第2章：物联网架构与体系结构
2.1 物联网三层架构
这是最经典、最广泛接受的物联网架构模型，将物联网系统自下而上分为三层：
1. 感知层 (Perception Layer)
- 功能：相当于物联网的“五官”和“皮肤”，负责识别物体和采集信息。
- 组成：传感器（温湿度、压力）、摄像头、RFID 标签、GPS、二维码标签等。
- 关键技术：传感器技术、短距离通信技术（Bluetooth, Zigbee）。
2. 网络层 (Network Layer)
- 功能：相当于物联网的“神经系统”，负责传递感知层获取的信息。
- 组成：互联网、移动通信网（4G/5G）、卫星网、专用网。
- 关键技术：路由技术、移动通信技术、网络管理。
3. 应用层 (Application Layer)
- 功能：相当于物联网的“大脑”，负责处理信息并提供具体的服务。
- 组成：智能家居系统、智慧交通平台、工业监控中心。
- 关键技术：云计算、大数据分析、人工智能、中间件。
2.2 物联网四层架构
随着物联网规模的扩大和复杂度的提升，三层架构在某些场景下显得不够细致，因此引入了平台层（或称为支撑层/处理层）。
- 感知层：同上。
- 网络层：同上。
- **平台层 (Platform/Support Layer)**：
- 位于网络层和应用层之间。
- 功能：设备管理、连接管理、数据存储、数据分析、API 接口开放。
- 例子：AWS IoT Core, 阿里云 IoT 平台。它解决了“烟囱式”应用开发的问题，实现了数据的互联互通。
- 应用层：专注于具体的行业逻辑，无需关注底层设备连接细节。
2.3 边缘计算架构
传统的物联网架构往往将所有数据上传到云端处理（Cloud Computing）。但随着数据量的爆炸和实时性要求的提高，边缘计算 (Edge Computing) 应运而生。
- 定义：在靠近物或数据源头的一侧，就近提供智能服务。
- 优势：
- 低延迟：无需上传云端，本地毫秒级响应（如自动驾驶）。
- 节省带宽：只上传经过筛选或处理的高价值数据。
- 隐私安全：敏感数据保留在本地。
- 架构位置：通常位于感知层和网络层之间，或者作为网络层的一部分（边缘网关）。
2.4 物联网参考模型
为了标准化，Cisco 和世界物联网论坛提出了 7层参考模型：
- **物理设备与控制器 (Physical Devices & Controllers)**：边缘节点。
- **连接 (Connectivity)**：通信与处理单元。
- **边缘计算 (Edge Computing)**：数据元素分析与转换。
- **数据积累 (Data Accumulation)**：存储。
- **数据抽象 (Data Abstraction)**：聚合与访问。
- **应用 (Application)**：报告、分析、控制。
- **协作与流程 (Collaboration & Processes)**：人员与业务流程。
2.5 架构设计原则
在设计物联网系统时，应遵循以下原则：
- 可扩展性：支持设备数量从 10 到 100万 的增长。
- 安全性：端到端的加密与认证机制。
- 互操作性：支持异构设备和协议的接入。
- 高可用性：确保关键业务（如医疗、安防）不中断。
下一章，我们将结合实际案例，详细分析物联网在各行各业的应用场景。