物联网被称为世界信息产业的第三次浪潮，它将引发人类社会运行与生活方式的深刻变革。与此同时，随着业务的发展，未来物联网产业的发展将由信息网络向全面感知和智能应用两个方向扩展、延伸和突破，形成云、管、端的开放网络架构。 本书主要介绍物联网开发平台的体系结构、关键技术和典型应用，主要内容涉及物联网的概念和基础、物联网体系的基础技术、从物联网产业生态看开放平台价值、物联网开放平台架构设计与实现、物联网开放平台的开源软件、物联网开放平台的安全、物联网典型应用。

近年来，物联网在国内乃至全球都形成了热潮，被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，它将引发人类社会运行与生活方式的深刻变革。与此同时，未来随着业务的发展，物联网应用产品的同质化将越来越严重，汇聚业务、统一入口、快速迭代将成为决定应用成败的关键。同时，随着应用复杂度的上升与产业链的变长，产品定制与实现的难度将越来越大。在这种趋势下已经形成了比较清楚的发展方向，就是未来物联网产业的发展将由信息网络向全面感知和智能应用两个方向扩展、延伸和突破，形成云、管、端的开放网络架构。
开放网络体系的主要特征是业务云化，其发展有三个趋势：第一个趋势是基础实施的云化，是以IaaS的方式提供服务的；第二个趋势是业务的能力化，是以PaaS的方式提供服务的；第三个趋势是管理的平台化，将管理作为一种能力开放，实现自有业务孵化或开放给合作伙伴，实际上提高了新业务的生成效率、降低了第三方业务落地孵化的门槛。比如，未来家庭产业领域的发展、交通产业市场的发展等，都将是以开放平台架构来进行业务孵化和规模市场发展的。
物联网架构对促进物联网健康、规模发展具有重要的意义，是研究和关注的焦点，在全球有多个研究项目并且已经形成了很多的研究成果。
欧洲IOT-A项目专注于物联网架构研究并引起了业界的较大关注，该项目为期3年，于2013年结束，IoT-A的一个主要成果就是物联网架构参考模型。欧盟第七框架计划（FP7）下的许多项目在各自的研究主题下也都涉及一些物联网架构研究。IoT-A并不研究智慧城市、智慧农业、智慧电网、智慧医疗等具体应用领域架构，而是从跨应用领域的角度出发研究物联网架构的参考模型。
我国有很多企业、研究机构、大学都在针对物联网架构积极开展研究，如工业和信息化部电信研究院（CATR）、中国电子科技集团公司（CETC）、无锡物联网产业研究所CWSN），等等。我国也设立了国家专项项目来推进物联网架构研究，如新一代宽带无线移动通信网络（简称重大专项三）设立有泛在网（UN）架构研究和整体设计（2009ZX03004-001）和物联网总体架构及关键技术研究（2011ZX03005-005）两个课题，并取得了一系列成果；同时，针对M2M、WoT、车联网、智慧医疗等特定领域架构也开展了很多研究。物联网架构参考模型可以为具体应用领域物联网架构研究提供重要的参考。
本书正是基于此出发，兼顾理论与实践，向读者展示物联网开放平台的架构和设计方法，希望能够为从业者、学生等进行具体物联网架构设计提供参考和指导。
本书共分为8章，分别是：
第1章介绍物联网的概念和基础，内容包括：物联网的概念与应用场景；物联网与互联网、传感网、泛在网、M2M和CPS的关系；全球物联网主要政策和战略导向。
第2章介绍物联网体系基础技术，内容包括：物联网体系结构、传统物联网参考体系架构，以及四层体系架构；物联网感知层、网络层和应用层涉及的基础技术。
第3章从物联网产业生态看开放平台价值，内容包括：物联网产业发展阶段、发展驱动和问题分析；物联网平台型生态体系价值；物联网开放平台用户体系、应用产品分类；物联网开放平台服务管理模式；物联网平台生态发展策略；业界主流开放平台架构方式。
第4章介绍物联网开放平台架构设计与实现，内容包括：物联网开放平台总体架构和框架，涉及设备管理平台DMP、连接管理平台（CMP）、应用使能平台（AEP）、资源管理平台（RMP）、应用中心平台（ACP）、业务分析平台（BAP）；针对物联网开放平台的核心功能规划和设计方法。
第5章介绍物联网开放平台的开源软件研究，内容包括：开源软件概述，含开源的概念、开源许可证、开源软件与商业软件对比；企业服务总线软件研究，涉及ESB概述、WSO2 ESB，以及其他典型的ESB，并给出了ESB的对比和总结，ESB软件对平台建设的意义；复杂事件处理（CEP）软件研究，涉及CEP概述、典型CEP软件的对比；Storm、CEP软件对平台建设的意义；业务流程管理（BPM）软件研究，涉及BPM概述、jBPM、Activiti BPM、Fixflow、典型BPM软件的对比及小结，以及BPM软件对平台建设的意义；消息队列（MQ）软件研究，涉及MQ概述、RabbitMQ、MetaQ、ZeroMQ，典型MQ软件的对比和总结，以及MQ软件对平台建设的意义。
第6章介绍物联网开放平台高效通信协议，内容包括：MQTT，涉及MQTT消息格式、消息列表、协议流程、MQTT开源实现Mosquitto、MQTT小结；IETF:CoAP，涉及CoAP协议介绍、协议栈结构、消息格式、请求与应答、URI方案、业务发现、组播机制、安全机制、交叉代理、CoAP小结；LightweightM2M，涉及LWM2M协议架构、接口设计、资源组织、CoAP承载、LWM2M小结；MQTT、CoAP、LWM2M三种M2M通信协议比较。
第7章为物联网开放平台安全研究，内容包括：业界典型开放平台对比；物联网开放平台安全威胁，涉及物联网业务及平台发展趋势、物联网开放平台安全威胁、物联网业务安全威胁；物联网开放平台安全方案，涉及业务平台安全方案、终端安全方案、能力开放安全保障方案；物联网开放平台安全能力开放及安全服务前景展望，涉及安全能力开放和安全服务前景展望、物联网开放平台安全需求、构建安全能力开放平台、构建安全服务平台。
第8章介绍物联网典型应用，内容包括：健康医疗，涉及项目背景、技术方案、远程慢性病管理服务、家庭远程管理服务、紧急求助业务；平安家庭，涉及项目背景、系统架构、业务功能；公车管理，含项目背景、项目需求、方案架构；智慧交通，涉及项目背景、技术架构、典型业务；国外物联网业务发展，涉及物联网的应用分类、信息家电的建设及分类、信息家电产品、公共设施的物联网建设、娱乐类物联网应用。

自从笔者打算编写本书之后，国内外许多同行都表达给予了热烈的鼓励和支持，并在写作的过程中也提供给予了很大的帮助，如中国移动的童恩、刘玮、、刘越、牛亚文、杨宏杰等多位专家在本书编写过程中提出了很多好的建议并提供了一些实际技术与应用应用案例，在此一并表示感谢。另外，电子工业出版社的田宏峰编辑在本书的写作过程中提供了很多出版方面的建议，非常感谢。
本书部分内容获得了国家科技重大专项新一代宽带无线移动通信网（No. 2009ZX03006-007、2010ZX03006-006）、智慧江苏建设重点示范工程、江苏省智能家居物联网示范工程、江苏省信息化试点工程、江苏省高校自然科学研究（No. 17KJB510043）、工信部通信软科学研究（No. 2017-R-34）和南京邮电大学重点教材建设基金（No. JCGH201710）等科研和产业化项目的支持，在此表示感谢。

物联网所涉及的内容跨越多个学科，而我们的研究和实践只限于部分方面，因此，本书实际上凝练了很多物联网领域从业者的智慧和见解，在此对这些专家表示衷心的感谢。
本书在写作过程中，参考了大量的文献并尽可能地标注了文献的出处，但仍会挂一漏万，在此向那些我们引用过却未能或者无法明确标明文献出处的作者深表歉意、谢意和敬意。
在编写过程中，作者尽可能地把物联网技术发展的最新方向和进展传递给读者，力争使信息最新和最准确，但由于编者水平有限，书中难免存在错误或不足之处，敬请读者批评指正，反馈邮箱：NJUPT_IOT02@163.com13905181067@139.com。

作 者
2017年11月

丁飞，男，博士，高级工程师，中国移动通信集团江苏有限公司研发中心物联网牵头人、网络专业组组长。主持或重点参与国家重大专项、国家863计划、江苏省物联网应用示范工程、智慧江苏建设重点示范试点工程以及企业项目共20多项。"智慧交通载具产品体系创新与规模应用课题研究成果实际应用取得明显成效。获国家发明专利4项，获得省部级等各类奖项10多项。

第1章 物联网概念基础1
1.1 引言1
1.2 物联网是什么1
1.3 物联网应用场景3
1.3.1 物联网场景模型3
1.3.2 物联网的技术特征5
1.4 物联网与相关概念7
1.4.1 物联网与互联网7
1.4.2 物联网与传感器网络、泛在网8
1.4.3 物联网与M2M和CPS的关系10
1.5 物联网政策战略导向11
1.5.1 美国的智慧地球12
1.5.2 欧洲物联网行动计划12
1.5.3 日本的U-Japan计划16
1.5.4 韩国的U-Korea战略17
1.5.5 新加坡的下一代I-Hub计划17
1.5.6 中国的感知中国18
第2章 物联网体系基础技术19
2.1 引言19
2.2 物联网体系结构19
2.3 感知层21
2.3.1 RFID技术21
2.3.2 WSN23
2.3.3 ZigBee技术25
2.3.4 视频监控31
2.3.5 MEMS技术34
2.3.6 嵌入式技术36
2.4 网络层37
2.4.1 LoRa37
2.4.2 NB-IoT40
2.4.3 IPv6技术42
2.4.4 TD-LTE网络46
2.5 应用层47
2.5.1 M2M技术47
2.5.2 通信协议50
2.5.3 中间件技术53
2.5.4 云计算技术57
2.5.5 数据挖掘技术60
第3章 从物联网产业生态看开放平台价值63
3.1 引言63
3.2 物联网产业现状分析63
3.2.1 物联网产业发展阶段63
3.2.2 物联网发展驱动与问题分析65
3.3 物联网平台型生态体系价值66
3.3.1 Apple与Google带来的启示66
3.3.2 开放平台商业服务与价值67
3.4 物联网平台用户体系69
3.5 物联网开放平台应用产品分类70
3.6 物联网开放平台服务管理模式71
3.6.1 物联网生态业务模型71
3.6.2 业务模式72
3.7 物联网平台生态发展策略74
3.7.1 产品开发原理74
3.7.2 产品合作流程74
3.7.3 业务集群化75
3.8 业界其他开放平台架构方式76
3.8.1 Jasper Wireless76
3.8.2 Verizon nPhase77
3.8.3 Baidu Inside79
第4章 物联网开放平台架构设计与实现82
4.1 引言82
4.2 物联网开放平台总体架构82
4.3 设备管理平台87
4.3.1 感知外设远程管理87
4.3.2 传感网管理90
4.4 连接管理平台92
4.4.1 终端通信状态查询92
4.4.2 终端用户支撑系统信息查询93
4.4.3 通信管理使用鉴权93
4.4.4 限制终端使用通信业务94
4.4.5 模拟位置更新94
4.4.6 向终端发送测试短信94
4.4.7 终端通信故障快速诊断95
4.4.8 终端自动监控规则95
4.5 应用使能平台95
4.5.1 开发社区96
4.5.2 开发环境98
4.5.3 测试环境99
4.6 应用中心平台101
4.6.1 商品管理101
4.6.2 店铺管理103
4.6.3 营销服务104
4.6.4 交易管理104
4.6.5 积分管理106
4.6.6 代金券管理107
4.6.7 客服服务108
4.6.8 计费结算108
4.6.9 统计分析108
4.7 资源管理平台109
4.7.1 执行环境109
4.7.2 接口适配层110
4.7.3 运行控制台110
4.7.4 服务模式111
4.8 业务分析平台112
4.8.1 数据管理112
4.8.2 数据处理113
4.8.3 数据分析114
4.8.4 任务引擎115
第5章 物联网开放平台开源软件研究116
5.1 引言116
5.2 开源软件概述117
5.2.1 开源的概念117
5.2.2 开源许可证117
5.2.3 开源软件与商业软件的对比118
5.3 企业服务总线（ESB）软件研究119
5.3.1 ESB概述119
5.3.2 WSO2 ESB123
5.3.3 其他的典型ESB128
5.3.4 典型的ESB软件对比及小结133
5.3.5 ESB软件对平台建设的意义135
5.4 复杂事件处理（CEP）软件研究136
5.4.1 CEP概述136
5.4.2 典型CEP软件的对比137
5.4.3 Storm138
5.4.4 CEP软件对平台建设的意义142
5.5 业务流程管理（BPM）软件研究142
5.5.1 BPM概述142
5.5.2 jBPM145
5.5.3 Activiti BPM148
5.5.4 Fixflow151
5.5.5 典型BPM软件的对比及小结153
5.5.6 BPM软件对平台建设的意义155
5.6 消息队列（MQ）软件研究155
5.6.1 MQ概述155
5.6.2 RabbitMQ157
5.6.3 MetaQ160
5.6.4 ZeroMQ164
5.6.5 典型MQ软件的对比及小结167
5.6.6 MQ软件对平台建设的意义168
5.7 本章小结169
第6章 物联网开放平台高效通信协议研究170
6.1 引言170
6.2 IBM MQTT170
6.2.1 概要170
6.2.2 消息格式171
6.2.3 消息列表177
6.2.4 协议流程187
6.2.5 MQTT开源实现Mosquitto189
6.2.6 MQTT小结193
6.3 IETF：CoAP193
6.3.1 协议介绍193
6.3.2 协议栈结构194
6.3.3 消息格式194
6.3.4 请求与应答196
6.3.5 URI方案198
6.3.6 业务发现199
6.3.7 组播机制199
6.3.8 安全机制200
6.3.9 交叉代理201
6.3.10 CoAP小结201
6.4 OMA-LightweightM2M201
6.4.1 协议架构202
6.4.2 接口设计202
6.4.3 资源组织207
6.4.4 CoAP承载208
6.4.5 LWM2M小结210
6.5 协议比较210
6.6 本章小结211
第7章 物联网开放平台安全研究212
7.1 引言212
7.2 物联网平台安全威胁213
7.2.1 物联网业务及平台发展趋势213
7.2.2 物联网开放平台安全威胁214
7.2.3 物联网业务安全威胁220
7.3 物联网开放平台安全方案230
7.3.1 业务平台安全方案230
7.3.2 终端安全方案236
7.3.3 能力开放安全保障方案239
7.4 物联网开放平台安全能力开放及安全服务前景展望241
第8章 物联网典型应用245
8.1 引言245
8.2 健康医疗245
8.2.1 项目背景245
8.2.2 技术方案245
8.2.3 远程慢性病管理服务247
8.2.4 家庭远程管理服务247
8.2.5 紧急救助业务248
8.3 平安家庭249
8.3.1 项目背景249
8.3.2 系统架构249
8.3.3 业务功能250
8.4 公车管理251
8.4.1 项目背景251
8.4.2 项目需求252
8.4.3 方案架构253
8.5 智慧交通255
8.5.1 项目背景255
8.5.2 技术架构256
8.5.3 典型业务257
8.6 国外物联网业务发展259
8.6.1 物联网的应用分类259
8.6.2 信息家电的建设及分类260
8.6.3 信息家电产品260
8.6.4 公共设施的物联网建设262
8.6.5 娱乐类物联网应用263
参考文献266