參照物聯網技術的自然組成結構,以及信息產業格局和物聯網商業視角的分層架構,物聯網的技術矩陣可分成六個層次。從下至上為:元素層、器件層、終端和節點層、(信息)資源匯聚層、平臺服務層、應用層。
技術矩陣分成兩個“域”:“邊緣域”、“云端域”,兩“域”的邊界主要體現在終端和節點層、資源匯聚層、應用層。
物聯網的六層技術
1、元素層
信息科學中的自然現象和效應,是各種基礎信息科學的集合,是構建器件層的基礎(物聯網最基本的技術元素)。包括電學、電磁感應、微波原理、電路理論等等。
2、器件層
信息產業中的基本元器件,主要是各類電子元器件、電路模組和功能板件,包括芯片、電路板卡、電源、存儲器、信號輸出輸入設備,傳感器和執行器。在這一層,“軟件”除了包括電路設計外,還包括嵌入式開發的程序,在電子器件出廠前,其內部的“軟件”就基本固定了。
3、終端和節點層
主要包括兩類物理實體:
A、物聯網的終端,包括非智能終端(也稱“啞終端”,一般沒有數據處理的能力,只能通過網絡上報傳感數據,或接受操控數據)、智能終端設備(例如工業機器人)、用戶智能終端(手機、筆記本)。
B、專用的信息處理節點:網絡設備、計算設備、存儲設備。雖然這些節點都具備網絡接口、計算和存儲器件,但是它們通常都提供某一種專用的信息能力。就比如:運營商IP承載網中的路由器(網絡)、云計算中的刀片服務器(計算)。
除了啞終端以外,其他設備都具有通用或專用的計算能力。
該層的“軟件”,主要為各種終端程序,包括嵌入式程序、操作系統、中間件、通用或定制的應用軟件等。
4、資源匯聚層
各類信息資源在此層中匯聚。主要包括三種核心的信息處理的資源和能力:網絡(無線網絡覆蓋、IP骨干網絡、互聯網及運營商網絡的互聯)、計算(云計算、大數據、機器學習)和存儲(云存儲、數據庫)。
該層的“軟件”,除了終端中運行的各種程序以外,還包括各類信息互通的協議標準、流程規范、服務接口等等。在這一層,信息化能力已經具有了語義化的特征,具備了一定的開放性,并持續朝著更加開放、靈活、模塊化的方向發展。
舉例:在電信運營商系統外部,虛擬運營商可以和多個國家地區的運營商簽署商業合同,在各國運營商網絡之上搭建自有網絡,匯聚各國的運營商資源后形成一張覆蓋全球的網絡,成為“國際電信運營商”。當然,那些沒有資金構建全球覆蓋網絡的專業網絡服務公司,可以租用虛擬運營商的資源,為一些專用應用構建全球互通的SDN網絡。
這種可以在“網絡”上不斷疊加“網絡”的方式,正體現了信息技術的語義化特性。
5、平臺服務層
在該層,不僅信息技術被語義化地定義,其它行業技術和實體也實現了語義化(例如工業領域中的“數字化映射”---“數字化雙胞胎”)。
為了承載各行業領域的數字化轉型,物聯網所包含的各類信息技術自身就必須做到語義化。在物聯網技術領域之外,各行業的資源和能力,也在此處被模塊化封裝,通過標準化的信息接口向外界提供服務,應用的開發和運營者可以隨取隨用。
同時,該層也提供軟件開發、運營的工具,便于各類行業系統對技術和設施的使用、組合、評測、維護。在平臺服務層,形成了物聯網應用的詞典(詞匯集),各類物聯網的資源(設施)是“名詞”、各種信息處理功能是“動詞”,開發人員將可以將主要精力放置在構建“語句”和“段落”(應用的邏輯功能)上,并最終書寫出完整篇章(應用系統、商業體系)。
在這一層中,“軟件”包括了物聯網服務平臺的架構、中間件、接口標準、信息服務規范等等,也融合了各行業中的一些基礎性的技術服務(比如平臺可以提供氣象預測的服務)。
雖然,物聯網的平臺服務層使得“對物聯網技術和各專業技術的設計和組合”更為便捷,但底層技術對應用的開發者并不是完全“透明”的,開發者在構建應用邏輯、運用數據資源和工具的時候,需要厘清底層關鍵物聯網技術的適用范圍、成本、特性等等。
只有深入理解物聯網“詞匯”運用的“語境”,才能編織出一篇“嚴謹而優美”的“好文章”(物聯網應用)。
在這一層,各行業的一些已經模塊化的技術,能夠通過信息產業的(程序化)封裝,向外界提供開放式的服務,以形成各行業在物聯網中的公共性語言(詞匯)。
不過,這種語言并不是服務于“人”的語言,而是“物”與“物”,即設備、系統之間用以信息交流的語言工具。只要掌握了某種物聯網應用的“語言”,那么任何設備都可以理解該應用數據的涵義,使用此應用的物聯網服務,操作遠端設備并獲得反饋。
6、應用層
對物聯網行業應用的設計、搭建、運營。開發者和運營者在應用層,選取所需的資源和功能(包括信息技術和行業技術),通過對下層服務的調用,構建自己的行業應用。在物聯網技術層級的體系中,應用層之下的五層,都可以理解為應用層的“硬件”;“軟件”則是應用開發者自己編寫的應用邏輯。
如果應用軟件承載于SAAS(軟件即服務)之上,系統底層設備由云計算服務商提供,那么在應用中可能就看不到任何物理實體的“硬件”,取而代之的,是下層模塊化、標準化的信息服務和行業功能。
應用層和平臺服務層,也可以理解為物聯網的“創新層”,一個由應用開發者自由發揮、“八仙過海”的層次,在這里,各行業的技術融合復用,實現“組合進化”并引發產業的升級。
物聯網的兩個域
信息流“接入”和“匯聚”的兩種需求,將物聯網的技術自然地分成了“邊緣”和“云端”兩個“域”:有無數設備需要聯網,接近物理實體現場的“邊緣域”;遠離現實物件,但信息集中匯聚的“云端域”。在應用層面,不同的功能需求進一步促進了兩域的分隔。
“邊緣域”的應用和功能是更傾向于需要實時性的反饋操作,而“云端域”的應用則是更傾向于抽象化的預測分析、海量數據檢索等等。
在終端和節點層、資源匯聚層中,兩個域所包含的硬件和軟件是有差別的。例如,邊緣網絡中有各類終端配備傳感器---用以感知物理世界;但云端網絡中的設備則只有標準的信號輸出輸入接口。
邊緣網絡會部署各種類型的網絡協議,包括了有線網絡和無線網絡、“對等網絡協議”和“非對等網絡”(備注:“TCP/IP”是一種對等網絡協議,而RFID技術在無線側則不是對等網絡協議);而“云端域”只有對等網絡協議,例如IPv4、IPv6。