物联网体系架构详解：网络层功能与高速公路不停车收费系统应用

8.该信息为RFID标签的内容。高速公路不停车收费系统、超市仓储管理系统等都是基于物联网的这类结构。感知层应用结构如图6.3所示。第六章物联网架构 6.3 网络层 第六章物联网架构 6.3.1 网络层功能 网络层的功能如下： （1）数据传输功能。在物联网中，要求网络层能够无障碍地传输感知层感知到的数据，并且具有高可靠性、高安全性。它解决的是传感层获取的数据在一定范围内，尤其是长距离。传输过程中出现问题。 （2）物联网的网络层将比现有网络承载更大的数据量，面临更高的服务质量要求。物联网需要整合和扩展现有网络，利用新技术实现更广泛、更高效的互联。功能。 (3)随着物联网的发展，建立端到端的全球网络将成为

9.必要的网络设置。 6.3.2 网络层关键技术 网络层关键技术如下： （1）长距离有线、无线通信技术以及基于现有互联网和移动通信网络的网络技术。第六章物联网系统架构（二）综合利用IPv6、3G/4G/5G、WiFi等通信技术，实现有线与无线、宽带与窄带、感知网络与通信网络的结合。 （3）网络层感知数据管理和处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解，以及基于感知数据进行决策和行为的相关技术。第六章 物联网架构 6.4 应用层 第六章 物联网架构 6.4.1 应用层功能 应用层的主要功能是感知和传输信息

10、进行分析处理，做出正确的控制和决策，实现智能化管理、应用和服务。这一层解决信息处理和人机界面的问题。具体来说，应用层通过各种信息系统处理从网络层传来的数据，并通过各种设备与人们进行交互。这一层从形式上也可以直观地分为两个子层：一是进行数据处理的应用层，二是提供人机界面的终端设备层。 6.4.2 应用层关键技术 物联网应用层可以为用户提供丰富多彩的业务体验。然而，如何合理、高效地处理网络层传输来的海量数据并从中提取有效信息，是物联网应用层面临的重要问题。一个需要解决的关键问题。应用层的关键技术主要包括M2M技术和处理海量数据的云计算技术。第六章 物联网架构 6.5 物联网标准 第六章 物联网

11、系统架构 16LoWPAN标准 6LoWPAN是基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6 over IEEE 802.15.4。将IP协议引入无线通信网络一直被认为是不现实的（并非完全不可能）。迄今为止，无线网络仅使用专有协议，因为IP协议对内存和带宽要求较高，并且很难降低其运行环境要求以适应微控制器和低功耗无线连接。基于IEEE 802.15.4的IPv6通信IETF 6LoWPAN标准草案的发布有望改变这一现状。 6LoWPAN 的低功耗运行潜力使其非常适合用于从手持设备到仪器等各种设备，而其对 AES-128 加密的内置支持为强大的身份验证和安全性奠定了基础。 IEEE802.15.4

12. 用于开发紧凑、低功耗、廉价的嵌入式设备（例如传感器）的标准设计，这些设备可以依靠电池运行 15 年。该标准使用在 2.4 GHz 频段运行的无线电收发器来传输信息。它使用与WiFi相同的频段，但其射频发射功率仅为WiFi的1%左右。这限制了IEEE 802.15.4设备的传输距离，因此多个设备必须协同工作才能在更长的距离上逐跳传输信息并绕过障碍物。 IETF 6LoWPAN 工作组的任务是定义如何利用 IEEE 802.15.4 链路来支持基于 IP 的通信，同时遵守开放标准并确保与其他 IP 设备的互操作性。这样做将消除对多个复杂网关以及专用适配器和特定于网关的安全和管理程序的需要。然而，利用IP并不容易

13. 事物：IP 地址和数据包标头很大，传输的数据可能太大而无法容纳在小型 IEEE 802.15.4 数据包中。 6LoWPAN 工作组面临的技术挑战是发明一种将 IP 标头压缩为仅传送必要内容的小数据包的方法。这些方法可以去除IP报头中冗余或不必要的网络级信息，这些信息是在接收IP报头时从链路级802.15.4报头的相关字段获得的。 802.15.4 设备与相邻 802.15.4 设备通信的最简单用例将得到非常有效的处理。整个 40 字节的 IPv6 报头减少为 1 个报头压缩字节 (HC1) 和 1 个字节的“剩余跳数”。源和目标 IP 地址可以由链路级 64 位唯一 ID (EUI-64) 或 802.15.4 中使用的短 16 位 ID 表示。

14.地址生成，因此8字节的用户数据报协议传输头被压缩为4字节。第6章物联网架构 随着通信任务变得更加复杂，6LoWPAN 也做出了相应的调整。为了与嵌入式网络外部的设备进行通信，6LoWPAN 添加了更大的 IP 地址。当交换的数据量足够小以适合基本数据包时，可以将其打包并传输而无需开销。对于大型传输，6LoWPAN 添加分段标头来跟踪信息如何分成不同的段。如果802.15.4的单跳可以将数据包传送到目的地，则可以在不增加开销的情况下传送数据包；多跳需要添加网状路由标头。 IETF 6LoWPAN 实现的突破是一种非常紧凑且高效的 IP 实现，消除了以前导致各种专门标准和专有协议的因素。这是在工业协议 (BACNet

15、LonWorks、通用工业协议和监控和数据采集）领域具有特别价值。这些协议最初是为了提供特定行业总线和链路上的互操作性而开发的。几年前，这些协议的开发人员开发了 IP 选项，以便利用以太网等“现代”技术。 6LoWPAN的出现使得这些旧协议能够将其IP选项扩展到新的链路，因此它们自然可以与为802.15.4设计的新协议进行互操作。受益于此，各种类型的低功耗无线设备都可以添加到IP家庭中。第六章物联网架构 物联网技术的发展将进一步推动IPv6的部署和应用。 IETF 6LoWPAN技术具有无线低功耗、自组织网络的特点。它是物联网和无线传感器网络感知层的重要技术。 ZigBee新一代智能电网标准中的SEP

16. 2.0采用了6LoWPAN技术。随着美国智能电网的部署，6LoWPAN将成为事实上的标准并全面取代ZigBee标准。 2AMQP协议 AMQP（Advanced Message Queuing Protocol，高级消息队列协议）是一种应用层标准的高级消息队列协议，提供统一的消息服务。它是应用层协议的开放标准，专为面向消息的中间件而设计。基于此协议的客户端和消息中间件可以传输消息，并且不受不同客户端/中间件产品、不同开发语言等的限制。Erlang 中的实现包括 RabbitMQ 等。AMQP 是一个开源标准，允许不同的应用程序之间任意通信网络和任何设备。 AMQP 是许多商业中间件集成产品的一部分，包括

17.微软的Windows Azure服务总线、VMware的RabbitMQ和IBM的MQlight。 AMQP 最初由金融部门开发，用于加速 M2M 通信，但现在开始用于物联网项目。第6 章物联网架构 3 蓝牙技术 对于物联网，蓝牙无线通信协议主要有两种形式：一种是标准蓝牙技术，广泛应用于从联网冰箱到淋浴喷头再到门锁等各个领域。智能家居设备；另一种是低功耗蓝牙技术，通常称为 BLE。这种形式的蓝牙技术对于受功耗限制的大型连接设备网络更具吸引力，因为电池寿命不再是一个因素。限制因素。这两种形式都在2016年12月的蓝牙5.0版本中进行了升级。蓝牙5.0扩大了蓝牙设备的传输范围，提高了蓝牙设备的数据吞吐量。 4

18、CoAP协议 CoAP（Constrained Application Protocol，受限应用协议）是为受限设备设计的互联网协议，这些设备只有少量的内存空间和有限的计算能力。它是由IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）的CoRE工作组提出的。顾名思义，它对数字标牌和智能照明等小型设备有效。第六章 物联网架构 5DDS技术规范 DDS（Data Distribution Service，数据分发服务）是HLA（High Level Architecture，

19. High-level Architecture）和CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用对象请求代理架构）等标准。在标准的基础上制定的新一代分布式实时通信中间件技术规范。 DDS采用发布/订阅架构，强调以数据为中心，提供丰富的QoS（Quality of Service，服务质量）策略，保证数据实时、高效、灵活的分发，满足各种分布式实时的需求通信应用。 。 DDS信息分发中间件是一种能够提供实时信息传输的轻量级中间件技术。 6NFC技术 NFC（近场通信）是一项新兴技术，允许使用NFC技术的设备（例如手机）在彼此靠近时交换数据。它由非接触式RFID和

20.由互连技术的集成演变而来。通过在单芯片上集成感应卡读写器、感应卡和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。第6 章物联网架构 7 ZigBee 协议 ZigBee 是一种基于IEEE 802.15.4 标准的低功耗局域网协议。根据国际标准，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这个名字（也称为紫蜂协议）来自于蜜蜂的八位数舞蹈。这是因为蜜蜂依靠飞行和之字形翅膀的“舞蹈”将花粉的位置传达给它们的同伴。 ，即蜜蜂依靠这种方式在蜂群中形成通讯网络。它具有短距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率等特点。主要适用于自动控制。

21.在控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee是一种廉价、低功耗的短距离无线网络通信技术。 ZigBee是一种低速、短距离传输的无线网络协议。从下到上分为物理层（Physical Layer，PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（Transport Layer，TL）、网络层（Network Layer）。 、NWK）、应用层（Application Layer，APL）等，其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。第六章 物联网架构 8XMPPXMPP（Extensible Messaging and Presence Protocol，可扩展消息传递

22.Delivery and Presence Protocol）是基于XML的协议，XML是标准通用标记语言的子集，它继承了在XML环境中开发的灵活性。因此，基于XMPP的应用程序具有高度的可扩展性。扩展后，XMPP可以通过发送扩展信息来处理用户需求，并且可以在XMPP之上构建内容发布系统和基于地址的服务等应用程序。此外，XMPP 包括服务器端的软件协议，使其能够与另一个客户端无错误地通信，从而使开发人员更容易构建客户端应用程序或向已配置的系统添加功能。 9TR-069TR-069是由DSL Forum（）制定的技术规范之一，其全称是CPE WAN Management Protocol。它提供了一个用于管理和配置下一代网络中的家庭网络设备的通用框架

23、协议，用于从网络侧对家庭网络中的网关、路由器、机顶盒等设备进行远程集中管理。第六章 物联网架构 TR-069协议的基本思想是利用新一代物联网中广泛使用的基于SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）的RPC（Remote procedure Call）网络服务。方法。其会话协议采用HTTP 1.1协议，因此TR-069可以轻松使用Web中使用的传输层安全技术。 TR-069协议栈的下层充分利用了当今互联网上广泛使用的通信协议，如TCP、HTTP、SOAP等。通过这些成熟的协议，ACS（Administration

24.服务器（管理服务器）和用户设备可以方便地建立基本的通信通道。 TR-069在SOAP之上定义了具体的RPC方法，用于配置、查询、诊断等操作。通信两端（ACS和用户设备）可以通过RPC调用实现特定功能并获取返回结果。 。用户设备与ACS之间的通信分为ACS发现阶段和连接建立阶段。在ACS发现阶段，用户设备需要知道ACS的URL或地址。该信息可以预先配置在用户设备中，或者可以通过DHCP(动态主机配置协议)选项传送到用户设备。一旦用户设备获得了ACS的URL或地址，用户设备就可以随时发起与ACS的连接。第六章 物联网架构 在连接过程中，用户设备充当HTTP客户端，其S

25、OAP请求通过HTTPPOST发送给ACS； ACS作为HTTP服务器，通过HTTPResponse向用户设备发送SOAP请求。每个 HTTP 请求中可以包含多个 SOAP 请求或响应。为了保证管理配置系统的安全，TR-069建议使用SSL/TLS协议对用户设备进行认证。如果不使用 SSL/TLS，则还应使用 HTTP 1.1 中定义的身份验证方法对用户设备进行身份验证。除了上述方法外，TR-069还明确了ACS可以向用户设备发起连接请求，完成网络侧发起的异步配置动作。 10SigfoxSigfox既是一种专用窄带低功耗技术，也是一家法国公司的名称。该技术的专有性质对于 LPWAN（低功耗广域网）来说是不寻常的（尽管不是独一无二的），但 Sigfox 的商业模式不同于它想要充当物联网的大多数其他公司。移动运营商为想做物联网的企业提供按需网络覆盖。