物联网导论（第三版）

汇集十余名相关专业的博士和专家，结合各自在物联网相关领域的理论研究和实践，全方位阐述了物联网的发展现状及关键技术。

适合作为高等院校物联网及相关专业学生的教材和参考书，也适合作为物联网技术相关研究人员、企事业单位相关专业人员进行物联网工作的重要参考资料。

第三版前言

物联网（Internet of Things，IoT）是通过信息传感设备，按照约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换及通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。随着5G、低功耗广域网等基础设施加速落地，物联网技术与应用得到迅猛发展。数以万亿的新设备、感知终端接入网络并产生海量数据，人工智能、边缘计算、区块链等新技术加快与物联网结合，极大促进了物联网与各个行业的跨界融合，各种创新应用层出不穷，物联网的生态构建、产业发展及技术创新快速发展。

随着我国“互联网+”“智能+”等战略提出，互联网企业、传统行业企业、设备商、电信运营商等全面加入物联网产业，产业生态初具雏形，连接技术不断突破，NB-IoT、eMTC、Lora等低功耗广域网全球商用化进程不断加速。在感知层面，各类终端持续向多功能、智能化发展；在传输层面，各类通信技术不断创新落地，网络基础设施迅速完善，物联网从碎片化逐渐互联互通；在应用层方面，大数据、人工智能、区块链等技术迅猛发展，各类应用不断涌现。

本书汇集了十余名相关专业的博士和专家，结合各自在物联网相关领域的理论研究和实践，从物联网关键技术和典型应用两方面全方位阐述了物联网的发展现状及关键技术，全书共13章。

第1章阐述物联网的发展背景、定义、特征以及发展趋势，深入分析物联网体系架构，并分别对欧美、日韩和中国等国内外物联网的发展进程、主要研究和实践情况进行介绍。

第2章介绍物联网识别技术。主要对射频识别（RFID）技术进行详细介绍，包括RFID技术背景、原理、产品及中间件等。同时，对RFID安全隐私问题及IPv6等进行阐述。

第3章从物联网感知层出发，详细介绍物联网传感技术。包括传感器的构成、分类；传感网的自组网技术、协议体系、节点覆盖等理论、技术原理及应用。

第4章主要介绍物联网智能视觉技术。包括智能视觉技术的定义，智能视觉的分析、识别、改良技术以及智能视觉技术的典型应用。

第5章从物联网传输层出发，主要介绍支撑信息传输的关键通信技术，包括ZigBee技术、WLAN技术、LiFi技术、蓝牙技术等，以及低功耗广域网技术（NB-IoT等）、广域网通信技术及卫星、光纤通信技术等。

第6章从应用层出发，主要介绍大数据、云计算、物联网定位等应用技术。

第7章介绍物联网安全技术，主要从物联网三个层次的安全威胁、安全技术及相关案例进行详细阐述。

第8章至第13章主要介绍智能交通、智能家居、智能物流、智能医疗等物联网典型应用。

本书由张翼英任主编，张素香、梁琨任副主编。张翼英负责全书统筹再版工作并参与全部章节编写。张素香、梁琨对全书进行了审校。

具体编写分工如下：第1章由张翼英任编写，第2章由梁琨、阎宏艳、侯琳、张翼飞编写，第3章由袁仲云、韦然、李温静编写，第4章由吴超、胡志强编写，第5章由张爱华、张素香、何业慎编写；第6章由梁琨、侯荣旭、张翼英编写，第7章由王聪、张翼英、高德荃、朱少敏编写；第8章由郭庆雷、史艳翠、张亚男编写，第9章由杨美艳、刘柱、何业慎、吴庆编写；第10章由张茜编写，第11章由马兴毅、陈亚瑞、李冰编写，第12章由张素香、张翼英、甄岩编写，第13章由张波、曾令康、廖逍、张喆编写。同时，刘飞、庞浩渊、刘松、阮元龙、尚静、王鹏凯、周保先、刘晶晶等同学为本书的编写做了一定的工作。

感谢中国水利水电出版社在本书出版过程中给予的大力支持，感谢石永峰编辑的帮助。感谢西安电子科技大学杨清海博士、山东大学孙丰金博士等对本书提出的宝贵意见，使我们受益匪浅。

希望本书能够对关心物联网技术和产业发展的各级领导和行业监管部门、高校师生，以及产业链相关领域的从业人员、投融资人士等都能有所裨益，为我国物联网产业发展添砖加瓦。由于笔者水平及时间所限，各位编者编写风格各异，书中难免有不足之处，恳请专家和读者批评指正。

编 者

2019年8月

第三版前言
第一版前言

第1章 物联网概述 1
1.1 物联网的概念 1
1.1.1 物联网发展背景 2
1.1.2 物联网的定义 3
1.1.3 物联网的特征 4
1.1.4 物联网应用范围 5
1.2 物联网体系结构 7
1.2.1 感知层 7
1.2.2 网络层 8
1.2.3 应用层 9
1.2.4 物联网安全 11
1.3 国际物联网发展现状 14
1.3.1 美国 14
1.3.2 欧盟 15
1.3.3 日韩 17
1.4 我国物联网的现状与展望 18
1.4.1 发展状况 18
1.4.2 存在的问题 20
1.4.3 实践与展望 21
第2章 物联网识别技术 23
2.1 RFID技术概述 23
2.1.1 RFID技术简介 23
2.1.2 RFID技术的背景 23
2.1.3 RFID系统的组成 24
2.1.4 RFID系统的分类 25
2.2 RFID读写器 26
2.2.1 读写器概述 26
2.2.2 读写器的工作原理 27
2.2.3 读写器的组成结构 28
2.2.4 读写器的种类 29
2.2.5 读写器的发展前景 31
2.3 电子标签 31
2.3.1 电子标签的组成结构 32
2.3.2 电子标签的分类 34
2.3.3 电子标签的发展趋势 35
2.4 中间件 36
2.4.1 中间件的功能及实现原理 36
2.4.2 中间件的系统架构 36
2.5 RFID技术的标准 37
2.5.1 RFID系统技术标准概述 37
2.5.2 ISO标准体系 38
2.5.3 EPC Global标准体系 40
2.5.4 我国的标准体系 40
2.6 RFID系统的安全隐私 41
2.6.1 RFID系统的安全问题及策略 41
2.6.2 RFID电子标签的安全问题和解决
方案 42
2.6.3 RFID系统的隐私数据保护 44
2.7 RFID与IPv6 45
第3章 物联网传感技术 46
3.1 传感器概述 46
3.1.1 传感器的概念 46
3.1.2 传感器的组成 48
3.1.3 传感器的分类 48
3.1.4 传感器的特性 49
3.1.5 传感器的具体实例 50
3.1.6 传感器技术的发展趋势 52
3.2 传感网概述 52
3.2.1 传感网概念 52
3.2.2 传感网协议体系结构 54
3.2.3 传感网拓扑结构 56
3.3 传感网的关键技术与节点部署 58
3.3.1 传感网的关键技术 58
3.3.2 传感网的节点技术 60
3.3.3 传感网的节点部署 61
3.3.4 传感网覆盖 61
3.3.5 连接与节能 62
3.4 无线传感网 62
3.4.1 无线传感网概述 62
3.4.2 无线传感网的应用领域 64
3.4.3 无线传感网节点设计主要原则 64
第4章 物联网智能视觉技术 66
4.1 智能视觉技术综述 66
4.1.1 智能视觉技术研究内容 67
4.1.2 物联网与智能视觉技术 67
4.1.3 智能视觉技术硬件架构 68
4.1.4 智能视觉技术的应用前景 69
4.2 智能视觉核心技术 70
4.2.1 智能视觉分析技术 70
4.2.2 智能视觉识别技术 77
4.3 智能视觉的典型应用 83
4.3.1 公交车载视频监控系统 83
4.3.2 智能机场安防监控系统 84
第5章 物联网通信技术 86
5.1 短距离无线通信技术 86
5.1.1 蓝牙技术 86
5.1.2 ZigBee技术 91
5.1.3 WiFi技术 93
5.1.4 LiFi技术 96
5.2 低功耗广域网技术 99
5.2.1 LoRa技术 99
5.2.2 SigFox技术 101
5.2.3 RPMA技术 103
5.2.4 NB-IoT技术 104
5.2.5 eMTC技术 106
5.3 卫星通信技术 107
5.3.1 卫星通信系统 107
5.3.2 卫星移动通信技术 108
5.4 光纤通信技术 110
5.4.1 PDH技术 110
5.4.2 SDH技术 110
5.4.3 OTN技术 112
5.4.4 光纤通信技术在物联网中的应用 112
第6章 物联网应用技术 113
6.1 大数据及其相关技术 113
6.1.1 大数据概述 113
6.1.2 数据仓库 119
6.1.3 数据挖掘 120
6.1.4 数据可视化 121
6.2 云计算及其相关技术 124
6.2.1 云计算概述 125
6.2.2 云计算平台 127
6.2.3 云服务 129
6.2.4 云计算的安全 130
6.3 物联网定位技术 132
6.3.1 定位与位置服务 132
6.3.2 无线定位系统 133
6.3.3 卫星定位系统 135
6.3.4 蜂窝定位系统 138
6.4 人工智能技术 139
6.4.1 人工智能的发展 139
6.4.2 人工智能的研究与应用 140
第7章 物联网安全技术 142
7.1 物联网安全基础 142
7.1.1 物联网安全概述 142
7.1.2 物联网安全特征 143
7.1.3 物联网安全技术 144
7.1.4 物联网安全体系结构 146
7.2 物联网感知层安全 147
7.2.1 物联网感知层的安全威胁 147
7.2.2 物联网感知层安全技术 147
7.3 物联网网络层安全 153
7.3.1 物联网网络层的安全威胁 153
7.3.2 物联网核心网安全典型安全防护
系统部署 153
7.4 物联网应用层安全 156
7.4.1 物联网应用层安全威胁 156
7.4.2 物联网云计算安全技术 157
7.4.3 区块链技术增强物联网安全应用
前景 159
7.5 物联网安全案例 161
7.5.1 美国DNS服务遭DDos攻击 161
7.5.2 乌克兰电网遭到攻击案例 162
7.5.3 心脏出血漏洞 163
7.5.4 高级持续性威胁 163
第8章 智能交通 165
8.1 智能交通系统 166
8.1.1 智能交通的定义及发展 166
8.1.2 智能交通的主要特征 168
8.1.3 智能交通系统的体系结构 171
8.1.4 智能交通系统的关键技术 179
8.2 基于LBS的智能交通系统 184
8.2.1 相关概念 185
8.2.2 体系架构 186
8.2.3 LBS在智能交通系统中的应用 188
8.3 无人驾驶汽车 190
8.3.1 无人驾驶汽车的概念 190
8.3.2 无人驾驶汽车的体系结构 191
8.3.3 典型的无人驾驶汽车 192
8.3.4 无人驾驶汽车存在的问题 194
8.4 电动汽车 195
8.4.1 电动汽车的基础知识 195
8.4.2 电动汽车的智能运营支撑系统 196
8.4.3 电动汽车的发展趋势 197
第9章 智能家居 198
9.1 智能家居概述 198
9.1.1 智能家居的定义 198
9.1.2 智能家居的功能 200
9.1.3 智能家居的特点 202
9.2 智能家居的发展状况 202
9.2.1 国外的发展状况 203
9.2.2 我国的发展状况 203
9.3 智能家居系统 204
9.3.1 智能家居通信网络 204
9.3.2 智能控制中心 209
9.3.3 智能终端 211
9.4 新技术下智能家居发展趋势 213
9.4.1 云计算在智能家居中的应用 213
9.4.2 人工智能在智能家居中的应用 213
9.4.3 AR技术在智能家居的应用 214
第10章 智能物流 215
10.1 物流信息化发展概述 215
10.1.1 我国物流发展历程 215
10.1.2 物联网技术对物流的影响 217
10.1.3 物流发展趋势 218
10.2 物联网在物流行业的典型应用 219
10.2.1 应用历程 219
10.2.2 典型行业应用 221
10.3 智能物流发展趋势 225
第11章 智能诊疗 227
11.1 智能诊疗概述 227
11.1.1 智能诊疗的概念和意义 227
11.1.2 智能诊疗的主要特征 230
11.1.3 智能诊疗的发展现状 231
11.2 智能诊疗系统 233
11.2.1 智能诊疗系统的整体框架 233
11.2.2 智能诊疗系统的硬件 234
11.2.3 智能诊疗系统的软件 237
11.2.4 智能诊疗系统的生物组件 242
11.3 医疗信息化 245
11.3.1 医疗信息化发展背景 245
11.3.2 医疗信息系统的结构 245
11.3.3 医疗信息系统的基本功能 247
11.4 智能诊疗应用实例 248
11.4.1 传染病人及传染物的监控 248
11.4.2 婴儿防盗识别系统 250
11.4.3 远程医疗 252
11.5 智能诊疗发展趋势 253
第12章 智能电网 255
12.1 智能电网概述 255
12.1.1 智能电网的定义 256
12.1.2 智能电网的建设目标 256
12.1.3 泛在电力物联网支撑我国电力
系统发展 257
12.2 智能电网应用中的关键技术 258
12.2.1 主要通信技术 259
12.2.2 电力云 263
12.2.3 电力物联网信息安全防护 265
12.3 电力设施防护系统 265
12.3.1 总体架构 265
12.3.2 网络拓扑结构 266
12.3.3 平台功能设计 267
12.3.4 实施效果 268
12.4 电力设备移动巡检系统 269
12.4.1 系统功能设计 270
12.4.2 系统网络结构 270
12.4.3 功能设计 271
12.5 输电线路在线监测系统 271
12.5.1 总体介绍 272
12.5.2 实施原则及应用范围 274
12.5.3 网络拓扑结构 274
12.5.4 系统功能 274
第13章 智能建筑 277
13.1 智能建筑概述 277
13.1.1 基本概念 278
13.1.2 发展现状 279
13.1.3 国内设计标准 280
13.1.4 特点和优势 282
13.2 智能建筑的组成和基本功能 283
13.2.1 智能建筑的组成 283
13.2.2 智能建筑的主要功能 285
13.3 智能建筑的基本要求和系统建设 287
13.3.1 智能建筑的基本要求 287
13.3.2 系统建设 288
13.4 智能建筑的发展趋势 291
13.4.1 “互联网+”催生智能化建筑 291
13.4.2 与建筑信息模型技术的结合应用 292
13.4.3 与绿色生态建筑相结合 293
13.5 智能建筑应用案例 294
参考文献 302

1. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
2. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
3. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
4. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
5. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
6. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
7. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
8. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
9. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
10. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
11. 湖湘文化与交互艺术的融合创新 [徐英 尹志强 著]
12. 机械设计基础（第二版） [主编 田亚平 李爱姣]
13. 人工智能技术导论 [主编 刘军 赵守凯 林海]
14. 画法几何与机械制图 [主编 赵军]
15. C语言程序设计习题与实验指导（第二版） [主编 甄增荣 张宾]
16. C语言程序设计（第二版） [主编 甄增荣 田云霞]
17. Unity3D虚拟现实应用开发实践 [主 编 刘龙]
18. 智能化技术基础（第三版） [邓文达　李礼]
19. 人工智能应用系统开发项目化教程 [主编 杨家慧 周永福 魏育华]
20. 面向对象程序设计 [主编 张勇 张平华 赵小龙]
21. Java Web应用技术项目化教程 [黄日胜 方阿丽]
22. 大学计算机基础及管理应用实验教程 [赵丹 解全颖]
23. 网络营销 [主编 夏薇薇 刘婷 尚洁]
24. CLO 3D服装虚拟仿真设计与应用基础 [主编　王静]
25. 人工智能技术与机器人 [主编　邵克勇]
26. 大数据技术与应用 [主　编　蔡劲松　李伟]
27. WPS Office高级应用教程 [主编 牛莉 刘卫国]
28. MS Office高级应用教程 [主编 牛莉 刘卫国]
29. Python机器学习技术与应用 [主 编 王路漫 齐惠颖]
30. 数据库技术与应用实践教程（SQL Server 2019） [主 编 严晖 周肆清]