本书是“中国轻工业‘十四五’规划立项教材”，针对当前普通高等学校物联网专业教学需要编写。本书紧密追踪物联网技术发展与典型应用，从物联网的全面感知、可靠传递、智能处理三方面出发，结合人工智能、云计算、大数据等技术，从基础知识、关键技术到典型应用，全方位阐释物联网的技术原理特征和生产生活应用。全书分为基础篇和应用篇，共12章，第1章阐述物联网的背景需求、概念特征及发展趋势；第2章至第4章讲解物联网基础技术，分别介绍物联网标识技术、物联网传感技术及物联网感知技术；第5章从物联网传输功能出发，主要介绍支撑信息传输的各种典型通信技术；第6章介绍物联网安全技术；第7章详细介绍物联网精准定位、时间同步、云边协同等关键应用技术；第8章至第12章主要介绍智能交通、智能穿戴、智能物流、智能机器人、智能博物馆等物联网典型应用。

本书适合作为高等院校物联网等专业的教材，也可以作为物联网技术相关研究人员、企事业单位人员的参考书。

       物联网是以感知技术和网络通信技术为主要手段，实现人、机、物的泛在连接，提供信息感知、信息传输、信息处理等服务的基础设施。随着经济社会数字化转型和智能升级步伐加快，物联网已经成为数字化基础设施的重要组成部分，是形成新质生产力的重要技术力量。目前，在我国主要城市已经初步建成物联网新型基础设施，社会现代化治理、产业数字化转型和民生消费升级的基础更加稳固，物联网技术与应用得到迅猛发展。数以万亿的智能设备、感知终端接入网络，如智能电表、智能手机、电动汽车等；同时，人工智能、边缘计算、区块链等新技术加快与物联网技术结合，实现了行业跨界融合，产生了各种创新应用。
       行业应用是物联网发展的主要驱动力之一。物联网通过部署各类感知设备，实现对行业应用对象的精准感知，打破了真实的物理世界和虚拟的信息世界界限，扩大了人类对物理世界的认知、理解和控制，为传统行业数字化转型升级提供了从物理世界到信息世界映射的基础支撑。随着我国“人工智能+”“新质生产力”等战略提出，互联网企业、传统行业企业、设备商、电信运营商等全面加入物联网产业，产业生态初具雏形。在感知层面，各类感知终端持续向精准感知、功能融合发展；在传输层面，各类通信技术不断创新落地，网络基础设施迅速完善，物联网从碎片化逐渐向互联互通转变；在应用层面，人工智能、大数据、区块链等技术迅猛发展，更多数字化、智能化应用不断涌现。
       由于物联网相关技术及应用不断出新，新工科等建设最新技术及典型应用相关教材严重匮乏。本书集合了十余名相关专业的专家和博士在物联网及相关领域的理论研究和实践成果，从物联网关键技术和典型应用两方面全方位阐释了物联网的发展现状、关键技术及其典型应用，全书分为基础篇（1～6章）和应用篇（7～12章）。
       第1章首先阐述了物联网的发展背景、定义、特征，以及物联网安全等概念，并对物联网体系架构进行深入分析。又分别对欧美、日韩和中国等国内外物联网的发展进程、主要研究和实践情况进行介绍。
       第2章介绍了物联网标识技术。主要对射频识别技术进行了详细的介绍，包括它的技术背景、原理及中间件等。同时，对射频识别技术的安全问题等进行了阐述。
       第3章从物联网感知功能出发，详细介绍了传感网，包括传感器的构成、分类，以及传感网的自组网技术、协议体系等理论、技术原理及应用。
       第4章主要介绍了物联网感知技术，包括智能视频技术、智能语音技术及智能环境感知技术等。
       第5章从物联网传输层出发，主要介绍了支撑传输层的各种信息通信技术，包括WAPI技术、Wi-Fi技术等，以及低功耗广域网技术（NB-IoT等）、卫星、光纤、移动通信技术等。
       第6章阐述了物联网安全技术，从物联网三个层次的安全威胁、安全技术及相关案例进行详细阐述。
       第7章从应用层出发，主要介绍了大数据、云计算、物联网定位等技术。
       第8章至第12章主要介绍了物联网应用层的关键技术及典型应用，包括智能交通、智能物流、智能穿戴、智能机器人、智能博物馆等。
       本书由张翼英、梁琨、马溪源主编。具体编写情况如下：
       本书第1章由张翼英编写；第2章由梁琨、张翼英编写；第3章由马兴毅、李冰、李昊臻编写；第4章由张茜、马溪源编写；第5章由张翼英、张亚男编写；第6章由梁琨、张翼英编写；第 7 章由王聪、张翼英编写；第 8 章由张亚男编写；第 9 章由马溪源、张晓丽、张亚男、赵宇编写；第10章由张茜、马溪源编写；第11章由戴凤智、李芳艳编写；第12章由贺琳、杨晓飞编写。全书由张翼英统稿、定稿。
       参加编写的人员还有柳柯、郭振坤、董艳萍、李子纤、丁慧、马浩、赵丛丛、范一凡、卢文杰、黄越洋、许瑶等同学。
       感谢中国铁道出版社有限公司在本书出版过程中给予的大力支持，感谢编辑人员的帮助与指导。感谢中国轻工业联合会认可，认定本书为中国轻工业“十四五”规划立项教材。
       希望本书能够对关心物联网技术和产业发展的高校师生、专业工程师，以及产业链相关领域的从业人员、投融资人士等读者都能有所裨益，为我国物联网产业发展添砖加瓦。受编者水平及时间所限，书中难免会有局限和诸多不足之处，欢迎广大专家和读者不吝指正。  

       编  者
       2024年3月

第一篇  基础篇 
第1章  物联网概述  2 
1.1 物联网的概念 3 
1.1.1 物联网的起源与发展背景 3 
1.1.2 物联网的定义 6 
1.1.3 物联网的特征 7 
1.2 物联网体系结构  9 
1.2.1 感知层 10 
1.2.2 网络层 11 
1.2.3 应用层 12 
1.2.4 物联网安全 13 
1.3 物联网发展现状  14 
1.3.1 国外物联网发展现状 14 
1.3.2 国内物联网发展现状 17 
1.4 物联网发展趋势  20 
本章小结 22 
习题 22 
第2章  物联网标识技术 23 
2.1 RFID技术概述  23 
2.1.1 RFID技术简介 23 
2.1.2 RFID技术的背景 24 
2.2 RFID系统组成  25 
2.2.1 读写器 25 
2.2.2 电子标签 30 
2.2.3 中间件 34 
2.3 RFID技术的标准  36 
2.3.1 RFID系统技术标准概述 36 
2.3.2 ISO标准体系 37 
2.3.3 EPCGlobal标准体系 39 
2.3.4 Ubiquitous ID标准体系 40 
2.3.5 我国标准体系 41 
2.4 RFID安全隐私  43 
2.4.1 RFID系统的安全问题及策略 43 
2.4.2 RFID电子标签的安全问题和解决方案 45 
2.4.3 RFID系统的隐私数据保护 49 
本章小结 49 
习题 50 
第3章  物联网传感技术51 
3.1 传感器概述  51 
3.1.1 传感器的概念 52 
3.1.2 传感器的发展历史 53 
3.1.3 传感器的组成 54 
3.1.4 传感器的分类 54 
3.1.5 传感器的特性 56 
3.1.6 传感器的功能 58 
3.1.7 传感器应用实例 58 
3.2 传感器技术  61 
3.2.1 传感器技术的应用领域 61 
3.2.2 传感器技术的发展趋势 62 
3.3 传感网概述  63 
3.3.1 传感网的概念 64 
3.3.2 传感网协议体系结构 65 
3.3.3 传感网拓扑结构 68 
3.4 传感网关键技术  70 
3.4.1 传感网的关键技术 70 
3.4.2 传感网的节点技术 73 
3.4.3 传感网的节点部署 74 
3.4.4 传感网覆盖 74 
3.4.5 连接与节能 75 
3.5 无线传感网  76 
3.5.1 无线传感器网络概述 76 
3.5.2 无线传感器网络的应用领域 78 
3.5.3 无线传感器网络节点设计主要原则 79 
本章小结 80 
习题 80 
第4章  物联网感知技术 82 
4.1 物联网感知技术概述  82 
4.2 智能视觉感知技术  84 
4.2.1 智能视觉跟踪 84 
4.2.2 基于深度学习的智能视觉感知技术 87 
4.3 智能语音识别技术  90 
4.3.1 声学模型 90 
4.3.2 智能语音识别的实现 92 
4.4 智能环境感知技术  93 
4.4.1 环境感知系统 93 
4.4.2 智能环境感知系统典型应用场景 94 
本章小结 96 
习题 96 
第5章  物联网通信技术 97 
5.1 短距离无线通信技术  97 
5.1.1 蓝牙技术 97 
5.1.2 Wi-Fi技术 99 
5.1.3 WAPI技术 100 
5.1.4 ZigBee技术 101 
5.1.5 其他短距离无线技术 105 
5.2 低功耗广域网技术  107 
5.2.1 LoRa技术 107 
5.2.2 NB-IoT技术109 
5.2.3 其他低功耗物联网技术 111 
5.3 光纤通信技术 112 
5.3.1 光纤通信技术发展历程 112 
5.3.2 光纤通信技术概述 113 
5.3.3 光纤通信技术的应用及发展趋势 115 
5.4 移动通信  116 
5.4.1 2G、3G技术 116 
5.4.2 4G技术 116 
5.4.3 5G技术 117 
5.4.4 6G技术 118 
5.5 卫星通信技术 120 
5.5.1 卫星通信系统 120 
5.5.2 卫星移动通信技术 120 
本章小结 121 
习题 122 
第6章  物联网安全技术123 
6.1 物联网安全问题概述  123 
6.1.1 物联网安全特征 124 
6.1.2 物联网安全需求 125 
6.2 物联网安全体系结构  125 
6.2.1 物联网的安全架构 125 
6.2.2 感知层安全体系结构 126 
6.2.3 网络层安全体系结构 128 
6.2.4 应用层安全体系结构 130 
6.3 物联网安全威胁 131 
6.3.1 物联网安全挑战 131 
6.3.2 物联网安全风险案例分析 132 
6.4 物联网安全关键技术  133 
6.4.1 加密技术 133 
6.4.2 身份认证技术 135 
6.4.3 传感器网络安全技术 136 
本章小结 144 
习题 144 
第二篇  应用篇 
第7章  物联网应用技术146 
7.1 大数据及其相关技术  146 
7.1.1 大数据概述 146 
7.1.2 数据仓库 148 
7.1.3 数据挖掘 150 
7.1.4 数据管理和隐私保护 151 
7.2 云计算及相关技术  152 
7.2.1 IaaS、PaaS和SaaS 152 
7.2.2 计算机虚拟化技术 153 
7.2.3 云端物联网平台技术 153 
7.2.4 多租户技术 153 
7.2.5 政务云、教育云、医疗云 154 
7.3 物联网定位技术  154 
7.3.1 定位技术的演变 155 
7.3.2 位置服务及应用场景 157 
7.3.3 全球卫星导航系统 158 
7.3.4 蜂窝网络定位技术 163 
7.3.5 无线传感网络中的定位技术 164 
7.3.6 室内定位技术 165 
7.4 时间同步技术 169 
7.4.1 时间同步技术的基本概念 169 
7.4.2 时间同步技术的分类 169 
7.4.3 物联网中时间同步技术的应用 170 
7.4.4 物联网中时间同步技术的意义 170 
7.5 智能物联网技术  171 
7.5.1 智能物联网定义 171 
7.5.2 智能物联网整体架构 172 
7.5.3 智能物联网的发展趋势 172 
本章小结 174 
习题 174 
第8章  智能交通175 
8.1 智能交通系统概述  175 
8.1.1 智能交通定义 175 
8.1.2 智能交通历史 179 
8.2 智能交通技术 180 
8.2.1 智能交通信息采集技术 180 
8.2.2 智能交通通信技术 182 
8.2.3 智能交通分析技术 182 
8.3 无人驾驶  184 
8.3.1 无人驾驶概述 184 
8.3.2 无人驾驶感知技术 185 
8.3.3 无人驾驶规划与控制 188 
8.4 电动汽车  189 
8.4.1 电动车的消失 189 
8.4.2 电动汽车概述 190 
8.4.3 电动汽车的关键技术 192 
本章小结 193 
习题 193 
第9章  智能穿戴194 
9.1 智能穿戴概述 195 
9.1.1 智能穿戴设备概念 195 
9.1.2 智能穿戴设备特点 195 
9.1.3 智能穿戴设备分类 196 
9.2 智能穿戴技术 197 
9.2.1 传感器技术 197 
9.2.2 电池技术 200 
9.2.3 无线通信技术 200 
9.2.4 大数据及边缘云计算技术 201 
9.3 智能穿戴应用 202 
9.3.1 智能手表 202 
9.3.2 智能眼镜 205 
9.3.3 智能头盔 207 
9.3.4 智能装备 209 
9.4 智能可穿戴装备发展趋势 211 
本章小结 212 
习题 212 
第10章  智能物流 213 
10.1 智能物流概述 213 
10.1.1 自动化仓储 213 
10.1.2 自动化运输 215 
10.1.3 供应链新商业模式 216 
10.2 物联网在物流行业典型技术应用  218 
10.2.1 物流行业中典型物联网技术 218 
10.2.2 物联网典型物流行业应用 219 
10.2.3 智能物流发展趋势 226 
本章小结 226 
习题 226 
第11章  智能机器人227 
11.1 智能机器人概述  229 
11.1.1 智能机器人的结构和功能 229 
11.1.2 智能机器人的发展 230 
11.1.3 智能机器人的特点 234 
11.2 智能机器人的感知技术及其应用场景 236 
11.2.1 智能机器人的主要感知技术及其应用 236 
11.2.2 智能机器人的其他应用场景 238 
11.3 人形机器人的开发  240 
11.3.1 开发机器人的基本步骤 240 
11.3.2 开发下肢康复训练机器人 241 
11.4 智能机器人的发展趋势  245 
本章小结 247 
习题 247 
第12章  智能博物馆 248 
12.1 智能博物馆概述  249 
12.1.1 智能博物馆的概念 250 
12.1.2 智能博物馆的系统组成 251 
12.2 智能博物馆适用技术  252 
12.2.1 传感器网络 252 
12.2.2 无线通信 253 
12.2.3 云计算 253 
12.2.4 大数据 254 
12.2.5 人工智能 254 
12.3 智能博物馆典型应用  255 
12.3.1 藏品保存环境监测系统 255 
12.3.2 藏品数字化留存 256 
12.3.3 博物馆智能导览系统 258 
12.3.4 博物馆大数据可视化管理系统 259 
12.3.5 文物虚拟修复系统 260 
12.3.6 公众互动展示系统 261 
12.4 智能博物馆未来发展趋势 262 
本章小结 263 
习题 263 
参考文献 264

张翼英，博士，教授，天津科技大学，物联网工程专业。曾编写过的教材和专著10余部，参与多个国家级项目。曾获天津市科技进步二等奖、国家电网公司科技进步奖二等奖、浙江省科技进步二等奖等。

梁琨，博士，教授，天津科技大学，物联网工程专业。主讲Java程序设计、面向对象程序设计（C）、物联网导论、物联网应用及发展趋势等课程。曾主编及参编《人工智能算法与实践》《人工智能导论》《Android应用开发项目实战》《物联网实训案例设计》《物联网通信技术》等多部教材。曾获中国轻工业联合会科学技术奖、天津市科技进步奖、中国商业联合会科技奖等。

马溪源，硕士，讲师，聊城大学东昌学院，数学与信息工程系，曾参编教材《网络安全技术》，主讲物联网技术概论、信息安全技术、Python网络爬虫等课程，参与课题有：2020年主持新工科背景下电子信息工程（工业物联网方向）专业实践条件和实基地建设，教育部产学合作协同育人项目；2020年参与新工科背景下电子信息工程专业（集成电路方向）教学内容与课程体系改革，教育部产学合作协同育人项目；2018年参与韩国高丽大学信息安全研究室与国家安防部的联合项目研究等。

（1）该书从物联网关键技术、发展趋势和典型应用三方面全方位阐述了物联网的发展现状、关键技术及其典型应用。能够对关心物联网技术和产业发展的各级领导和行业监管部门、高校师生，以及产业链相关各领域的从业人员、投融资人士等读者群有所裨益，对推动物联网研究、落地和发展起到积极作用，能够取得良好的社会效益。

（2）该书以密切关注前沿发展，融入国家发展战略和思政要求，落实典型应用研究为编写原则，求实求新为指导思想，紧密结合国家相关指导政策，为物联网在全社会、全行业的规模化推广做准备。其中，特别介绍了智能视频、智能机器人、智能交通等领域的应用落地服务。

（3）该书关注最新技术，整合典型应用案例，提供相应电子课件、微课视频及其他配套教学资源。为读者提供全方位的人工智能技术、应用、发展等内容。促进物联网技术普及学习，指导实践应用。