物聯網的三層概念模型影響廣泛，這對於理解物聯網與網際網路的不同之處很有幫助，不過具體到開發的時候，從物理檢視看物聯網的架構，更容易看到組成物聯網系統的軟體模組，硬體模組，更容易理解如何架構和開發物聯網系統。

這裡抽象出四種最基礎的最典型的物聯網系統的物理模型。在這些模型裡，雲表示物聯網系統中所有會部署在雲上應用程式；端，表示物聯網化的物體，包括了硬體實體和其上部署的軟體；App，特殊表示執行在移動手機或者平板上的應用，典型地有IOS應用，安卓應用和Windows應用；閘道器（Gateway）又稱網間聯結器、協議轉換器，本質是一個特殊的終端，不過閘道器在網路層以上實現網路互連，較少承擔終端那樣的應用功能，因此單獨列出來，也包括了硬體實體和其上部署的軟體。

1. 物聯網系統的雲+端物理模型

雲+端模型是指物聯網系統就分成雲平臺和終端兩個部分，實際上，在物理檢視下物聯網層次模型也就是雲+端模型，因為網路層最終實現為一些終端和雲平臺功能，這種分法忽視了系統的功能而強調了物理形態。雲+端模型是最簡單的網路型別。

1.1 技術實現

雲平臺需要實現一個BS架構的網站，以供人通過網頁方式進行管理；雲平臺還需要實現一個通訊介面，以便和物進行通訊。

端，即物聯網終端。廣義的概念，物聯網終端也包括了手機和計算機，相似地，直接連線的物聯網終端，硬體上應該包含了感測器，運算器，儲存器等以實現本地的業務功能；還需要通過網線連線到網際網路，或者是通過2G、3G，4G這樣方式移動地連線到網際網路；軟體上，傳統的客戶端-伺服器架構開發就可以滿足大多數物聯網系統的應用需求。

1.2 優缺點

雲+端結構的優點是結構簡單，技術成熟，系統實現也相對簡單。缺點也很明顯：終端成本高，難以大規模部署；如果是使用無線方式連線，可能產生較高的運營費用。

1.3 應用與例項

本書第一章提到的第一臺物聯網裝置，那臺名為“The Only”的可樂自動售賣機，傳統的較為大型的嵌入式系統，如Atm機為代表的有線連線裝置，移動Pos機為代表的移動連線裝置，機器人為代表的智慧終端，以及其對應的應用系統都是這種網路結構的例子。

2. 物聯網系統的雲+App+端三角模型

隨著智慧手機的發展，移動網際網路的發展極大地改變了人們是生活，也改變了大多數的行業應用。移動性已經成為當前應用系統設計必須考慮的要素，物聯網系統也不例外。

移動App作為不可或缺的部分加入到雲+端模型中，從而進化成了雲+App+端的三角模型。雲+App+端模型的示意圖如下：

2.1 技術實現

雲，端，App的開發工具以及所需知識與技能都有較大差別，通常都是分成三個部分分別進行開發。

雲部分的開發除了考慮和端部分的通訊之外，還需要考慮和App的通訊。端的開發比“雲端模型”下端的開發可能會簡單一點，因為App的存在，部分的人機互動功能可以轉移到App上實現。終端設計成只有非常簡單的人機互動的“啞”終端，大部分的人機互動功能在App上實現也是一種流行的設計。App的開發常見的是IOS平臺和Android平臺下的應用開發，後臺連線到物聯網雲平臺，App則執行在智慧手機上。

2.2 優缺點

雲+App+端模型的優點是結構較為簡單，技術成熟，由於App的加入，複雜對系統資源要求高的功能可以放在App上，人機互動使用體驗也可以設計得較好，同時由於降低了對端的資源的消耗，整個系統的成本相比“雲端模式”可能更低一點。

缺點是：系統複雜度提高，研發成本較高；要保證App和端之間通訊的實時性，以及安全性要求，需要在App和端之間建立多種互動方式，例如二維碼，RFID，藍芽通訊等。

2.3 應用與例項

敬請等待後續文章介紹的例項。

3. 物聯網系統的雲+App+閘道器+端模型

雲+端模型以及雲+App+端三角模型都有重要的不足，就是端要直接和雲平臺通訊，目前的技術手段要求端是通過網口與網際網路相連，或者通過2G/3G/4G和網際網路相連，前者的移動性不好，而後者則有較高的運維費用，不利於系統的推廣。

一個較好的解決辦法就是在系統中增加閘道器這個部分，終端通過閘道器和雲平臺通訊，如下圖中標記的1部分所示：

3.1 技術實現

雲+App+閘道器+端模型最大的變化是增加了閘道器這個部分。

物聯網閘道器通常被設計成“中介軟體”，用來連線終端進入到物聯網，向上它能通過光纖，乙太網，撥號，WiFi或者2G/3G/4G的方式接入網際網路，向下通過WiFi，藍芽，ZigBee，載波，485等通訊手段連線物聯網終端。

所以通訊功能是閘道器的第一大功能。此外，物聯網閘道器還常有訊息處理功能，業務處理功能等等。複雜的物聯網閘道器甚至是一個小的伺服器，執行較為複雜的應用程式，以獨立支援終端在本地（在區域網內）正常工作。

3.2 優缺點

閘道器的加入，使得終端可以通過一些短距的通訊協議連線到物聯網，尤其是短距無線協議，如藍芽，WiFi等，能夠在提高使用和安裝的便利性的同時，有效地降低終端成本；另外閘道器在其短距離範圍內，建立了一個小型區域網，區域網內的各個本地終端可以協同工作，這樣豐富了物聯網的應用功能。當然閘道器的加入帶來的好處不限於此，閘道器還可以充當區域網的計算中心，或者伺服器，分擔終端的運算、儲存功能；甚至可以建立熱點，直接跟手機建立連線，這樣在不連線到雲伺服器的情況下，手機應用也可以直接和區域網的物聯網系統進行互動，如上圖中2所示，手機可以和終端直接互動。

由於閘道器在物聯網系統中起著重要的作用，它也被認為是物聯網的重要入口，自2010年以來，從傳統的路由器，到新型的物聯網閘道器開發都受到高度重視，也有了較大發展。

雲+App+閘道器+端模型的缺點是，物聯網系統的開發較為複雜：即包括了局域網的開發，又包含了廣域網的開發；物聯網系統的層次進一步增多，使得系統的整體效能受到挑戰；最後物聯網系統開始更多地考慮區域網內的各個終端的協同工作，這樣需求也變得複雜很多。

3.3 應用與例項

智慧家居系統是本模型的典型的例子：智慧家居系統通常提供多種分立的感測器，如紅外，溫溼度，煙感等；以及多種控制器，如門磁，開關，報警器等；所有的終端都連線到一個家庭閘道器上；家庭閘道器始終保持和雲平臺的連線；智慧家居系統還配置了移動App以方便使用者遠端操控終端以及獲得終端的事件訊息。

雲+App+閘道器+端模型還存在多種變形情況，例如智慧手機可以作為特殊的閘道器，終端通過手機連線到物聯網。又如閘道器是一臺“感知裝置”，終端通過感知連線到物聯網等等。

智慧手機作為特殊的閘道器
智慧手機資源豐富，支援的硬體眾多，是理想的閘道器。終端可以是一個感測器或者包括了感測器的實物，在輔之以通訊模組；在連線上，可以利用音訊線或者USB線連線到手機，也可以通過藍芽或者Wifi的方式連線到手機。在軟體上，終端要實現感測器採集資料的處理，以及和手機的通訊功能，而在手機上，則至少包括了對應的通訊功能，以及終端管理，以及作為物的代理，和雲平臺進行互動。

“感知裝置”作為一臺閘道器
“感知裝置”和終端只有臨時的，非固定的連線，這種特點使得感知裝置可以接入不限量的終端。一個示例實現是，終端上需要增加一個可以被感知的感測器，例如RFID標籤，而在物聯網閘道器上，增加對應的識讀裝置，就可以將大量的終端都連線到物聯網了。在終端到閘道器的連線上，識讀技術如射頻，紅外等。在閘道器軟體上，需要實現終端的識讀，處理，以及轉發。

4. 物聯網系統的感測器網路模型

感測器網路就是由感測器節點組成的網路，其中又以無線感測器網路（WSN）為主要的發展方向。符合本模型的系統是指那些通過WSN來採集資料的物聯網系統，由於WSN的複雜性，通常都要通過物聯網閘道器接入物聯網雲平臺。如下圖所示。

4.1 技術實現

感測器網路模型接入的不是單個終端，WSN作為一個子網路，在通訊協議，網路拓撲，網路管理等方面和IP網路均不同。WSN組網協議有6LoWPAN，ZigBee，Z-Wave等。從網路拓撲結構上看，WSN研究最多的是多跳自組織網路，在實際應用中，還可能有點對點，星狀和鏈狀等拓撲。大多數WSN網路的節點都有休眠機制，以做到低功耗甚至微功耗。WSN是一個比較專業的領域，涉及的內容也較多，關於WSN的書籍也有很多了，這裡不多重複。

在軟體方面，我們還是強調移動App的重要性，不過在這種模型中的移動App，如果是在行業應用裡，常常是執行在手持終端上的。移動App可以通過網路檢視/控制物聯網閘道器，尤其在工業領域，移動App還要求具有現場管理功能：功能需求包括，現場識別閘道器，直接通訊，控制物聯網閘道器，過閘道器間接管理WSN網終端等等功能。

雲的實現方面，和前面幾種模型下雲的實現非常接近，多了WSN網路的配置管理，以及節點的休眠帶來的一些實現上的變化，這在後面章節會展開敘述。

4.2 優缺點

2003年美國《技術評論》雜誌評出對人類未來生活產生深遠影響的十大新興技術，感測器網路被列為第一 ，感測器網路結構有著其突出優點。

節點可以是大量的廉價的微型感測器，從成本上，技術條件上都適合大規模部署。

自組織的網路一般能主動適應節點位置變動，具有較好的穩定性，以及適應惡劣環境的能力。

低功耗特性，低功耗是WSN中的重要研究內容，感測器節點的低功耗特性使得網路的可用性大大加強，實現良好的感測器節點可以做到幾年不用更換電池，這樣不但徹底擺脫電力線的束縛，降低了維護成本，符合某些特殊業務需求，例如，不可更換電池的場景。

感測器網路結構的缺點，從技術上看，感測器網路還處於發展期；在實現上，存在難度較大的部分和有待研究的點；從產業上看，產業處於上升階段，以通訊協議為標誌（6LoWPAN，ZigBee，Z-Wave等），市場上並存幾個不同技術陣營，互相之間不相容，還有一些相關的國際標準還在完善當中；最後，一些主要的硬體產品價格（如晶片）還沒有降低到支援大規模應用的程度。

4.3 應用與例項

無線感測器網路出於節能的目的，通常被設計的傳輸速率較低，下行控制很難做到實時，另外，從協議上看，無線感測協議網基本都不是基於IP的，所以在接入到平臺的過程中，存在的協議轉換的工作，應用上也複雜不少。由於這兩個方面的限制，無線感測器網路更多地應用在監測類的系統中，如在農林業，WSN網路可以用來監測農作物生長環境，溫度，溼度等等；環境監控領域，WSN網路可以監控河流，海洋的各種引數；智慧交通領域，WSN網路可以控制路燈等等。

隨著技術的發展，例如ZigBee協議開始全面支援IpV6，越來越多的支援Ip的協議的出現，低功率晶片，安全，能源技術等方面技術的發展，還會持續推動無線感測器網路在更多領域更廣泛的應用。