本书系统地阐述什么是物联网，物联网有哪些共性特征，物联网工程应用中有哪些能让读者对物联网有全局视野的共性关键技术。本书内容从近两年国际国内的物联网热潮及物联网概念的来源及形成历史出发,分析典型的物联网工程应用实例，总结出物联网体系结构、共性特征、关键技术；并从网络节点及感知技术，传输过程及通信与网络技术，数据处理、安全隐私、工程设计等应用技术方面分模块介绍物联网工程设计的关键技术；第二版增加了对“互联网+”、大数据、网络空间安全等物联网相关的国内外热点技术的介绍。

本书适合作为高等院校物联网工程及相关专业低年级学生导论性课程的教材，也可供与物联网产业相关的企事业单位管理人员阅读参考。

本书列入“十二五”江苏省高等学校重点教材，编号为20151089。

序言物联网作为一个新的名词和新的产业，因为“感知中国”和“智慧地球”两个国家战略级的著名计划而闻名遐迩。在我国，物联网作为五大战略性新兴产业之一，已被编入“十二五”规划，希望它作为万亿元级的产业，带动我国经济持续、快速发展。教育部将“物联网工程”设置为“高等学校战略性新兴产业相关本科专业”，期望通过加快新兴产业人才培养，推进该产业蓬勃发展。

物联网技术被广泛认可为是新一轮信息化革命。目前，我国在相关技术方面，与发达国家相比具有同发优势，但是，要想在产业界继续保持这种优势，需要大量高素质、懂专业的从业人员。为抓住在这个新兴产业上赶上并超过发达国家的重大机遇，高等学校开设物联网工程专业，培养技能全面的技术创新人才，具有重要的现实紧迫性。

物联网工程作为跨学科门类的新型交叉专业，知识体系尚未清晰，专业建设和教学存在诸多疑惑。“物联网工程概论”作为该专业第一门专业课，需要给大家澄清疑惑，建立起全局的专业概貌和初步的知识体系，其重要性是不言而喻的。清华大学出版社适时推出了这本《物联网工程概论》教材，将发挥引领专业建设、指导课程教学的重要作用。

本书具有如下四个方面的特点： 

(1) 知识结构成体系： 书中涵盖了物联网工程专业相关的绝大多数关键课程，将相关的工程技术纳入了统一的知识框架，自成体系。对于零基础的大学一年级学生，可初步建立对整个专业的整体认识。

(2) 技术介绍工程化： 在介绍物联网相关的工程技术时，源于技术、终于技术，却不拘泥于技术的实现细节；强调浅显的语言描述和实例化的解说风格——着重介绍物联网技术在工程化应用中的“功能性”价值，以此拓展知识面并激发学习兴趣。

(3) 内容组织重能力： 全书把“物”和“网”的性能进行背景知识介绍，以培养“物联于网” 的工程技术能力为中心，多领域的技术和实例化项目设计在教学过程中围绕工程能力培养展开，符合CDIO工程技术创新人才的培养模式。

(4) 章节安排可裁剪： 教材内容通过适当取舍，适用于30～50课时讲授，可供专业特色不同的各类院校选用，满足不同特色物联网专业人才培养对导论性课程的不同需求。 

如果说在物联网工程中，“物”是劳动对象，“网”是生产工具， “联”是生产技术和劳动过程，那么王良民博士所编写的这本教材充分体现了物联网工程专业建设内涵——“懂‘网’知‘物’、‘联’中创新”。作为一本面向普通高等院校物联网工程专业低年级学生的优秀教材，相信本书的出版能够为我国物联网工程人才的培养乃至物联网产业的发展发挥重要作用。

2017年5月再版《物联网工程概论》第1版经清华大学出版社2011年出版，已经印刷5次，据清华大学出版社统计，已有20多所大学采用。这本书不论是作为“物联网工程”专业导论教材，还是作为其他专业高年级同学的信息技术拓展教材，都获得了教师和学生的一致好评。

这本《物联网工程概论》教材的第1版能够获得如此广泛使用，主要是因为它有三个方面的特点: 首先是知识覆盖的全面性和系统性，本书介绍了与物联网工程发展有关的专业术语、学科内涵以及知识体系，给学生以较为整体的专业认知，可供全面了解与专业有关的技术层次，内容丰富而深入浅出、知识全面而脉络清晰；其次是在本书的结构安排上，教材内容通过适当取舍，适用于30～50课时讲授，可供专业特色不同的各类院校选用，满足不同特色物联网专业人才培养对导论性课程的不同需求，实现了所谓“可裁剪”的章节安排；再次就是通俗的语言与启发式的学习模式，在介绍物联网相关的工程技术时，源于技术、终于技术，却不拘泥于技术的实现细节，强调浅显的语言描述和实例化的解说风格——着重介绍物联网技术在工程化应用中的“功能性”价值，以此拓展知识面并激发学生的学习兴趣。

然而，《物联网工程概论》自出版至今日，6年已经过去，物联网涉及的技术日新月异，涌现了新的技术与技术词汇；同时，当初对物联网一些概念基于不同理解的讨论目前也已经形成了更为深入的看法和定论。为此，也应对《物联网工程概论》进行修订。我们在修订的过程中，保持了第1版的结构、语言风格，主要修订是加入了物联网工程所涉及的最新技术，在保留原有章节框架的基础上，对部分章节内容做了调整扩充。其中，第1章增加了“工业4.0”“互联网+”“中国制造”等与国内物联网发展有关的新词汇；第3章增加了近距离无线通信技术NFC的概念及原理，这是目前许多手机支付功能的核心支撑技术；第6章中将“数据挖掘与云计算”一节分成了“数据挖掘技术”及“云计算”两节，对云计算技术相关内容做了扩展，增加了其延伸概念“雾计算”；新增一节“大数据”的相关概念及核心技术；第7章针对网络空间新增了一节“网络空间安全”，在网络空间的架构下，介绍了三类网络空间安全涉及的相关技术。

此次修订的扩展部分主要由郑文怡博士完成，王良民对全部内容进行了审阅和校正。我们希望这次修订使得本书紧贴技术发展前沿，对使用本书的教师、学生以及更多的读者会起到一定的帮助作用。

本书列入“十二五”江苏省高等学校重点教材，编号为20151089。

王良民2017年1月物联网是一个新生事物和一个新兴产业，“物联网工程”专业是教育部为该战略型新兴产业发展而特别设立的新专业，这本《物联网工程概论》则是该专业综述性导引课程的教材。本书的目的是系统地介绍专业术语、学科内涵以及知识体系，给学生以较为整体的专业认知，从而激发其学习的兴趣；同时，粗线条的概貌描述、深入浅出的名词诠释，也可以作为各种学术团体(如学会和研究会)以及各类科技政策相关的工作人员(如科协、政府科技领域公务人员)了解物联网的入门书，避免工作场合遭遇专业术语时的困惑与茫然。 

 当相关行业科技人员在思考“物联网是什么？物联网能为我们做什么？我们能为物联网做什么？”的时候，我们物联网工程专业的新生及其家长也带着类似的困惑“物联网是什么？物联网工程专业大学期间要学什么？以后毕业了能干什么？”。在网络知识异常丰富的今天，面对这种“一问三不知”的困窘， 谷歌、百度等著名的搜索引擎竟然也不能给我们太多帮助，因为当前行业内专家对物联网的概念尚未形成定论，教育系统对物联网工程专业属于电子、通信还是计算机尚有所争论。这个时候，一本系统介绍相关内容、澄清困惑的《概论》就显得非常必要。然而，同样是在这个时候，试图通过一本《概论》教材对所有的争论给出一锤定音的结论是不可行、不现实的。在必要和不可行的夹缝里，我们采取了“求同存异”的取舍和“实事求是”的论述，对学术界和产业界大多认同的部分进行系统的分析介绍；而对看法存在分歧的地方，在无关整体概貌时就尽量不提，而在必须讨论的时候，就摆出各类观点请读者自行分析判断。

在上述写作方针的指导下，本书共分8章，第1章、第2章是总体概述性知识，类似于科普文章，不过更为全面严谨，趋向于教科书的叙事方式；第3章至第8章则关注于具体的技术内容。为了让大学一年级没有信息、计算机相关理论基础的学生不至于畏难，采取了深入浅出的科普文章的写作风格，配以图示和简单的示例，使问题的表达更加容易理解。每章主要内容如下： 

第1章主要从物联网概念、物联网产业计划出发，分析物联网的发展历史以及物联网与RFID系统、传感网、泛在网等相关名词之间的关联，最后介绍一下当前世界各国的物联网产业规划。

第2章从典型的物联网应用系统出发，以归纳的方法提取出物联网的3个网络层次；并依据网络层次，指出三类关键技术，为后续各章搭建了轮廓结构；最后，以一些经常被问及“是或不是”的典型应用系统为例，分析为什么是物联网，为什么不是物联网。

第3章介绍感知层关键技术；第4章介绍数据传输层关键技术；第5章介绍操作系统尤其是物联网前端的实时操作系统；第6章介绍数据库、数据存储和物联网时代的云计算与海计算的基本概念；第7章介绍物联网的安全与隐私技术；第8章从工程与物联网工程设计的角度，系统分析一个物联网系统的设计过程。

上述章节内容的总体框架如图1所示。图1本书框架结构

物联网工程概论(第2版)

在课时安排上，我们建议这门课的课时为30～48课时。对于30课时的安排，如表1所示的第一类安排，不考虑增加课时。然而不同的物联网专业办学依托的学科是不一样的，因此办学特色也不尽相同，这些特色决定了后续课程不尽相同。介绍专业技术的第3、4、6、7、8章，如果后续教学环节设置了相关内容为关键课程，则在概论中以少课时泛泛引导；若因师资或特色限制不能或没必要面面俱到地详细教学相关技术，则在概论中增加一些对技术功能性内容的介绍，文中的技术实例也可以安排实验课程，进行观摩性质的实习实验，以进一步激发学习兴趣。以第7章为例，如果相关专业不再开设“物联网安全与隐私”课程，则需要用8课时的时间，较为详细地讲解一些安全基础知识及物联网中安全问题需要注意到的关键点。表1建议学时安排章次计划学时章次计划学时第1章2第5章4第2章4第6章4+2第3章4+4第7章4+4第4章4+4第8章4+2本书由王良民、熊书明编著，王良民制定了本书的编写大纲、内容安排及写作风格，编写了第1、2、7、8章；熊书明编写了第3章到第6章；熊书明和王良民负责全书的统稿、组织和审校工作；编者所负责的无线传感网安全与应用研究组的研究生参与了本书的材料收集和内容编写工作，具体分工如下： 李菲参与了第1、2章，茅冬梅、马小龙参与了第3章，姜顺荣参与了第5章，赵玉娟参与了第6章，姜涛、程发、茅冬梅参与了第7章，李晓君参与了第8章。

本书的编者作为电子学会牵头、姚建铨院士任顾问的“全国物联网及相关专业教学指导小组”的委员，参与了该小组的教学研讨活动，很多知识来自该小组的讨论，本书的框架结构是在多次参与这些讨论之后独立思考形成；本书在编写过程中还得到了国家自然科学基金（60703115）、江苏省自然科学基金和江苏大学教改重点项目（2011JGZD012）的支持，在此对所有提供帮助的组织与机构、领导与同仁表示衷心感谢。

此外需要说明的是，本书属于编写的教材，除整体安排和语言组织之外，多数观点和所有技术内容都非编者所创所著。鉴于很多资料来自网络，而网页间存在大量未曾标明出处的相互转载，因为时间所限、能力所限，作者不能逐一考查出“原作者”，为此本书所附文献的标注引用也许并非相关内容的原作者，这些疏漏或者不正确之处，敬请原作者指出，编者将在后续版本更正，并在相关教学网站上注明。同时，由于编者水平及编书时间所限，书中也必然存在缺点和疏漏之处，期盼各位专家及广大同学及时指出，帮助我们提高。

王良民2011年6月

第1章物联网的前世今生1

1.1智慧地球与感知中国1

1.1.1智慧地球1

1.1.2感知中国5

1.2从RFID系统到IOT8

1.2.1RFID的基本原理及应用8

1.2.2基于EPC的早期物联网10

1.3从WSN到无线泛在网络11

1.3.1无线传感器网络 12

1.3.2泛在网络13

1.3.3泛在网、物联网、传感网的关系15

1.3.4泛在网络的研究和意义17

1.4物物相连的产业规划18

1.4.1国外物联网的发展历程及现状19

1.4.2国内物联网的发展情况22

思考题28

第2章认识物联网30

2.1物联网典型应用30

2.1.1RFID的物联网供应链系统30

2.1.2物联网智能家居34

2.1.3物联网煤矿安防系统37

2.1.4智能电网物联网41

2.2物联网的共性特征48

2.2.1物联网的体系结构48

2.2.2物联网的技术体系50

2.3物联网关键技术52

2.3.1感知技术52

2.3.2传输技术53

2.3.3应用层支撑技术55

2.4是或不是物联网55

2.4.1CPS55

2.4.2WSN57

2.4.3呼叫中心58

2.4.4绿野千传60

思考题61

第3章物联网感知与数据采集63

3.1感知节点与传感芯片63

3.1.1几类典型感知节点63

3.1.2节点组织结构66

3.1.3网关节点68

3.1.4传感器与传感器板69

3.2RFID读写系统71

3.2.1RFID标签71

3.2.2RFID读写器74

3.2.3RFID延伸技术NFC78

3.3节点定位82

3.3.1GPS与位置计算82

3.3.2基于距离的节点定位86

3.3.3距离无关的节点定位88

3.4数据采集与A/D转换89

3.4.1数据采集模块组成89

3.4.2A/D转换原理90

思考题90

物联网工程概论(第2版)

第4章物联网的数据传输92

4.1物联网通信技术92

4.1.1光纤通信92

4.1.2射频通信98

4.1.3宽带通信98

4.1.4载波通信101

4.2无线网络技术103

4.2.1无线局域网103

4.2.2无线自组网107

4.2.3无线个域网110

4.2.4无线传感网114

4.3介质访问技术117

4.3.1基于预分配的介质访问118

4.3.2基于竞争的介质访问121

4.3.3混合式介质访问125

4.4网络传输技术128

4.4.1Internet的数据传输128

4.4.2网络接入与融合132

4.4.3网关与路由134

4.5资源受限网络的弱时间同步136

4.5.1时间同步概述136

4.5.2无线传感网的时间同步137

思考题138

第5章操作系统139

5.1操作系统概述139

5.1.1操作系统的功能及分类139

5.1.2操作系统的任务调度141

5.1.3操作系统的资源管理145

5.2几种流行嵌入式操作系统平台148

5.2.1嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ148

5.2.2嵌入式Linux151

5.2.3Windows CE操作系统153

5.2.4Android手机操作系统156

5.3TinyOS: 物联网前端微操作系统158

5.3.1TinyOS概述159

5.3.2TinyOS的工作原理159

5.3.3nesC语言程序设计163

5.3.4应用开发示例: CntToLedsAndRfm167

思考题169

第6章物联网数据处理171

6.1后台数据库技术171

6.1.1数据库概述171

6.1.2关系型数据库176

6.1.3结构化查询语言181

6.2资源受限网络的分级数据融合185

6.2.1节点的分簇控制185

6.2.2簇内数据融合189

6.2.3分布式数据存储与处理192

6.3数据挖掘技术194

6.3.1数据仓库194

6.3.2数据挖掘195

6.4云计算198

6.4.1云计算的概述198

6.4.2海计算200

6.4.3雾计算203

6.5大数据205

6.5.1大数据概述206

6.5.2MapReduce并行计算技术210

6.5.3分布式文件系统212

6.5.4大数据批处理计算平台214

6.5.5群智感知技术219

思考题222

第7章物联网安全与隐私224

7.1物联网安全问题224

7.1.1经典的网络安全问题225

7.1.2RFID系统的隐私与安全问题227

7.1.3传感网的安全威胁230

7.2经典的安全方法233

7.2.1安全服务与安全机制234

7.2.2密码学与安全防护235

7.2.3入侵检测技术242

7.2.4内容安全技术245

7.2.5容忍入侵与可生存技术248

7.3RFID系统的安全与隐私技术251

7.3.1快易通的安全事故251

7.3.2RFID系统安全实现机制253

7.3.3RFID系统密码安全技术255

7.3.4RFID系统的隐私保护技术257

7.4传感网安全技术260

7.4.1传感网密钥管理技术260

7.4.2传感网的路由安全264

7.4.3传感网的入侵检测技术267

7.4.4传感网的可生存技术270

7.5网络空间安全技术271

7.5.1智能移动终端安全技术272

7.5.2可穿戴设备安全防护技术276

7.5.3云计算安全技术279

思考题284

第8章工程与物联网工程285

8.1什么是工程285

8.1.1工程及相关概念285

8.1.2工程教育和工程创新287

8.2信息化工程289

8.2.1信息化工程的特点289

8.2.2网络工程290

8.2.3软件工程298

8.3物联网工程的相关命题305

8.3.1懂网知物的物联网工程人才305

8.3.2物联网工程之智慧停车场306

思考题309

参考文献310

本书在第1版成功的基础上，针对物联网领域最新的技术进展进行修订。面向普通高等院校物联网工程专业的教学需求，将起到引领专业建设，指导课程教学的重要作用。 

（1）  

知识结构成体系：书中涵盖了物联网工程专业相关的关键课程，将相关的工程技术纳入了统一的知识框架，自成体系，使读者建立对整个专业的整体认知。 

（2）  

技术介绍工程化：在介绍物联网相关的工程技术时，源于技术、终于技术，却不拘泥于技术的实现细节，强调浅显的语言描述和实例化的解说风格，着重介绍物联网技术在工程化应用中的“功能性”价值，以此拓展知识面并激发学习兴趣。 

（3）  

内容组织重能力：全书针对“物”和“网”的性能进行背景知识介绍，以培养“物联于网”的工程技术能力为中心，多领域的技术和实例化项目设计中教学过程中围绕工程能力培养展开，符合CDIO工程技术创新人才的培养模式。 

（4）  

章节安排可裁剪：教材内容通过适当舍取，适用于30-50课时讲授，可供专业特色不同的各类院校选用，满足不同特色物联网专业人才培养对导论性课程的不同需求。 

本书在第1版成功的基础上，针对物联网领域最新的技术进展进行修订。面向普通高等院校物联网工程专业的教学需求，将起到引领专业建设，指导课程教学的重要作用。 

（1）  

知识结构成体系：书中涵盖了物联网工程专业相关的关键课程，将相关的工程技术纳入了统一的知识框架，自成体系，使读者建立对整个专业的整体认知。 

（2）  

技术介绍工程化：在介绍物联网相关的工程技术时，源于技术、终于技术，却不拘泥于技术的实现细节，强调浅显的语言描述和实例化的解说风格，着重介绍物联网技术在工程化应用中的“功能性”价值，以此拓展知识面并激发学习兴趣。 

（3）  

内容组织重能力：全书针对“物”和“网”的性能进行背景知识介绍，以培养“物联于网”的工程技术能力为中心，多领域的技术和实例化项目设计中教学过程中围绕工程能力培养展开，符合CDIO工程技术创新人才的培养模式。 

（4）  

章节安排可裁剪：教材内容通过适当舍取，适用于30-50课时讲授，可供专业特色不同的各类院校选用，满足不同特色物联网专业人才培养对导论性课程的不同需求。