從農(nóng)耕時代到蒸汽時代，從電氣時代到信息時代，科學技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，推動著人類社會的進步。每一次技術革命都給人類生產(chǎn)、生活帶來巨大而深刻的影響。近二三十年來，互聯(lián)網(wǎng)技術極大地促進了信息溝通的效率，很大程度上改變了人們的生活習慣和工作方式。物聯(lián)網(wǎng)，則是人類為信息交互設想的更宏大的愿景�；ヂ�(lián)網(wǎng)技術使得“人與人”之間的廣泛聯(lián)結成為現(xiàn)實，而物聯(lián)網(wǎng)技術的使命則是實現(xiàn)全世界范圍內(nèi)的“萬物互聯(lián)”。
科學技術與經(jīng)濟社會相互融合，呈現(xiàn)出普適性、智能化，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展讓萬物相連的愿景逐步成為人們觸手可及的現(xiàn)實。物聯(lián)網(wǎng)技術融合了通信、電子、計算機、控制等多個領域的前沿技術，被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次技術革新。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用前景極為廣闊，將會促進人類生活和生產(chǎn)服務的全面升級，引發(fā)產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟和社會全方位的變革。
物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，為相關技術人才的培養(yǎng)提出了新的要求。目前，全國范圍內(nèi)大部分高等院校都開設了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)或相關專業(yè)。本書為適應目前高等院校物聯(lián)網(wǎng)技術相關專業(yè)對導論類教材的需求，以數(shù)據(jù)從下向上的傳輸流程為主線，結合物聯(lián)網(wǎng)領域的最新技術發(fā)展方向和行業(yè)應用案例，從感知控制層、網(wǎng)絡互聯(lián)層、支撐服務層和綜合應用層四個層次對物聯(lián)網(wǎng)技術進行了全面、詳細的論述。本書結構層次清晰，融入了作者在物聯(lián)網(wǎng)領域中多年研究和實踐積累的經(jīng)驗、思考與感悟，并引入了諸多物聯(lián)網(wǎng)相關熱點技術的介紹，如云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)據(jù)安全技術等。通過本書的學習，讀者不僅能建立對物聯(lián)網(wǎng)技術基礎知識的完整認識，而且能對物聯(lián)網(wǎng)技術的前沿發(fā)展和技術趨勢有一個清晰的了解。
全書分為五篇，共13章。
第一篇為概述，包括第1章和第2章。本篇介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、發(fā)展歷史與趨勢以及物聯(lián)網(wǎng)體系結構知識。
第二篇為感知控制層，包括第3～6章，分別介紹了自動識別技術、傳感器網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)與智能硬件以及定位技術與位置服務。
第三篇為網(wǎng)絡互聯(lián)層，包括第7～9章，分別對物聯(lián)網(wǎng)接入技術、移動通信網(wǎng)絡及計算機網(wǎng)絡技術進行了論述。
第四篇為支撐服務層，包括第10～12章，分別介紹了物聯(lián)網(wǎng)的計算模式、智能數(shù)據(jù)處理技術及信息安全技術。
第五篇為綜合應用層，包括第13章，介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居、智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能交通、智能醫(yī)療、智能物流等領域中的應用案例。
本書由俞武嘉編著，參與編寫的人員有楊恒、樓興東、袁濤、潘淵博、韓新龍、劉羽洋、阮宇寧、薛鵬輝、王威等。本書在編寫過程中參考了大量的書籍、文獻和網(wǎng)絡資料，主要參考書籍已在參考文獻中列出，但仍有部分資料未在參考文獻中列出，在此向所有資料的作者表示感謝。
由于作者水平有限，書中難免存在疏漏和不足之處，懇請各位專家和讀者不吝指正。各位讀者在閱讀本書時若有反饋信息，請發(fā)郵件至作者電子郵箱（yuwujia@126.com）。
作 者
2022年1月
本書介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并結合當前最新的研究和應用成果，對物聯(lián)網(wǎng)體系架構的各層次（感知控制層、網(wǎng)絡互聯(lián)層、支撐服務層和綜合應用層）進行了全面論述，深入淺出、全景式地為讀者展現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術的各個方面。本書在闡述物聯(lián)網(wǎng)體系結構的基礎上，著重講述了自動識別技術、傳感器網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)與智能硬件、定位技術與位置服務、物聯(lián)網(wǎng)接入技術、移動通信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)的計算模式、智能數(shù)據(jù)處理技術、信息安全技術，并對物聯(lián)網(wǎng)技術在重點領域的應用進行了介紹。
本書可作為高等院校物聯(lián)網(wǎng)工程類、計算機類、自動化類、電子信息類、電氣類專業(yè)的基礎教材，也可作為各類培訓機構相關專業(yè)的培訓教材，同時還可供從事物聯(lián)網(wǎng)相關工作的專業(yè)人員以及技術愛好者參考閱讀。
第一篇 概 述
第1章 物聯(lián)網(wǎng)概述 2
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與趨勢 2
1.1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng) 2
1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)概念的起源 2
1.1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 3
1.2 物聯(lián)網(wǎng)的技術特征 7
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義 7
1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)主要技術特征 8
1.2.3 關鍵技術領域 8
1.3 物聯(lián)網(wǎng)與未來社會 9
1.3.1 智能工業(yè) 10
1.3.2 智能農(nóng)業(yè) 10
1.3.3 智能物流 11
1.3.4 智能交通 11
1.3.5 智能電網(wǎng) 11
1.3.6 智能環(huán)保 12
1.3.7 智能安防 12
1.3.8 智能醫(yī)療 12
1.3.9 智能家居 12
習題 13
第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系結構 14
2.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結構的層次模型 14
2.1.1 三層模型 14
2.1.2 六層模型 15
2.1.3 四層模型 16
2.2 體系結構的層次 17
2.2.1 感知控制層 17
2.2.2 網(wǎng)絡互聯(lián)層 17
2.2.3 支撐服務層 18
2.2.4 綜合應用層 18
2.3 關鍵技術 19
2.3.1 感知控制層關鍵技術 19
2.3.2 網(wǎng)絡互聯(lián)層關鍵技術 19
2.3.3 支撐服務層關鍵技術 20
2.3.4 綜合應用層關鍵技術 20
習題 20
第二篇 感知控制層
第3章 自動識別技術 22
3.1 自動識別技術概述 22
3.1.1 自動識別技術的概念 22
3.1.2 自動識別技術的分類 22
3.2 常見自動識別技術 22
3.2.1 條形碼與二維碼識別技術 22
3.2.2 卡識別技術 24
3.2.3 光學字符識別技術 25
3.2.4 語音識別技術 25
3.2.5 生物識別技術 26
3.2.6 射頻識別技術 27
3.3 條形碼識別技術 28
3.3.1 條形碼的組成結構 28
3.3.2 二維碼識別技術 30
3.4 RFID技術 31
3.4.1 RFID技術原理 31
3.4.2 RFID系統(tǒng)概述 31
3.4.3 RFID與物聯(lián)網(wǎng) 33
習題 34
第4章 傳感器網(wǎng)絡 35
4.1 傳感器概述 35
4.1.1 傳感器定義與構成 35
4.1.2 傳感器的性能指標 35
4.1.3 傳感器技術發(fā)展趨勢 36
4.2 傳感器分類 37
4.2.1 物理傳感器 37
4.2.2 化學傳感器 40
4.2.3 生物傳感器 41
4.2.4 新型智能傳感器 42
4.3 無線傳感網(wǎng) 43
4.3.1 無線傳感網(wǎng)概述 43
4.3.2 無線傳感網(wǎng)的通信協(xié)議 44
4.3.3 無線傳感網(wǎng)的特點和結構 45
4.3.4 無線傳感網(wǎng)組網(wǎng)技術 47
習題 48
第5章 嵌入式系統(tǒng)與智能硬件 49
5.1 嵌入式系統(tǒng) 49
5.1.1 嵌入式系統(tǒng)概述 49
5.1.2 嵌入式系統(tǒng)的結構 50
5.1.3 嵌入式操作系統(tǒng) 52
5.2 物聯(lián)網(wǎng)智能硬件 58
5.2.1 智能硬件概念 58
5.2.2 智能硬件平臺 59
5.2.3 智能硬件的人機交互技術 61
習題 68
第6章 定位技術與位置服務 69
6.1 定位技術概述 69
6.1.1 定位技術分類與性能 69
6.1.2 定位技術與物聯(lián)網(wǎng) 70
6.2 定位技術 70
6.2.1 衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位技術 70
6.2.2 移動通信定位技術 73
6.2.3 基于藍牙的定位技術 73
6.2.4 基于RFID的定位技術 74
6.2.5 基于Wi-Fi的定位技術 74
6.2.6 超寬帶定位技術 74
6.2.7 混合定位技術 74
6.3 位置服務 75
6.3.1 位置服務概述 75
6.3.2 地理信息系統(tǒng) 75
6.3.3 高精度地圖 77
習題 78
第三篇 網(wǎng)絡互聯(lián)層
第7章 物聯(lián)網(wǎng)接入技術 80
7.1 有線接入技術 80
7.1.1 以太網(wǎng)接入 80
7.1.2 光纖接入 81
7.1.3 電力線接入 82
7.1.4 光纖同軸電纜混合接入 82
7.1.5 非對稱數(shù)字用戶線接入 83
7.2 無線接入技術 84
7.2.1 Wi-Fi接入技術 84
7.2.2 藍牙技術 87
7.2.3 ZigBee技術 89
7.2.4 超寬帶通信技術 93
7.2.5 6LoWPAN技術 95
7.2.6 NFC技術 98
7.2.7 NB-IoT技術 99
習題 102
第8章 移動通信網(wǎng)絡 103
8.1 3G/4G/5G移動通信技術 103
8.1.1 移動通信技術的發(fā)展 103
8.1.2 5G與物聯(lián)網(wǎng) 107
8.2 M2M和D2D技術 108
習題 110
第9章 計算機網(wǎng)絡技術 111
9.1 計算機網(wǎng)絡概述 111
9.1.1 計算機網(wǎng)絡發(fā)展歷史 111
9.1.2 計算機網(wǎng)絡的體系結構 112
9.2 互聯(lián)網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議族 115
9.2.1 互聯(lián)網(wǎng)基礎 115
9.2.2 IPv4與IPv6協(xié)議 116
9.2.3 TCP與UDP協(xié)議 117
9.2.4 路由器與交換機 119
9.3 互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關系 121
習題 122
第四篇 支撐服務層
第10章 物聯(lián)網(wǎng)的計算模式 124
10.1 云計算 124
10.1.1 云計算概述 124
10.1.2 云計算與物聯(lián)網(wǎng) 126
10.2 霧計算 127
10.2.1 霧計算概述 127
10.2.2 霧計算與物聯(lián)網(wǎng) 129
10.3 邊緣計算 129
10.3.1 邊緣計算概述 129
10.3.2 邊緣計算與物聯(lián)網(wǎng) 130
習題 131
第11章 智能數(shù)據(jù)處理技術 132
11.1 物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù) 132
11.1.1 物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點 132
11.1.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲 136
11.1.3 數(shù)據(jù)挖掘 137
11.1.4 智能決策與智能控制 140
11.2 物聯(lián)網(wǎng)與人工智能 141
11.2.1 自然交互技術與物聯(lián)網(wǎng) 141
11.2.2 機器學習與物聯(lián)網(wǎng) 145
11.2.3 自動駕駛技術與物聯(lián)網(wǎng) 147
習題 149
第12章 信息安全技術 150
12.1 信息安全基礎 150
12.1.1 網(wǎng)絡空間安全概念 150
12.1.2 《國家網(wǎng)絡空間安全戰(zhàn)略》的
主要內(nèi)容 150
12.1.3 網(wǎng)絡空間安全的理論體系 153
12.2 OSI安全體系結構 155
12.2.1 OSI安全體系結構的
基本概念 155
12.2.2 網(wǎng)絡安全模型和網(wǎng)絡安全 156
12.2.3 用戶對網(wǎng)絡安全的需求 158
12.3 物聯(lián)網(wǎng)設備的安全設計 158
12.3.1 物聯(lián)網(wǎng)安全開發(fā)面臨的挑戰(zhàn) 158
12.3.2 安全設計的目標 160
12.4 網(wǎng)絡信息安全應用舉例 162
12.4.1 信息物理安全在物聯(lián)網(wǎng)中的
應用 163
12.4.2 信息安全在物流領域的
應用和實現(xiàn) 164
習題 166
第五篇 綜合應用層
第13章 物聯(lián)網(wǎng)應用與案例 168
13.1 智能家居應用 168
13.1.1 智能家居應用概述 168
13.1.2 智能家居應用案例 168
13.2 智能工業(yè)應用 171
13.2.1 智能工業(yè)應用概述 171
13.2.2 智能工業(yè)應用案例 171
13.3 智能農(nóng)業(yè)應用 174
13.3.1 智能農(nóng)業(yè)應用概述 174
13.3.2 智能農(nóng)業(yè)應用案例 176
13.4 智能交通應用 179
13.4.1 智能交通應用概述 179
13.4.2 智能交通應用案例 181
13.5 智能醫(yī)療應用 183
13.5.1 智能醫(yī)療應用概述 183
13.5.2 智能醫(yī)療應用案例 184
13.6 智能物流應用 186
13.6.1 智能物流應用概述 186
13.6.2 智能物流應用案例 187
習題 189
參考文獻 190
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