更新时间：2023-12-03 07:47
物联网与互联网一字之差，“差”在哪里？不同的专家学者对这个“差”有不同的理解，有共识也有争论。本书讨论了物联网的起源与发展、核心技术、主要特点以及应用前景，为读者勾画出一个具有鲜明特征的物联网时代。本书系统地阐述了物联网的层次结构和功能划分，提出物联网四层体系结构模型，从感知识别、网络构建、管理服务、综合应用这4层分别进行阐述，深入浅出地为读者拨开萦绕于物联网的重重迷雾，引领求知者步入物联网世界。
本书在强调基本理念的基础上，也注意辨析易混淆的相近概念，避免造成认识上的误区，适合作为大学本科或研究生课程教材。作者团队为相关课程任课教师提供完整的教学课件（PowerPoint幻灯片）。此外，本书也可作为物联网科普读物。
目 录
第一篇 概 述
第 1 章 物联网概述… ……………………………………………………………… 003
1.1 起源与发展………………………………………………………………… 005
1.2 核心技术…………………………………………………………………… 006
1.3 主要特点…………………………………………………………………… 009
1.4 应用前景…………………………………………………………………… 010
第 2 章 自动识别技术与RFID…………………………………………………… 015
2.1 自动识别技术……………………………………………………………… 016
2.1.1 光符号识别技术……………………………………………………… 016
2.1.2 语音识别技术………………………………………………………… 016
2.1.3 生物计量识别技术…………………………………………………… 016
2.1.4 IC卡技术……………………………………………………………… 017
2.1.5 条形码技术…………………………………………………………… 018
2.1.6 射频识别技术………………………………………………………… 023
2.2 RFID的历史和现状… …………………………………………………… 024
2.2.1 历史…………………………………………………………………… 024
2.2.2 现状…………………………………………………………………… 027
2.3 RFID技术分析… ………………………………………………………… 028
2.3.1 阅读器………………………………………………………………… 029
2.3.2 天线…………………………………………………………………… 029
2.3.3 标签…………………………………………………………………… 029
2.3.4 频率…………………………………………………………………… 031
2.4 RFID标签冲突*… ………………………………………………………… 033
2.4.1 基于ALOHA的防冲突算法…………………………………………… 034
2.4.2 基于二进制树的防冲突算法………………………………………… 037
2.5 RFID和物联网… ………………………………………………………… 038
第二篇 感 知 识 别
第 3 章 传感器技术………………………………………………………………… 041
3.1 传感器概述………………………………………………………………… 041
3.2 发展历史…………………………………………………………………… 042
3.3 应用… ……………………………………………………………………… 044
3.3.1 军事监测中的传感器——VigilNet… ……………………………… 044
3.3.2 智能楼宇中的传感器——LoCal… ………………………………… 045
3.3.3 医疗监控中的传感器——Mercury…………………………………… 046
3.4 设计需求…………………………………………………………………… 047
3.5 硬件平台…………………………………………………………………… 049
3.5.1 供能装置……………………………………………………………… 049
3.5.2 传感器………………………………………………………………… 050
3.5.3 微处理器……………………………………………………………… 050
3.5.4 通信芯片……………………………………………………………… 052
3.6 操作系统*…………………………………………………………………… 054
3.6.1 开发语言……………………………………………………………… 055
3.6.2 任务调度……………………………………………………………… 056
3.6.3 关键服务……………………………………………………………… 057
3.6.4 其他传感器节点操作系统…………………………………………… 057
3.7 总结与展望………………………………………………………………… 057
第 4 章 定位系统… ………………………………………………………………… 059
4.1 位置信息…………………………………………………………………… 059
4.2 定位系统…………………………………………………………………… 060
4.2.1 GPS… ………………………………………………………………… 060
4.2.2 蜂窝基站定位………………………………………………………… 063
4.2.3 无线室内环境定位…………………………………………………… 065
4.2.4 新兴定位系统………………………………………………………… 067
4.3 定位技术…………………………………………………………………… 068
4.3.1 基于距离的定位……………………………………………………… 068
4.3.2 基于距离差的定位…………………………………………………… 070
4.3.3 基于信号特征的定位………………………………………………… 071
4.4 物联网环境下定位技术的新挑战和发展前景… ………………… 074
第 5 章 智能信息设备……………………………………………………………… 077
5.1 智能设备概述……………………………………………………………… 077
5.1.1 智能设备产生的背景………………………………………………… 077
5.1.2 传统智能设备………………………………………………………… 077
5.1.3 新时代的智能设备…………………………………………………… 079
5.2 智能设备运行平台*……………………………………………………… 085
5.3 智能设备发展新趋势… ………………………………………… 090
著名科学家访谈录之一……………………………………………………………… 092
第三篇 网 络 构 建
第 6 章 互联网… …………………………………………………………………… 097
6.1 互联网概述………………………………………………………………… 097
6.1.1 互联网基本组件……………………………………………………… 099
6.1.2 网络协议及其分层结构……………………………………………… 103
6.2 应用层… …………………………………………………………………… 105
6.2.1 应用层概述…………………………………………………………… 105
6.2.2 应用程序构架………………………………………………………… 106
6.2.3 Web和HTTP协议……………………………………………………… 107
6.2.4 域名系统……………………………………………………………… 110
6.3 传输层… …………………………………………………………………… 112
6.3.1 基本概念……………………………………………………………… 112
6.3.2 UDP协议… …………………………………………………………… 114
6.3.3 TCP协议… …………………………………………………………… 115
6.4 网络层… …………………………………………………………………… 118
6.4.1 路由器………………………………………………………………… 118
6.4.2 IP协议… ……………………………………………………………… 120
6.5 从互联网到物联网… …………………………………………………… 123
第 7 章 无线宽带网络……………………………………………………………… 129
7.1 无线宽带网络概述… …………………………………………………… 129
7.1.1 无线网络简介………………………………………………………… 129
7.1.2 无线宽带网络及其特点……………………………………………… 132
7.2 WiFi：无线局域网… …………………………………………………… 134
7.2.1 802.11物理层… ……………………………………………………… 134
7.2.2 802.11架构… ………………………………………………………… 136
7.2.3 802.11介质访问控制协议… ………………………………………… 137
7.2.4 802.11数据帧结构… ………………………………………………… 141
7.2.5 802.11小结… ………………………………………………………… 143
7.3 WiMAX：无线城域网…………………………………………………… 144
7.3.1 WiMAX概述及架构…………………………………………………… 144
7.3.2 WiMAX介质访问控制原理简介……………………………………… 146
7.3.3 WiMAX小结…………………………………………………………… 147
7.4 无线物联世界……………………………………………………………… 147
第 8 章 无线低速网络……………………………………………………………… 149
8.1 低速网络需求……………………………………………………………… 149
8.2 低速网络协议……………………………………………………………… 150
8.2.1 蓝牙…………………………………………………………………… 150
8.2.2 红外…………………………………………………………………… 151
8.2.3 802.15.4/ZigBee… …………………………………………………… 152
8.3 组网与网络互联… ……………………………………………………… 160
8.3.1 无线传感网组网协议………………………………………………… 160
8.3.2 IPv6网际互联… ……………………………………………………… 162
8.3.3 6LoWPAN……………………………………………………………… 165
第 9 章 移动通信网络……………………………………………………………… 167
9.1 移动通信发展历史… …………………………………………………… 168
9.1.1 第一代移动通信：模拟语音………………………………………… 168
9.1.2 第二代移动通信：数字语音………………………………………… 170
9.1.3 第三代移动通信：数字语音与数据………………………………… 173
9.2 3G通信技术和标准… …………………………………………………… 175
9.2.1 TD-SCDMA…………………………………………………………… 176
9.2.2 W-CDMA……………………………………………………………… 177
9.2.3 CDMA2000… ………………………………………………………… 178
9.3 移动互联网………………………………………………………………… 180
9.3.1 视频电话……………………………………………………………… 180
9.3.2 手机电视……………………………………………………………… 181
9.3.3 其他应用……………………………………………………………… 183
9.4 关于4G……………………………………………………………………… 185
著名科学家访谈录之二……………………………………………………………… 188
第四篇 管 理 服 务
第 10 章 数据库系统… …………………………………………………………… 193
10.1 数据库系统的起源与发展… ………………………………………… 193
10.1.1 早期的数据库系统… ……………………………………………… 193
10.1.2 关系数据库系统及其基本组成… ………………………………… 194
10.1.3 新兴数据库简介… ………………………………………………… 194
10.2 关系数据库… …………………………………………………………… 196
10.2.1 关系数据库模型… ………………………………………………… 197
10.2.2 SQL查询语言*… …………………………………………………… 208
10.2.3 常见关系数据库系统… …………………………………………… 212
10.3 数据库与物联网………………………………………………………… 213
10.4 物联网数据的特点……………………………………………………… 214
10.4.1 数据存储… ………………………………………………………… 215
10.4.2 数据查询… ………………………………………………………… 217
10.4.3 数据融合… ………………………………………………………… 218
第 11 章 海量信息存储… ………………………………………………………… 219
11.1 物联网对海量信息存储的需求……………………………………… 219
11.2 网络存储体系结构……………………………………………………… 221
11.2.1 直接附加存储… …………………………………………………… 221
11.2.2 网络附加存储… …………………………………………………… 222
11.2.3 存储区域网络… …………………………………………………… 222
11.3 数据中心… ……………………………………………………………… 223
11.3.1 数据中心的起源及发展… ………………………………………… 224
11.3.2 数据中心的相关标准… …………………………………………… 225
11.4 典型的数据中心*… …………………………………………………… 231
11.4.1 谷歌（Google）数据中心… ……………………………………… 231
11.4.2 Google File System…………………………………………………… 233
11.4.3 MapReduce…………………………………………………………… 235
11.4.4 BigTable……………………………………………………………… 236
11.5 Hadoop*… ………………………………………………………………… 238
11.6 数据中心的研究热点… ……………………………………………… 240
第12章 搜索引擎… ………………………………………………………………… 245
12.1 搜索引擎简介… ………………………………………………………… 245
12.1.1 搜索引擎介绍… …………………………………………………… 245
12.1.2 搜索引擎的发展 … ………………………………………………… 247
12.2 搜索引擎的体系结构… ……………………………………………… 249
12.2.1 信息采集… ………………………………………………………… 249
12.2.2 索引技术… ………………………………………………………… 254
12.2.3 搜索服务… ………………………………………………………… 256
12.2.4 类Google Web搜索引擎的实例分析*… …………………………… 257
12.3 物联网搜索引擎………………………………………………………… 258
第 13 章 物联网中的智能决策…………………………………………………… 261
13.1 数据挖掘… ……………………………………………………………… 261
13.1.1 数据预处理阶段… ………………………………………………… 262
13.1.2 数据挖掘阶段… …………………………………………………… 263
13.1.3 知识评估与表示阶段… …………………………………………… 263
13.2 数据挖掘的基本类型和算法*………………………………………… 264
13.2.1 关联分析… ………………………………………………………… 264
13.2.2 分类和预测… ……………………………………………………… 265
13.2.3 聚类分析… ………………………………………………………… 266
13.2.4 离群点分析… ……………………………………………………… 268
13.2.5 演化分析… ………………………………………………………… 269
13.3 智能决策与物联网……………………………………………………… 270
第 14 章 物联网中的信息安全与隐私保护…………………………………… 273
14.1 物联网安全和隐私概述… …………………………………………… 274
14.2 RFID安全和隐私………………………………………………………… 275
14.2.1 RFID的安全现状… ………………………………………………… 275
14.2.2 主要安全和隐私隐患… …………………………………………… 276
14.2.3 安全性与效率… …………………………………………………… 281
14.3 RFID安全和隐私保护机制…………………………………………… 281
14.3.1 早期物理安全机制… ……………………………………………… 281
14.3.2 基于密码学的安全机制*… ………………………………………… 283
14.3.3 其他方法… ………………………………………………………… 287
14.3.4 如何面对安全和隐私挑战… ……………………………………… 288
14.4 位置信息与个人隐私… ……………………………………………… 291
14.4.1 位置隐私的定义… ………………………………………………… 291
14.4.2 保护位置隐私的重要性… ………………………………………… 292
14.4.3 位置隐私面临的威胁… …………………………………………… 293
14.5 保护位置隐私的手段… ……………………………………………… 293
14.5.1 制度约束… ………………………………………………………… 294
14.5.2 隐私方针… ………………………………………………………… 295
14.5.3 身份匿名… ………………………………………………………… 295
14.5.4 数据混淆… ………………………………………………………… 297
著名科学家访谈录之三……………………………………………………………… 298
第五篇 综 合 应 用
第 15 章 智能电网… ……………………………………………………………… 303
15.1 智能电网的起源与发展… …………………………………………… 303
15.1.1 电力系统和电力网络概览… ……………………………………… 303
15.1.2 智能电网简介… …………………………………………………… 304
15.1.3 智能电网的发展与前景… ………………………………………… 305
15.2 智能电网与物联网……………………………………………………… 307
15.2.1 新能源发展与利用… ……………………………………………… 307
15.2.2 输变电检测与监控… ……………………………………………… 308
15.2.3 配用电管理… ……………………………………………………… 308
15.2.4 实时的电力调度… ………………………………………………… 310
15.2.5 电网安全… ………………………………………………………… 310
15.3 智能电网的未来前景… ……………………………………………… 311
15.3.1 更加深入的环境感知… …………………………………………… 311
15.3.2 更加全面的信息互通… …………………………………………… 311
15.3.3 更加智能的电网建设… …………………………………………… 312
第 16 章 智能交通… ……………………………………………………………… 313
16.1 智能交通概述… ………………………………………………………… 313
16.2 智能交通中的物联网技术… ………………………………………… 315
16.2.1 无线通信… ………………………………………………………… 316
16.2.2 计算技术… ………………………………………………………… 317
16.2.3 感知技术… ………………………………………………………… 317
16.2.4 视频车辆监测… …………………………………………………… 317
16.2.5 全球定位系统 GPS… ……………………………………………… 318
16.2.6 探测车辆和设备… ………………………………………………… 318
16.3 智能交通应用… ………………………………………………………… 318
16.3.1 不停车收费系统… ………………………………………………… 318
16.3.2 实时交通信息服务… ……………………………………………… 321
16.3.3 智能交通管理… …………………………………………………… 322
第 17 章 智能物流… ……………………………………………………………… 323
17.1 物流的起源和发展……………………………………………………… 323
17.1.1 粗放型物流… ……………………………………………………… 324
17.1.2 系统化物流… ……………………………………………………… 324
17.2 现代物流 … ……………………………………………………………… 325
17.2.1 电子化物流… ……………………………………………………… 325
17.2.2 EDI…………………………………………………………………… 326
17.2.3 现代物流面临的问题… …………………………………………… 328
17.3 智能物流… ……………………………………………………………… 330
17.3.1 智能物流的特点… ………………………………………………… 330
17.3.2 智能物流的应用… ………………………………………………… 331
17.3.3 展望… ……………………………………………………………… 336
第 18 章 智能绿色建筑… ………………………………………………………… 337
18.1 物联网环境下的绿色建筑… ………………………………………… 338
18.1.1 建筑管理… ………………………………………………………… 338
18.1.2 低碳建筑… ………………………………………………………… 339
18.1.3 智能楼宇… ………………………………………………………… 340
18.1.4 智能家居… ………………………………………………………… 341
18.1.5 其他绿色建筑系统… ……………………………………………… 343
18.2 绿色建筑的发展与展望… …………………………………………… 344
第 19 章 环境监测… ……………………………………………………………… 347
19.1 应用背景… ……………………………………………………………… 347
19.1.1 环境监测的概念… ………………………………………………… 347
19.1.2 环境监测的发展… ………………………………………………… 348
19.2 环境监测传感网………………………………………………………… 349
19.2.1 典型应用系统和部署… …………………………………………… 349
19.2.2 环境监测传感网的模式和特征… ………………………………… 352
19.3 环境监测物联网………………………………………………………… 354
19.3.1 应用动机… ………………………………………………………… 354
19.3.2 环境监测物联网的模式和特征… ………………………………… 354
19.3.3 森林生态物联网… ………………………………………………… 356
19.3.4 Planetary Skin………………………………………………………… 361
参考文献………………………………………………………………………………… 366
后 记………………………………………………………………………………… 373
教师增补材料说明………………………………………………………… 378