第二节 物联网的结构

现今，人们对物联网结构的研究普遍从传感网技术的应用方面着手，而非将物联网视为信息和物理动态交互运行的完整结构。其实，物联网不只是传感网，而是包括传感网在内的一个演化运动着的动态系统，是万物为了相互联系而组织形成的信息交互网络，在自然和社会中广泛存在。“世界上的各种现象就是物联网的功能表现，即信息在物理实体上运行的结果。”[11]

物联网形成于物理实体之间不同功能信息交互的基础上，随着新型信息技术研发水平的不断提升，各种不同类型的信息分割越发多样化，而为用户提供服务的部门主体分工也更加精细化。在完整的物联网结构中，传感网只是实现物联网内部信息完整交互的一个重要环节，物联网中的不同状态信息的正常运行和多种要素的协调作用需要物联网的完整结构为其提供保障。“失天之度，虽满必涸；上下不和，虽安必危。”[12]物联网具体功能的实现需要信息体系和物理体系的相互协调配合，即信息体系中各信息域的信息在物理体系中对应物理层的支撑下才能实现有效传输，并在此过程中表现出相应的功能。

一、物联网信息体系结构

在学者热衷于物联网研究的今天，人们较偏重于具体技术手段和通信方式的实现，缺乏对物联网领域内信息的研究。实际上，物联网不只是关乎信息感知与传输的网络通信技术，而是有着一套完善、自主的信息运行机制的体系结构，即信息体系。

物联网信息体系能够将不同类别的信息加以采集和处理，置于适当的位置并作用于物理实体，进而使其发挥最大功能。物联网中运行的信息具有客观性、真实性、确定性、准确性、完整性、实时性、有效性、安全性、私密性以及开放性十个特性[13]，这些特性在不同的信息运行阶段有着不同的作用，使得物联网中的信息能够客观存在并作用于物理实体，从而真实、准确、完整、系统地反映出客观事物的属性和内容。由此可知，各物理实体之间信息的运行形成了物联网信息体系。

从物联网理论研究着手对信息体系进行解析可知，物联网中千差万别的信息之间存在着相互影响又彼此合作的关系。从自然界到人类社会，各种信息的交互和转化遵循着共同的发展演变规律，特定的信息系统及其子系统的协同作用，使物联网信息体系整合，形成了宏观有序的“五域信息体系结构”，如图1-1所示。该结构包括用户域、服务域、管理域、传感域、对象域五个信息域，且用户、感知服务、控制服务、感知管理、控制管理、感知传感、控制传感和对象八种表现形式的信息分处于五个信息域中，“展现出物联网中信息的构成及其在对象与用户之间转化与循环的运行规律”[14]。

图1-1 物联网五域信息体系结构

物联网信息体系中的五域信息，讲求域内和域外信息的协调运行和协同作用，其均以为用户提供信息服务为导向。用户域的服务需求信息是其他四域信息产生和发展的前提，用户域服务需求的最终执行信息由对象域提供，从而实现物联网信息运行环的首尾相合。

多种事物间的相互联系是物联网形成的基础，这就决定了物联网中各类信息存在庞杂、繁冗、无序的可能。信息遵循从用户到对象的五域信息闭环运行规则，以直接实现物联网为用户服务的职能为根本出发点，抓住了影响服务效率的最主要环节，筛选出符合该职能的有效信息，并按五信息域信息的具体属性要求构成信息体系，准确地找到用户控制信息的执行者，使得物联网中的有效信息能在运行中贯彻始终，排除了不属于五域内信息的干扰，实现了物联网信息资源的最优配置，展现了物联网中不同信息之间高度配合协作的能力。

二、物联网物理体系结构

物联网是由物理实体相互联系组成的信息网络，大量信息在不同物理实体之间交互运行，为用户服务。“物联网信息的运行离不开物理实体，每一信息域的信息运行都有相应物理实体的支撑。”[15]每一个物理实体都存在于时间系、空间系和信息系中，一切物理实体的信息都有着多方面的属性，在能量的作用下与其他物理实体发生着信息的沟通和交换，保持、发展和实现自我功能。

物理实体的客观存在是物联网中五域信息运行的物理支撑，对应形成五个物理层，即用户层、服务层、管理层、传感网络层和对象层，且每层分别有对应的用户物理实体、感知服务物理实体、控制服务物理实体、感知管理物理实体、控制管理物理实体、感知传感物理实体、控制传感物理实体和对象物理实体，如图1-2所示。

图1-2 物联网五层物理体系结构

物联网物理体系中的每一物理层均可由一个或多个物理实体组成，在各个不同类型、不同形态、不同状态的物理实体内部和物理实体之间有着统一的联系基础和特定的联系方式。其联系基础是为物联网的用户提供服务，其联系方式则派生于此基础，以为用户提供服务为目标，不断整合和传输相关服务信息，实现彼此联系，从而展现各个物理实体的功能。因此，信息的传递是物理实体存在价值的体现，物理实体则是信息采集、传输、存储、加工、应用等管理行为发生的物理基础，也是物联网信息直接联系现实物理世界的桥梁。

三、物联网功能体系结构

物联网功能体系以信息体系和物理体系的融合为基础，即信息体系中各信息域信息在物理体系中对应物理层物理实体支撑下运行，使相应物理实体展现出具体功能，形成物联网的功能体系，如图1-3所示。功能体系是物联网的外在功能表现，呈五平台结构，包括用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台和对象平台。物联网五功能平台均有其特定的功能：用户平台主导着物联网体系的形成，是其他四平台产生和存在的前提和基础；服务平台是用户平台和管理平台的信息传输通道，是用户享受服务的输入输出平台；管理平台是整个物联网体系运作的信息中枢和统筹平台，实现了物联网全部信息的汇总和管理；传感网络平台连接管理平台和对象平台，是对象获取和传送信息的传感通信渠道；对象平台则是用户意志的最终执行平台，通过感知和控制功能，实现为用户服务的功能。

图1-3 物联网五平台功能体系结构

“物的有用性使物成为使用价值。”[16]任何物理实体的有用性都建立在其能与他物进行信息交换或实体交换的基础上，这种“有用性”即物理实体的功能显现。“交换价值首先表现为一种使用价值同另一种使用价值相交换的量的关系或比例。”[17]物联网功能体系的形成依赖于构成该物联网的同一物理实体内部或不同物理实体之间的信息交互，即同一物理实体的一种功能部分与另一种功能部分的交换，或一种物理实体的功能与另一种物理实体功能的交换。在物理实体特定功能信息交换的作用下，不同特性和不同功能的信息有了确定的归属，有序、规范地运行和流转于特定的同一或不同物联网中，为其各自的用户提供服务，实现物联网的价值。

四、物联网运行体系结构

物联网中，信息体系在物理体系上运行，形成功能体系，三者共同构成物联网运行体系结构，如图1-4所示。

图1-4 物联网运行体系结构

物联网运行体系结构是物联网中信息、物理实体、功能三者构成及相互关系的展现。

信息体系中，各信息域拥有相应的感知信息系统和控制信息系统。这些信息系统作为信息在对应信息域中的运行规则，实现信息在信息域中的接收、识别、加工、传输、存储、发射等一系列有序运行。其中，用户域包括用户感知信息系统和用户控制信息系统，实现用户感知信息和用户控制信息在用户域的有序运行；服务域包括感知服务信息系统和控制服务信息系统，实现感知服务信息和控制服务信息在服务域的有序运行；管理域包括感知管理信息系统和控制管理信息系统，实现感知管理信息和控制管理信息在管理域的有序运行；传感域包括感知传感信息系统和控制传感信息系统，实现感知传感信息和控制传感信息在传感域的有序运行；对象域包括对象感知信息系统和对象控制信息系统，实现对象感知信息和对象控制信息在对象域的有序运行。

物理体系中，物理实体是物联网信息运行的支撑。用户层中，用户物理实体融合了用户感知信息系统和用户控制信息系统，为用户感知信息和用户控制信息的运行提供支撑；服务层中，感知服务物理实体和控制服务物理实体分别融合了感知服务信息系统和控制服务信息系统，为感知服务信息和控制服务信息的运行提供支撑；管理层中，感知管理物理实体和控制管理物理实体分别融合了感知管理信息系统和控制管理信息系统，为感知管理信息和控制管理信息的运行提供支撑；传感网络层中，感知传感物理实体和控制传感物理实体分别融合了感知传感信息系统和控制传感信息系统，为感知传感信息和控制传感信息的运行提供支撑；对象层中，对象物理实体融合了对象感知信息系统和对象控制信息系统，为对象感知信息和对象控制信息的运行提供支撑。

功能体系中，各功能平台形成于对应信息域与物理层的融合，其功能是信息在相应物理实体支撑下运行的外在结果表现。大千世界，万物通过信息交互普遍联系，形成不同类型、不同领域、不同范围的物联网，并且各种物联网均按照相同的物联网运行体系结构运行，表现出各自不同的具体功能。