
參照物聯(lian)網技(ji)術(shu)的自(zi)然(ran)組(zu)成結構(gou)(gou),以及信息產業格局和(he)(he)物聯(lian)網商業視角(jiao)的分層(ceng)架構(gou)(gou),物聯(lian)網的技(ji)術(shu)矩陣可分成六個層(ceng)次。從(cong)下至(zhi)上(shang)為(wei):元素層(ceng)、器件(jian)層(ceng)、終(zhong)端和(he)(he)節點(dian)層(ceng)、(信息)資源匯(hui)聚層(ceng)、平(ping)臺(tai)服務層(ceng)、應用層(ceng)。
技術矩陣分成兩(liang)個“域(yu)”:“邊緣(yuan)域(yu)”、“云端域(yu)”,兩(liang)“域(yu)”的邊界主(zhu)要體現(xian)在(zai)終端和節點層、資(zi)源匯聚層、應用層。


1、元素層
信息科學(xue)中的自然現象和(he)效(xiao)應(ying),是各種基(ji)礎信息科學(xue)的集(ji)合,是構建(jian)器件層的基(ji)礎(物聯網最基(ji)本的技(ji)術元素)。包括電學(xue)、電磁感應(ying)、微波原(yuan)理、電路理論等等。
2、器件層
信(xin)息產業中(zhong)的(de)基(ji)本(ben)元(yuan)器(qi)件(jian)(jian),主要是各(ge)類電(dian)子元(yuan)器(qi)件(jian)(jian)、電(dian)路模組和(he)功能板(ban)件(jian)(jian),包(bao)括芯(xin)片(pian)、電(dian)路板(ban)卡、電(dian)源、存儲器(qi)、信(xin)號(hao)輸(shu)出輸(shu)入設備,傳感器(qi)和(he)執行器(qi)。在(zai)這一(yi)層,“軟件(jian)(jian)”除了(le)包(bao)括電(dian)路設計外,還包(bao)括嵌入式開發的(de)程序(xu),在(zai)電(dian)子器(qi)件(jian)(jian)出廠前,其內部的(de)“軟件(jian)(jian)”就基(ji)本(ben)固定了(le)。
3、終端和節點層
主要包括兩類(lei)物(wu)理(li)實體:
A、物(wu)聯網的終(zhong)端,包括非智(zhi)能終(zhong)端(也稱“啞終(zhong)端”,一(yi)般(ban)沒(mei)有數(shu)據處理(li)的能力,只能通過網絡上報傳感(gan)數(shu)據,或接受操控數(shu)據)、智(zhi)能終(zhong)端設(she)備(bei)(例如工業機器人)、用戶智(zhi)能終(zhong)端(手機、筆(bi)記(ji)本)。
B、專用的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)處理節(jie)點(dian):網絡(luo)設(she)備(bei)(bei)、計(ji)(ji)算設(she)備(bei)(bei)、存儲設(she)備(bei)(bei)。雖(sui)然這些節(jie)點(dian)都(dou)具備(bei)(bei)網絡(luo)接(jie)口(kou)、計(ji)(ji)算和存儲器(qi)件,但是它們通常都(dou)提供某一種專用的(de)(de)(de)信(xin)息(xi)能力。就比如(ru):運營商IP承載網中的(de)(de)(de)路由器(qi)(網絡(luo))、云計(ji)(ji)算中的(de)(de)(de)刀(dao)片服務器(qi)(計(ji)(ji)算)。
除了(le)啞終端以(yi)外(wai),其他設備都具有通用(yong)或(huo)專用(yong)的計算能力。
該層(ceng)的“軟(ruan)件”,主要為各(ge)種終端程(cheng)序,包括嵌(qian)入式(shi)程(cheng)序、操(cao)作系統(tong)、中(zhong)間件、通(tong)用或定制(zhi)的應用軟(ruan)件等。
4、資源匯聚層
各類信(xin)息資源在此(ci)層中(zhong)匯聚。主要包括三種核心(xin)的(de)信(xin)息處理的(de)資源和能力:網絡(luo)(無線網絡(luo)覆蓋(gai)、IP骨干網絡(luo)、互聯網及運營商(shang)網絡(luo)的(de)互聯)、計算(云計算、大數(shu)據、機器學習)和存儲(chu)(云存儲(chu)、數(shu)據庫)。
該層(ceng)的(de)(de)“軟件”,除了終端中(zhong)運行的(de)(de)各(ge)種程序以(yi)外,還(huan)包括各(ge)類信(xin)(xin)息(xi)互通(tong)的(de)(de)協議標準(zhun)、流程規范、服務接口(kou)等等。在這一層(ceng),信(xin)(xin)息(xi)化能力已經具有了語(yu)義(yi)化的(de)(de)特征,具備了一定的(de)(de)開放(fang)性,并持續朝(chao)著(zhu)更加開放(fang)、靈活、模(mo)塊化的(de)(de)方向發展。
舉例:在電信運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)系(xi)統外部(bu),虛擬運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)可以和多個國家地區的運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)簽署商(shang)(shang)(shang)(shang)業(ye)合同,在各國運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)網絡(luo)之上(shang)搭建(jian)自有網絡(luo),匯聚各國的運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)資源后(hou)形成一張覆(fu)蓋全球(qiu)的網絡(luo),成為“國際電信運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)”。當然(ran),那些(xie)沒有資金構建(jian)全球(qiu)覆(fu)蓋網絡(luo)的專業(ye)網絡(luo)服務公(gong)司(si),可以租用虛擬運(yun)營(ying)(ying)商(shang)(shang)(shang)(shang)的資源,為一些(xie)專用應(ying)用構建(jian)全球(qiu)互通的SDN網絡(luo)。
這(zhe)種(zhong)可以(yi)在“網絡”上不斷疊(die)加“網絡”的方式,正體現了信息(xi)技術的語義(yi)化(hua)特性。
5、平臺服務層
在該層,不僅信息技(ji)術被語(yu)義(yi)化地定義(yi),其它行業(ye)技(ji)術和(he)實(shi)體也實(shi)現(xian)了(le)語(yu)義(yi)化(例如工(gong)業(ye)領域(yu)中的“數(shu)字化映射”---“數(shu)字化雙胞胎”)。
為了承載各行(xing)業(ye)領域的(de)數字化(hua)轉型(xing),物聯網(wang)所(suo)包含(han)的(de)各類信息技(ji)術自身(shen)就必須做(zuo)到語義化(hua)。在物聯網(wang)技(ji)術領域之外(wai),各行(xing)業(ye)的(de)資源和能力(li),也在此處被模(mo)塊化(hua)封(feng)裝,通過標準化(hua)的(de)信息接口向(xiang)外(wai)界提(ti)供(gong)服(fu)務(wu),應用(yong)(yong)的(de)開發(fa)和運營者(zhe)可以隨(sui)取隨(sui)用(yong)(yong)。
同時(shi),該層(ceng)也提供軟件開發、運營的工具,便于(yu)各類行業系(xi)(xi)統(tong)對技術和(he)設(she)施的使(shi)用、組合、評測、維護。在(zai)平臺服務層(ceng),形成了物聯網應用的詞(ci)典(詞(ci)匯(hui)集),各類物聯網的資源(yuan)(設(she)施)是(shi)“名詞(ci)”、各種(zhong)信息處理功能是(shi)“動詞(ci)”,開發人員將可以將主要精力放(fang)置在(zai)構建“語句”和(he)“段落”(應用的邏輯功能)上,并最終書寫(xie)出完(wan)整(zheng)篇章(應用系(xi)(xi)統(tong)、商業體系(xi)(xi))。
在這一(yi)層中,“軟件”包括了(le)物聯網(wang)服務(wu)平臺(tai)的(de)架(jia)構(gou)、中間件、接(jie)口標準、信息服務(wu)規(gui)范等(deng)等(deng),也(ye)融(rong)合(he)了(le)各行業中的(de)一(yi)些(xie)基礎性(xing)的(de)技術服務(wu)(比如平臺(tai)可以提供氣象預測的(de)服務(wu))。
雖然,物(wu)聯網的(de)平臺服務層(ceng)(ceng)使(shi)得“對物(wu)聯網技(ji)術和(he)(he)各專業技(ji)術的(de)設計和(he)(he)組合”更為(wei)便捷(jie),但底(di)層(ceng)(ceng)技(ji)術對應(ying)用的(de)開發(fa)者并不是完全“透(tou)明”的(de),開發(fa)者在構建應(ying)用邏輯、運用數據資(zi)源和(he)(he)工具的(de)時候(hou),需要厘清底(di)層(ceng)(ceng)關鍵物(wu)聯網技(ji)術的(de)適用范圍、成本、特性(xing)等等。
只(zhi)有深入理解物聯(lian)網(wang)“詞匯”運用的“語(yu)境”,才能編織出一篇(pian)“嚴謹而優美”的“好文(wen)章”(物聯(lian)網(wang)應用)。
在(zai)這一層,各(ge)行(xing)業的一些已經模塊化(hua)的技術,能夠(gou)通過信息(xi)產業的(程序(xu)化(hua))封(feng)裝(zhuang),向外(wai)界(jie)提供開放式的服務,以形成(cheng)各(ge)行(xing)業在(zai)物聯網中的公(gong)共性語言(詞匯(hui))。
不(bu)過,這種語(yu)(yu)言并不(bu)是服(fu)務(wu)于“人”的語(yu)(yu)言,而是“物(wu)(wu)”與“物(wu)(wu)”,即設(she)(she)備(bei)、系統之(zhi)間用以信息交流(liu)的語(yu)(yu)言工具。只要(yao)掌握了某種物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)應用的“語(yu)(yu)言”,那么任何設(she)(she)備(bei)都可以理解該應用數據的涵義,使(shi)用此應用的物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)服(fu)務(wu),操(cao)作遠端設(she)(she)備(bei)并獲得反饋。
6、應用層
對物聯網行(xing)業(ye)應用(yong)的(de)(de)設(she)計、搭(da)建、運(yun)營(ying)。開發(fa)者和運(yun)營(ying)者在應用(yong)層(ceng)(ceng),選取所需的(de)(de)資源和功能(包(bao)括信息技(ji)(ji)術和行(xing)業(ye)技(ji)(ji)術),通過對下層(ceng)(ceng)服務的(de)(de)調(diao)用(yong),構建自(zi)己的(de)(de)行(xing)業(ye)應用(yong)。在物聯網技(ji)(ji)術層(ceng)(ceng)級的(de)(de)體系中(zhong),應用(yong)層(ceng)(ceng)之(zhi)下的(de)(de)五層(ceng)(ceng),都可以理解為應用(yong)層(ceng)(ceng)的(de)(de)“硬件”;“軟件”則(ze)是應用(yong)開發(fa)者自(zi)己編寫的(de)(de)應用(yong)邏輯。
如果應用(yong)軟件(jian)承載(zai)于SAAS(軟件(jian)即(ji)服務(wu))之上,系統(tong)底(di)層設備由(you)云計算服務(wu)商提(ti)供,那么在(zai)應用(yong)中可能就看不到任(ren)何物理實體的“硬件(jian)”,取(qu)而代之的,是下層模塊化(hua)、標準化(hua)的信(xin)息服務(wu)和行業(ye)功能。
應用層和(he)平臺服務層,也可(ke)以理解為物聯網(wang)的(de)(de)(de)“創新層”,一個由(you)應用開發者自由(you)發揮(hui)、“八仙過海”的(de)(de)(de)層次(ci),在這里,各(ge)行業(ye)的(de)(de)(de)技(ji)術融(rong)合(he)復(fu)用,實現“組合(he)進(jin)化”并引發產業(ye)的(de)(de)(de)升級(ji)。

信(xin)息流“接入(ru)”和(he)“匯聚”的兩(liang)種需求(qiu),將物聯網的技術自然地分成了(le)“邊緣(yuan)”和(he)“云(yun)端”兩(liang)個“域(yu)(yu)”:有無數設備(bei)需要聯網,接近物理實體現(xian)場的“邊緣(yuan)域(yu)(yu)”;遠離現(xian)實物件,但信(xin)息集中匯聚的“云(yun)端域(yu)(yu)”。在應用層面,不(bu)同的功能需求(qiu)進一(yi)步促進了(le)兩(liang)域(yu)(yu)的分隔。
“邊緣域”的應用和功能是(shi)更傾向(xiang)于需要實時(shi)性的反饋操作,而(er)“云(yun)端域”的應用則(ze)是(shi)更傾向(xiang)于抽象(xiang)化的預測分析(xi)、海量數據(ju)檢索等等。
在(zai)終(zhong)端和節點層、資(zi)源匯聚層中,兩個域所包含(han)的硬(ying)件和軟件是有(you)(you)差別的。例如,邊緣網絡中有(you)(you)各類終(zhong)端配備傳感(gan)器---用以(yi)感(gan)知物理世界;但云端網絡中的設備則只有(you)(you)標準的信號輸出輸入接口(kou)。
邊緣網(wang)絡(luo)會部署各種類(lei)型的(de)網(wang)絡(luo)協議(yi),包括了(le)有線(xian)網(wang)絡(luo)和無線(xian)網(wang)絡(luo)、“對(dui)等(deng)網(wang)絡(luo)協議(yi)”和“非對(dui)等(deng)網(wang)絡(luo)”(備注:“TCP/IP”是一種對(dui)等(deng)網(wang)絡(luo)協議(yi),而RFID技術在(zai)無線(xian)側則(ze)不是對(dui)等(deng)網(wang)絡(luo)協議(yi));而“云端域(yu)”只有對(dui)等(deng)網(wang)絡(luo)協議(yi),例如(ru)IPv4、IPv6。