本书共分为14章，除第1章为物联网概述，第14章为物联网规划设计与构建（包括行业物联网工程解决方案）外，其它12章内容主要涉及物联网工程的13类关键技术，包括：标识技术、物联网体系结构技术、通信技术、网络技术、网络发现、软件和算法、硬件、数据和信号处理技术、发现与搜索引擎技术、网络管理相关技术、电源和能量储存技术、安全与隐私技术以及标准化技术等。

出 版 说 明一、 系列教材背景

人类已经进入智能时代。云计算、大数据、物联网、人工智能、机器人、量子计算等是这个时代最重要的技术热点。为了适应和满足时代发展对人才培养的需要,2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”,并发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设。新工科有两个内涵: 一是新的工科专业;二是传统工科专业的新需求。新工科建设将促进一批新专业的发展,这批新专业有的是依托于现有计算机类专业派生、扩展而成的,有的是多个专业有机整合而成的。由计算机类专业派生、扩展形成的新工科专业有计算机科学与技术、软件工程、网络工程、物联网工程、信息管理与信息系统、数据科学与大数据技术等。由“计算机类”学科交叉融合形成的新工科专业有网络空间安全、人工智能、机器人工程、数字媒体技术、智能科学与技术等。

在新工科建设的“九个一批”中,明确提出“建设一批体现产业和技术最新发展的新课程”“建设一批产业急需的新兴工科专业”,新课程和新专业的持续建设,都需要以适应新工科教育的教材作为支撑。由于各个专业之间的课程相互交叉,但是又不能相互包含,所以在选题方向上,既考虑由计算机类专业派生、扩展形成的新工科专业的选题,又考虑由计算机类专业交叉融合形成的新工科专业的选题,特别是网络空间安全专业、智能科学与技术专业的选题。基于此,清华大学出版社计划出版“面向新工科专业建设计算机系列教材”。

二、 教材定位

教材使用对象为“211工程”高校或同等水平及以上高校计算机类专业及相关专业学生。

三、 教材编写原则

(1) 借鉴Computer Science Curricula 2013(以下简称CS2013)。CS2013的核心知识领域包括算法与复杂度、体系结构与组织、计算科学、离散结构、图形学与可视化、人机交互、信息保障与安全、信息管理、智能系统、网络与通信、操作系统、基于平台的开发、并行与分布式计算、程序设计语言、软件开发基础、软件工程、系统基础、社会问题与专业实践等内容。

(2) 处理好理论与技能培养的关系,注重理论与实践相结合,加强对学生思维方式的训练和计算思维的培养。计算机专业学生能力的培养特别强调理论学习、计算思维培养和实践训练。本系列教材以“重视理论,加强计算思维培养,突出案例和实践应用”为主要目标。

(3) 为便于教学,在纸质教材的基础上,融合多种形式的教学辅助材料。每本教材可以有主教材、教师用书、习题解答、实验指导等。特别是在数字资源建设方面,可以结合当前出版融合的趋势,做好立体化教材建设,可考虑加上微课、微视频、二维码、MOOC等扩展资源。

物联网技术基础教程(第3版)

出版说明四、 教材特点〖*2〗1. 满足新工科专业建设的需要系列教材涵盖计算机科学与技术、软件工程、物联网工程、数据科学与大数据技术、网络空间安全、人工智能等专业的课程。

2. 案例体现传统工科专业的新需求

编写时,以案例驱动,任务引导,特别是有一些新应用场景的案例。

3. 循序渐进,内容全面

讲解基础知识和实用案例时,由简单到复杂,循序渐进,系统讲解。

4. 资源丰富,立体化建设

除了教学课件外,还可以提供教学大纲、教学计划、微视频等扩展资源,以方便教学。

五、 优先出版〖*2〗1. 精品课程配套教材主要包括国家级或省级的精品课程和精品资源共享课的配套教材。

2. 传统优秀改版教材

对于已经出版过的优秀教材,经过市场认可,由于新技术的发展,给图书配上新的教学形式、教学资源,计划改版的教材。

3. 前沿技术与热点教材

反映计算机前沿和当前热点的相关教材，例如云计算、大数据、人工智能、物联网、网络空间安全等方面的教材。

六、 联系方式

联系人: 白立军

联系电话: 01083470179

联系和投稿邮箱: bailj@tup.tsinghua.edu.cn

“面向新工科专业建设计算机系列教材”编委会

2019年6月系列教材编委会主任：

张尧学清华大学计算机科学与技术系教授中国工程院院士/教育部高等

学校软件工程专业教学指导委员会主任委员

副主任：

陈刚浙江大学计算机科学与技术学院院长/教授

卢先和清华大学出版社副社长/编审

委员： 

毕胜大连海事大学信息科学技术学院院长/教授

蔡伯根北京交通大学计算机与信息技术学院院长/教授

陈兵南京航空航天大学计算机科学与技术学院院长/教授

成秀珍山东大学计算机科学与技术学院院长/教授

丁志军同济大学计算机科学与技术系系主任/教授

董军宇中国海洋大学信息科学与工程学院副院长/教授

冯丹华中科技大学计算机学院院长/教授

冯立功战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院院长/教授

高英华南理工大学计算机科学与工程学院副院长/教授

桂小林西安交通大学计算机科学与技术学院教授

郭卫斌华东理工大学计算机科学与工程系系主任/教授

郭文忠福州大学数学与计算机科学学院院长/教授

郭毅可上海大学计算机工程与科学学院院长/教授

过敏意上海交通大学计算机科学与工程系教授

胡瑞敏武汉大学计算机学院教授

黄河燕北京理工大学计算机学院院长/教授

雷蕴奇厦门大学计算机科学系教授

李凡长苏州大学计算机科学与技术学院院长/教授

李克秋天津大学计算机科学与技术学院院长/教授

李肯立湖南大学信息科学与工程学院院长/教授

李向阳中国科学技术大学计算机科学与技术学院执行院长/教授

梁荣华浙江工业大学计算机科学与技术学院执行院长/教授

刘延飞火箭军工程大学基础部副主任/教授

陆建峰南京理工大学计算机科学与工程学院副院长/教授

罗军舟东南大学计算机科学与工程学院教授

吕建成四川大学计算机学院（软件学院）院长/教授

吕卫锋北京航空航天大学计算机学院院长/教授

马志新兰州大学信息科学与工程学院副院长/教授

毛晓光国防科技大学计算机学院副院长/教授

明仲深圳大学计算机与软件学院院长/教授

彭进业西北大学信息科学与技术学院院长/教授

钱德沛中山大学数据科学与计算机学院院长/教授

申恒涛电子科技大学计算机科学与工程学院院长/教授

苏森北京邮电大学计算机学院执行院长/教授

汪萌合肥工业大学计算机与信息学院院长/教授

王长波华东师范大学计算机科学与软件工程学院常务副院长/教授

王劲松天津理工大学计算机科学与工程学院院长/教授

王良民江苏大学计算机科学与通信工程学院院长/教授

王泉西安电子科技大学校长助理/教授

王晓阳复旦大学计算机科学技术学院院长/教授

王义东北大学计算机科学与工程学院院长/教授

魏晓辉吉林大学计算机科学与技术学院院长/教授

文继荣中国人民大学信息学院院长/教授

翁健暨南大学信息科学技术学院执行院长/教授

吴卿杭州电子科技大学计算机学院院长/教授

武永卫清华大学计算机科学与技术系副主任/教授

肖国强西南大学计算机与信息科学学院院长/教授

熊盛武武汉理工大学计算机科学与技术学院院长/教授

徐伟陆军工程大学指挥控制工程学院院长/副教授

杨鉴云南大学信息学院院长/教授

杨燕西南交通大学信息科学与技术学院副院长/教授

杨震北京工业大学信息学部副主任/教授

姚力北京师范大学人工智能学院执行院长/教授

叶保留河海大学计算机与信息学院院长/教授

印桂生哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院院长/教授

袁晓洁南开大学计算机学院院长/教授

张春元国防科技大学教务处处长/教授

张强大连理工大学计算机科学与技术学院院长/教授

张清华重庆邮电大学计算机科学与技术学院执行院长/教授

张艳宁西北工业大学校长助理/教授

赵建平长春理工大学计算机科学技术学院院长/教授

郑新奇 中国地质大学（北京）信息工程学院院长/教授

仲红安徽大学计算机科学与技术学院院长/教授

周勇中国矿业大学计算机科学与技术学院院长/教授

周志华南京大学计算机科学与技术系系主任/教授

邹北骥中南大学计算机学院教授

秘书：

白立军清华大学出版社副编审

物联网技术基础教程（第3版）第3版随着物联网技术的迅速发展和各高等学校物联网专业的教学需要，本书第2版自2016年1月出版以来，颇受读者厚爱，在3年之间已印刷4次，目前已有20余所教育部属985/211院校、省属重点高校、独立学院、职业技术学院使用本书作为物联网工程基础课程的教材，也有院校将其作为相关专业的硕士研究生的教学参考书。

本书已经过各校5届以上学生的教学实践检验，得到普遍认可，教学效果良好。结合编者本身教学实践及各地同行专家的指正意见，为了跟踪物联网技术的发展和教学需要、更好地为读者和高校师生服务，编者对原书内容进行了认真修改，写出了第3版。

这次修改的指导思想仍然是保持原书按照《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书中列出的13类关键技术为基本框架、列举各类物联网技术案例的特色，增加了反映学科最新发展方向的新内容。

具体讲，主要增加了第4章通信技术中的第五代（5G）移动通信技术，第5章网络技术中的窄带物联网（NBIoT）技术,第9章数据和信号处理技术中的边缘计算、人工智能、大数据处理技术，第12章电源和能量储存技术中的无线充电技术等方面的新内容，更换了部分新的实际应用案例，对原书中的具体内容进行了200多处适当的增删或修改，并相应对授课所需使用的教学PPT课件进行了修改。

值得注意的是，物联网技术近几年取得长足进展，特别是第五代移动通信技术、人工智能技术和大数据处理技术的飞跃发展，使得物联网技术更加贴近实际应用。敬请各位老师、各位同学及广大读者对上述相关技术给予充分重视及关注。

在此次编写过程中，各地专家、学者与老师在网络论坛提供了丰富的资料和意见，清华大学出版社诸位编辑付出了大量的时间和精力，谨在此一并表示衷心的感谢。

本书不当之处敬请广大读者、各位老师、各位同学不吝赐教。

编者2019年10月

第2版本书第1版自2012年6月出版以来，颇受读者厚爱，在3年之间已印刷3次,目前已有18所教育部属985/211院校、省属重点高校、独立学院、职业技术学院使用本书作为物联网工程基础课程的教材，也有部分院校将其作为相关专业的硕士研究生的教学参考书。

目前销售本教材的除新华书店等各地实体书店外，网上销售的还有亚马逊（中国）、当当网等数十家网上销售单位，教材销售量较大，读者反映热烈，评价较高。

本书已经过各校2届以上学生教学实践检验，得到普遍认可，教学效果良好。结合编者本身教学实践及各地同行专家的指正意见，为了跟踪学科发展方向，更好地为读者服务，编者对原书内容进行了认真修订，写出了第2版。

这次修订的指导思想是，保持原书按照《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书中列出的13类关键技术为基本框架、内容比较丰富、有丰富案例的特点，增加了反映学科最新发展方向的新内容，对原书中的具体内容进行了100多处适当的增删或修改。

另外，鉴于物联网技术基础理论和最新主流的前沿技术中出现了相当多的技术专业名称和缩写，有些英文名词目前还没有特别确切的中文专业译名相对应，所以编者在此类名词和术语缩写后全部加注英文原文与中文翻译，以便教师授课时更清晰地进行表述和说明，希望有助于在教学中将基本概念、原理、技术和方法讲深讲透。

在此次编写过程中，各地专家、学者与老师提供了各自教学过程中很有价值的资料和意见，清华大学出版社诸位编辑也付出了大量的时间与关注，谨在此一并表示衷心的感谢。

本书不当之处敬请广大读者与同行老师不吝赐教。

编者2015年10月

第1版物联网的出现被称为是继计算机、互联网后世界信息产业发展的第三次浪潮，面临诸多难得的发展机遇。国家及各地政府给予了物联网在政策、资金、试点等方面的扶持。2010年初，教育部办公厅发布《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》后，全国已有近700所高等院校向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请，首批37所院校已获准开设物联网相关专业，并从2011年起开始招生。物联网是典型的交叉学科，涉及电子专业、计算机专业、测控专业、通信专业等多方面专业知识，目前符合大学物联网工程专业教学要求的教材十分稀缺，社会上对物联网技术书籍需求数量也很大。

但目前市场上出版的物联网教科书与技术书籍主要内容大多只涉及射频识别和传感器网络两大部分，容易给读者造成物联网技术就是“传感器+网络”的误解。实际上物联网涉及的技术领域非常广泛，例如欧盟于2009年9月发布的《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书中列出13类关键技术，包括标识技术、物联网体系结构技术、通信技术、网络技术、软件和算法、硬件技术、数据和信号处理技术、发现与搜索引擎技术、关系网络管理技术、电源和能量储存技术、安全与隐私技术、标准化和相关技术。本书试图在全面详细介绍物联网各技术领域的基础上，给出实际工程案例及行业解决方案，达到技术全面、案例教学及工程实用的目的。

全书主要分为5部分，分别按物联网技术架构分层次详细讲述物联网各类相关技术。

第一部分为物联网概述，其中第1章讲述物联网技术的基本知识，第2章讲述物联网的系统结构。

第二部分为物联网感知层技术，即第3章讲述的是各个特定领域的标识与自动识别技术、不同的标识体系、物品的统一标识体系、电子产品EPC编码。

第三部分为物联网网络构建层，包括第4～8章的内容，其中第4章主要讲述无线低速网络、移动通信网络、设备对设备及工业领域的无线网络等方面通信技术基础；第5章主要讲述RFID非接触射频识别系统、无线传感器网络、宽带网络、无线网格网、云计算网络等技术；第6章涉及GPS全球定位系统、蜂窝基站定位、新兴定位系统、无线室内环境定位、传感器网络结点定位及时间同步技术；第7章讲述环境感知型中间件、嵌入式软件、微型操作系统、面向服务架构、物联网海量数据存储与查询、物联网数据融合及路由等技术；第8章讲述微电子机械系统、移动设备内置传感器硬件平台、数字化传感器及网络接口技术等。

第四部分为物联网管理服务层，包括第9～11章的内容，其中第9章讲述可扩展标记语言、高性能计算、海量数据数据库技术、语义网、智能决策算法、人工智能技术、人机交互技术；第10章讲述物联网搜索引擎和服务发现技术；第11章讲述网络管理的热点技术、分布式网络管理技术、分布式数据库/资料集合的管理。

第五部分为物联网支撑技术，包括第12～14章的内容，其中第12章讲述能源采集转换技术、能量储存（电池）技术、无线供电技术；第13章讲述物联网安全性、RFID标签安全机制、无线传感器网络安全机制、物联网身份识别技术、信息隐藏。第14章讲述物联网标准化的意义、国际标准化组织和各国标准化组织、射频识别技术的标准化工作、无线传感器网络技术的标准化工作、设备对设备通信技术的标准化工作。

物联网技术基础教程(第3版)

本书主要作为普通高等院校本科生教材，教材力争紧跟物联网技术的最新发展，使用大量的实际工程案例辅助教学，使学生在完成学习后能够具备实际工程能力；也可以作为干部培训、职业技术教育以及职业培训机构的物联网专业训练教材，对专业从事物联网工作的工程技术人员也有学习参考价值。

课程学时数可由授课教师调节，在课程学时数较少的情况下，可以重点学习前8章。

本书各章都附有习题、工程案例，以帮助读者学习并理解实际工程应用。随书配套有开放的全书教学课件（PowerPoint演示文件），可从清华大学出版社的网站上下载。

本书由李联宁教授编著，在本书编写过程中，编者参考了国内外大量的物联网及计算机网络书刊及文献资料，主要参考书籍在参考文献中列出，但疏漏之处在所难免，在此一并对书刊文献的作者表示感谢。如有遗漏，恳请相应书刊文献作者及时告知，将在书籍再版时列入。如发现本书有错误或不妥之处，恳请广大读者不吝赐教。

编者2012年2月

第1章物联网概述1

1.1物联网的起源与发展1

1.2物联网的定义2

1.2.1物联网的概念2

1.2.2物联网的定义及组成2

1.3物联网技术体系4

1.3.1物联网技术概述4

1.3.2物联网技术体系4

1.3.3物联网面临的主要技术问题6

1.4物联网的应用领域6

1.5应用案例: 光纤传感温度监测系统9

习题与思考题11

第2章物联网架构技术12

2.1物联网结构12

2.1.1感知识别层13

2.1.2网络构建层13

2.1.3管理服务层14

2.1.4综合应用层15

2.2未来的物联网架构技术16

2.3应用案例:  镇海智慧水务项目17

2.3.1项目简介17

2.3.2技术架构18

2.3.3关键设计决策18

2.3.4经验总结22

习题与思考题22

第3章标识技术23

3.1特定领域的标识与自动识别技术23

3.1.1条形码技术23

3.1.2磁卡24

3.1.3IC卡技术25

物联网技术基础教程(第3版)

3.1.4射频识别技术26

3.1.5传感器技术27

3.1.6光学字符识别技术36

3.1.7语音识别技术38

3.1.8生物计量识别技术39

3.1.9遥感遥测43

3.1.10机器人智能感知44

3.2不同的标识体系44

3.2.1ISO标识体系44

3.2.2GS1标识体系45

3.2.3IEEE标识体系45

3.2.4IPv6与6LoWPAN标识体系46

3.3用于物联网标识的开放架构46

3.4电子产品编码47

3.4.1电子产品编码体系及其特点47

3.4.2物联网环境下的“物品”的统一标识体系47

3.4.3EPC标签的通用标识符49

3.4.4序列化全球贸易标识代码51

3.5未来的物联网标识技术51

3.6应用案例: 医疗健康护理传感器网络52

习题与思考题54

第4章通信技术55

4.1无线低速网络55

4.1.1蓝牙技术55

4.1.2紫蜂技术57

4.1.3红外通信技术61

4.1.4近距离通信技术62

4.2移动通信网络65

4.2.1移动通信系统简介65

4.2.2第一代移动通信: 模拟语音67

4.2.3第二代移动通信:  数字语音68

4.2.4第三代移动通信: 数字语音与数据68

4.2.5第四代移动通信技术70

4.2.6第五代移动通信技术72

4.3设备对设备通信技术78

4.3.1M2M简介78

4.3.2M2M体系结构和技术组成79

4.3.3M2M卡和模块80

4.3.4M2M应用81

4.4工业领域的无线网络82

4.4.1Wireless HART82

4.4.26LoWPAN83

4.5未来的物联网通信技术84

4.6应用案例: 电子不停车收费系统85

习题与思考题86

第5章网络技术88

5.1非接触射频识别系统88

5.1.1RFID分类与基本组成88

5.1.2RFID电子标签89

5.1.3RFID阅读器91

5.1.4阅读器关键技术92

5.1.5Savant系统93

5.1.6RFID标准94

5.1.7RFID应用95

5.2EPC信息网络系统95

5.2.1物联网EPC网络系统构成96

5.2.2系统构成96

5.2.3信息网络系统98

5.2.4EPC网络应用流程99

5.2.5对象名称解析服务100

5.2.6PML100

5.2.7EPC信息服务模块101

5.3无线传感器网络102

5.3.1传感器的组成和结构103

5.3.2传感器网络体系结构106

5.3.3传感器网络自组网技术111

5.3.4传感器网络MAC协议与路由协议112

5.3.5IEEE 802.15.4标准113

5.3.6传感器网络数据管理技术113

5.4宽带网络技术114

5.4.1无线局域网114

5.4.2无线城域网119

5.4.3超宽带技术122

5.5无线网格网124

5.5.1无线网格网的技术特点124

5.5.2无线网格网的网络结构125

5.5.3无线网格网与其他通信网络的区别127

5.5.4无线网格网的关键技术128

5.5.5无线网格网的优势129

5.6云计算网络130

5.6.1云计算简介130

5.6.2云计算系统的体系结构131

5.6.3云计算服务层次133

5.6.4云计算技术层次137

5.6.5云计算的核心技术138

5.6.6典型云计算平台139

5.6.7典型的云计算系统及应用141

5.7窄带物联网142

5.8未来的物联网网络技术145

5.9应用案例： 战场监测与指挥传感器网络146

习题与思考题148

第6章网络定位技术150

6.1位置服务150

6.2全球定位系统150

6.2.1GPS的构成150

6.2.2GPS工作过程151

6.2.3GPS定位计算152

6.2.4全球四大GPS153

6.2.5GPS的应用154

6.3蜂窝基站定位154

6.3.1GSM蜂窝基站的基础架构154

6.3.2COO定位155

6.3.3七号信令定位155

6.3.4TOA/TDOA定位155

6.3.5AOA定位157

6.3.6基于场强的定位157

6.3.7混合定位157

6.4新兴定位系统157

6.4.1AGPS定位基本机制157

6.4.2AGPS定位基本流程158

6.4.3AGPS定位技术的实际应用情况159

6.5无线室内环境定位160

6.5.1室内GPS定位技术160

6.5.2室内无线定位技术161

6.6传感器网络结点定位技术163

6.6.1传感器网络定位简介163

6.6.2WSN定位技术基本概念163

6.6.3基于测距的算法164

6.6.4结点坐标计算方法165

6.6.5基于非测距的算法167

6.6.6新型WSN定位研究分析167

6.7传感器网络时间同步技术168

6.8未来的物联网网络定位和发现技术171

6.9应用案例： 矿用射频识别人员定位系统172

习题与思考题174

第7章软件、服务和算法技术175

7.1环境感知型中间件175

7.1.1中间件概述175

7.1.2中间件的体系框架与核心模块176

7.1.3中间件的分类176

7.1.4物联网中间件的设计177

7.2嵌入式软件177

7.2.1嵌入式系统177

7.2.2嵌入式软件的应用178

7.2.3嵌入式软件的分类179

7.2.4嵌入式软件发展趋势179

7.3微型操作系统180

7.3.1传感器结点微型操作系统180

7.3.2其他常见微型操作系统181

7.4面向服务架构182

7.4.1面向服务架构简介183

7.4.2面向服务架构的特征183

7.4.3面向服务架构的元素184

7.4.4面向服务的计算环境185

7.4.5利用价值185

7.5物联网海量数据存储与查询186

7.5.1网络存储体系结构187

7.5.2海量数据存储及查询191

7.6物联网数据融合及路由191

7.6.1数据融合的基本概念192

7.6.2物联网中数据融合的关键问题192

7.6.3物联网数据融合的基本原理193

7.6.4传感器网络数据融合技术194

7.6.5数据融合的层次结构195

7.6.6多传感器数据融合算法196

7.6.7传感器网络数据融合路由算法199

7.7未来的物联网软件、服务和算法技术200

7.8应用案例： Google数据中心201

习题与思考题204

第8章硬件技术206

8.1微电子机械系统206

8.1.1MEMS简介206

8.1.2发展概述206

8.1.3微电子机械系统的应用领域207

8.1.4微电子机械系统技术208

8.1.5产品应用实例209

8.2移动设备内置传感器硬件平台210

8.2.1内置传感器210

8.2.2微处理器210

8.2.3通信芯片211

8.3数字传感器及网络接口技术212

8.3.1数字传感器212

8.3.2传感器的网络化213

8.4未来的物联网硬件技术213

8.5应用案例： 基于无线通信M2M模块的道路照明解决方案214

习题与思考题218

第9章数据和信号处理技术219

9.1可扩展标记语言219

9.1.1可扩展标记语言简介219

9.1.2可扩展标记语言特性220

9.1.3可扩展标记语言文档结构220

9.1.4XML的优势221

9.2高性能计算222

9.2.1高性能计算概述223

9.2.2高性能计算机的应用223

9.2.3高性能计算分类224

9.2.4分布式计算224

9.2.5网格计算225

9.2.6网格类型226

9.2.7高性能计算集群226

9.3海量数据库技术228

9.3.1传统的关系数据库面临更大的挑战229

9.3.2支撑物联网的数据库技术229

9.3.3关系数据库231

9.3.4非关系数据库232

9.3.5实时数据库234

9.3.6分布式数据库系统236

9.4边缘计算238

9.5物联网大数据处理242

9.6人工智能技术246

9.7人机交互技术249

9.7.1人机交互技术概况249

9.7.2人机交互技术的发展249

9.7.3多媒体与虚拟现实系统的交互特点250

9.7.4多通道人机交互技术251

9.7.5人机界面251

9.8未来的物联网数据和信号处理技术252

9.9应用案例： 基于图像处理技术的汽车牌照识别系统253

习题与思考题254

第10章发现与搜索引擎技术255

10.1搜索引擎技术概述255

10.1.1搜索引擎的发展255

10.1.2搜索引擎分类255

10.2Web搜索引擎工作原理256

10.2.1Web搜索引擎的组成256

10.2.2Web搜索引擎的工作模式257

10.2.3搜索引擎的技术设计与算法258

10.3物联网搜索引擎262

10.3.1基于物品的搜索引擎技术263

10.3.2基于简单标识的对象查找技术263

10.4服务发现技术264

10.4.1Web服务发现264

10.4.2传感数据的语义发现技术265

10.4.3数据挖掘266

10.4.4物联网数据挖掘273

10.5未来的物联网发现与搜索引擎技术278

10.6应用案例： 语境感知技术280

习题与思考题281

第11章关系网络管理技术282

11.1网络管理的热点技术282

11.2分布式网络管理技术285

11.2.1分布式网络管理体系结构286

11.2.2基于CORBA的分布式管理288

11.2.3基于Web的分布式网络管理289

11.2.4基于移动代理的分布式网络管理291

11.2.5基于主动网络技术的网络管理294

11.2.6未来的网管系统294

11.3分布式数据库/资料集合的管理294

11.3.1分布式数据库管理系统的组成295

11.3.2分布式数据库管理系统的分类295

11.3.3分布式数据库/资料集合管理的实现296

11.4应用案例： 海量飞行数据管理系统297

习题与思考题301

第12章电源和能量存储技术302

12.1能源采集转换技术302

12.1.1能源采集转换技术概述302

12.1.2光伏技术304

12.1.3生物发电304

12.1.4压电技术305

12.1.5能量转换装置307

12.2能量存储(电池)技术309

12.2.1薄膜电池309

12.2.2锂离子电池311

12.2.3印刷电池314

12.2.4光电池314

12.3无线充电技术316

12.3.1无线充电技术的发展316

12.3.2无线充电原理及实现方法317

12.3.3无线充电的技术标准321

12.4未来的电源与能量存储技术323

12.5应用案例： 手机无线充电324

习题与思考题326

第13章安全与隐私技术327

13.1物联网安全概述327

13.1.1物联网安全的必要性327

13.1.2物联网安全的层次327

13.1.3感知层的安全需求和安全框架328

13.1.4传输层的安全需求和安全框架330

13.1.5处理层的安全需求和安全框架331

13.1.6应用层的安全需求和安全框架333

13.1.7影响信息安全的非技术因素和存在的问题334

13.2RFID电子标签安全机制335

13.2.1RFID电子标签的安全设置335

13.2.2RFID电子标签在应用中的安全机制336

13.3无线传感器网络安全机制337

13.3.1WSN安全问题337

13.3.2传感器网络的安全机制338

13.3.3传感器网络的安全分析339

13.3.4WSN安全研究重点341

13.4物联网身份识别技术342

13.4.1电子ID身份识别技术342

13.4.2个人特征的身份证明345

13.4.3基于零知识证明的识别技术348

13.5信息隐藏349

13.5.1信息隐藏概述349

13.5.2信息隐藏技术350

13.6未来的物联网安全与隐私技术351

13.7应用案例： 汽车芯片感应防盗系统352

习题与思考题354

第14章标准化和相关技术355

14.1物联网标准化的意义355

14.2国际标准化组织和各国标准化组织356

14.3射频识别技术的标准化工作357

14.3.1RFID的ISO IEC标准357

14.3.2GS1的EPC标准359

14.4无线传感器网络技术的标准化工作360

14.5设备对设备通信技术的标准化工作362

14.6未来的物联网标准化工作363

14.7应用案例：  M2M标准化工作364

习题与思考题366

参考文献367第1章物联网概述1

1.1物联网的起源与发展1

1.2物联网的定义2

1.2.1物联网的概念2

1.2.2物联网的定义及组成2

1.3物联网技术体系4

1.3.1物联网技术概述4

1.3.2物联网技术体系4

1.3.3物联网面临的主要技术问题6

1.4物联网的应用领域6

1.5应用案例: 光纤传感温度监测系统9

习题与思考题11

第2章物联网架构技术12

2.1物联网结构12

2.1.1感知识别层13

2.1.2网络构建层13

2.1.3管理服务层14

2.1.4综合应用层15

2.2未来的物联网架构技术16

2.3应用案例:  镇海智慧水务项目17

2.3.1项目简介17

2.3.2技术架构18

2.3.3关键设计决策18

2.3.4经验总结22

22

习题与思考题22

第3章标识技术23

3.1特定领域的标识与自动识别技术23

3.1.1条形码技术23

3.1.2磁卡243.1.3IC卡技术25

3.1.4射频识别技术26

3.1.5传感器技术27

3.1.6光学字符识别技术36

3.1.7语音识别技术38

3.1.8生物计量识别技术39

3.1.9遥感遥测43

3.1.10机器人智能感知44

3.2不同的标识体系44

3.2.1ISO标识体系44

3.2.2GS1标识体系45

3.2.3IEEE标识体系45

3.2.4IPv6与6LoWPAN标识体系46

3.3用于物联网标识的开放架构46

3.4电子产品编码47

3.4.1电子产品编码体系及其特点47

3.4.2物联网环境下的“物品”的统一标识体系47

3.4.3EPC标签的通用标识符49

3.4.4序列化全球贸易标识代码50

3.5未来的物联网标识技术51

3.6应用案例: 医疗健康护理传感器网络52

习题与思考题54

第4章通信技术55

4.1无线低速网络55

4.1.1蓝牙技术55

4.1.2紫蜂技术57

4.1.3红外通信技术61

4.1.4近距离通信技术62

4.2移动通信网络65

4.2.1移动通信系统简介65

4.2.2第一代移动通信: 模拟语音67

4.2.3第二代移动通信:  数字语音67

4.2.4第三代移动通信: 数字语音与数据68

4.2.5第四代移动通信技术70

4.2.6第五代移动通信技术72

4.3设备对设备通信技术78

4.3.1M2M简介78

4.3.2M2M体系结构和技术组成79

4.3.3M2M卡和模块80

4.3.4M2M应用81

4.4工业领域的无线网络82

4.4.1Wireless HART82

4.4.26LoWPAN83

4.5未来的物联网通信技术84

4.6应用案例: 电子不停车收费系统85

习题与思考题86

第5章网络技术88

5.1非接触射频识别系统88

5.1.1RFID分类与基本组成88

5.1.2RFID射频电子标签89

5.1.3RFID阅读器91

5.1.4阅读器关键技术92

5.1.5Savant系统93

5.1.6RFID标准94

5.1.7RFID应用95

5.2EPC信息网络系统95

5.2.1物联网EPC网络系统构成95

5.2.2系统构成96

5.2.3信息网络系统98

5.2.4EPC网络应用流程99

5.2.5对象名称解析服务100

5.2.6实体标记语言100

5.2.7EPC信息服务模块101

5.3无线传感器网络102

5.3.1传感器的组成和结构103

5.3.2传感器网络体系结构106

5.3.3传感器网络自组网技术111

5.3.4传感器网络MAC协议与路由协议112

5.3.5IEEE 802.15.4标准112

5.3.6传感器网络数据管理技术113

5.4宽带网络技术114

5.4.1无线局域网114

5.4.2无线城域网119

5.4.3超宽带技术121

5.5无线网格网124

5.5.1无线网格网的技术特点124

5.5.2无线网格网的网络结构125

5.5.3无线网格网与其他通信网络的区别127

5.5.4无线网格网的关键技术127

5.5.5无线网格网的优势129

5.6云计算网络129

5.6.1云计算简介130

5.6.2云计算系统的体系结构131

5.6.3云计算服务层次133

5.6.4云计算技术层次137

5.6.5云计算的核心技术138

5.6.6典型云计算平台139

5.6.7典型的云计算系统及应用141

5.7窄带物联网（NBIoT）142

5.8未来的物联网网络技术145

5.9应用案例： 战场监测与指挥传感器网络146

习题与思考题148

第6章网络定位技术150

6.1位置服务150

6.2GPS全球定位系统150

6.2.1GPS构成150

6.2.2GPS工作过程151

6.2.3GPS定位计算152

6.2.4全球四大GPS系统153

6.2.5GPS的应用154

6.3蜂窝基站定位154

6.3.1GSM蜂窝基站的基础架构154

6.3.2COO定位155

6.3.3七号信令定位155

6.3.4TOA/TDOA定位155

6.3.5AOA定位157

6.3.6基于场强的定位157

6.3.7混合定位157

6.4新兴定位系统157

6.4.1AGPS定位基本机制157

6.4.2AGPS定位基本流程158

6.4.3AGPS定位技术的实际应用情况159

6.5无线室内环境定位160

6.5.1室内GPS定位技术160

6.5.2室内无线定位技术161

6.6传感器网络结点定位技术163

6.6.1传感器网络定位简介163

6.6.2WSN定位技术基本概念163

6.6.3基于测距的算法164

6.6.4结点坐标计算方法165

6.6.5基于非测距的算法167

6.6.6新型WSN定位研究分析167

6.7传感器网络时间同步技术168

6.8未来的物联网网络定位和发现技术171

6.9应用案例： 矿用射频识别人员定位系统172

习题与思考题174

第7章软件、服务和算法技术175

7.1环境感知型中间件175

7.1.1中间件概述175

7.1.2中间件的体系框架与核心模块176

7.1.3中间件的分类176

7.1.4物联网中间件的设计177

7.2嵌入式软件177

7.2.1嵌入式系统177

7.2.2嵌入式软件的应用178

7.2.3嵌入式软件的分类179

7.2.4嵌入式软件发展趋势180

7.3微型操作系统180

7.3.1传感器结点微型操作系统180

7.3.2其他常见微型操作系统181

7.4面向服务架构183

7.4.1面向服务架构简介183

7.4.2面向服务架构的特征183

7.4.3面向服务架构的元素184

7.4.4面向服务的计算环境185

7.4.5利用价值185

7.5物联网海量数据存储与查询187

7.5.1网络存储体系结构187

7.5.2海量数据存储及查询191

7.6物联网数据融合及路由192

7.6.1数据融合的基本概念192

7.6.2物联网中数据融合的关键问题193

7.6.3物联网数据融合的基本原理193

7.6.4传感器网络数据融合技术194

7.6.5数据融合的层次结构195

7.6.6多传感器数据融合算法196

7.6.7传感网数据融合路由算法199

7.7未来的物联网软件、服务和算法技术200

7.8应用案例： Google数据中心201

习题与思考题204

第8章硬件技术206

8.1微电子机械系统206

8.1.1MEMS简介206

8.1.2发展概述206

8.1.3微电子机械系统的应用领域207

8.1.4微电子机械系统技术208

8.1.5产品应用实例209

8.2移动设备内置传感器硬件平台210

8.2.1内置传感器210

8.2.2微处理器210

8.2.3通信芯片211

8.3数字化传感器及网络接口技术212

8.3.1数字化传感器212

8.3.2传感器的网络化213

8.4未来的物联网硬件技术213

8.5应用案例： 基于无线通信M2M模块的道路照明解决方案214

习题与思考题218

第9章数据和信号处理技术219

9.1可扩展标记语言219

9.1.1可扩展标记语言简介219

9.1.2可扩展标记语言特性220

9.1.3可扩展标记语言文档结构220

9.1.4XML的优势221

9.2高性能计算222

9.2.1高性能计算概述223

9.2.2高性能计算机的应用223

9.2.3高性能计算分类224

9.2.4分布式计算224

9.2.5网格计算225

9.2.6网格类型226

9.2.7高性能计算集群226

9.3海量数据库技术228

9.3.1传统的关系型数据库面临更大的挑战229

9.3.2支撑物联网的数据库技术229

9.3.3关系型数据库231

9.3.4非关系型数据库232

9.3.5实时数据库234

9.3.6分布式数据库系统236

9.4边缘计算238

9.5物联网大数据处理242

9.6人工智能技术246

9.7人机交互技术249

9.7.1人机交互技术概况249

9.7.2人机交互技术的发展250

9.7.3多媒体与虚拟现实系统的交互特点250

9.7.4多通道人机交互技术251

9.7.5人机界面252

9.8未来的物联网数据和信号处理技术253

9.9应用案例： 基于图像处理技术的汽车牌照识别系统253

习题与思考题254

第10章发现与搜索引擎技术256

10.1搜索引擎技术概述256

10.1.1搜索引擎的发展256

10.1.2搜索引擎分类256

10.2Web搜索引擎工作原理257

10.2.1Web搜索引擎的组成257

10.2.2Web搜索引擎的工作模式258

10.2.3搜索引擎的技术设计与算法259

10.3物联网搜索引擎263

10.3.1基于物品的搜索引擎技术264

10.3.2基于简单标识的对象查找技术264

10.4服务发现技术265

10.4.1Web服务发现265

10.4.2传感数据的语义发现技术266

10.4.3数据挖掘267

10.4.4物联网数据挖掘274

10.5未来的物联网发现与搜索引擎技术279

10.6应用案例： 语境感知技术281

习题与思考题282

第11章关系网络管理技术283

11.1网络管理的热点技术283

11.2分布式网络管理技术286

11.2.1分布式网络管理体系结构287

11.2.2基于CORBA的分布式管理289

11.2.3基于Web的分布式网络管理290

11.2.4基于移动代理的分布式网络管理292

11.2.5基于主动网络技术的网络管理295

11.2.6未来的网管系统295

11.3分布式数据库/资料集合的管理295

11.3.1分布式数据库管理系统的组成296

11.3.2分布式数据库管理系统的分类296

11.3.3分布式数据库/ 资料集合的管理的实现297

11.4应用案例： 海量飞行数据管理系统298

习题与思考题302

第12章电源和能量储存技术303

12.1能源采集转换技术303

12.1.1能源采集转换技术概述303

12.1.2光伏技术305

12.1.3生物发电305

12.1.4压电技术306

12.1.5能量转换装置308

12.2能量存储(电池)技术310

12.2.1薄膜电池310

12.2.2锂离子电池312

12.2.3印刷电池315

12.2.4光电池315

12.3无线充电技术317

12.3.1无线充电技术的发展317

12.3.2无线充电原理及实现方法317

12.3.3无线充电的技术标准322

12.4未来的电源与能量储存技术324

12.5应用案例： 手机无线充电325

习题与思考题327

第13章安全与隐私技术328

13.1物联网安全性概述328

13.1.1物联网安全的必要性328

13.1.2物联网安全的层次328

13.1.3感知层的安全需求和安全框架329

13.1.4传输层的安全需求和安全框架331

13.1.5处理层的安全需求和安全框架332

13.1.6应用层的安全需求和安全框架334

13.1.7影响信息安全的非技术因素和存在的问题335

13.2RFID标签安全机制336

13.2.1RFID电子标签的安全设置336

13.2.2RFID电子标签在应用中的安全机制337

13.3无线传感器网络安全机制338

13.3.1WSN安全问题338

13.3.2传感器网络的安全机制339

13.3.3传感器网络的安全分析340

13.3.4WSN安全研究重点342

13.4物联网身份识别技术343

13.4.1电子ID身份识别技术343

13.4.2个人特征的身份证明346

13.4.3基于零知识证明的识别技术349

13.5信息隐藏350

13.5.1信息隐藏概述350

13.5.2信息隐藏技术351

13.6未来的物联网安全与隐私技术352

13.7应用案例： 汽车芯片感应防盗系统353

习题与思考题355

第14章标准化和相关技术356

14.1物联网标准化的意义356

14.2国际标准化组织和各国标准化组织357

14.3射频识别技术的标准化工作358

14.3.1RFID的ISO IEC标准358

14.3.2GS1的EPC标准360

14.4无线传感器网络技术的标准化工作361

14.5设备对设备通信技术的标准化工作363

14.6未来的物联网标准化工作364

14.7应用案例：  M2M标准化工作365

习题与思考题367

参考文献368

l 本书主要作为物联网专业技术基础课教材，适用于相关专业的大学本科生教学。

l 本书自出版以来，深受读者欢迎，并多次重印，被多所院校选作教材。

l 本书随书提供PPT教学课件、课程大纲、教学进度计划、试题及答案和专业培养方案。

西安交通大学 城市学院 教授、副系主任 美国俄亥俄州立大学访问教授 财政部、陕西省政府、西安市政府特聘顾问专家 省级先进工作者。近5年在清华大学出版社出版大学本科教材6本，均为普通高等教育规划教材。