从农耕时代到蒸汽时代，从电气时代到信息时代，科学技术的不断发展和创新，推动着人类社会的进步。每一次技术革命都给人类生产、生活带来巨大而深刻的影响。近二三十年来，互联网技术极大地促进了信息沟通的效率，很大程度上改变了人们的生活习惯和工作方式。物联网，则是人类为信息交互设想的更宏大的愿景。互联网技术使得“人与人”之间的广泛联结成为现实，而物联网技术的使命则是实现全世界范围内的“万物互联”。
科学技术与经济社会相互融合，呈现出普适性、智能化，物联网技术的发展让万物相连的愿景逐步成为人们触手可及的现实。物联网技术融合了通信、电子、计算机、控制等多个领域的前沿技术，被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次技术革新。物联网技术的应用前景极为广阔，将会促进人类生活和生产服务的全面升级，引发产业、经济和社会全方位的变革。
物联网技术的飞速发展，为相关技术人才的培养提出了新的要求。目前，全国范围内大部分高等院校都开设了物联网专业或相关专业。本书为适应目前高等院校物联网技术相关专业对导论类教材的需求，以数据从下向上的传输流程为主线，结合物联网领域的最新技术发展方向和行业应用案例，从感知控制层、网络互联层、支撑服务层和综合应用层四个层次对物联网技术进行了全面、详细的论述。本书结构层次清晰，融入了作者在物联网领域中多年研究和实践积累的经验、思考与感悟，并引入了诸多物联网相关热点技术的介绍，如云计算、边缘计算、大数据、人工智能、数据安全技术等。通过本书的学习，读者不仅能建立对物联网技术基础知识的完整认识，而且能对物联网技术的前沿发展和技术趋势有一个清晰的了解。
全书分为五篇，共13章。
第一篇为概述，包括第1章和第2章。本篇介绍了物联网的基本概念、发展历史与趋势以及物联网体系结构知识。
第二篇为感知控制层，包括第3～6章，分别介绍了自动识别技术、传感器网络、嵌入式系统与智能硬件以及定位技术与位置服务。
第三篇为网络互联层，包括第7～9章，分别对物联网接入技术、移动通信网络及计算机网络技术进行了论述。
第四篇为支撑服务层，包括第10～12章，分别介绍了物联网的计算模式、智能数据处理技术及信息安全技术。
第五篇为综合应用层，包括第13章，介绍了物联网技术在智能家居、智能工业、智能农业、智能交通、智能医疗、智能物流等领域中的应用案例。
本书由俞武嘉编著，参与编写的人员有杨恒、楼兴东、袁涛、潘渊博、韩新龙、刘羽洋、阮宇宁、薛鹏辉、王威等。本书在编写过程中参考了大量的书籍、文献和网络资料，主要参考书籍已在参考文献中列出，但仍有部分资料未在参考文献中列出，在此向所有资料的作者表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请各位专家和读者不吝指正。各位读者在阅读本书时若有反馈信息，请发邮件至作者电子邮箱（yuwujia@126.com）。
作 者
2022年1月
本书介绍了物联网技术发展历史、现状和发展趋势，并结合当前最新的研究和应用成果，对物联网体系架构的各层次（感知控制层、网络互联层、支撑服务层和综合应用层）进行了全面论述，深入浅出、全景式地为读者展现了物联网技术的各个方面。本书在阐述物联网体系结构的基础上，着重讲述了自动识别技术、传感器网络、嵌入式系统与智能硬件、定位技术与位置服务、物联网接入技术、移动通信网络、计算机网络技术、物联网的计算模式、智能数据处理技术、信息安全技术，并对物联网技术在重点领域的应用进行了介绍。
本书可作为高等院校物联网工程类、计算机类、自动化类、电子信息类、电气类专业的基础教材，也可作为各类培训机构相关专业的培训教材，同时还可供从事物联网相关工作的专业人员以及技术爱好者参考阅读。
第一篇 概 述
第1章 物联网概述 2
1.1 物联网的发展与趋势 2
1.1.1 什么是物联网 2
1.1.2 物联网概念的起源 2
1.1.3 国内外发展概况 3
1.2 物联网的技术特征 7
1.2.1 物联网的定义 7
1.2.2 物联网主要技术特征 8
1.2.3 关键技术领域 8
1.3 物联网与未来社会 9
1.3.1 智能工业 10
1.3.2 智能农业 10
1.3.3 智能物流 11
1.3.4 智能交通 11
1.3.5 智能电网 11
1.3.6 智能环保 12
1.3.7 智能安防 12
1.3.8 智能医疗 12
1.3.9 智能家居 12
习题 13
第2章 物联网体系结构 14
2.1 物联网体系结构的层次模型 14
2.1.1 三层模型 14
2.1.2 六层模型 15
2.1.3 四层模型 16
2.2 体系结构的层次 17
2.2.1 感知控制层 17
2.2.2 网络互联层 17
2.2.3 支撑服务层 18
2.2.4 综合应用层 18
2.3 关键技术 19
2.3.1 感知控制层关键技术 19
2.3.2 网络互联层关键技术 19
2.3.3 支撑服务层关键技术 20
2.3.4 综合应用层关键技术 20
习题 20
第二篇 感知控制层
第3章 自动识别技术 22
3.1 自动识别技术概述 22
3.1.1 自动识别技术的概念 22
3.1.2 自动识别技术的分类 22
3.2 常见自动识别技术 22
3.2.1 条形码与二维码识别技术 22
3.2.2 卡识别技术 24
3.2.3 光学字符识别技术 25
3.2.4 语音识别技术 25
3.2.5 生物识别技术 26
3.2.6 射频识别技术 27
3.3 条形码识别技术 28
3.3.1 条形码的组成结构 28
3.3.2 二维码识别技术 30
3.4 RFID技术 31
3.4.1 RFID技术原理 31
3.4.2 RFID系统概述 31
3.4.3 RFID与物联网 33
习题 34
第4章 传感器网络 35
4.1 传感器概述 35
4.1.1 传感器定义与构成 35
4.1.2 传感器的性能指标 35
4.1.3 传感器技术发展趋势 36
4.2 传感器分类 37
4.2.1 物理传感器 37
4.2.2 化学传感器 40
4.2.3 生物传感器 41
4.2.4 新型智能传感器 42
4.3 无线传感网 43
4.3.1 无线传感网概述 43
4.3.2 无线传感网的通信协议 44
4.3.3 无线传感网的特点和结构 45
4.3.4 无线传感网组网技术 47
习题 48
第5章 嵌入式系统与智能硬件 49
5.1 嵌入式系统 49
5.1.1 嵌入式系统概述 49
5.1.2 嵌入式系统的结构 50
5.1.3 嵌入式操作系统 52
5.2 物联网智能硬件 58
5.2.1 智能硬件概念 58
5.2.2 智能硬件平台 59
5.2.3 智能硬件的人机交互技术 61
习题 68
第6章 定位技术与位置服务 69
6.1 定位技术概述 69
6.1.1 定位技术分类与性能 69
6.1.2 定位技术与物联网 70
6.2 定位技术 70
6.2.1 卫星导航系统定位技术 70
6.2.2 移动通信定位技术 73
6.2.3 基于蓝牙的定位技术 73
6.2.4 基于RFID的定位技术 74
6.2.5 基于Wi-Fi的定位技术 74
6.2.6 超宽带定位技术 74
6.2.7 混合定位技术 74
6.3 位置服务 75
6.3.1 位置服务概述 75
6.3.2 地理信息系统 75
6.3.3 高精度地图 77
习题 78
第三篇 网络互联层
第7章 物联网接入技术 80
7.1 有线接入技术 80
7.1.1 以太网接入 80
7.1.2 光纤接入 81
7.1.3 电力线接入 82
7.1.4 光纤同轴电缆混合接入 82
7.1.5 非对称数字用户线接入 83
7.2 无线接入技术 84
7.2.1 Wi-Fi接入技术 84
7.2.2 蓝牙技术 87
7.2.3 ZigBee技术 89
7.2.4 超宽带通信技术 93
7.2.5 6LoWPAN技术 95
7.2.6 NFC技术 98
7.2.7 NB-IoT技术 99
习题 102
第8章 移动通信网络 103
8.1 3G/4G/5G移动通信技术 103
8.1.1 移动通信技术的发展 103
8.1.2 5G与物联网 107
8.2 M2M和D2D技术 108
习题 110
第9章 计算机网络技术 111
9.1 计算机网络概述 111
9.1.1 计算机网络发展历史 111
9.1.2 计算机网络的体系结构 112
9.2 互联网与TCP/IP协议族 115
9.2.1 互联网基础 115
9.2.2 IPv4与IPv6协议 116
9.2.3 TCP与UDP协议 117
9.2.4 路由器与交换机 119
9.3 互联网与物联网的关系 121
习题 122
第四篇 支撑服务层
第10章 物联网的计算模式 124
10.1 云计算 124
10.1.1 云计算概述 124
10.1.2 云计算与物联网 126
10.2 雾计算 127
10.2.1 雾计算概述 127
10.2.2 雾计算与物联网 129
10.3 边缘计算 129
10.3.1 边缘计算概述 129
10.3.2 边缘计算与物联网 130
习题 131
第11章 智能数据处理技术 132
11.1 物联网大数据 132
11.1.1 物联网大数据的特点 132
11.1.2 物联网数据的存储 136
11.1.3 数据挖掘 137
11.1.4 智能决策与智能控制 140
11.2 物联网与人工智能 141
11.2.1 自然交互技术与物联网 141
11.2.2 机器学习与物联网 145
11.2.3 自动驾驶技术与物联网 147
习题 149
第12章 信息安全技术 150
12.1 信息安全基础 150
12.1.1 网络空间安全概念 150
12.1.2 《国家网络空间安全战略》的
主要内容 150
12.1.3 网络空间安全的理论体系 153
12.2 OSI安全体系结构 155
12.2.1 OSI安全体系结构的
基本概念 155
12.2.2 网络安全模型和网络安全 156
12.2.3 用户对网络安全的需求 158
12.3 物联网设备的安全设计 158
12.3.1 物联网安全开发面临的挑战 158
12.3.2 安全设计的目标 160
12.4 网络信息安全应用举例 162
12.4.1 信息物理安全在物联网中的
应用 163
12.4.2 信息安全在物流领域的
应用和实现 164
习题 166
第五篇 综合应用层
第13章 物联网应用与案例 168
13.1 智能家居应用 168
13.1.1 智能家居应用概述 168
13.1.2 智能家居应用案例 168
13.2 智能工业应用 171
13.2.1 智能工业应用概述 171
13.2.2 智能工业应用案例 171
13.3 智能农业应用 174
13.3.1 智能农业应用概述 174
13.3.2 智能农业应用案例 176
13.4 智能交通应用 179
13.4.1 智能交通应用概述 179
13.4.2 智能交通应用案例 181
13.5 智能医疗应用 183
13.5.1 智能医疗应用概述 183
13.5.2 智能医疗应用案例 184
13.6 智能物流应用 186
13.6.1 智能物流应用概述 186
13.6.2 智能物流应用案例 187
习题 189
参考文献 190
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