本书是在中央网络安全和信息化委员会 2021 年发布的《提升全民数字素养与技能行动纲要》和中央网信办、教育部、工业和信息化部、人力资源社会保障部 2024 年发布的《2024 年提升全民数字素养与技能工作要点》两个文件指导下，参考教育部发布的《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021年版）》中“物联网”拓展模块的要求进行编写。
      全书通过介绍人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术与物联网技术的融合来介绍物联网技术的新特点和发展趋势，内容围绕当前物联网应用系统“端、管、云”的典型物联网体系架构展开，重点介绍物联网感知层、网络层、应用层中所涉及的关键技术及其应用，通过智能家居、智慧养殖以及智慧消防等物联网应用系统的简单搭建应用来验证相关物联网关键技术在实际场景中的应用。
      本书采用新形态的教材形式，同时配套微课、PPT 讲稿、动画、习题以及在线课程网站等多种资源，以满足不同读者的需求。此外还邀请行业专家，校企合作编写，以确保内容贴合产业的现状，具有准确性和实用性。
      本书适合作为高等职业院校物联网专业或相近专业的教材，也可供物联网系统相关的运维管理员、物联网工程技术人员以及广大物联网技术爱好者阅读和参考。

        习近平总书记在党的二十大报告中提出：“坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。”新一代信息技术在制造业数字化转型中发挥着重要作用，推动制造业高质量发展。物联网应用技术作为新一代信息技术中的一项关键技术，在推动我国当前工业互联网、智能制造等产业的高质量发展中将发挥非常重要的作用，在政府公共事业、智慧城市、智能交通、环境监测、智慧医疗、智能家居等众多领域都有着广泛的应用，因此很多不同行业对物联网相关的应用型人才需求也日益增。本书从物联网技术及相关产业的岗位需求分析出发，根据高等职业院校物联网应用技术专业教学标准中“物联网概论”课程的教学内容，确定了全书的体系和编写思路，并将职业技能标准、职业技能竞赛以及思政内容融入其中。
        本书第 1 版是苏州市职业大学校级重点教材，也是全国高等院校计算机基础教育研究会 2019—2020 年度优秀教材。自第 1 版发行以来，物联网技术又有了较大的发展，特别是人工智能、大数据和云计算等新一代。信息技术与物联网技术相结合后，物联网的内涵又有了新的变化，关键技术、典型物联网应用场景也在不断地更新。针对上述物联网技术发展以及产业对人才知识和技能需求的变化，特对第 1 版进行修订。修订后的内容结合“端、管、云”的典型物联网体系架构，从感知、网络、应用这三个层次来介绍物联网应用技术专业涉及的典型工作任务需要具备
的物联网基础知识、技术技能标准以及综合应用案例，全书共分为 7 章，具体包括物联网概念及其应用领域、物联网体系结构、物联网感知层关键技术、物联网网络层关键技术、物联网应用层关键技术、物联网安全关键技术以及物联物网典型应用案例等。
       本书的编写团队包括企业技术专家和院校教师。企业技术专家负责提供丰富的物联网应用场景和当前物联网产业中主流的物联网关键技术资料；长期在学校从事物联网技术教学、具有丰富教学经验的教师负责体系结构设计、案例及内容的设计与编写。团队其他成员也都具有丰富的专业知识和教学改革经验，并在课程教学、学生竞赛、教材编写等方面都取得了较好的成绩。另外，在编写过程中还得到了中国电信苏州分公司臧燕翔、葛周敏的建议和帮助，并提供了相关的案例素材。北京京胜世纪科技有限公司王喜胜，提供了物联网虚拟仿真实训平台及相关资料，苏州芒种物联网科技有限公司薛明刚为本书智慧养殖案例设计提供建议，苏州国网电子科技有限公司陆春民为智慧消防案例设计提供帮助。
       本书由苏州市职业大学谭方勇、关辉担任主编，苏州市职业大学刘刚、张晶和中国电信苏州分公司臧燕翔担任副主编，苏州市职业大学王德鹏、钱平，苏州芒种物联网科技有限公司薛明刚参与编写。本书由谭方勇确定编写思路并制订了内容体系和编写大纲，并负责全书统稿和校订。
       本书适合作为高等职业教育本科、专科物联网及相关专业的教材和参考书，也适合作为物联网系统相关的运维管理员、物联网工程技术人员以及广大物联网技术爱好者阅读参考。
      由于编者的水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请各位读者批评指正，联系邮箱：tanfy@126.com。


                                                                 编 者
                                                            2024 年 1 月

第 1 章 物联网的概念及应用领域 1
1.1 物联网的概念 1
1.1.1 相关概念 2
1.1.2 物联网的定义 4
1.1.3 物联网的内涵 4
1.2 物联网的特征 5
1.2.1 全面感知能力 6
1.2.2 可靠传递能力 6
1.2.3 智能化处理能力 7
1.2.4 其他特征 7
1.3 物联网发展历史、现状及趋势 8
1.3.1 物联网发展历史 8
1.3.2 物联网发展现状 9
1.3.3 物联网发展趋势 9
1.4 物联网的主要应用领域 10
1.4.1 家居生活领域 10
1.4.2 农业生产领域 11
1.4.3 工业控制领域 12
1.4.4 智慧城市领域 13
1.4.5 智慧医疗领域 13
1.5 物联网与其他技术的融合 14
1.5.1 物联网与 5G 通信技术 14
1.5.2 物联网与大数据技术 15
1.5.3 物联网与人工智能技术 16
习  题 16
第 2 章 物联网的体系结构 18
2.1 物联网体系结构概述 19
2.2 感知层在物联网中的作用 20
2.2.1 感知层在物联网中的重要性 20
2.2.2 感知层的功能描述 21
2.3 网络层在物联网中的作用 27
2.3.1 网络层在物联网中的重要性 27
2.3.2 网络层的功能描述 28
2.4 应用层在物联网中的作用 30
2.4.1 应用层在物联网中的重要性 30
2.4.2 应用层的功能描述 31
习  题 35
第 3 章 物联网感知层关键技术 37
3.1 自动识别技术 37
3.1.1 条形码识别技术 38
3.1.2 射频识别技术 42
3.1.3 图像识别技术 45
3.1.4 磁卡及 IC 卡识别技术 49
3.1.5 光学字符识别技术 49
3.1.6 语音识别技术 52
3.2 感知技术 54
3.2.1 传感器技术 54
3.2.2 生物识别技术 61
3.2.3 定位技术 66
3.3 智能终端技术 69
3.3.1 智能终端工作原理 70
3.3.2 智能终端的分类 70
3.3.3 智能终端在智慧城市中的应用案例 71
3.4 感知技术认知实践 74
习  题 75
第 4 章 物联网网络层关键技术 78
4.1 物联网接入网技术 78
4.1.1 串口方式接入 79
4.1.2 物联网网关接入 83
4.1.3 物联网云平台（物联网联接管理平台）接入 87
4.2 互联网通信技术 92
4.2.1 互联网主要特点 92
4.2.2 网络通信协议 92
4.2.3 常见的互联网通信技术 93
4.3 短距离无线通信技术 95
4.3.1 蓝牙技术 95
4.3.2 ZigBee 技术 96
4.3.3 UWB 技术 97
4.3.4 NFC 技术 97
4.3.5 Z-WAVE 技术 98
4.3.6 IrDA 技术 99
4.3.7 HomeRF 技术 99
4.3.8 Wi-Fi 技术 100
4.4 LPWAN 低功耗无线广域网技术 104
4.4.1 NB-IoT 技术 105
4.4.2 LoRA 技术 107
4.4.3 Sig-Fox 技术 108
4.4.4 LTE eMTC 技术 109
4.4.5 几种 LPWAN 网络技术的比较 110
4.5 移动通信技术 111
4.5.1 GSM 移动通信技术 112
4.5.2 GPRS 移动通信技术 113
4.5.3 CDMA 移动通信技术 114
4.5.4 3G 移动通信技术 114
4.5.5 4G 移动通信技术 115
4.5.6 5G 移动通信技术 115
4.6 卫星通信技术 116
4.6.1 卫星通信技术的发展 116
4.6.2 卫星通信技术的特点 117
4.6.3 卫星通信系统的构成 118
4.6.4 卫星通信技术的应用 118
4.7 物联网网络层关键技术认知实践 119
习  题 120
第 5 章 物联网应用层关键技术 122
5.1 云计算技术 123
5.1.1 云计算的起源 123
5.1.2 云计算的定义与分类 123
5.1.3 云计算的特征 125
5.1.4 云计算的价值 125
5.1.5 云计算与物联网 126
5.1.6 华为云物联网平台介绍 128
5.2 大数据技术 129
5.2.1 大数据的概念 129
5.2.2 大数据的特性 130
5.2.3 大数据的来源 130
5.2.4 大数据的处理流程 130
5.2.5 大数据的典型应用 131
5.2.6 大数据技术在物联网中的应用 132
5.3 人工智能技术 135
5.3.1 人工智能的概念 135
5.3.2 人工智能的研究目标和内容 135
5.3.3 人工智能的应用领域 136
5.3.4 机器学习 137
5.3.5 人工智能技术在物联网中的应用 139
5.3.6 华为云 AI 开发平台 ModelArts 介绍 140
5.4 中间件技术 142
5.4.1 中间件的概念 142
5.4.2 物联网中间件的概念 143
5.4.3 物联网中间件的特点 143
5.4.4 物联网中间件在物联网系统中的主要作用 144
5.4.5 物联网中间件的典型应用 144
5.4.6 常见的物联网中间件框架平台 145
5.5 物联网应用系统 147
5.5.1 物联网应用系统概述 147
5.5.2 物联网应用系统的设计开发 147
5.5.3 物联网应用系统开发技术栈 149
5.5.4 基于华为云 IoT 开发物联网应用 151
5.6 物联网应用层关键技术认知实践 152
习  题 153
第 6 章 物联网安全关键技术 156
6.1 物联网安全概述 156
6.1.1 物联网安全的重要性 156
6.1.2 物联网的安全架构 158
6.1.3 物联网安全的特殊性 160
6.1.4 物联网安全的关键技术 160
6.2 物联网分层安全体系 162
6.2.1 感知层的安全问题与安全机制 163
6.2.2 网络层的安全问题 164
6.2.3 应用层的安全问题 165
6.3 物联网面临的其他安全风险 166
6.3.1 云计算面临的安全风险 166
6.3.2 WLAN 面临的安全风险 166
6.3.3 IPv6 面临的安全风险 167
6.3.4 无线传感器网络面临的安全风险 167
6.3.5 基于 RFID 的物联网应用安全 167
6.4 物联网安全认知实践 167
习  题 168
第 7 章 物联网典型应用案例 170
7.1 智能家居应用案例 170
7.1.1 智能家居应用系统概述 170
7.1.2 智能家居应用系统主要构成 171
7.1.3 智能家居系统的简单搭建及运行 175
7.2 智慧养殖应用案例 179
7.2.1 智慧养殖应用系统概述 179
7.2.2 智慧养殖应用系统主要构成 180
7.2.3 智慧养殖应用系统的简单搭建及运行 181
7.3 智慧消防应用案例 185
7.3.1 智慧消防应用系统概述 185
7.3.2 智慧消防应用系统的简单搭建及运行 188
7.4 在 PT 中搭建智能家居环境 190
附录 A 课程概述 191
A.1 物联网关键技术理论知识体系概述 191
A.2 对典型工作任务的支持 196
A.3 其他要阐述和说明的问题 197
习题参考答案 199
参考文献 206

谭方勇，苏州职业大学计算机工程学院副教授。国家人社部《物联网安装调试员》职业标准评审专家，全国职业院校技能大赛裁判，江苏省职业院校技能大赛仲裁、裁判，全国高等院校计算机基础教育研究会电子信息专委会常务委员，苏州市优秀教育工作者，CCF VC优秀职业教育工作者。

关辉，苏州市职业大学计算机工程学院物联网技术系教师，从事计算机专业教学工作20多年。研究方向主要涉及计算机网络技术、物联网技术、云计算技术等领域，主要承担“计算机网络基础”“网络工程设计”“实用网络程序设计”“云计算搭建与运维”“大数据分析技术基础”等多门课程的教学任务。

全书通过介绍人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术与物联网技术的融合来介绍物联网技术的新特点和发展趋势，内容围绕当前物联网应用系统“端、管、云”的典型物联网体系架构展开，重点介绍物联网感知层、网络层、应用层中所涉及的关键技术及其应用，通过智能家居、智慧养殖以及智慧消防等物联网应用系统的简单搭建应用来验证相关物联网关键技术在实际场景中的应用。