1.1 物联网组成架构

自物联网概念被提出以来，各大芯片公司、运营商、互联网巨头等均大力投身其中。经过多年的发展，随着NB-IoT、eSIM等关键技术的成熟，共享单车等物联网应用爆发，真正的万物互联已经到来，物联网大大改变了人们的生活方式，正在成为下一个科技浪潮。

物联网作为一个系统网络，与其他网络一样，也有内部特有的架构。大体上来说，物联网由云、管、端等三大部分组成：云，即云平台，负责真实世界数据的存储、展示、分析，是物联网的最上层，是中枢和大脑，是连接人和物的纽带；管，即管道，是物联网的网络核心，一切数据和指令均靠管道来传输，是物联网的中间层；端，代表终端设备，负责真实世界的感知和控制，是物联网的最下层。

图1.1展示了物联网组成架构。由图可知，终端是多种软件、硬件的集合，是具有感知、控制、通信能力的智能硬件，具体包含如下部分。

处理器。 处理器是物联网终端设备的中枢，所有的外围设备均需要连接在处理器的IO上，数据采集、指令下发、数据传输等全部由处理器控制。根据应用场景复杂程度的不同，处理器可以是一个8位的单片机，也可以是含有多核的运算能力非常强的CPU。

存储器。 存储器是以单片机为核心的终端设备，并不是必需的，因为单片机本身就是运算器、RAM、ROM的集合，在ROM无法满足存储空间需求的情况下，才需要外接存储器，对于需要运行Linux等操作系统的终端设备，存储器是必不可少的，可用来存放操作系统的镜像、根文件系统、系统配置文件及用户数据等。存储器的种类有NAND Flash、NOR Flash、EEPROM、SD卡、TF卡等，根据需要选择即可。

通信芯片。 物联网终端设备在上传数据、接收控制指令时都需要与后台通信，通信芯片就是提供该能力的桥梁。

操作系统。 物联网针对自身特性设计的专用操作系统可提升开发和运行效率。

传感器。 传感器是将真实世界的信息转化为计算机（PC）信号的转换器，是计算机能够感知真实世界的关键。传感器种类繁多，包含红外传感器、温湿度传感器、光照强度传感器、气体传感器、烟雾传感器等。

多媒体。 现实世界是丰富多彩的，音频、图片、视频等文件的采集均需要多媒体设备的支持，如声卡、摄像头等。

执行器。 执行器是控制电路、机械部件，如继电器、电机等，计算机通过执行器控制真实世界的物体。

人机交互。 终端设备有时需要与人直接交互，此时就需要屏幕等显示设备及按键、触摸屏、语音输入等输入设备的支持。

管道包含网络基建和通信协议部分。

网络基建。 物联网的设备分散、应用场景复杂，决定了单一网络无法满足所有需求，需要多种网络类型从功耗、延时、带宽、容量、覆盖面、稳定性等方面支持不同场景。

Wi-Fi、有线网络具有速率和稳定性方面的优势，覆盖率不高，在某些场景下，设备无法通过它接入网络。移动网络相比Wi-Fi、有线网络在覆盖率上虽有大幅提升，但在地下、偏远地区等特殊区域依然无法保证100%的覆盖。为了弥补覆盖问题，ZigBee、蓝牙以组网的方式构建局域网，虽通过网关的中继功能接入互联网，但通信距离、终端功耗等方面的能力并不是最优的。LoRa、NB-IoT等低功耗广域网虽能够满足物联网设备对低功耗、通信距离长的要求，但通信速率很低，无法满足大数据量的传输。

可见，多种网络通信方式互有所长，相互协作、弥补，共同构成了物联网的网络基础建设。

通信协议。 通信协议可满足物联网不同应用场景的通信效率和通信安全。

HTTPS是HTTP的安全版，基于SSL，保证安全的HTTP数据传输。Websocket替代HTTP轮询，可提供更加高效的全双工通信方式。MQTT专为物联网设计，基于发布/订阅消息模式，解除应用程序耦合，对负载内容可屏蔽消息传输，具有三种消息发布服务质量等级。CoAP是基于REST架构，专为资源受限的物联网设备定制的。

云平台可分为服务层和应用层。服务层可提供基础、共有的服务，负责维护物联网终端设备的接入，存储和分析海量的传感器数据，提供物联网通信的安全保障，通过智能、快速的运算，加速系统的运行效率。在服务层提供的基础功能之上，应用层可实现丰富多彩、五花八门的具体业务，如共享单车、智能家居、智慧农业等方面的应用。 zqRj79di8FKo71z8w6PNRFn9EpAS4aWdBqXc1eb1q2SVYDiU4vvhOQqlJw1+T0PC