物联网技术导论与应用

第1章 绪论 1

1.1　物联网的概念　1

1.2　物联网的技术特征　2

1.2.1　全面感知　2

1.2.2　互通互联　3

1.2.3　智慧运行　3

1.3　物联网的发展概况　4

1.3.1　物联网概念的诞生　4

1.3.2　物联网在国外的发展　4

1.3.3　物联网在国内的发展　5

1.3.4　物联网进入2.0时代　6

1.4　物联网内涵及网络演进　7

1.4.1　物联网起源于射频识别

领域　7

1.4.2　无线传感器网络概念的融入　8

1.4.3　从互联网到物联网的演进　8

1.4.4　泛在网络的愿景　10

1.5　物联网体系架构　11

1.5.1　物联网的基本组成　11

1.5.2　感知层　11

1.5.3　网络层　16

1.5.4　应用层　23

本章小结　28

思考与练习　29

第2章　射频识别及应用　30

2.1　自动识别概述　30

2.1.1　自动识别技术的概念　30

2.1.2　自动识别系统的组成　31

2.1.3　自动识别技术的分类　32

2.1.4　几种常见的自动识别技术　32

2.2　RFID系统　37

2.2.1　RFID的基本组成　37

2.2.2　RFID的发展历史　42

2.2.3　RFID的分类　44

2.2.4　RFID的工作原理　46

2.2.5　电子标签与读写器　48

2.2.6　RFID的标准体系　51

2.2.7　RFID的发展趋势　53

2.3　物联网的起源—EPC系统的

体系架构　55

2.3.1　物联网RFID体系架构　55

2.3.2　全球物品编码　55

2.3.3　EPC标签与读写器　58

2.3.4　EPC中间件　60

2.3.5　EPC的网络服务　60

2.4　物联网RFID应用举例　61

2.4.1　物联网RFID在德国汽车

制造中的应用　61

2.4.2　物联网RFID在医疗管理

中的应用　62

2.4.3　物联网RFID在门票防伪

中的应用　64

本章小结　66

思考与练习　67

第3章　传感器与无线传感器网络

及应用　68

3.1　传感器概述　68

3.1.1　传感器的概念　68

3.1.2　传感器的组成与分类　69

3.1.3　传感器的一般特性　70

3.1.4　传感器的技术特点　73

3.1.5　传感器的发展趋势　74

3.2　传感器的工作原理　76

3.2.1　应变式传感器　76

3.2.2　光电式传感器　78

3.2.3　超声波传感器　81

3.2.4　半导体传感器　83

3.2.5　生物传感器　86

3.2.6　传感器集成化、智能化和

网络化　87

3.3　无线传感器网络　90

3.3.1　无线传感器网络的概念　90

3.3.2　无线传感器网络的组成　90

3.3.3　无线传感器网络的特点　91

3.3.4　无线传感器网络核心技术　93

3.3.5　无线传感器网络协议　94

3.4　传感器与无线传感器网络应用

举例　96

3.4.1　从传统传感器到智能传感

器的应用　96

3.4.2　传感器在汽车中的应用　98

3.4.3　无线传感器网络的应用　99

本章小结　101

思考与练习　102

第4章　物联网定位及应用　103

4.1　导航与定位系统概述　103

4.1.1　导航与定位的基本概念　103

4.1.2　导航与定位的基本任务　103

4.1.3　导航与定位的分类　104

4.1.4　无线电导航与定位的发展

概况　105

4.1.5　无线电导航与定位的基本

原理　108

4.2　GPS全球定位系统　109

4.2.1　GPS全球卫星定位系统的

组成　109

4.2.2　GPS定位的基本原理　110

4.2.3　GPS卫星信号　112

4.2.4　GPS现代化的进展　115

4.3　室内定位技术　115

4.3.1　室内定位的技术特点　115

4.3.2　室内无线电定位技术　115

4.3.3　室内超声波定位技术　117

4.3.4　室内红外定位技术　118

4.4　定位技术应用举例　118

4.4.1　GPS定位在大地测量中的

应用　118

4.4.2　定位技术在机器人领域的

应用　119

4.4.3　场景中的精准定位应用　120

本章小结　121

思考与练习　121

第5章　物联网通信及应用　123

5.1　无线移动通信系统概述　123

5.1.1　无线电频谱　123

5.1.2　无线通信网络　124

5.2　无线接入网　126

5.2.1　ZigBee　126

5.2.2　蓝牙　129

5.2.3　UWB　133

5.2.4　60GHz通信　135

5.2.5　WLAN　136

5.2.6　WiMAX　138

5.3　移动通信系统　141

5.3.1　*代（1G）移动通信　141

5.3.2　第二代（2G）移动通信　142

5.3.3　第三代（3G）移动通信　143

5.3.4　第四代（4G）移动通信　146

5.3.5　第五代（5G）移动通信　150

5.4　有线接入网　152

5.4.1　基于双绞线传输的接入网　152

5.4.2　基于光传输的接入网　153

5.4.3　混合光纤/同轴接入网　155

5.5　光网络　155

5.5.1　光纤的发明　155

5.5.2　光网络的诞生　156

5.5.3　光网络的发展历程　156

5.5.4　光网络的发展现状　157

5.5.5　光网络的发展趋势　159

5.6　物联网通信应用举例　160

5.6.1　NB-IoT在城市智慧停车

系统中的应用　160

5.6.2　Google在60GHz用手势

操作设备的应用　162

5.6.3　武汉邮电科学研究院单模七

芯光纤的应用　163

本章小结　164

思考与练习　164

第6章　物联网EPC系统网络服务

及应用　165

6.1　EPC系统网络服务概述　165

6.2　EPC系统名称解析服务　167

6.2.1　EPC系统名称解析服务概述　167

6.2.2　IP地址和IPv6　168

6.2.3　域名解析　171

6.2.4　ONS层次结构与服务方式　173

6.2.5　ONS工作原理和查询举例　176

6.3　EPC系统信息发布服务　178

6.3.1　EPC系统信息发布服务

概述　178

6.3.2　万维网　179

6.3.3　超文本与超媒体　180

6.3.4　EPCIS的作用　181

6.3.5　EPCIS系统设计　182

6.3.6　PML描述物体　184

6.4　EPC系统网络服务应用举例　186

6.4.1　EPC技术在西班牙伊比利

亚火腿追踪中的应用　186

6.4.2　PML文档应用举例　187

6.4.3　EPCIS在商业数据追溯上

的应用　188

本章小结　189

思考与练习　190

第7章　物联网与大数据和云计算　191

7.1　大数据的概念及物联网产生的

大数据　191

7.1.1　什么是大数据　191

7.1.2　数据的量级　191

7.1.3　大数据的特征　192

7.1.4　大数据的分类及产生主体　193

7.1.5　物联网产生的大数据　195

7.2　大数据技术　197

7.2.1　谷歌技术“三件宝”—

大数据的技术起源　197

7.2.2　大数据技术的开源实现　201

7.2.3　大数据的技术体系　202

7.3　云计算　206

7.3.1　云计算的概念和特点　206

7.3.2　云计算的层次架构　208

7.3.3　基础设施即服务　208

7.3.4　平台即服务　210

7.3.5　软件即服务　211

7.4　大数据和云计算在物联网中的

应用举例　212

7.4.1　物联网中智慧医疗的大数据

应用模式　212

7.4.2　联想公司的工业物联和工业

大数据应用　213

7.4.3　云计算在车联网中的应用　215

本章小结　217

思考与练习　217

第8章　物联网与人工智能　218

8.1　人工智能的基本概念　218

8.1.1　什么是人工智能　218

8.1.2　人工智能的起源　219

8.1.3　人工智能的发展　219

8.1.4　人工智能的学科范畴　221

8.2　人工智能的研究方法　223

8.2.1　符号主义　224

8.2.2　连接主义　224

8.2.3　行为主义　225

8.3　人工智能的重要领域　225

8.3.1　计算机视觉　225

8.3.2　自然语言处理　226

8.3.3　认知科学　226

8.3.4　机器人学　227

8.3.5　博弈伦理　227

8.3.6　机器学习与深度学习　227

8.4　人工智能在物联网中的应用

举例　228

8.4.1　百度无人驾驶在物联网中的

应用　229

8.4.2　可穿戴设备在物联网和人工

智能中的应用　231

8.4.3　博弈伦理在人工智能中的

应用　233

本章小结　234

思考与练习　234

第9章　物联网中间件及应用　236

9.1　物联网中间件概述　236

9.1.1　中间件的概念　236

9.1.2　中间件的分类　237

9.1.3　物联网中间件的作用　238

9.1.4　物联网中间件的工作特点和

技术特征　239

9.2　物联网中间件的发展历程　240

9.2.1　中间件的发展阶段　240

9.2.2　中间件国内外发展现状　240

9.3　中间件结构和标准　241

9.3.1　中间件的系统框架　242

9.3.2　中间件的处理模块　243

9.3.3　中间件标准　245

9.4　物联网中间件应用举例　246

9.4.1　IBM中间件在远望谷RFID

硬件与系统衔接中的应用　246

9.4.2　微软中间件在各企业级商务

应用消息交流中的应用　248

9.4.3　国内中间件的应用　250

本章小结　250

思考与练习　251

第10章　物联网信息安全及应用　252

10.1　信息安全基础　252

10.1.1　信息安全的概念　252

10.1.2　信息安全的主要威胁和

具体方式　253

10.1.3　信息安全的解决手段　255

10.1.4　密码学基础　256

10.2　物联网安全概述　259

10.2.1　物联网安全威胁举例　259

10.2.2　物联网安全面临的挑战　260

10.2.3　物联网安全与互联网安全

的关系　261

10.3　物联网信息安全体系　262

10.3.1　物联网的安全层次模型　262



10.3.2　物联网感知层安全　263

10.3.3　物联网网络层安全　265

10.3.4　物联网应用层安全　266

10.3.5　与物联网相关的安全问题　267

10.4　物联网信息安全应用举例　268

10.4.1　信息物理安全在物联网中

的应用　268

10.4.2　信息安全在恩智浦公司

MIFARE卡中的应用与

实现　269

10.4.3　信息安全在物流领域的

应用与实现　271

本章小结　273

思考与练习　273

第11章　万物互联与物联网应用　274

11.1　万物互联　274

11.1.1　物联网的万物互联　274

11.1.2　多种通信模式在万物互

联中的应用　275

11.1.3　物联网机器对机器　280

11.1.4　改变产业、工作与生活

模式的万物互联应用　284

11.2　物联网应用　287

11.2.1　物联网在谷歌无人驾驶

汽车中的应用　287

11.2.2　共享单车—我国物联网

应用的一次爆发　289

11.2.3　物联网在西班牙农业中的

应用　293

11.2.4　物联网在跨洲食品配送中

的应用　294

11.2.5　物联网在全球机场管理中

的应用　296

11.2.6　物联网在我国无人银行中

的应用　299

本章小结　301

思考与练习　301

参考文献　303