《物联网技术及应用教程》追踪物联网领域的*技术发展方向与行业应用案例，以数据流动为主线，分感知、网络、应用三层讲述物联网的概念与体系结构。感知层的功能是数据的采集与物体的识别，着重讲述自动识别技术、定位技术、智能嵌入技术、传感器及组网技术；网络层的功能是数据的可靠传输与智能处理，重点讲述各种网络接入技术，特别是无线接入技术，同时讲述物联网网络服务与海量数据存储与处理技术；应用层的功能是数据的行业应用，重点讲述不同的物联网技术在不同行业的具体应用方案。
《物联网技术及应用教程》可作为物联网专业、网络工程专业大学本科教材，也可以作为高职院校、培训机构的物联网专业培训教材，另外对从事物联网、计算机网络的工程技术人员也有一定的学习和参考价值。
《物联网技术及应用教程》紧跟物联网技术的前沿发展，应用大量实际工程案例辅助教学，使学生在学习之后具备初步的实际工程应用技能。
前 言
顾名思义，物联网就是物、物相连的互联网，它建立于互联网的基础之上，是互联网向物的领域的自然延伸。物联网是典型的交叉学科，涉及电子、计算机、控制、通信、新能源、新材料等多学科专业知识。目前全国范围内有成百上千所大学已经开设或者准备开设物联网相关专业，对教材的需求数量较大。但已经面世的教材良莠不齐，或者偏重理论、缺乏应用案例，或者内容陈旧、跟不上物联网领域的最新发展，又或者对物联网的理解还停留在传感网的层面。针对这种状况，本书试图追踪物联网领域的最新技术发展方向与行业应用案例，以数据流动为主线，分感知、网络、应用三层讲述物联网的概念与体系结构。在全面详细介绍物联网技术的基础上，结合实际行业应用案例以及精心设计的相关实验，以达到讲练结合、案例教学、理论与技能并重的目的。
本书主要分为五大部分，按照物联网技术架构分层详细讲述物联网的关键技术。
第1部分为绪论，主要讲述物联网的起源、发展、概念、结构、支撑技术以及应用案例。
第2部分为感知层的关键技术，即第2章自动识别技术，第3章传感器与无线传感网，第4章定位技术，第5章智能嵌入技术。
第3部分为网络层的关键技术，即第6章通信网络技术，第7章物联网网络服务，第8章海量数据存储与处理技术。
第4部分为物联网应用层具体行业应用案例，即第9章物联网应用，主要介绍物联网技术在工业、农业、物流、交通、电网、环保、安防、医疗、家居、金融等领域的应用状况。
第5部分为贯穿整个物联网三个层次的安全技术，即第10章物联网安全技术，包括物联网安全架构、各层面临的安全威胁以及确保物联网安全而使用的安全关键技术。
本书作为普通高等院校相关专业本科生教材，力争紧跟物联网技术的前沿发展，应用大量实际工程案例辅助教学，使学生在学习之后具备初步的实际工程应用技能。本书也可以作为高职院校、培训机构的物联网专业培训教材，另外对从事物联网、计算机网络的工程技术人员也有一定的参考价值。
本书各章都附有习题，有些章还配有实践项目或者实验，以帮助学生加深对技术原理的理解，增强对物联网发展趋势的把握，增加实际工程应用经验。
本书由贾坤负责拟定写作大纲、组织编写、总纂和审阅定稿。具体编写分工如下：贾坤编写第1～5章、第8～10章，贾坤、黄平共同编写第7章，贾坤、肖铮共同编写第6章；张继勇提供数据存储技术一节的研究资料，曾昶畅提供实验设计方面的资料，他们也参与了本书的编写工作。在编写之初，得到东软睿道公司赵国辉老师的启发，在编写过程中得到成都东软学院计科系宁多彪主任、陈建主任的支持与鼓励，在审稿修改的过程中编辑提出了很多有益的意见与建议，在此表示感谢。
本书在编写过程中，参考了大量书刊与文献资料，主要参考书籍已在参考文献中列出，但疏漏在所难免，在此对参考引用的书刊文献作者表示衷心的感谢。由于本人水平所限，书中若有错误或不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编 者
目 录
第1章 绪论 1
1.1 物联网的起源与发展 2
1.1.1 美国智慧地球战略 3
1.1.2 中国感知中国计划 3
1.1.3 日本及欧盟发展计划 4
1.2 物联网的基本概念 5
1.2.1 物联网的定义 5
1.2.2 物联网的特征 6
1.2.3 物联网与各种网络的关系 7
1.3 物联网的体系结构 9
1.3.1 感知层 13
1.3.2 网络层 13
1.3.3 应用层 14
1.4 物联网的支撑技术 15
1.4.1 感知层的支撑技术 15
1.4.2 网络层的支撑技术 17
1.4.3 应用层的支撑技术 18
1.5 物联网应用案例 19
1.5.1 精细农牧业 19
1.5.2 智能电网 20
1.5.3 智能交通 20
1.5.4 智慧物流 20
1.5.5 智能家居 21
1.5.6 智慧医疗 21
1.5.7 智能安防 21
小结 21
习题 22
实践调研物联网应用案例 22
第2章 自动识别技术 23
2.1 自动识别技术概述 24
2.1.1 自动识别技术的概念 24
2.1.2 自动识别技术的分类 24
2.1.3 自动识别系统的构成 25
2.2 物品信息编码及识别技术 26
2.2.1 物品信息编码发展简史 26
2.2.2 条码技术概述 27
2.2.3 条码识别系统处理流程 32
2.3 射频识别 36
2.3.1 RFID系统工作原理 36
2.3.2 RFID系统分类 39
2.3.3 RFID系统组成 42
2.3.4 RFID系统的防碰撞机制及防冲突算法 48
2.3.5 RFID应用前景 50
2.4 卡识别 51
2.4.1 磁卡识别技术 51
2.4.2 IC卡识别技术 52
2.5 语音识别 53
2.5.1 语音识别系统分类 54
2.5.2 语音识别工作原理 54
2.6 光学字符识别 56
2.7 生物识别 57
小结 58
习题 59
实践调研RFID及生物识别技术 59
第3章 传感器与无线传感网 61
3.1 传感器概述 62
3.1.1 传感器的定义 62
3.1.2 传感器的构成 63
3.1.3 传感器的特性 63
3.1.4 传感器的种类 65
3.1.5 传感器产业的发展 67
3.2 常用传感器 69
3.2.1 温度传感器 69
3.2.2 湿度传感器 71
3.2.3 气敏传感器 73
3.2.4 应变片式传感器 74
3.2.5 霍尔传感器 76
3.2.6 超声波传感器 77
3.3 新型传感器 78
3.3.1 多功能传感器 79
3.3.2 MEMS传感器 80
3.3.3 智能传感器 83
3.4 传感器的应用 87
3.4.1 传感器应用现状 87
3.4.2 传感器应用案例 88
3.5 无线传感网概述 90
3.5.1 无线传感网的组成 91
3.5.2 无线传感网的体系结构 93
3.5.3 无线传感网的特征 94
3.5.4 无线传感网的接入 96
3.6 无线传感网的通信协议 97
3.6.1 MAC协议 97
3.6.2 路由协议 100
3.6.3 传输协议 104
3.7 无线传感网的组网技术 105
3.7.1 无线传感网的组网模式 105
3.7.2 ZigBee概述 105
3.7.3 ZigBee协议的特点 106
3.7.4 ZigBee协议的设备和结构 107
3.7.5 ZigBee协议栈 108
3.7.6 6LoWPAN 111
3.8 无线传感网的关键技术 114
3.8.1 拓扑控制 114
3.8.2 时间同步 115
3.8.3 数据融合 117
3.9 无线传感网的应用 120
小结 121
习题 121
实践调研高铁使用的物联网技术 122
第4章 定位技术 125
4.1 定位技术概述 126
4.1.1 定位技术的早期发展 126
4.1.2 定位的性能指标 127
4.1.3 定位技术的分类 127
4.1.4 定位技术与物联网 128
4.2 全球导航卫星系统 128
4.2.1 美国GPS 128
4.2.2 俄罗斯GLONASS 133
4.2.3 中国BDS 134
4.2.4 欧洲GALILEO 135
4.3 基于网络的定位技术 137
4.3.1 基于移动通信网络的定位 137
4.3.2 基于无线局域网的定位 140
4.4 感知定位技术 142
4.4.1 蓝牙定位技术 142
4.4.2 基于ZigBee的定位技术 143
4.4.3 基于RFID的定位技术 143
4.4.4 基于红外的定位技术 144
4.4.5 超声波定位技术 144
4.4.6 超宽带定位技术 145
4.5 混合定位 145
4.5.1 A-GPS 145
4.5.2 GPSOne 147
4.6 基于位置的服务 147
4.6.1 LBS发展历程 148
4.6.2 LBS系统构成 149
4.6.3 LBS核心技术 150
4.6.4 LBS服务模式 151
4.6.5 LBS应用案例AR 153
小结 154
习题 154
实践调研物联网定位技术应用案例 155
第5章 智能嵌入技术 157
5.1 嵌入式系统概述 158
5.1.1 基本概念 158
5.1.2 基本特点 158
5.1.3 发展过程 159
5.2 嵌入式系统的结构 159
5.2.1 硬件层 160
5.2.2 硬件抽象层 160
5.2.3 系统软件层 161
5.2.4 应用软件层 161
5.3 嵌入式微处理器的分类 161
5.3.1 嵌入式微控制器 162
5.3.2 嵌入式数字信号处理器 162
5.3.3 嵌入式微处理单元 163
5.3.4 片上系统 163
5.4 嵌入式操作系统 164
5.4.1 嵌入式操作系统概述 164
5.4.2 嵌入式操作系统的发展 165
5.4.3 典型的嵌入式操作系统 166
5.5 智能嵌入技术的应用 171
5.5.1 工业自动化 171
5.5.2 商业应用 171
5.5.3 网络设备 171
5.5.4 智能家居 172
5.5.5 机器人 173
5.6 智能嵌入技术的发展趋势 173
小结 174
习题 174
实践配置Android系统集成开发环境 174
第6章 通信网络技术 175
6.1 有线接入技术 177
6.1.1 Ethernet接入技术 177
6.1.2 ADSL接入技术 178
6.1.3 HFC接入技术 179
6.1.4 光纤接入技术 179
6.1.5 电力线接入技术 180
6.2 无线接入技术 181
6.2.1 Wi-Fi技术(IEEE 802.11) 182
6.2.2 Blue-Tooth技术(IEEE 802.15.1) 185
6.2.3 UWB技术(IEEE 802.15.3) 187
6.2.4 ZigBee技术(IEEE 802.15.4) 189
6.2.5 红外通信技术(IrDA) 189
6.2.6 IEEE 802.16(Wi-Max) 191
6.2.7 IEEE 802.20(MBWA) 192
6.3 移动通信网络 192
6.3.1 1G第一代移动通信技术 192
6.3.2 2G第二代移动通信技术 193
6.3.3 3G第三代移动通信技术 196
6.3.4 4G第四代移动通信技术 198
6.3.5 5G第五代移动通信技术 201
6.4 核心网 202
6.4.1 核心传输网络 202
6.4.2 核心交换网络 204
小结 205
习题 205
实践调研智能电网所用到的通信技术 205
第7章 物联网网络服务 207
7.1 物联网网络服务概述 208
7.2 物联网名称解析服务 211
7.2.1 物联网名称解析服务的工作原理 211
7.2.2 ONS结构与服务方式 213
7.2.3 ONS工作流程 215
7.3 物联网信息发布服务 218
7.3.1 物联网信息发布服务的工作原理 218
7.3.2 EPCIS的功能与作用 219
7.3.3 EPCIS系统设计 221
7.4 实体标记语言PML 223
7.4.1 PML概述 223
7.4.2 PML核心思想 224
7.4.3 PML的组成与设计方法 226
7.4.4 PML设计举例 228
小结 229
习题 229
实践ISO、EPC Global及UID三大RFID标准体系 229
第8章 海量数据存储与处理技术 231
8.1 物联网数据处理技术概述 232
8.1.1 物联网数据的特点 232
8.1.2 物联网数据处理关键技术 233
8.2 海量数据存储技术 234
8.2.1 海量数据存储需求 234
8.2.2 数据存储分类 235
8.2.3 数据存储技术的发展演变 236
8.3 云计算与物联网 239
8.3.1 服务器技术的发展 239
8.3.2 数据中心的基本概念 241
8.3.3 云计算的基本概念 243
8.3.4 云计算系统的组成 245
8.3.5 云计算与物联网的关系 248
8.3.6 云计算在物联网中的应用 249
8.4 数据融合技术 253
8.4.1 无线传感器网络数据融合技术 253
8.4.2 数据融合的分类 254
8.5 普适计算与物联网 256
8.5.1 普适计算技术的特征 257
8.5.2 普适计算的系统组成 258
8.5.3 普适计算的体系结构 258
8.6 人工智能与物联网 259
小结 260
习题 260
实践调研云计算服务方案 260
第9章 物联网应用 263
9.1 智能工业 264
9.1.1 智能工业的概念 264
9.1.2 智能工业的应用领域 264
9.1.3 物联网与工业自动化 265
9.1.4 智能化的制造技术 265
9.1.5 智能工业的关键技术 267
9.2 智慧农业 268
9.2.1 智慧农业的概念 268
9.2.2 智慧农业的关键技术 268
9.2.3 智慧农业技术方案 270
9.2.4 智慧农业发展与应用实例 271
9.3 智能物流 273
9.3.1 智能物流的概念 273
9.3.2 智能物流的主要技术 273
9.3.3 物联网对物流的影响 275
9.3.4 智能物流的发展方向 277
小结 280
习题 280
实践精细农业智能大棚系统设计 280
第10章 物联网安全技术 283
10.1 物联网的安全架构 284
10.1.1 物联网面临的安全风险 284
10.1.2 物联网系统安全架构的特点 286
10.1.3 物联网系统安全架构的组成 286
10.2 物联网的安全威胁 287
10.2.1 感知层安全 288
10.2.2 网络层安全 293
10.2.3 应用层安全 296
10.3 物联网安全关键技术 297
10.3.1 密钥管理技术 297
10.3.2 身份认证技术 299
10.3.3 访问控制技术 300
小结 301
习题 301
实践调研物联网安全威胁 301
参考文献 302
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