

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

[3]