IoT类型、协议及无线标准（三部曲其一）

这系列关于IoT的三部曲是基于先前发文《物联网无线标准概述》的深入一步内容之扩展。本文所讨论的是IoT系统架构和网络类别的基本背景，而余下其二、其三将涵盖关于网络拓扑和IoT协议、标准和无线通信技术的更多信息。

 IoT系统架构

通常，IoT设备以三种基本方式与网络中的其他设备连接：直接与其他设备连接，经IoT网关再连接到外部网络，作为IoT网关连通IoT设备和外部网络之间的通信和网络服务。

设备对设备（D2D）

IoT设备对设备（D2D）通信能够以多种方式执行。一些类型的IoT设备能够通过无线通信与其他IoT设备直接通信，例如蓝牙或Zigbee mesh网络。另有一些类型的IoT设备通过局域网与其他设备通信，因此当前所用的局域网网络基础设施是其实现通信的基础。D2D通信的一个常见示例是智能手机通过蓝牙向无线耳机传输语音和数据，可以是音乐格式的单向链接，也可以是双向语音呼叫，或者使用耳机控制按钮状态下的双向链接。

有关当前以及未来可预期的IoT D2D通信，已有诸多实例可供参考。其中一些在通信时类似Mesh Networking，使用多个IoT节点所构成的网状来传达无线通信，或者作为直接高速和窄波束通信，例如针对自动驾驶车辆的所谓车对车（V2V）通信。D2D通信的长度、吞吐量、延迟、范围、功率效率、方向性、安全性、频率、带宽以及其他性能因素和规格在很大程度上取决于通信所使用的标准和应用。

当前，有一整套D2D通信用于工业机械、环境传感器、安全系统等，这些系统通常针对市政、交通、能源和工业应用，在这些应用中，机器之间直接进行相互通信进而实现协调工作，这项技术即被称为机器对机器（M2M）通信。因此，D2D通信应用的多样性需求催生了相关技术的多样性发展，这些技术各有所长，能够实现各个领域的不同应用目的。在某些应用场景中，IoT设备由电池供电，或者由限功率电源供电，例如太阳能、振动、能量收集或者其他能量采集方式。在这些场景中，IoT设备极有可能采用以最低功耗运行的设计，因此势必依赖于低功耗无线通信，这类通信仅在需要时才被激活。

设备到网关（D2G）

设备到网关（D2G）通信作用于完成从D2D网络至外部网络的传输。网关即是作为传输载体的IoT设备。通常，IoT网关包含有：使得网关能够与所服务的IoT设备在同一网络中正常通信的有线或无线硬件设备；实现互联网或数据中心通信接入的硬件设备，如使用互联网协议的以太网。例如，在跨网通信时，许多Mesh Networking系统使用网关作为终端节点以及系统中的另一个节点。

网关在大多数情况下都能进行基于IP的通信，而许多D2D通信在对设备进行识别时则采用多种不同形式。采用不同形式来实现D2D及网关对互联网（G2I）通信更为安全，其原因在于通过避免基于IP的通信使得从外部访问D2D网络变得更具挑战性。

网关对互联网（G2I）或网关对数据基础设施

G2I或网关对数据基础设施，指的是从IoT网关到外部网络（如互联网和云服务）的通信。通常，服务商会使用互联网和安全通信方法（如安全TLS隧道）将网关连接到安全数据服务。在某些情况下，网关能够与各种云服务通信，并在多种基于云的服务之间实现互通性。这类操作可包括语音命令平台，如谷歌Assistant和亚马逊Alexa，以及各种控制技术，如飞利浦Hue Bridge或三星Smartthings。

尽管IoT网关就其描述来看更像是通信“中转站”，但实际上对于整个IoT系统的可接入性和安全性而言， IoT网关是极为重要的组成部分。许多IoT网关都构建有增强安全性功能，以保护IoT设备和网络免受恶意行为（如窥探和黑客攻击）的侵害。在某些情况下，网络中的IoT设备也是网关，或者能够执行网关功能，一旦网关故障，系统内部即有回旋余地。此外，许多IoT网关和网络采用通过“中转站”传送所有通信的设计。如果网关受到损害，通常整个IoT网络都会受到损害，因此必须对允许可访问性和安全性的安全衡量标准进行深入研究。