物聯(lián)網(wǎng)的概念在很早以前就已經(jīng)被提出，20世紀(jì)末期在美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議就已經(jīng)提出了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)這個(gè)概念。最先提出這個(gè)概念的是MIT Auto-ID中心的Ashton教授，他在研究RFID技術(shù)時(shí)，便提出了結(jié)合物品編碼、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和RFID的解決方案。

當(dāng)時(shí)的提法是基于RFID技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、EPC標(biāo)準(zhǔn)，基于計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，利用無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物體信息實(shí)物共享的互聯(lián)網(wǎng)，這種概念也是2003年第一輪物聯(lián)網(wǎng)熱潮的基礎(chǔ)。

在2005年物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍也有了較大的拓展，已不僅僅是基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。雖然目前我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義，但從本質(zhì)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代化信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，將各種感知技術(shù)、人工智能和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)聚合與集成的應(yīng)用，使人與物品進(jìn)行智慧對(duì)話，從而創(chuàng)造一個(gè)智慧的世界。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)被稱(chēng)為是信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命性創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)可以用三個(gè)方面進(jìn)行概括：首先是互聯(lián)網(wǎng)的特征，即物品的互聯(lián)互通需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，其次是識(shí)別與通信的特征，即納入物聯(lián)網(wǎng)概念中的“物品”一定要具備自動(dòng)識(shí)別實(shí)現(xiàn)物與物通信（M2M）的功能；三是智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有智能控制、自動(dòng)化與自我反饋的特點(diǎn)。

從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)觀察，物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，具體情形可查看下圖。

感知層的作用包括：

• 數(shù)據(jù)采集：感知層通過(guò)各種傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集現(xiàn)實(shí)世界中的信息,如溫度、濕度、光照、聲音、位置、視頻等,這些信息被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電子數(shù)據(jù)格式并共享到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的其他層面。數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)感知的基礎(chǔ)。
• 設(shè)備控制：感知層不僅能夠采集數(shù)據(jù),還可以根據(jù)上層的控制指令控制各種執(zhí)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物的控制,如控制家用電器、工控設(shè)備等。這實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與物理世界的交互。
• 數(shù)據(jù)預(yù)處理：感知層在采集數(shù)據(jù)后會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理,如格式轉(zhuǎn)換、去噪、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等,以產(chǎn)生更清晰和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù),方便上層應(yīng)用系統(tǒng)使用。這屬于數(shù)據(jù)的初步提煉和加工。
• 事件檢測(cè)：感知層可以基于采集的數(shù)據(jù)檢測(cè)和識(shí)別現(xiàn)實(shí)世界中的各類(lèi)事件,如車(chē)輛通行、聲音異常、溫度超標(biāo)等,并及時(shí)上報(bào)到應(yīng)用層或網(wǎng)絡(luò)層。這是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能監(jiān)控與感知的手段之一。
• 信息匯聚：不同類(lèi)型和不同來(lái)源的信息在感知層匯聚在一起,如聲光電信息的融合,為上層應(yīng)用提供更豐富和綜合的信息,實(shí)現(xiàn)交互式智能應(yīng)用。這也增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能處理能力。

所以,感知層起到連接現(xiàn)實(shí)物理世界和網(wǎng)絡(luò)信息世界的橋梁作用。通過(guò)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制和信息匯聚等功能,感知層可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而廣泛的環(huán)境感知,并結(jié)合一定的信息提煉與處理為上層網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供關(guān)鍵基礎(chǔ)信息,這是構(gòu)建智能化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的前提條件。感知層的性能直接影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可感知范圍和精確度。

網(wǎng)絡(luò)層的主要作用包括：

• 信息傳輸：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)和信息傳輸至應(yīng)用層和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),同時(shí)也傳輸應(yīng)用層的控制指令至感知層和執(zhí)行層。它實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各層級(jí)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換和共享。
• 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將大量節(jié)點(diǎn)連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)互通,構(gòu)成廣泛的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)廣域覆蓋和系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)。
• 信息路由：在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)正確路由信息至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或?qū)蛹?jí)。路由算法和協(xié)議是實(shí)現(xiàn)信息交換的關(guān)鍵手段,直接影響信息傳輸?shù)男屎臀锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能。
• 信息安全：網(wǎng)絡(luò)層還需負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息安全工作,如身份認(rèn)證、加密傳輸、防火墻等,保證節(jié)點(diǎn)和信息的安全可靠訪問(wèn)與交換。這也是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。
• QoS保障：網(wǎng)絡(luò)層需要提供服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制,如資源預(yù)留、優(yōu)先級(jí)設(shè)置等,滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)不同應(yīng)用對(duì)信息交換服務(wù)質(zhì)量的要求。這也屬于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能保障的手段之一。
• 協(xié)議轉(zhuǎn)換：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層可能采用多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,需要實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換,保證各系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和信息交換,如4G、3G與2G網(wǎng)絡(luò)之間的接口等。這增強(qiáng)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的兼容與擴(kuò)展能力。

所以,網(wǎng)絡(luò)層作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的重要組成層,主要通過(guò)構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)資源的互聯(lián)共享和信息的高效交換。通過(guò)路由選擇、QoS保障和協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能手段,使得龐大復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得以廣泛覆蓋和順暢運(yùn)作。網(wǎng)絡(luò)層的性能直接影響物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)互通能力和信息交換效率。

應(yīng)用層的主要作用有：

• 數(shù)據(jù)采集：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層可以通過(guò)各種傳感器和終端設(shè)備采集現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù),如環(huán)境溫度、視頻圖像、位置信息等,這些數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)。
• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要存儲(chǔ)和管理海量的采集數(shù)據(jù),需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理能力。這些數(shù)據(jù)可以支持后續(xù)的分析應(yīng)用和智能應(yīng)用。
• 數(shù)據(jù)交互和共享：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要實(shí)現(xiàn)不同終端和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互、共享和集成,滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的跨域數(shù)據(jù)融合需求。這需要標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換接口。
• 數(shù)據(jù)分析和挖掘：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息和知識(shí),需要有強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)分析和挖掘能力,這些分析結(jié)果可以推動(dòng)智能應(yīng)用的發(fā)展。
• 智能應(yīng)用：基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層可以開(kāi)發(fā)各類(lèi)智能應(yīng)用來(lái)滿(mǎn)足不同行業(yè)和領(lǐng)域的需求,如智慧城市、智能家居、智能制造等。這些應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)到知識(shí)、知識(shí)到價(jià)值的轉(zhuǎn)化。
• 系統(tǒng)集成：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層還需要將多個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)如傳感網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等集成到一起,實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和資源共享, vérit這是構(gòu)建廣泛物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
• 可視化展示：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層需要將復(fù)雜的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理,方便用戶(hù)查詢(xún)、監(jiān)控和分析,這也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要接口之一。

所以,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層扮演著連接物理層、網(wǎng)絡(luò)層與用戶(hù)層的角色,主要作用是采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和展示數(shù)據(jù),并最終通過(guò)各類(lèi)智能應(yīng)用為用戶(hù)和企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。它是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能的關(guān)鍵。