内容简介

本书分为10章，内容涵盖了物联网概论、自动识别技术、传感器智能设备及智能终端、无线传感器网络、宽带无线与通信网、云计算基本技术、物联网中间件、物联网数据融合与管理、物联网安全与测试技术、物联网应用案例——智能交通。本书内容结构严谨，可读性强，便于读者学习理解。

本书适合高等院校物联网工程专业的学生作为教材使用，同时也适合其他物联网相关从业人员参考阅读。

前    言

　　物联网(Internet of Things，IoT)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。简单来说，物联网就是物物相连的互联网。物联网的核心技术依然是互联网，只是在互联网基础上的延伸和扩展，其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，非常有利于信息交换和通信。物联网技术可追溯到20世纪90年代，经过20多年的成长与发展，已经与互联网形成了密不可分的关系。

　　物联网具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征，它通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络之中。

　　本书共分为10章，各章讲解内容分别如下。

　　第1章：物联网概论。主要介绍物联网的定义、特点和市场应用前景。

　　第2章：自动识别技术。主要介绍自动识别技术、条形码、射频识别技术、机器视觉识别技术与生物识别技术的定义和应用。

　　第3章：传感器智能设备及智能终端。主要介绍传感器设备性能、原理、分类；智能终端的定义、特点以及发展现状。

　　第4章：无线传感器网络。主要介绍无线传感器的结构以及各技术的协议、标准。

　　第5章：宽带无线与通信网。主要介绍宽带互联网和移动通信的相关知识，详细介绍了无线局域网与无线城域网的相关技术。

　　第6章：云计算基本技术。主要介绍云计算的相关概念，包括什么是云计算，了解云计算的发展演进、云计算的体系结构、层次结构、关键技术、典型的云计算原理。

　　第7章：物联网中间件。主要介绍物联网中间件的基本概念，包括物联网中间件的定义，中间件在物联网中的作用，物联网中间件系统总体架构，物联网中间件设计的方法以及物联网三个典型的中间件。

　　第8章：物联网数据融合与管理。主要介绍数据融合以及技术的定义与应用。

　　第9章：物联网安全与测试技术。主要介绍物联网安全技术的特征、体系结构与关键技术、物联网的测试技术定义、特点以及系统的搭建与测试报告。

　　第10章：物联网应用案例——智能交通。以交通为实例介绍物联网技术的应用。

　　本书由重庆第二师范学院数学与信息工程系韦鹏程、石熙、邹晓兵、付仕明、李莉、李志根据部分物联网参考资料、文献及自身科研成果撰写而成。全书体系完整，内容专业、语言流畅，容易理解。该著作支持项目为重庆市交互式教育电子工程技术研究所中心和重庆第二师范学院交互式儿童电子产品协调创新中心。

　　本书在合作过程中，还借鉴了国内外物联网的研究成果以及案例作为参考，在此表示敬意和感谢。

　　由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请业内专家、同行以及广大读者积极提出宝贵意见，以便今后不断改进。

　　

 

　　作  者  

目      录

　

第1章  物联网概论 1

1.1  物联网概述 2

1.1.1  物联网的定义与特点 2

1.1.2  物联网市场的技术驱动 3

1.1.3  物联网的应用前景 3

1.2  物联网体系结构 6

1.2.1  物联网的参考体系架构 6

1.2.2  物联网的形态结构 8

1.2.3  物联网体系 9

小结 11

第2章  自动识别技术 13

2.1  自动识别技术概述 14

2.1.1  自动识别技术的基本概念 14

2.1.2  自动识别技术的种类 14

2.2  条形码技术 15

2.2.1  条形码概述 15

2.2.2  条形码的分类和编码方法 15

2.2.3  条形码识读原理与技术 18

2.2.4  二维码 21

2.2.5  条形码技术的应用 22

2.3  射频识别技术 23

2.3.1  射频识别技术概述 23

2.3.2  射频识别系统的组成 24

2.3.3  射频识别系统的分类 24

2.3.4  射频识别技术标准 24

2.3.5  EPC规范 26

2.3.6  射频识别的应用 29

2.4  机器视觉识别技术 30

2.4.1  机器视觉识别概述 30

2.4.2  机器视觉系统的典型结构 30

2.4.3  机器视觉识别技术的应用 32

2.5  生物识别技术 32

2.5.1  生物识别技术概述 32

2.5.2  指纹识别 35

2.5.3  声纹识别 37

2.5.4  人脸识别 40

2.5.5  手掌静脉识别 41

2.5.6  生物识别技术的应用 42

小结 42

第3章  传感器智能设备及智能终端 43

3.1  传感器设备 44

3.1.1  什么是传感器设备 44

3.1.2  传感器的特性 45

3.1.3  代表性传感器的原理 48

3.2  智能终端 55

3.2.1  智能终端的定义 55

3.2.2  智能终端的特点 55

3.2.3  智能传感器与智能终端 57

3.2.4  智能终端的应用 58

3.2.5  智能终端发展现状与趋势 59

小结 62

第4章  无线传感器网络 63

4.1  无线传感器网络的体系结构 64

4.1.1  无线传感器网络结构 64

4.1.2  无线传感器网络设备技术

架构 66

4.2  低速无线网络规范概述 68

4.2.1  无线传感器网络标准协议 68

4.2.2  无线传感器网络协议架构 69

4.3  IEEE 802.15.4技术 71

4.3.1  IEEE 802.15系列标准 71

4.3.2  IEEE 802.15.4协议簇 72

4.3.3  IEEE802.15.4协议栈结构 73

4.3.4  IEEE 802.15.4物理层协议 73

4.3.5  IEEE 802.15.4的MAC协议 76

4.4  ZigBee技术 79

4.4.1  ZigBee技术的特点 79

4.4.2  ZigBee协议体系 80

4.4.3  ZigBee网络的构成 82

4.5  6LoWPAN技术 83

4.5.1  6LoWPAN技术的优势 83

4.5.2  6LoWPAN标准协议栈架构 84

4.5.3  6LoWPAN网络拓扑和路由

协议 85

4.5.4  6LoWPAN网络层帧格式 85

4.6  蓝牙及蓝牙4.x技术 87

4.6.1  蓝牙技术概述 87

4.6.2  蓝牙4.x技术 89

4.7  体域网技术 90

4.7.1  体域网的架构 90

4.7.2  无线体域网的节点设计 93

4.7.3  体域网面临的挑战 94

4.8  面向视频通信的无线传感网络技术 95

4.8.1  关键技术 95

4.8.2  面临的挑战 96

小结 96

第5章  宽带无线与通信网 97

5.1  宽带无线网 98

5.1.1  互联网定义与发展 98

5.1.2  宽带无线网络的定义与发展 99

5.1.3  无线局域网 101

5.1.4  无线城域网 108

5.2  移动通信网 111

5.2.1  移动通信的出现 111

5.2.2  移动通信技术 113

5.3  移动互联网 119

5.3.1  移动互联网的定义 119

5.3.2  移动互联网的目标 120

5.3.3  移动互联网的基础协议 121

5.3.4  移动互联网的扩展协议 122

小结 124

第6章  云计算基本技术 125

6.1  云计算概述 126

6.1.1  云计算定义 126

6.1.2  云计算体系结构 128

6.1.3  云计算关键技术 129

6.1.4  云计算技术层次 130

6.2  谷歌文件系统云计算原理应用 131

6.2.1  谷歌文件系统 131

6.2.2  分布式数据处理

MapReduce 135

6.2.3  分布式锁服务 137

6.2.4  分布式结构化数据表

Bigtable 137

6.2.5  分布式存储系统Megastore 140

6.3  云计算与物联网结合方式 141

小结 143

第7章  物联网中间件 145

7.1  物联网中间件简介 146

7.1.1  什么是物联网中间件 146

7.1.2  中间件在物联网中的作用 147

7.1.3  物联网中间件的现状与发展

趋势 147

7.1.4  物联网中间件系统总体

架构 148

7.1.5  物联网中间件设计方法 150

7.2  物联网典型中间件 151

7.2.1  传感网网关中间件 151

7.2.2  传感网节点中间件 152

7.2.3  传感网安全中间件 154

小结 155

第8章  物联网数据融合与管理 157

8.1  数据融合概述 158

8.1.1  数据融合的发展 158

8.1.2  数据融合的定义 158

8.1.3  数据融合的发展 159

8.2  数据融合的基本原理 160

8.2.1  数据融合的体系结构 160

8.2.2  数据融合技术的理论方法 161

8.2.3  数据融合模型介绍 164

8.3  物联网中的数据融合技术 166

8.3.1  物联网数据融合的作用 166

8.3.2  传感网数据融合的基本

原理 167

8.3.3  基于信息抽象层次的数据融合

模型 169

8.3.4  多传感器算法 170

8.4  物联网数据管理技术 170

8.4.1  物联网数据管理系统的特点 170

8.4.2  传感网数据管理系统结构 171

小结 171

第9章  物联网安全与测试技术 173

9.1  物联网安全概述 174

9.1.1  物联网安全特征 174

9.1.2  物联网安全威胁分析 175

9.1.3  物联网安全体系结构 176

9.2  物联网的安全关键技术 177

9.2.1  密钥管理机制 177

9.2.2  数据处理与隐私性 178

9.2.3  安全路由 179

9.2.4  认证与访问控制 180

9.2.5  恶意代码防御 181

9.2.6  入侵检测与容侵容错技术 182

9.2.7  基于IPv6物联网的安全

技术 182

9.3  物联网的安全管理 183

9.4  物联网的测试技术概述 185

9.4.1  需求分析 185

9.4.2  测试标准 189

9.4.3  传感网网络测试的特点 190

9.4.4  传感网测试架构 192

9.5  物联网安全测试 193

9.5.1  安全测试系统概述 193

9.5.2  系统的搭建与测试报告 198

小结 198

第10章  物联网应用案例——智能

 交通 199

10.1  智能交通概述 200

10.1.1  智能交通系统概述 200

10.1.2  智能交通系统功能与特征 202

10.1.3  智能交通中的物联网技术 202

10.2  智能交通系统平台架构 205

10.3  城市智能交通管理系统 208

10.3.1  城市智能交通管理系统方案

 设计 208

10.3.2  智能交通管理系统的建设

 案例 210

10.4  车联网 211

10.4.1  车联网概述 211

10.4.2  国内外车联网的发展史 212

10.4.3  车联网的功能与关键技术 213

10.4.4  车联网发展展望 215

小结 216

参考文献 217