物联网的三层架构-搜狐

　　这是在IC咖啡学堂001｜物联网微信群的第二次物联网课程的分享。

　　我们春节前介绍了物联网的基本概念——三个关键词，原计划今天讲物联网的发展趋势，在准备课程的时候，发现如果没有讲物联网的三层架构介绍清楚，是讲不清楚物联网发展趋势的，所以今天首先介绍一下物联网的三层架构。

　　关于IBM对物联网技术架构的解释，最早用了八层架构，后来这八层架构解释不清楚，衍变成为了物联网生态，技术上分了七层，如图。

　　这个IBM的物联网生态图非常经典，我用这张图预测了很多物联网的趋势。

　　但后来IBM的技术架构是分三层的：感知、连接、智能。

　　而电信研究院对物联网的架构如图。

　　感知层对应与IBM的感知，网络层对应与IBM的连接，应用层对应于IBM的智能。以下我们分别讨论：感知层、网络层和应用层。

　　感知层：

　　看一下感知层，实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制；包括了传感器、执行器，RFID，二维码和智能装置。

　　传感器、执行器

　　学过自动化的朋友都了解最原始的控制系统包括：传感器、控制器、和执行器；而物联网的架构在底层包括传感器、执行器，而控制器的功能是在更大的范围内实现的，比如在应用层的应用＋智能是在更大的范围内实现控制闭环。

　　传感器是一种检测装置，能够感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成电信号或者其他所需的信息形式输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

　　传感器主要是感知环境的状态。按照传感器的原理，有半导体传感器、激光传感器、机械传感器、视觉传感器、液位传感器、磁传感器等等不同类型的传感器。

　　但是随着物联网行业的发展，需要更多的设备使用传感器。而随着使用量的增加，对传感器的尺寸、功耗有更高的要求，所以微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）的使用越来越多，逐渐成为物联网时代传感器的主流产品。

　　MEMS是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

　　MEMS集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。

　　MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。

　　MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。

　　另外很多非接触式的传感方式也逐渐流行，比如通过图像分析，视频分析的方法，也可以实现传感。

　　以前监测汽车是否闯红灯，是否压线，通过磁钉作为传感器。而现在可以通过图像，利用图像处理方法，作为传感器。

　　还有对语音的识别，算不算传感器呢？

　　执行器是根据指令改变物体的状态，电机、开关、阀门等都属于执行器。

　　RFID

　　物联网，不言而喻就是要物物相连。既然万物互联了，那么如何识别一个物体？对于有计算处理能力的设备，一般用ip识别。比如联网的设备都有IP，可以通过IP地址找到并识别设备。

　　宇宙万物中，没有处理能力的物体占了绝大多数，那么如何识别这些物品呢？对这些物品的识别通常用的是赋予ID，通过ID识别。超市中，每一个物品都有一个条形码（Bar code），超市就是通过条形码来识别商品的。

　　但是条形码的问题是识别效率低，所以我们去超市的时候发现在收银台经常排很长的队，收银员大部分时间浪费在扫条形码上，首先需要找到条形码、如果条形码有污渍，识别不出来还要再通过手工输入条形码的ID。十分影响效率。

　　而RFID实际上是另外一种区别于条形码的ID系统，英文名叫Radio Frequency Identification，中文翻译为射频识别。

　　我们假想一个场景，如果我们在超市采购了很多商品之后，推着购物车，通过出口时，一个设备可以识别所有商品的信息，并直接记入结账系统，那么超市的收银台将不需要再排队。

　　而能够完成以上场景的技术，就是RFID技术。在2005年的时候，沃尔玛曾经要求所有供应商提供给沃尔玛的商品含有RFID标签，其目的就是为了解决这个问题。

　　所以RFID最流行、最热是在2005年，2006年之后，而物联网的起源之一也是因为RFID技术，但因为十年前，RFID的技术不成熟，一方面成本高，另外一方面识别率低，导致RFID的普及程度不高。

　　随着RFID技术的发展，工艺上改变之后，一方面成本降低，RFID的识别率提升之后，应用开始越来越广泛。现在基本上服装行业已经普遍使用RFID。我门熟悉的公交卡，ETC都是RFID。

　　二维码

　　刚才讲到了沃尔玛曾经对RFID寄寓了很高的期望，实际生活中，需要对ID的识别，而条形码识别率低，早期RFID识别率低，成本高。这个时候二维码作为中间过渡技术，有了很多的应用，所以二维码也是传感技术之一。

　　而随着移动互联网的发展，手机输入链接非常麻烦，二维码作为链接的一个输入工具，有非常广泛的应用。

　　另外RFID有液体或者金属的环境，识别率也会降低，在一些金属产品、或者液体容器上，也会应用二维码

　　简单介绍了感知层。在物联网的感知层，主要是解决了一个识别物体、感知物体状态、并控制物体状态等几方面的作用。

　　连接（或者网络层）

　　物联网是万物互联，如果物体要连接，一定需要网络层。而物联网需要各种通讯技术融合。

　　物联网时代，需要联网的设备种类差异非常大，有需要快速连接，数据传输量大的连接设备，比如电脑、视频设备的连接，就需要高速高可靠性的通讯方式。

　　也有很多数据量不大，及时响应性要求不高的设备，而这些设备通畅需要连接便捷，无线。这些设备未来可能连接的量非常大，那么需要自动连接，无线，非常低的功耗。

　　所以通讯的要求非常不一致。

　　在物联网发展的早期，针对物的连接，有针对高端设备的自动化总线。而更多的通讯协议是为了传输电脑，手机等大数据量设备的。所以物联网发展早期，物联网通讯协议更多的是借用了针对这些设备的通讯，比如wifi是最不适合做智能家居的通讯协议，功耗高，连接数量多了之后，稳定性差。但因为wifi网络的普及度高，Ipad让很多家里都有了WIFI信号，所以智能家居最开始是使用wifi协议的通讯早期占据了主流。

　　我经常讲，从技术角度讲zigbee可能比wifi更适合智能家居，但zigbee协议本身并不兼容这个是瓶颈之外，wifi不需要组网，就可以直接使用，是最根本的原因。

　　所以未来连接，高端设备，需要高速、稳定的连接。通讯的速率、稳定性、可靠性是关键。而低端设备，连接的便捷性、低成本、低功耗是关键。

　　不同的目的，需要不同的连接方式。