本书详细介绍了物联网技术的基础理论、实际应用案例和新的前沿技术。本书共分为14章，第1章为物联网概述，其他13章内容主要涉及物联网工程中的13类关键技术，包括物联网架构技术，标识技术，通信技术，网络技术，网络定位技术，软件、服务和算法技术，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，标准化和相关技术等。各章后都附有习题、工程案例，以帮助读者学习和理解实际工程应用。同时，每一章除讲解相关技术原理外，还附有相应章节的实用工程案例，以便学生深入了解课程内容及增加工程经验。 本书主要作为物联网专业、计算机专业和电气信息类的大学本科生教材，也可作为高职高专和职业培训机构的物联网工程专业培训教材，对从事物联网及计算机网络工作的工程技术人员也有学习参考价值。

　　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2~3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: 上海嘉定物联网工程示范项目17
习题与思考题19
第3章标识技术20
3.1特定领域的标识与自动识别技术20
3.1.1条形码技术20
3.1.2磁卡21
3.1.3IC卡技术22
3.1.4射频识别技术23
3.1.5传感器技术24
3.1.6光学字符识别技术33
3.1.7语音识别技术35
物联网技术基础教程(第2版)
目录3.1.8生物计量识别技术36
3.1.9遥感遥测40
3.1.10机器人智能感知41
3.2不同的标识体系41
3.2.1ISO标识体系41
3.2.2GS1标识体系42
3.2.3IEEE标识体系42
3.2.4IPv6与6LoWPAN标识体系43
3.3用于物联网标识的开放架构43
3.4电子产品编码44
3.4.1电子产品编码体系及其特点44
3.4.2物联网环境下的“物品”的统一标识体系44
3.4.3EPC标签的通用标识符46
3.4.4序列化全球贸易标识代码48
3.5未来的物联网标识技术48
3.6应用案例: 医疗健康护理传感器网络49
习题与思考题51
第4章通信技术52
4.1无线低速网络52
4.1.1蓝牙技术52
4.1.2紫蜂技术54
4.1.3红外通信技术58
4.1.4近距离通信技术59
4.2移动通信网络62
4.2.1移动通信系统简介62
4.2.2第一代移动通信: 模拟语音64
4.2.3第二代移动通信: 数字语音64
4.2.4第三代移动通信: 数字语音与数据65
4.2.5第四代移动通信技术67
4.3设备对设备通信技术69
4.3.1M2M简介69
4.3.2M2M体系结构和技术组成70
4.3.3M2M卡和模块71
4.3.4M2M应用72
4.4工业领域的无线网络73
4.4.1Wireless HART73
4.4.26LoWPAN74
4.5未来的物联网通信技术75
4.6应用案例: 电子不停车收费系统76
习题与思考题77
第5章网络技术79
5.1非接触射频识别系统79
5.1.1RFID分类与基本组成79
5.1.2RFID射频电子标签80
5.1.3RFID阅读器82
5.1.4阅读器关键技术83
5.1.5Savant系统84
5.1.6RFID标准85
5.1.7RFID应用86
5.2EPC信息网络系统86
5.2.1物联网EPC网络系统构成86
5.2.2系统构成87
5.2.3信息网络系统89
5.2.4EPC网络应用流程90
5.2.5对象名称解析服务91
5.2.6实体标记语言91
5.2.7EPC信息服务模块92
5.3无线传感器网络93
5.3.1传感器的组成和结构94
5.3.2传感器网络体系结构97
5.3.3传感器网络自组网技术102
5.3.4传感器网络MAC协议与路由协议103
5.3.5IEEE 802.15.4标准103
5.3.6传感器网络数据管理技术104
5.4宽带网络技术105
5.4.1无线局域网105
5.4.2无线城域网110
5.4.3超宽带技术112
5.5无线网格网115
5.5.1无线网格网的技术特点115
5.5.2无线网格网的网络结构116
5.5.3无线网格网与其他通信网络的区别118
5.5.4无线网格网的关键技术118
5.5.5无线网格网的优势120
5.6云计算网络120
5.6.1云计算简介121
5.6.2云计算系统的体系结构122
5.6.3云计算服务层次124
5.6.4云计算技术层次128
5.6.5云计算的核心技术129
5.6.6典型云计算平台130
5.6.7典型的云计算系统及应用132
5.7未来的物联网网络技术133
5.8应用案例： 战场监测与指挥传感器网络134
习题与思考题137
第6章网络定位技术138
6.1位置服务138
6.2GPS全球定位系统138
6.2.1GPS构成138
6.2.2GPS工作过程139
6.2.3GPS定位计算140
6.2.4全球四大GPS系统141
6.2.5GPS的应用142
6.3蜂窝基站定位142
6.3.1GSM蜂窝基站的基础架构142
6.3.2COO定位143
6.3.3七号信令定位143
6.3.4TOA/TDOA定位143
6.3.5AOA定位145
6.3.6基于场强的定位145
6.3.7混合定位145
6.4新兴定位系统145
6.4.1AGPS定位基本机制145
6.4.2AGPS定位基本流程146
6.4.3AGPS定位技术的实际应用情况147
6.5无线室内环境定位148
6.5.1室内GPS定位技术148
6.5.2室内无线定位技术149
6.6传感器网络结点定位技术151
6.6.1传感器网络定位简介151
6.6.2WSN定位技术基本概念151
6.6.3基于测距的算法152
6.6.4结点坐标计算方法153
6.6.5基于非测距的算法155
6.6.6新型WSN定位研究分析155
6.7传感器网络时间同步技术156
6.8未来的物联网网络定位和发现技术159
6.9应用案例： 矿用射频识别人员定位系统160
习题与思考题162
第7章软件、服务和算法技术163
7.1环境感知型中间件163
7.1.1中间件概述163
7.1.2中间件的体系框架与核心模块164
7.1.3中间件的分类164
7.1.4物联网中间件的设计165
7.2嵌入式软件165
7.2.1嵌入式系统165
7.2.2嵌入式软件的应用166
7.2.3嵌入式软件的分类167
7.2.4嵌入式软件发展趋势168
7.3微型操作系统168
7.3.1传感器结点微型操作系统168
7.3.2其他常见微型操作系统169
7.4面向服务架构171
7.4.1面向服务架构简介171
7.4.2面向服务架构的特征171
7.4.3面向服务架构的元素172
7.4.4面向服务的计算环境173
7.4.5利用价值173
7.5物联网海量数据存储与查询175
7.5.1网络存储体系结构175
7.5.2海量数据存储及查询179
7.6物联网数据融合及路由180
7.6.1数据融合的基本概念180
7.6.2物联网中数据融合的关键问题181
7.6.3物联网数据融合的基本原理181
7.6.4传感器网络数据融合技术182
7.6.5数据融合的层次结构183
7.6.6多传感器数据融合算法184
7.6.7传感网数据融合路由算法187
7.7未来的物联网软件、服务和算法技术188
7.8应用案例： Google数据中心189
习题与思考题192
第8章硬件技术194
8.1微电子机械系统194
8.1.1MEMS简介194
8.1.2发展概述194
8.1.3微电子机械系统的应用领域195
8.1.4微电子机械系统技术196
8.1.5产品应用实例197
8.2移动设备内置传感器硬件平台198
8.2.1内置传感器198
8.2.2微处理器198
8.2.3通信芯片199
8.3数字化传感器及网络接口技术200
8.3.1数字化传感器200
8.3.2传感器的网络化201
8.4未来的物联网硬件技术201
8.5应用案例： 基于无线通信M2M模块的道路照明解决方案202
习题与思考题206
第9章数据和信号处理技术207
9.1可扩展标记语言207
9.1.1可扩展标记语言简介207
9.1.2可扩展标记语言特性208
9.1.3可扩展标记语言文档结构208
9.1.4XML的优势209
9.2高性能计算210
9.2.1高性能计算概述211
9.2.2高性能计算机的应用211
9.2.3高性能计算分类212
9.2.4分布式计算212
9.2.5网格计算213
9.2.6网格类型214
9.2.7高性能计算集群214
9.3海量数据库技术216
9.3.1传统的关系型数据库面临更大的挑战217
9.3.2支撑物联网的数据库技术217
9.3.3关系型数据库219
9.3.4非关系型数据库220
9.3.5实时数据库222
9.3.6分布式数据库系统224
9.4语义网226
9.4.1语义网概念226
9.4.2语义网基本特征227
9.4.3语义网与万维网的区别227
9.4.4语义网的实现228
9.4.5语义网的体系结构228
9.4.6语义网的主要应用230
9.5智能决策算法230
9.6人工智能技术231
9.7人机交互技术233
9.7.1人机交互技术概况233
9.7.2人机交互技术的发展233
9.7.3多媒体与虚拟现实系统的交互特点234
9.7.4多通道人机交互技术235
9.7.5人机界面235
9.8未来的物联网数据和信号处理技术236
9.9应用案例： 基于图像处理技术的汽车牌照识别系统237
习题与思考题238
第10章发现与搜索引擎技术239
10.1搜索引擎技术概述239
10.1.1搜索引擎的发展239
10.1.2搜索引擎分类239
10.2Web搜索引擎工作原理240
10.2.1Web搜索引擎的组成240
10.2.2Web搜索引擎的工作模式241
10.2.3搜索引擎的技术设计与算法242
10.3物联网搜索引擎246
10.3.1基于物品的搜索引擎技术247
10.3.2基于简单标识的对象查找技术247
10.4服务发现技术248
10.4.1Web服务发现248
10.4.2传感数据的语义发现技术249
10.4.3数据挖掘250
10.4.4物联网数据挖掘257
10.5未来的物联网发现与搜索引擎技术262
10.6应用案例： 语境感知技术264
习题与思考题265
第11章关系网络管理技术266
11.1网络管理的热点技术266
11.2分布式网络管理技术269
11.2.1分布式网络管理体系结构270
11.2.2基于CORBA的分布式管理272
11.2.3基于Web的分布式网络管理273
11.2.4基于移动代理的分布式网络管理275
11.2.5基于主动网络技术的网络管理278
11.2.6未来的网管系统278
11.3分布式数据库/资料集合的管理278
11.3.1分布式数据库管理系统的组成279
11.3.2分布式数据库管理系统的分类279
11.3.3分布式数据库/资料集合的管理的实现280
11.4应用案例： 海量飞行数据管理系统281
习题与思考题285
第12章电源和能量储存技术286
12.1能源采集转换技术286
12.1.1能源采集转换技术概述286
12.1.2光伏技术288
12.1.3生物发电288
12.1.4压电技术289
12.1.5能量转换装置291
12.2能量存储(电池)技术293
12.2.1薄膜电池293
12.2.2锂离子电池295
12.2.3印刷电池298
12.2.4光电池298
12.3无线供电技术300
12.3.1无线供电技术实验300
12.3.2短距离无线供电方案301
12.4未来的电源与能量储存技术303
12.5应用案例： 利用废热为无线传感器供电304
习题与思考题307
第13章安全与隐私技术308
13.1物联网安全性概述308
13.1.1物联网安全的必要性308
13.1.2物联网安全的层次308
13.1.3感知层的安全需求和安全框架309
13.1.4传输层的安全需求和安全框架311
13.1.5处理层的安全需求和安全框架312
13.1.6应用层的安全需求和安全框架314
13.1.7影响信息安全的非技术因素和存在的问题315
13.2RFID标签安全机制316
13.2.1RFID电子标签的安全设置316
13.2.2RFID电子标签在应用中的安全机制317
13.3无线传感器网络安全机制318
13.3.1WSN安全问题318
13.3.2传感器网络的安全机制319
13.3.3传感器网络的安全分析320
13.3.4WSN安全研究重点322
13.4物联网身份识别技术323
13.4.1电子ID身份识别技术323
13.4.2个人特征的身份证明326
13.4.3基于零知识证明的识别技术329
13.5信息隐藏330
13.5.1信息隐藏概述330
13.5.2信息隐藏技术331
13.6未来的物联网安全与隐私技术332
13.7应用案例： 汽车芯片感应防盗系统333
习题与思考题335
第14章标准化和相关技术336
14.1物联网标准化的意义336
14.2国际标准化组织和各国标准化组织337
14.3射频识别技术的标准化工作338
14.3.1RFID的ISO IEC标准338
14.3.2GS1的EPC标准340
14.4无线传感器网络技术的标准化工作341
14.5设备对设备通信技术的标准化工作343
14.6未来的物联网标准化工作344
14.7应用案例： M2M标准化工作345
习题与思考题347
参考文献348第1章物联网的前世今生11.1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16
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18
1.4.2国内物联网的发展情况22
思考题26
第2章认识物联网27
2.1物联网典型应用27
2.1.1RFID的物联网供应链系统27
2.1.2物联网智能家居31
2.1.3物联网煤矿安防系统34
2.1.4智能电网物联网38
2.2物联网的共性特征45
2.2.1物联网的体系结构45
2.2.2物联网的技术体系47
2.3物联网关键技术49
2.3.1感知技术49
2.3.2传输技术50
2.3.3应用层支撑技术52
2.4是或不是物联网52
2.4.1CPS522.4.2WSN54
2.4.3呼叫中心55
2.4.4绿野千传57
思考题58
第3章物联网感知与数据采集59
3.1感知节点与传感芯片59
3.1.1几类典型感知节点59
3.1.2节点组织结构62
3.1.3网关节点64
3.1.4传感器与传感器板65
3.2RFID读写系统67
3.2.1RFID标签67
3.2.2RFID读写器70
3.3节点定位74
3.3.1GPS与位置计算74
3.3.2基于距离的节点定位77
3.3.3距离无关的节点定位80
3.4数据采集与A/D转换81
3.4.1数据采集模块组成81
3.4.2A/D转换原理81
思考题82
第4章物联网的数据传输83
4.1物联网通信技术83
4.1.1光纤通信83
4.1.2射频通信89
4.1.3宽带通信89
4.1.4载波通信92
4.2无线网络技术94
4.2.1无线局域网94
4.2.2无线自组网98
4.2.3无线个域网101
4.2.4无线传感网105
4.3介质访问技术108
4.3.1基于预分配的介质访问109
4.3.2基于竞争的介质访问112
4.3.3混合式介质访问116
4.4网络传输技术119
4.4.1Internet的数据传输119
4.4.2网络接入与融合123
4.4.3网关与路由125
4.5资源受限网络的弱时间同步127
4.5.1时间同步概述127
4.5.2无线传感网的时间同步128
思考题129
第5章操作系统130
5.1操作系统概述130
5.1.1操作系统的功能及分类130
5.1.2操作系统的任务调度132
5.1.3操作系统的资源管理136
5.2几种流行嵌入式操作系统平台139
5.2.1嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ139
5.2.2嵌入式Linux142
5.2.3Windows CE操作系统144
5.2.4Android手机操作系统147
5.3TinyOS: 物联网前端微操作系统149
5.3.1TinyOS概述150
5.3.2TinyOS的工作原理150
5.3.3nesC语言程序设计154
5.3.4应用开发示例: CntToLedsAndRfm158
思考题160
第6章物联网数据处理162
6.1后台数据库技术162
6.1.1数据库概述162
6.1.2关系型数据库167
6.1.3结构化查询语言172
6.2资源受限网络的分级数据融合176
6.2.1节点的分簇控制176
6.2.2簇内数据融合180
6.2.3分布式数据存储与处理183
6.3数据挖掘与海计算185
6.3.1数据仓库与数据挖掘技术185
6.3.2云计算概述189
6.3.3海计算的概念与未来191
思考题194
第7章物联网安全与隐私195
7.1物联网安全问题195
7.1.1经典的网络安全问题196
7.1.2RFID系统的隐私与安全问题198
7.1.3传感网的安全威胁201
7.2经典的安全方法204
7.2.1安全服务与安全机制205
7.2.2密码学与安全防护206
7.2.3入侵检测技术213
7.2.4内容安全技术216
7.2.5容忍入侵与可生存技术219
7.3RFID系统的安全与隐私技术222
7.3.1快易通的安全事故222
7.3.2RFID系统安全实现机制224
7.3.3RFID系统密码安全技术226
7.3.4RFID系统的隐私保护技术228
7.4传感网安全技术231
7.4.1传感网密钥管理技术231
7.4.2传感网的路由安全235
7.4.3传感网的入侵检测技术238
7.4.4传感网的可生存技术241
思考题242
第8章工程与物联网工程243
8.1什么是工程243
8.1.1工程及相关概念243
8.1.2工程教育和工程创新245
8.2信息化工程247
8.2.1信息化工程的特点247
8.2.2网络工程248
8.2.3软件工程256
8.3物联网工程的相关命题263
8.3.1懂网知物的物联网工程人才263
8.3.2物联网工程之智慧停车场264
思考题267
参考文献268第1章绪论1.1物联网的基本概念1
1.1.1物联网与互联网2
1.1.2物联网的相关概念4
1.2物联网的结构与特征6
1.2.1物联网的体系结构6
1.2.2物联网技术体系结构9
1.2.3物联网的特征10
1.3物联网关键技术分析10
1.4物联网的应用前景13
1.4.1物联网应用领域简介13
1.4.2物联网下的新的工作和生活方式14
1.5物联网的国内外发展现状15
1.5.1物联网国外发展状况15
1.5.2物联网国内发展状况17
习题19
第2章射频识别技术
2.1自动识别和数据采集技术20
2.1.1自动识别技术的概念和分类20
2.1.2常用的数据采集技术20
2.1.3射频标签与条形码的区别24
2.1.4RFID在中国的发展现状25
2.2RFID系统的组成26
2.2.1硬件组成26
2.2.2软件组成28
2.3RFID电子标签29
2.3.1电子标签的工作原理29
2.3.2RFID标签的天线30
2.3.3RFID标签的分类31
2.4读写器33
2.4.1读写器的工作原理33
2.4.2读写器的功能34
2.4.3读写器的分类35
2.5RFID系统的工作原理36
2.5.1射频识别系统中信号的编码和调制38
2.5.2多标签同时识别与系统防碰撞39
2.6RFID组网技术42
2.7RFID的标准化43
2.7.1RFID的标准体系43
2.7.2RFID标准化组织44
2.7.3EPCglobal标准体系45
2.7.4UID系统50
2.7.5ISO标准53
2.7.6三大编码体系的区别53

物联网工程技术
目录2.8系统部件的选择54
2.8.1电子标签的选择54
2.8.2读写器的选择55
2.8.3标准选择55
2.8.4频率选择56
2.9RFID技术和其他技术的结合57
2.9.1RFID技术与无线传感器网络57
2.9.2RFID技术与NFC59
2.9.3RFID技术与3G60
2.9.4RFID系统中数据挖掘技术的研究60
2.9.5RFID系统中定位技术的研究62
习题63
第3章传感与感知层组网技术
3.1传感技术65
3.1.1传感器的基本概念65
3.1.2传感器的分类68
3.1.3测控技术70
3.2无线传感器网络74
3.2.1无线传感器网络概述74
3.2.2无线传感器网络体系结构79
3.2.3物理层协议82
3.2.4MAC层协议87
3.2.5拓扑控制技术94
3.2.6路由协议98
3.3蓝牙无线技术102
3.3.1蓝牙标准化协议进程103
3.3.2蓝牙系统组成105
3.3.3蓝牙协议体系结构105
3.3.4蓝牙设备的工作方式108
3.3.5蓝牙的安全管理110
3.3.6蓝牙应用系统111
3.3.7相关技术比较112
3.4现场总线技术112
3.4.1现场总线产生的背景和基础112
3.4.2现场总线的特点113
3.4.3现场总线的技术基础114
3.4.4DeviceNet网络115
3.4.5现场总线技术发展趋势123
习题124
第4章网络层技术
4.1WiFi技术126
4.1.1WiFi简介126
4.1.2WiFi协议126
4.1.3蜂窝结构与漫游134
4.1.4无线网络的组建134
4.2无线Mesh网络136
4.2.1无线Mesh网络简介136
4.2.2Mesh网络的优势与缺陷136
4.2.3无线Mesh网络结构138
4.2.4802.16（WiMAX）标准140
4.2.5无线Mesh网络路由协议141
4.2.6Mesh网络的应用 143
4.3电力线通信技术145
4.3.1电力线通信技术简介145
4.3.2PLC通信系统标准145
4.3.3PLC接入网146
4.3.4PLC系统的体系结构151
习题154
第5章支撑层技术
5.1物联网中间件155
5.1.1物联网中间件的作用155
5.1.2物联网中间件的特点157
5.1.3物联网中间件的发展157
5.2云计算159
5.2.1云计算基础159
5.2.2云计算架构163
5.2.3典型云计算平台166
5.3GIS与GPS171
5.3.1地理信息系统171
5.3.2全球定位系统175
5.3.3北斗卫星导航系统简介178
习题178
第6章物联网应用
6.1物联网应用概述180
6.2物流管理与配送181
6.2.1基于EPC的物流全球供应链182
6.2.2物联网拓展物流信息增值服务183
6.2.3基于RFID技术的物流管理信息系统185
6.2.4基于RFID的配送中心系统架构案例186
6.3环境监测与保护189
6.3.1数字环保的基本概念189
6.3.2我国的环境监测物联网191
6.3.3环境监测应用案例191
6.4行业检测与监控193
6.4.1行业检测与监控概述193
6.4.2矿井安全应用案例194
6.5交通管理197
6.5.1交通管理技术简介197
6.5.2RFID交通监管技术198
6.5.3应用案例ETC201
习题204
第7章物联网安全
7.1物联网的安全问题205
7.1.1物联网安全风险来源205
7.1.2物联网面对的特殊安全问题206
7.2网络安全策略207
7.2.1网络安全技术207
7.2.2物联网安全架构212
7.3RFID系统安全219
7.3.1RFID系统的安全问题219
7.3.2RFID系统的安全风险与需求223
7.3.3协议安全性225
7.3.4现有的RFID安全机制227
7.3.5RFID安全措施237
习题238
第8章物联网未来与挑战
8.1物联网技术未来趋势239
8.2物联网的挑战240
8.2.1标准化的挑战241
8.2.2技术挑战242
习题244
参考文献245