解读物联网
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问题21:为什么要在网络层中引入汇聚层?

在研究使用不同网络协议的复杂网络体系结构时,有时需要考虑增加汇聚层。我们可以通过一个大型的物联网智能物流应用中说明增加汇聚层的必要性。

1.设置汇聚层的必要性

图2-13给出了一个基于RFID的大型零售与物流企业的物联网系统汇聚层与核心交换层结构示意图。由于一个实际的基于RFID的大型零售与物流企业的物联网系统由分布在各地的零售商场、仓库与物流中心,以及公司主干网组成。而一个零售商场、仓库与物流中心就有多个自动感知的RFID基本单元,因此在一个基于RFID的大型物联网系统中,我们不可能随意地将接入层产生的数据流不经汇聚,就通过核心交换层传输到高层数据处理中心。我们必须参考互联网成功的设计思路,在接入层与核心交换层之间加入汇聚层。

图2-13 汇聚层与核心交换层结构示意图

一个实际的公路、铁路、输油管线的安全监控物联网系统是由分布在很长线路上的多个无线传感器网络组成。实际的智能电网是由从发电厂、输变电电路到用户智能电表等多种感知单元与数据处理单元组成。要将这些系统中的多个感知单元的数据准确、实时、有序地汇集起来,传送到高层数据处理中心,则在设计物联网网络结构时也必须考虑在接入层之上加入汇聚层,将汇集、整理后的数据通过核心交换层传送到高层数据处理中心。

2.汇聚层的主要功能

汇聚层位于接入层与核心交换层之间,它的基本功能是:

● 汇接接入层的用户流量,进行数据分组传输的汇聚、转发与交换。

● 根据接入层的用户流量,进行本地路由、过滤、流量均衡、优先级管理,以及安全控制、地址转换、流量整形等处理。

● 根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理。

3.汇聚层网络技术类型

汇聚层网络技术可以分为无线与有线两类。

无线网络技术主要包括:

● 符合IEEE 802.15.4协议标准的无线个人区域网(WPAN)

● 符合IEEE 802.11协议标准的无线局域网(WLAN)

● 符合IEEE 802.16协议标准的无线城域网(WMAN)

● 采用M2M工作模式的无线移动通信网(2G/3G/4G)

● 专用无线通信网

有线网络技术主要包括:

● 符合IEEE 802.3协议标准的局域网(LAN)

● 工业现场总线局域网

● 电话交换网(PSTN)

在物联网的网络层中引入汇聚层正是借鉴了宽带城域网成功的设计理念与层次结构模型。