物联网基础与应用/彭木根

第1章物联网概述1

1.1物联网的起源与发展1

1.1.1智慧地球1

1.1.2国际物联网的发展2

1.1.3我国物联网的发展3

1.2物联网原理4

1.2.1物联网的定义5

1.2.2物联网与互联网的关系5

1.2.3物联网与蜂窝网络的关系7

1.2.4物联网与WiFi的关系8

1.3物联网技术特征9

1.3.1物联网技术体系9

1.3.2物理网技术挑战11

1.4物联网产业及应用前景12

1.4.1物联网产业链12

1.4.2物联网产业的特点14

1.4.3物联网应用领域16

1.5物联网发展16

1.5.1“互联网 ”与物联网16

1.5.2边缘计算与雾计算17

1.5.3人工智能与第三次智能工业革命18

1.5.4物联网与工业互联网18

本章习题19

第2章物联网感知层21

2.1感知层的基本概念21

2.1.1感知层在物联网中的作用21

2.1.2感知节点的特点23

2.2RFID与自动识别技术的发展24

2.2.1自动识别技术的发展24

2.2.2条码、磁卡与IC卡26

2.2.3RFID标签29

2.2.4RFID应用系统的结构与组成34

2.2.5RFID标签编码标准36

2.3传感器与无线传感器网络37

2.3.1传感器的基本概念37

2.3.2智能传感器的发展42

2.3.3无线传感器的发展44

2.3.4无线传感器网络的发展45

2.4位置信息感知技术47

2.4.1位置信息与位置信息感知的基本概念47

2.4.2GPS与定位技术49

2.5智能信息感知设备与嵌入式技术52

2.5.1智能信息感知设备的发展52

2.5.2RFID应用系统与智能感知设备的设计方法55

2.5.3无线传感器网络与智能感知节点的设计方法57

本章习题60



第3章物联网网络层技术62

3.1网络层概述62

3.1.1物联网网络层的基本功能62

3.1.2物联网网络层的特点63

3.2移动互联网65

3.2.1从计算机网络、互联网、移动互联网到物联网65

3.2.2计算机网络的基本概念66

3.2.3互联网、移动互联网的形成与发展67

3.2.4IP网络：从IPv4到IPv668

3.2.5接入技术与物联网70

3.3蜂窝移动通信72

3.3.1移动通信技术的发展历程72

3.3.2移动通信系统的结构与原理74

3.3.3蜂窝移动通信的基本原理75

3.3.44G技术与应用77

3.3.55G及其后5G技术及应用78

3.4空间信息网络78

3.4.1卫星通信系统78

3.4.2近地通信系统80

3.4.3轨通异构通信系统82

3.4.4空间信息物联网83

本章习题85

第4章物联网应用层技术87

4.1应用层原理87

4.1.1物联网应用层的特点87

4.1.2物联网数据的特点88

4.1.3物联网数据处理的关键技术90

4.2海量数据存储与云计算技术92

4.2.1物联网对海量数据存储的需求92

4.2.2互联网数据中心的基本概念93

4.2.3云计算在物联网中的应用95

4.3大数据挖掘技术97

4.3.1数据、信息与知识98

4.3.2数据挖掘与知识发现99

4.3.3物联网与智能决策、智能控制102

4.4机器学习技术105

4.4.1机器学习的背景105

4.4.2机器学习的主要方法107

4.4.3机器学习应用举例111

4.5雾计算与物联网113

4.5.1雾计算原理与发展历史113

4.5.2雾计算特征114

4.5.3雾计算架构116

本章习题120

第5章物联网信息安全技术123

5.1物联网信息安全中的四个重要关系问题123

5.1.1物联网信息安全与现实社会的关系123

5.1.2物联网信息安全与互联网信息安全的关系124

5.1.3物联网信息安全与密码学的关系125

5.1.4物联网安全与国家信息安全战略的关系126

5.2物联网信息安全技术127

5.2.1信息安全需求127

5.2.2物联网信息安全技术内容及分类128

5.2.3物联网的网络防攻击技术129

5.2.4物联网安全防护技术131

5.2.5密码学及其在物联网中的应用139

5.2.6网络安全协议142

5.3蜂窝网络安全与隐私保护145

5.3.1蜂窝网络面临的攻击146

5.3.2GSM系统的信息安全与隐私保护146

5.3.33G系统的信息安全与隐私保护149

5.3.4B3G与4G系统的信息安全与隐私保护151

5.3.55G系统的信息安全与隐私保护153

5.4RFID安全与隐私保护155

5.4.1RFID安全机制介绍155

5.4.2RFID安全性问题157

5.4.3RFID安全解决方案159

5.4.4RFID隐私保护162

本章习题165

第6章物联网应用168

6.1物联网应用概述168

6.2智能交通169

6.2.1智能交通的基本概念170

6.2.2物联网技术与智能交通170

6.2.3车联网技术的研究171

6.2.4物联网技术在民航领域的应用173

6.3智慧医疗175

6.3.1智慧医疗的基本概念175

6.3.2智慧医疗环境中的医院信息系统176

6.3.3物联网技术在健康监控中的应用177

6.4智慧农业179

6.4.1智慧农业的发展背景179

6.4.2物联网技术在智慧农业中的应用180

6.4.3物联网技术在农产品质量安全溯源中的应用181

6.5智能家居182

6.5.1智能家居与物联网技术182

6.5.2物联网技术在智能家居中的应用183

6.6智能物流185

6.6.1智能物流与物联网186

6.6.2RFID技术在智能物流中的应用186

6.6.3物联网技术与未来商店188

6.6.4智能物流系统网络体系结构189

6.7物联网军事应用189

6.7.1物联网与现代战争190

6.7.2物联网在陆地战场的应用191

6.7.3物联网在空中战场的应用193

6.7.4物联网在太空的应用194

6.7.5物联网在水下和水面的应用196

6.7.6物联网在地下的应用197

本章习题198

第7章5G与物联网200

7.15G概述200

7.1.15G愿景与需求200

7.1.25G典型应用场景202

7.1.35G网络架构特征203

7.1.45G关键技术205

7.25G物联网应用206

7.2.1智慧城市与物联网206

7.2.2智慧海洋与物联网207

7.2.3智慧交通与物联网208

7.2.4智能制造与物联网209

7.2.5智能家居与物联网210

7.35G多址接入技术211

7.3.1多址接入技术概述211

7.3.2非正交多址接入212

7.3.3多用户共享接入213

7.3.4图样分割多址接入214

7.3.5稀疏码分多址接入215

7.45G物联网切片技术216

7.4.1网络切片的概念与特征216

7.4.2软件定义网络与网络功能虚拟化217

7.4.35G物联网切片编排方法220

7.55G节能关键技术221

7.5.15G网络架构与节能221

7.5.25G网络规划与节能223

7.5.35G资源管理节能技术225

7.5.45G物理层节能技术227

本章习题229

第8章工业互联网231

8.1工业互联网概述231

8.1.1历史背景231

8.1.2发展现状232

8.2工业互联网定义233

8.2.1工业互联网本质234

8.2.2工业互联网特征235

8.3工业互联网架构236

8.3.1工业互联网的网络体系238

8.3.2工业互联网的数据体系238

8.3.3工业互联网的安全体系240

8.3.4工业互联网平台标准体系241

8.4工业互联网与CPS245

8.4.1信息物理系统概述245

8.4.2信息物理系统与工业互联网的关系247

8.4.3信息物理系统的关键技术248

8.4.4信息物理系统的应用场景250

8.5工业互联网未来展望253

8.5.1工业互联网平台的标准化253

8.5.2工业互联网面临的安全挑战254

本章习题256

第9章移动车联网258

9.1车联网原理258

9.1.1车联网特点259

9.1.2车联网通信类型260

9.1.3国内外车联网发展进程262

9.2车联网架构262

9.3车联网标准263

9.3.1IEEE 802.11p标准263

9.3.2IEEE 1609标准264

9.3.3LTEV2X265

9.4车联网关键技术266

9.4.1智能感知技术266

9.4.2异构无线网络融合技术267

9.4.3智能化信息处理技术269

9.4.4通信协议270

9.4.5安全性技术274

9.5车联网应用275

9.5.1紧急救援系统275

9.5.2协助驾驶276

9.5.3智能交通管理276

9.5.4车载社交网络277

本章习题278

参考文献279







第1章物联网概述1

1.1物联网的起源与发展1

1.1.1智慧地球1

1.1.2国际物联网的发展2

1.1.3我国物联网的发展3

1.2物联网原理4

1.2.1物联网的定义5

1.2.2物联网与互联网的关系5

1.2.3物联网与蜂窝网络的关系7

1.2.4物联网与WiFi的关系8

1.3物联网技术特征9

1.3.1物联网技术体系9

1.3.2物理网技术挑战11

1.4物联网产业及应用前景12

1.4.1物联网产业链12

1.4.2物联网产业的特点14

1.4.3物联网应用领域16

1.5物联网发展16

1.5.1“互联网 ”与物联网16

1.5.2边缘计算与雾计算17

1.5.3人工智能与第三次智能工业革命18

1.5.4物联网与工业互联网18

本章习题19

第2章物联网感知层21

2.1感知层的基本概念21

2.1.1感知层在物联网中的作用21

2.1.2感知节点的特点23

2.2RFID与自动识别技术的发展24

2.2.1自动识别技术的发展24

2.2.2条码、磁卡与IC卡26

2.2.3RFID标签29

2.2.4RFID应用系统的结构与组成34

2.2.5RFID标签编码标准36

2.3传感器与无线传感器网络37

2.3.1传感器的基本概念37

2.3.2智能传感器的发展42

2.3.3无线传感器的发展44

2.3.4无线传感器网络的发展45

2.4位置信息感知技术47

2.4.1位置信息与位置信息感知的基本概念47

2.4.2GPS与定位技术49

2.5智能信息感知设备与嵌入式技术52

2.5.1智能信息感知设备的发展52

2.5.2RFID应用系统与智能感知设备的设计方法55

2.5.3无线传感器网络与智能感知节点的设计方法57

本章习题60



第3章物联网网络层技术62

3.1网络层概述62

3.1.1物联网网络层的基本功能62

3.1.2物联网网络层的特点63

3.2移动互联网65

3.2.1从计算机网络、互联网、移动互联网到物联网65

3.2.2计算机网络的基本概念66

3.2.3互联网、移动互联网的形成与发展67

3.2.4IP网络：从IPv4到IPv668

3.2.5接入技术与物联网70

3.3蜂窝移动通信72

3.3.1移动通信技术的发展历程72

3.3.2移动通信系统的结构与原理74

3.3.3蜂窝移动通信的基本原理75

3.3.44G技术与应用77

3.3.55G及其后5G技术及应用78

3.4空间信息网络78

3.4.1卫星通信系统78

3.4.2近地通信系统80

3.4.3轨通异构通信系统82

3.4.4空间信息物联网83

本章习题85

第4章物联网应用层技术87

4.1应用层原理87

4.1.1物联网应用层的特点87

4.1.2物联网数据的特点88

4.1.3物联网数据处理的关键技术90

4.2海量数据存储与云计算技术92

4.2.1物联网对海量数据存储的需求92

4.2.2互联网数据中心的基本概念93

4.2.3云计算在物联网中的应用95

4.3大数据挖掘技术97

4.3.1数据、信息与知识98

4.3.2数据挖掘与知识发现99

4.3.3物联网与智能决策、智能控制102

4.4机器学习技术105

4.4.1机器学习的背景105

4.4.2机器学习的主要方法107

4.4.3机器学习应用举例111

4.5雾计算与物联网113

4.5.1雾计算原理与发展历史113

4.5.2雾计算特征114

4.5.3雾计算架构116

本章习题120

第5章物联网信息安全技术123

5.1物联网信息安全中的四个重要关系问题123

5.1.1物联网信息安全与现实社会的关系123

5.1.2物联网信息安全与互联网信息安全的关系124

5.1.3物联网信息安全与密码学的关系125

5.1.4物联网安全与国家信息安全战略的关系126

5.2物联网信息安全技术127

5.2.1信息安全需求127

5.2.2物联网信息安全技术内容及分类128

5.2.3物联网的网络防攻击技术129

5.2.4物联网安全防护技术131

5.2.5密码学及其在物联网中的应用139

5.2.6网络安全协议142

5.3蜂窝网络安全与隐私保护145

5.3.1蜂窝网络面临的攻击146

5.3.2GSM系统的信息安全与隐私保护146

5.3.33G系统的信息安全与隐私保护149

5.3.4B3G与4G系统的信息安全与隐私保护151

5.3.55G系统的信息安全与隐私保护153

5.4RFID安全与隐私保护155

5.4.1RFID安全机制介绍155

5.4.2RFID安全性问题157

5.4.3RFID安全解决方案159

5.4.4RFID隐私保护162

本章习题165

第6章物联网应用168

6.1物联网应用概述168

6.2智能交通169

6.2.1智能交通的基本概念170

6.2.2物联网技术与智能交通170

6.2.3车联网技术的研究171

6.2.4物联网技术在民航领域的应用173

6.3智慧医疗175

6.3.1智慧医疗的基本概念175

6.3.2智慧医疗环境中的医院信息系统176

6.3.3物联网技术在健康监控中的应用177

6.4智慧农业179

6.4.1智慧农业的发展背景179

6.4.2物联网技术在智慧农业中的应用180

6.4.3物联网技术在农产品质量安全溯源中的应用181

6.5智能家居182

6.5.1智能家居与物联网技术182

6.5.2物联网技术在智能家居中的应用183

6.6智能物流185

6.6.1智能物流与物联网186

6.6.2RFID技术在智能物流中的应用186

6.6.3物联网技术与未来商店188

6.6.4智能物流系统网络体系结构189

6.7物联网军事应用189

6.7.1物联网与现代战争190

6.7.2物联网在陆地战场的应用191

6.7.3物联网在空中战场的应用193

6.7.4物联网在太空的应用194

6.7.5物联网在水下和水面的应用196

6.7.6物联网在地下的应用197

本章习题198

第7章5G与物联网200

7.15G概述200

7.1.15G愿景与需求200

7.1.25G典型应用场景202

7.1.35G网络架构特征203

7.1.45G关键技术205

7.25G物联网应用206

7.2.1智慧城市与物联网206

7.2.2智慧海洋与物联网207

7.2.3智慧交通与物联网208

7.2.4智能制造与物联网209

7.2.5智能家居与物联网210

7.35G多址接入技术211

7.3.1多址接入技术概述211

7.3.2非正交多址接入212

7.3.3多用户共享接入213

7.3.4图样分割多址接入214

7.3.5稀疏码分多址接入215

7.45G物联网切片技术216

7.4.1网络切片的概念与特征216

7.4.2软件定义网络与网络功能虚拟化217

7.4.35G物联网切片编排方法220

7.55G节能关键技术221

7.5.15G网络架构与节能221

7.5.25G网络规划与节能223

7.5.35G资源管理节能技术225

7.5.45G物理层节能技术227

本章习题229

第8章工业互联网231

8.1工业互联网概述231

8.1.1历史背景231

8.1.2发展现状232

8.2工业互联网定义233

8.2.1工业互联网本质234

8.2.2工业互联网特征235

8.3工业互联网架构236

8.3.1工业互联网的网络体系238

8.3.2工业互联网的数据体系238

8.3.3工业互联网的安全体系240

8.3.4工业互联网平台标准体系241

8.4工业互联网与CPS245

8.4.1信息物理系统概述245

8.4.2信息物理系统与工业互联网的关系247

8.4.3信息物理系统的关键技术248

8.4.4信息物理系统的应用场景250

8.5工业互联网未来展望253

8.5.1工业互联网平台的标准化253

8.5.2工业互联网面临的安全挑战254

本章习题256

第9章移动车联网258

9.1车联网原理258

9.1.1车联网特点259

9.1.2车联网通信类型260

9.1.3国内外车联网发展进程262

9.2车联网架构262

9.3车联网标准263

9.3.1IEEE 802.11p标准263

9.3.2IEEE 1609标准264

9.3.3LTEV2X265

9.4车联网关键技术266

9.4.1智能感知技术266

9.4.2异构无线网络融合技术267

9.4.3智能化信息处理技术269

9.4.4通信协议270

9.4.5安全性技术274

9.5车联网应用275

9.5.1紧急救援系统275

9.5.2协助驾驶276

9.5.3智能交通管理276

9.5.4车载社交网络277

本章习题278

参考文献279






第1章物联网概述1

1.1物联网的起源与发展1

1.1.1智慧地球1

1.1.2国际物联网的发展2

1.1.3我国物联网的发展3

1.2物联网原理4

1.2.1物联网的定义5

1.2.2物联网与互联网的关系5

1.2.3物联网与蜂窝网络的关系7

1.2.4物联网与WiFi的关系8

1.3物联网技术特征9

1.3.1物联网技术体系9

1.3.2物理网技术挑战11

1.4物联网产业及应用前景12

1.4.1物联网产业链12

1.4.2物联网产业的特点14

1.4.3物联网应用领域16

1.5物联网发展16

1.5.1“互联网 ”与物联网16

1.5.2边缘计算与雾计算17

1.5.3人工智能与第三次智能工业革命18

1.5.4物联网与工业互联网18

本章习题19

第2章物联网感知层21

2.1感知层的基本概念21

2.1.1感知层在物联网中的作用21

2.1.2感知节点的特点23

2.2RFID与自动识别技术的发展24

2.2.1自动识别技术的发展24

2.2.2条码、磁卡与IC卡26

2.2.3RFID标签29

2.2.4RFID应用系统的结构与组成34

2.2.5RFID标签编码标准36

2.3传感器与无线传感器网络37

2.3.1传感器的基本概念37

2.3.2智能传感器的发展42

2.3.3无线传感器的发展44

2.3.4无线传感器网络的发展45

2.4位置信息感知技术47

2.4.1位置信息与位置信息感知的基本概念47

2.4.2GPS与定位技术49

2.5智能信息感知设备与嵌入式技术52

2.5.1智能信息感知设备的发展52

2.5.2RFID应用系统与智能感知设备的设计方法55

2.5.3无线传感器网络与智能感知节点的设计方法57

本章习题60



第3章物联网网络层技术62

3.1网络层概述62

3.1.1物联网网络层的基本功能62

3.1.2物联网网络层的特点63

3.2移动互联网65

3.2.1从计算机网络、互联网、移动互联网到物联网65

3.2.2计算机网络的基本概念66

3.2.3互联网、移动互联网的形成与发展67

3.2.4IP网络：从IPv4到IPv668

3.2.5接入技术与物联网70

3.3蜂窝移动通信72

3.3.1移动通信技术的发展历程72

3.3.2移动通信系统的结构与原理74

3.3.3蜂窝移动通信的基本原理75

3.3.44G技术与应用77

3.3.55G及其后5G技术及应用78

3.4空间信息网络78

3.4.1卫星通信系统78

3.4.2近地通信系统80

3.4.3轨通异构通信系统82

3.4.4空间信息物联网83

本章习题85

第4章物联网应用层技术87

4.1应用层原理87

4.1.1物联网应用层的特点87

4.1.2物联网数据的特点88

4.1.3物联网数据处理的关键技术90

4.2海量数据存储与云计算技术92

4.2.1物联网对海量数据存储的需求92

4.2.2互联网数据中心的基本概念93

4.2.3云计算在物联网中的应用95

4.3大数据挖掘技术97

4.3.1数据、信息与知识98

4.3.2数据挖掘与知识发现99

4.3.3物联网与智能决策、智能控制102

4.4机器学习技术105

4.4.1机器学习的背景105

4.4.2机器学习的主要方法107

4.4.3机器学习应用举例111

4.5雾计算与物联网113

4.5.1雾计算原理与发展历史113

4.5.2雾计算特征114

4.5.3雾计算架构116

本章习题120

第5章物联网信息安全技术123

5.1物联网信息安全中的四个重要关系问题123

5.1.1物联网信息安全与现实社会的关系123

5.1.2物联网信息安全与互联网信息安全的关系124

5.1.3物联网信息安全与密码学的关系125

5.1.4物联网安全与国家信息安全战略的关系126

5.2物联网信息安全技术127

5.2.1信息安全需求127

5.2.2物联网信息安全技术内容及分类128

5.2.3物联网的网络防攻击技术129

5.2.4物联网安全防护技术131

5.2.5密码学及其在物联网中的应用139

5.2.6网络安全协议142

5.3蜂窝网络安全与隐私保护145

5.3.1蜂窝网络面临的攻击146

5.3.2GSM系统的信息安全与隐私保护146

5.3.33G系统的信息安全与隐私保护149

5.3.4B3G与4G系统的信息安全与隐私保护151

5.3.55G系统的信息安全与隐私保护153

5.4RFID安全与隐私保护155

5.4.1RFID安全机制介绍155

5.4.2RFID安全性问题157

5.4.3RFID安全解决方案159

5.4.4RFID隐私保护162

本章习题165

第6章物联网应用168

6.1物联网应用概述168

6.2智能交通169

6.2.1智能交通的基本概念170

6.2.2物联网技术与智能交通170

6.2.3车联网技术的研究171

6.2.4物联网技术在民航领域的应用173

6.3智慧医疗175

6.3.1智慧医疗的基本概念175

6.3.2智慧医疗环境中的医院信息系统176

6.3.3物联网技术在健康监控中的应用177

6.4智慧农业179

6.4.1智慧农业的发展背景179

6.4.2物联网技术在智慧农业中的应用180

6.4.3物联网技术在农产品质量安全溯源中的应用181

6.5智能家居182

6.5.1智能家居与物联网技术182

6.5.2物联网技术在智能家居中的应用183

6.6智能物流185

6.6.1智能物流与物联网186

6.6.2RFID技术在智能物流中的应用186

6.6.3物联网技术与未来商店188

6.6.4智能物流系统网络体系结构189

6.7物联网军事应用189

6.7.1物联网与现代战争190

6.7.2物联网在陆地战场的应用191

6.7.3物联网在空中战场的应用193

6.7.4物联网在太空的应用194

6.7.5物联网在水下和水面的应用196

6.7.6物联网在地下的应用197

本章习题198

第7章5G与物联网200

7.15G概述200

7.1.15G愿景与需求200

7.1.25G典型应用场景202

7.1.35G网络架构特征203

7.1.45G关键技术205

7.25G物联网应用206

7.2.1智慧城市与物联网206

7.2.2智慧海洋与物联网207

7.2.3智慧交通与物联网208

7.2.4智能制造与物联网209

7.2.5智能家居与物联网210

7.35G多址接入技术211

7.3.1多址接入技术概述211

7.3.2非正交多址接入212

7.3.3多用户共享接入213

7.3.4图样分割多址接入214

7.3.5稀疏码分多址接入215

7.45G物联网切片技术216

7.4.1网络切片的概念与特征216

7.4.2软件定义网络与网络功能虚拟化217

7.4.35G物联网切片编排方法220

7.55G节能关键技术221

7.5.15G网络架构与节能221

7.5.25G网络规划与节能223

7.5.35G资源管理节能技术225

7.5.45G物理层节能技术227

本章习题229

第8章工业互联网231

8.1工业互联网概述231

8.1.1历史背景231

8.1.2发展现状232

8.2工业互联网定义233

8.2.1工业互联网本质234

8.2.2工业互联网特征235

8.3工业互联网架构236

8.3.1工业互联网的网络体系238

8.3.2工业互联网的数据体系238

8.3.3工业互联网的安全体系240

8.3.4工业互联网平台标准体系241

8.4工业互联网与CPS245

8.4.1信息物理系统概述245

8.4.2信息物理系统与工业互联网的关系247

8.4.3信息物理系统的关键技术248

8.4.4信息物理系统的应用场景250

8.5工业互联网未来展望253

8.5.1工业互联网平台的标准化253

8.5.2工业互联网面临的安全挑战254

本章习题256

第9章移动车联网258

9.1车联网原理258

9.1.1车联网特点259

9.1.2车联网通信类型260

9.1.3国内外车联网发展进程262

9.2车联网架构262

9.3车联网标准263

9.3.1IEEE 802.11p标准263

9.3.2IEEE 1609标准264

9.3.3LTEV2X265

9.4车联网关键技术266

9.4.1智能感知技术266

9.4.2异构无线网络融合技术267

9.4.3智能化信息处理技术269

9.4.4通信协议270

9.4.5安全性技术274

9.5车联网应用275

9.5.1紧急救援系统275

9.5.2协助驾驶276

9.5.3智能交通管理276

9.5.4车载社交网络277

本章习题278

参考文献279