還不懂物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)？一篇文章講透！

目前，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所提出的挑戰(zhàn)已催生出了一套全新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造體系。在過去很長一段時(shí)間里，人們已設(shè)計(jì)了大量標(biāo)準(zhǔn)化的框架來大規(guī)模解決物聯(lián)網(wǎng)所面臨的諸多挑戰(zhàn)與問題。

這些框架都有著同一個(gè)基本的需求，那就是要支持?jǐn)?shù)據(jù)、流程以及終端設(shè)備來進(jìn)行執(zhí)行的功能需求。在這之中最為出名的當(dāng)是由OneM2M和物聯(lián)網(wǎng)世界論壇（IoTWF）所定義的框架，下面筆者將對(duì)兩個(gè)框架進(jìn)行深入的介紹。

OneM2M物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)框架

在機(jī)器與機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)化通訊過程中，歐洲電信研究所（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）在2008年創(chuàng)建了關(guān)于M2M的技術(shù)應(yīng)用委員協(xié)會(huì)。協(xié)會(huì)的目的是為了創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通過框架來加速的M2M應(yīng)用和M2M設(shè)備。之后由于世界范圍對(duì)該框架的認(rèn)可，從而將范圍擴(kuò)展到了物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域。

在M2M技術(shù)委員會(huì)創(chuàng)立框架后，其他組織也開始著手物聯(lián)網(wǎng)框架領(lǐng)域的布局，在這種背景下制定一種通用的M2M標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。在意識(shí)到市場的需求后，2012年，ETSI聯(lián)合其成員機(jī)構(gòu)發(fā)起了統(tǒng)一M2M框架的全球倡議，這個(gè)倡議使得全球范圍內(nèi)的M2M得到標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，加速了物聯(lián)網(wǎng)框架的發(fā)展，提升了物聯(lián)通訊系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的通訊效率。倡議目的是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)通用的服務(wù)層，這一層可直接嵌套到設(shè)備設(shè)施中，使得設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)服務(wù)通訊。其中包括電網(wǎng)互聯(lián)、汽車硬件互通、工業(yè)設(shè)備健康監(jiān)控、智能測(cè)量等設(shè)備互通服務(wù)。

OneM2M架構(gòu)將物聯(lián)網(wǎng)的功能大致分為了三個(gè)架構(gòu)：應(yīng)用層、服務(wù)層和網(wǎng)絡(luò)層。雖然架構(gòu)從字面意義上看起來很簡單，但其表現(xiàn)的方式非常多樣，它不僅可以讓各個(gè)設(shè)備通過IT聯(lián)網(wǎng)接口調(diào)用的方式進(jìn)行設(shè)備之間的互相操作，同時(shí)還可以支持大量的物聯(lián)網(wǎng)的新舊技術(shù)。下面我們來簡單看看這三層。

應(yīng)用層：這一層主要關(guān)注的是設(shè)備之間的通訊。它包含了各種的通訊協(xié)議，而且嘗試著對(duì)將業(yè)務(wù)進(jìn)行API（接口）化，進(jìn)而使得通訊向標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變。應(yīng)用市場內(nèi)在特定的行業(yè)內(nèi)，它們有著自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)方式和數(shù)據(jù)搜集模型，因此在圖中顯示為不同實(shí)體。

服務(wù)層：這一層是將工業(yè)應(yīng)用與外界相互連接的橫向框架。其中包含了網(wǎng)絡(luò)、底層協(xié)議和硬件等。其中實(shí)例包含網(wǎng)絡(luò)通訊回程協(xié)議、MPSL網(wǎng)絡(luò)、VPN等?；谶@些的所有通用的為服務(wù)層。

網(wǎng)絡(luò)層：該層是將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與端點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互通訊的層。它包含了設(shè)備本身和設(shè)備所連接的網(wǎng)絡(luò)通訊。這種的通訊架構(gòu)其具體包含了無線的接口與無線點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)。同時(shí)，還包含有線設(shè)備之間的連接。

物聯(lián)網(wǎng)世界論壇（IoTWF）標(biāo)準(zhǔn)化框架

2014年，在IoTWF架構(gòu)委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)布了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的7層架構(gòu)模型。盡管物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)有很多模型了，但是該框架模型提供了一個(gè)更加清晰和簡潔的視角，模型包括邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問、協(xié)作與進(jìn)程。它以技術(shù)的視角刨析了物聯(lián)網(wǎng)的組織架構(gòu)方式，提供一個(gè)讓技術(shù)更容易理解和執(zhí)行更簡潔的架構(gòu)方式。在這7層中每一層都分為很多功能，其中對(duì)安全性的設(shè)置貫穿了每一層。

如上圖所定義，數(shù)據(jù)是從下方自下而上向上傳遞，從而貫穿整個(gè)各層。通過這個(gè)參考模型，我們可以：

（1）將物聯(lián)網(wǎng)面臨的問題劃分多個(gè)部分；

（2）判斷出各個(gè)層面所需要的技術(shù)，從而劃分邊界與關(guān)系；

（3）定義一個(gè)系統(tǒng)，讓不同的廠商提供在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不同的組件；

（4）定義接口的流程，實(shí)現(xiàn)異化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通訊；

（5）定義分層安全模型，在各個(gè)層之間實(shí)現(xiàn)安全連通。

接下來簡單介紹一下這7個(gè)模型層。

第一層：物聯(lián)設(shè)備與控制器層。這一層是物聯(lián)網(wǎng)中的“物”所在的那一層，包括傳感器、信號(hào)發(fā)射器、數(shù)據(jù)采集終端等，它們的主要工作是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)查詢/接收/控制。

第二層：連接層。這一層是強(qiáng)化數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的傳輸以及實(shí)時(shí)傳輸。說得具體一點(diǎn)就是在第一層和第三層之間的傳輸通道如下圖所示。

第三層：邊緣計(jì)算層。該層強(qiáng)調(diào)的是減少數(shù)據(jù)量如下圖，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有利于存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)。使得數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠，并且可分析。

上層：第四到第七層。如下圖負(fù)責(zé)處理由底層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

除以上介紹的主要模型外，還有其他的參考模型。這些模型是由不同的機(jī)構(gòu)提出的，它們往往是針對(duì)不同行業(yè)提出的不同的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量身定做的模型。