物聯網教程

吳英,副教授，碩士生導師，南開大學計算機學院任教。研究方向：物聯網、車聯網、邊緣計算與網絡安全。近年，主持和參與各類科研課題8項；國內外會議與期刊發表學術論文35篇；參與編寫、翻譯教材15本，其中十二五教材5本

目錄CONTENTS

第1章物聯網概論1

1.1物聯網的形成1

1.1.1物聯網發展的社會背景1

1.1.2物聯網發展的技術背景2

1.1.3物聯網的技術特點4

1.1.4物聯網的定義9

1.2智能物聯網的發展9

1.2.1智能物聯網發展的社會背景9

1.2.2智能物聯網發展的技術背景11

1.2.3智能物聯網的定義15

1.3智能物聯網的技術特征15

1.3.1智能物聯網的“物”特征15

1.3.2智能物聯網的“網”特征16

1.3.3智能物聯網的“智”特征22

1.4智能物聯網體系結構24

1.4.1智能物聯網體系結構的研究24

1.4.2智能物聯網技術架構25

1.4.3智能物聯網層次結構模型28

1.5智能物聯網應用系統設計29

1.5.1智能物聯網設計原則29

1.5.2智能物聯網應用系統設計方法30

習題32

第2章感知層35

2.1感知層的基本概念35

2.1.1感知與感知層35

2.1.2感知層設備36

2.1.3感知層設備的發展趨勢39目錄物聯網教程2.2傳感器技術39

2.2.1傳感器的概念39

2.2.2物理傳感器41

2.2.3化學傳感器與生物傳感器46

2.2.4傳感器技術指標47

2.2.5傳感器的物聯網應用48

2.2.6傳感器技術的發展趨勢50

2.3RFID/EPC技術51

2.3.1自動識別技術的發展51

2.3.2RFID的概念53

2.3.3EPC的概念56

2.3.4RFID/EPC的物聯網應用59

2.4智能設備技術60

2.4.1智能設備的概念60

2.4.2嵌入式系統的概念62

2.4.3物聯網操作系統65

2.4.4智能人機交互技術66

2.4.5可穿戴計算設備72

2.4.6智能機器人77

2.5位置感知技術85

2.5.1位置信息與位置服務85

2.5.2全球定位系統87

2.5.3高精度網絡地圖91

習題93

第3章接入層95

3.1接入層的基本概念95

3.1.1設備通信類型95

3.1.2受限網絡的概念96

3.1.3接入技術類型97

3.1.4接入層的結構特點97

3.2有線接入技術98

3.2.1以太網接入98

3.2.2電話交換網與ADSL接入100

3.2.3有線電視網與HFC接入101

3.2.4電力線接入102

3.2.5光纖接入102

3.3WiFi接入技術103

3.3.1WiFi的概念103

3.3.2IEEE 802.11標準104

3.3.3千兆WiFi與物聯網接入106

3.4近距離無線接入技術107

3.4.1個人區域網的概念107

3.4.2藍牙技術108

3.4.3ZigBee技術110

3.4.46LoWPAN技術112

3.4.5超寬帶技術113

3.4.6WBAN技術114

3.4.7近場通信技術116

3.5遠距離無線接入技術118

3.5.1低功耗廣域網的概念118

3.5.2NBIoT技術119

3.5.3LoRaWAN技術121

3.6無線傳感器網接入技術122

3.6.1無線自組網的概念122

3.6.2無線傳感器網的概念124

3.6.3無線傳感器網的技術發展127

3.7工業網絡接入技術133

3.7.1工業網絡的概念133

3.7.2現場總線技術134

3.7.3工業以太網技術136

3.7.4工業無線網技術138

3.8衛星網絡接入技術140

3.8.1衛星網絡的概念140

3.8.2VSAT衛星接入141

3.8.3直連衛星接入141

習題143

第4章邊緣計算層145

4.1邊緣計算的基本概念145

4.1.1從雲計算到移動雲計算145

4.1.2從移動雲計算到邊緣計算148

4.1.3移動邊緣計算的技術發展150

4.2移動邊緣計算的技術架構151

4.2.1移動邊緣計算的標準化151

4.2.2ETSI移動邊緣計算架構152

4.3移動邊緣計算的關鍵技術154

4.3.1虛擬化技術154

4.3.2計算卸載技術155

4.45G移動邊緣計算的實現158

4.4.1MEC部署的邏輯結構158

4.4.2MEC在5G網絡中的部署159

4.5移動邊緣計算的物聯網應用160

4.5.1基於MEC的CDN160

4.5.2基於MEC的增強現實163

4.5.3基於MEC的實時目標識別165

習題167

第5章核心交換層170

5.1核心交換層的基本概念170

5.1.1核心交換網的概念170

5.1.2核心交換網的技術特點171

5.2IP網絡技術172

5.2.1TCP/IP協議體系172

5.2.2IP協議173

5.2.3移動IP協議175

5.2.4IP網絡的組網方法180

5.2.5SDN技術182

5.2.6NFV技術185

5.35G網絡技術186

5.3.1物聯網對5G的需求186

5.3.25G技術的發展187

5.3.35G的應用場景188

5.3.45G的技術指標189

5.3.55G的網絡架構191

5.3.66G的發展前景192

5.4衛星通信網技術193

5.4.1衛星通信的概念193

5.4.2LEO衛星通信網197

5.4.3衛星通信網的組網模式201

5.4.4衛星互聯網204

習題205

第6章應用服務層208

6.1雲計算技術208

6.1.1雲計算的概念208

6.1.2雲計算的服務模型210

6.1.3雲計算的部署模型210

6.1.4雲計算的發展趨勢212

6.2大數據技術213

6.2.1數據、信息與知識213

6.2.2物聯網的數據特征214

6.2.3大數據的概念215

6.2.4物聯網大數據技術216

6.2.5智能物聯網的數據分析219

6.3智能控制技術222

6.3.1傳統控制方法222

6.3.2數字孿生技術224

6.4人工智能技術227

6.4.1人工智能的概念227

6.4.2大模型技術228

6.4.3多模態AI大模型230

6.4.4我國AI大模型的發展231

6.5區塊鏈技術233

6.5.1區塊鏈的概念233

6.5.2區塊鏈的技術架構234

6.5.3區塊鏈的類型236

6.5.4區塊鏈的物聯網應用238

習題239

第7章應用層241

7.1智能工業應用241

7.1.1智能工業的概念241

7.1.2工業4.0規劃242

7.1.3中國制造2025243

7.1.4智能工業應用的例子244

7.2智能電網應用246

7.2.1智能電網的概念246

7.2.2智能電網的系統架構247

7.2.3智能電網應用的例子248

7.3智能交通應用250

7.3.1智能交通的概念250

7.3.2車聯網技術252

7.3.3智能網聯汽車技術254

7.4智能醫療應用257

7.4.1智能醫療的概念257

7.4.2智能醫療應用的例子258

7.5智能農業應用261

7.5.1智能農業的概念261

7.5.2智能農業應用的例子262

7.6智能環保應用264

7.6.1智能環保的概念264

7.6.2智能環保應用的例子265

7.7智能安防應用267

7.7.1智能安防的概念267

7.7.2智能安防應用的例子268

7.8智能家居應用270

7.8.1智能家居的概念270

7.8.2智能家居應用的例子272

7.9智能物流應用273

7.9.1智能物流的概念273

7.9.2智能物流應用的例子274

7.10智慧城市277

7.10.1智慧城市的概念277

7.10.2智慧城市的特點278

7.10.3數字孿生城市279

習題280

第8章網絡安全技術284

8.1網絡安全的基本概念284

8.1.1網絡安全概念的演變284

8.1.2物聯網安全的特點286

8.1.3物聯網的安全威脅290

8.1.4物聯網的安全規範292

8.2物聯網安全體系的研究293

8.2.1物聯網生態安全293

8.2.2感知層安全295

8.2.3接入層安全296

8.2.4邊緣層安全298

8.2.5核心交換層安全299

8.2.6應用服務層安全302

8.2.7應用層安全303

8.2.8AI安全304

8.3物聯網的隱私保護305

8.3.1隱私泄露問題305

8.3.2隱私保護技術306

8.4區塊鏈的安全應用308

8.4.1區塊鏈的安全特性308

8.4.2區塊鏈與身份認證309

8.4.3區塊鏈與隱私保護310

習題310

參考文獻313

附錄A參考答案314