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物联网架构研究综述
资料介绍
物联网自提出以来,就引起了政府、企业、学者的广泛关注.相关标准组织或研究机构一直试图制定统一的标准来规范物联网应用,但由于物联网涉及范围广、涵盖内容多,其概念和融合技术也在不断更新和发展,因此目前物联网尚未有统一的标准.文中以3种思路总结了物联网架构的演变,并在此基础上分析了不同的物联网架构的设计模式及其优势,最后推测了物联网架构的研究热点.
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（完整内容请下载后查看）第
卷
第
期
计
算
机
科
学
４５ １１A
Vol．４５No．１１A
Nov．２０１８
年
月
２０１８ １１
COMPUTER SCIENCE
物联网架构研究综述
李冬月１
西安电子科技大学机电工程学院 西安
杨
刚２
千
博１
１
２
(
)
(
)
７１００７１
西安电子科技大学电子工程学院 西安
７１００７１
, 、 、 。
物联网自提出以来 就引起了政府 企业 学者的广泛关注 相关标准组织或研究机构一直试图制定统一的
摘
要
,
、
,
,
标准来规范物联网应用 但由于物联网涉及范围广 涵盖内容多 其概念和融合技术也在不断更新和发展 因此目前物
。
,
联网尚未有统一的标准 文中以 种思路总结了物联网架构的演变 并在此基础上分析了不同的物联网架构的设计
３
,
。
模式及其优势 最后推测了物联网架构的研究热点
,
,
,
,
关键词 物联网 架构 面向服务 云计算 社会物联网
中图法分类号 文献标识码
TP３１１
A
Research on Architecture of Internet of Thin s
g
１
１
LIDon-ue YANGGan２ QIANBo
gy
g
１
(
,
, ’ , )
SchoolofMechano-ElectronicEnineerin XidianUniversit Xi an７１００７１ China
g
g
y
２
(
,
, ’ , )
SchoolofElectronicEnineerin XidianUniversit Xi an７１００７１ China
g
g
y
( )
,
,
Abstract TheInternetofthins IoT raisedwides readconcernsinceitwas ro osed includin the overnment en-
g
p
p p g g
ter risesandscholars．Therelevantstandardsoforanizationsorresearchinstitutionshavebeentrin todevelo aun-i
y g
p
g
p
,
fiedstandardfortheInternetofThinsa lications．Ontheonehand theInternetofthinsinvolvesawideraneof
g pp
g
g
,
contents．Ontheotherhandtheconce tofInternetofthinsandfusiontechnolo arealsoconstantl u datin andde-
gy y p g
p
g
,
velo in．SothereisastandardofIoTwithoutacce tedinthe ublic．BasedontheevolutionofIOTarchitecture this
p g
p
p
,
a eranalzedthedesin atternsandadvanta esofdifferentIOTarchitecturesinthreewas．Intheendthetrendof
pp y g p
g
y
IoTinthefuturewass eculated．
p
,
, ,
,
p g
Ke words Internetofthins ArchitectureSOACloudcom utin SocialIoT
g
y
(
)
(
观理解也从
逐渐引申为
IoTInternetofThins
g
IoEInternet
引言
１
), (
), (
g
) 。
等
ofEverthin WoTWebofThins SIoT SocialIoT
y g
麻省理工学院自动识别中心于
年首次提出了物联
１９９９
,
解释
不 仅 是 连 接 事 物 还 以 用 户 友 好 和 有 用
JackAllen IoE
网的概念[]
教授用物联网形容由
、
;
WoT
[]
４
１
,
(
的方式连接人 过程和数据
是将连接的对象利用基
KevinAshton
RFID Ra-
)
和 其 他 传 感 器 组 成 的 全 球 标 准
,
于
的语言和协议来达到互操作性 并为用户交互提供可
dioFreuenc Identification
q y
Web
能性[]
是将社交网络的概念融入到物联网 以 更 有 效
５
,
系统 因此物联网的最初概念定义和应用是以
和传感
;
SIoT
,
RFID
的方式支持新的应用程序和网络服务[]
６
。
,
《
年 国际电信联盟发布的
２００５
器为核心的
互 联 网 报
。
ITU
[]
２
: 》
,
告
物联网 扩充了物联网的含义
把物联网解析为互
物联网的研究热点也从早期的硬件网络和低层次的软件
２００５
,
、
、
、
联网维度的延伸 并把
传感网技术 智能器件 纳米技
、
、
技术转向 物 联 网 架 构 轻 量 级 的 协 议 物 联 网 安 全 和 数 据
RFID
等[] 本文主要的研究内容是在概括物联网架构相关文献的
７
。
术和小型化技 术 作 为 能 够 引 导 物 联 网 发 展 的 技 术 智 能 器
。
、
,
件 纳米技术和小型化技术都是针对智能设备的 物联网的物
,
。
基础上 总结物联网架构发展的思路并分析未来的技术要点
。
端从传感器提升为包括传感器在内的智能设备
本文第 节对近些年与物联网架构相关的 论文进行统
２
IEEE
,
,
近些年来 随着物联网应用的普及和相关研究的深入 其
,
;
３
计 梳理物联网架构中研究的热点和待解决的问题 第 节从
。
概念和支撑技术都在不断发展 物联网的含义不仅包括将物
不同的角度分析研究者设计的物联网架构及对应架构的改进
体融入到网络中实现识别和控制[] 还包括信息的传输和智
,
、
３
,
或实现 选择的物联网架构包括面向服务的物联网架构 与云
。
,
能处理 物联网涵盖的技术也从最初的传感器相关的技术
、
; ,
计算融合的物联网架构 社会物联网架构 最后 总结物联网
、
提升为包括数据采集 传感器网络组网和协同信息处理在内
。
架构的研究思路并推测未来的研究热点
,
、
、 (
的感知层技术 包 括 互 联 网 异 构 网 融 合
M２M Machine-to-
物联网架构的研究现状
２
)
,
无线接入等的网络层技术 以及包括支撑子层的物
Machine
。
、 、
联网应用层技术 大数据 云计算 人工智能等新兴技术的提
参考体系架构的设计主要是应对相关软件工程在应用程
[ ]
８-１１
、
。
、 、
序 设备 服务 方 面 的 挑 战
,
、
出为物联网提供了更加智能 优化的实现方案 物联网的宏
可 移 动 的 联 网 设 备 异 构 设
(
), ,
,
;
(
), , , ,
、
,
:
李冬月
女
硕士生 主要研究方向为物联网
杨
刚
男
博士 教授 主要研究方向为嵌 入 式 软 硬 件 医 疗 物 联 网
１９９３－
１９６７－
), , , ,
１９５９－
E-mail
万方数据
(
);
千
(
、
。
通信作者
博
男
硕士 教授 主要研究方向为自动控制 计算机应用
an an＠xidian．edu．cn
g gy g
计 算 机 科 学
年
２０１８
２８
、
、
、
。 ,
作为国际上第一个物联网总体性框架的参考标准 架构
备 层出不穷的服务都为软件的需求设计 开发的可靠性 程
出
。
、
, 、 、
采用的是分层体系 并将物联网分为感知层 网络层 应用层
序的安全性带来了具大的挑战 特殊的软件接口 灵活的组
、
,
、
、
。
织结构和软件的可靠性需要特定的方法来保证安全性 可靠
层 对应的层次特征分别是全面感知 可靠传递 智能处理
３
。
、
、 、
感知层的物体包括用于信息采集的传感器 二维码等
性和持续性 物联网参考架构主要处理的需求有设备管理
RFID
、 、
。
、
;
可伸缩性 安全性 数据的处理和服务信息的关联 物联网的
和用于控制的智能设备 执行器等 网络层是接收感知层的数
,
,
,
据并向应用层传输 同时也接收应用层返回的指令并传递给
研究和部署分布在全球范围内 在物联网发展初期 许多国家
。
,
“
, ;
感知层 信息也会在网络层实现路由和控制 应用层包括中间
或地区均提出了相关计划 在国家战略层面 中国提出了 感
” , 》,
《
、 ,
件 应用基础设施和各种物联网应用 目的是为物联网应用提
知中国 理念 欧盟提出了 欧盟物联网行动计划 日本提出
“
” ,
《
。
了
战 略 韩 国 提 出 了 物 联 通 信 基 础 构 建 基 本 规
供接口
U-Ja an
p
》;
,
,
,
架构 在 内 的 物 联 网 分 层 架 构 中 各 层 都 有
划
在技术层面 存在许多较为有名的物联网相关组织 比如
在包括
DCM
、
、
,
特定的角色和功能 层次之间是相互独立的且某一层次的改
欧盟的
项目 国内的物联网 产 业 技 术 创 新 战 略 联 盟 由
FP７
;
。
、
,
企业主导的开放雾联盟等 推动建设物联网平台和概念实现
变不影响其他跨越的层次 分层架构易于开发 可测试性高
、
。
,
、 、
。
等 行 业 翘 楚 而 在 对 文 献 进 行
但不易于部署 整体灵活性差 由于物联网应用的广泛性 许
的公司包括思 科 微 软
IBM
,
,
多研究人员尝试为物联网建立更合适的参考架构体系以统一
分析的过程中发现 大部分论文出自于院校 少数出自于相关
。
。
各行各业的物联网应用
组织和企业
“
” “ ”
,
基于
的物联网架构
在谷歌学术中以 物联网 和 架构 为关键词 选取关联
３．１
SOA
。
篇
,
度较高的文献
间分散在
对选取的文献做年份统计 论文发表时
基本架构模型
８２
３．１．１
(
, )
是
Service-OrientedArchitecture SOA
,
。
面向服务的架构
年之间 如表 所列
年 相 关 文
２０１７
２０１０－２０１８
１
,
２０１６
,
;
将企业应用中的分散功能组织成基于标准的互操作服务 开
献数量最多
次之 从论文数量的趋 势 可 以 简 单 地 分 析
。
,
。
出物联网架构的研究热度平稳
发人员可 快 速 地 组 合 和 重 用 这 些 服 务 以 满 足 业 务 需 求
,
。
在
模式的核 心 是 分 离 技 术 和 服 务 以 实 现 服 务 复 用
SOA
SOA
表
文献时间分析
１
,
、
中 以服 务 提 供 者 服 务 注 册 和 服 务 请 求 者 个 角 色
３
/
年份
年
２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３ ２０１４ ２０１５ ２０１６ ２０１７
１０ １０ １４ ２２
/
数量
篇
。
划分
４
３
４
４
与物联网的分层结构融合是
在物联网中应用
SOA
SOA
、
、
以文献的主题将文献划分为架构综述 架构应用 架构设
,
、
的表现之一 基于
的物联网架构划分为三层架构 四层
SOA
、
,
, , ,, 。
如 表 所 列
２１ １５ ４１ ５ ２
计 其他 类 它们的 篇 数 分 别 为
４
。
;
架 构 相 同 四 层 架 构 的
架构或五层架构 三层 架 构 与
DCM
,
;
在物联网架构设计研究中 以通用架构的改进和提出最多 架
、
、
;
层次划分分别为感知层 网络层 平台层和应用层 五层架构
,
构应用文献分为用通用架构实现应用 以及针对具体应用提
、
、
、
的组成层次为传感层 访问层 网络层 中间件层和应用程序
。
,
出的特定物联网架构两种 关于架构综述的文献 相关的内
[ ]
。
,
的物联网 架 构 是 四 层 架 构 在
SOA
层
陈杨 １２ 设计的基于
、
。 ,
容包括物联网的关键技术 挑战和某一类架构的分析 但是
,
思想 抽象出平台层的目的是提供标准数据
平台层实现
SOA
。
目前尚没有相关文献对物联网架构做整体的概括和分析
、
、
格式 身份认证 平 台 的 开 发 运 行 环 境 以 及 综 合 业 务 处 理 服
表
文献类别分析
２
。
。
物联网平台的层整体架构如图 所示
１
务
类别
架构设计
架构综述
架构应用
１８
其他
/
比例
％
５０
２６
６
:)
以技术为出
１
架构设计中的相关文献可以归纳为两类
;)
提出一种通用的物联
２
发点解决物联网架构中特定的问题
。
)
、
网架构 类别
中 主 要 解 决 的 问 题 包 括 本 体 表 达 人 机 交
１
、
、
、
、
,
互 服务发现 数据处理 互操作 安全共 类问题 其中安全
６
。
)
中提出的通用架构包括基 于
２
问题是最受关注的 在类别
、
、
面向服务的物联网架构 基于微服务的物联网架构 基于云计
、
、
算的物联网架构 基于雾计算的物联网架构 分布式物联网架
、
。
构 社会物联网 架 构 以 及 基 于 软 件 自 定 义 的 物 联 网 架 构 等
,
,
在针对某一特定问题时 不同的研究者有不同的解决思路 如
,
、
安全问题中的访问控制 解决方案包括模糊逻辑算法实现 区
图
物联网平台层架构模型
１
、
。
,
块链实现 细粒度角色实现等 在架构设计上 基于同一种架
,
,
思想 目的是把物联网物端的
构理念设计的架构也存在不同之处 因此关于物联网架构的
物联网应用中引用了
SOA
,
。
。
设备功能 服 务 化 对 外 提 供 统 一 和 通 用 的 接 口 实 现 应 用
综述研究很有必要性
、
,
架构支持跨平台 服务组合的特性 使物联 网 异 构 设 备
SOA
物联网架构分析
３
、
。
之间 设备与传统
服务之间实现良好的交互 基于
Web
SOA
(
,
,
物联网 架 构 中 的 基 础 架 构 是
万方数据
:)
、
的物联网架构有以下优点
更容易处理跨平台 跨语言的异
DCM Devices Connect
１
) ,
;)
构环境 将系统功能分解为适当力度并且重用的服务 可以
２
,
架构 其在
年由工业和信息化部电信研究院提
Mana e
２０１１
g
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