本書是一本講述物聯網技術和應用的教材。從物聯網的應用入手，講述物聯網的概念和起源，講解標簽技術、傳感器技術和網絡技術、物聯網的關鍵技術等；重點論述RFID技術、WSN技術和M2M技術；對云計算和物聯網安全也做了全面的闡述。
本書圖文并茂，在寫作構思和結構編排上力爭為讀者提供全面、系統的知識。可作為高等學校物聯網工程及其相關專業的教材，還可作為希望了解物聯網知識的企業從業人員和高等院校教師的參考用書。
物聯網發展至今從開始不被人理解到今天被廣泛認可，經歷了從萌芽到成熟的不同階段。物聯網將分離的物理世界和信息空間有效互連，代表了未來網絡的發展趨勢與方向，是現代信息技術發展到一定階段后出現的一種聚合性應用與技術提升。
全書共分6章。第1章從物聯網應用入手，介紹智慧城市、智能電網、車聯網、智能家居和老年人用物聯網信息終端；第2章講述物聯網的基本概念，提出物聯網的兩個技術范疇和物聯網的標準體系；第3章從EPC編碼入手，介紹RFID識別技術；第4章講述傳感器與包括ZigBee網絡標準和開發的無線傳感器網絡技術；第5章講述網絡和M2M技術；第6章闡述云計算和物聯網安全。
從總體上來看，本書具有如下特點：
（1） 結構完整： 從物聯網的起源和定義開始，講解物聯網的基本概念，按照從底層到頂層的順序分別講述RFID技術、ZigBee技術、M2M技術，以及云計算和物聯網安全。
（2） 理論聯系實際： 除了完整的理論知識外，還通過生動豐富的應用案例介紹，完善了理論與應用的結合。
本書由王志良主編，提供本書的總體編寫思路、內容安排并指導文字寫作；雷旭昌負責全書的統稿和組織工作。王志良、牛曉鵬參與了第1章的編寫工作；王志良、閆紀錚參與了第2章的編寫工作；石志國參與了第3章的編寫工作；胡四泉參與了第4章的編寫工作；王新平參與了第5章的編寫工作；王新平、全力參與了第6章的編寫工作。本書相關科研工作得到了深圳國泰安教育技術股份有限公司的支持與資助，在此表示感謝。感謝國泰安教育集團陳工孟、鮑清巖、雷旭昌、顏云生、苗波濤、劉超對撰寫本書給予的支持。在此，向所有為本書的出版作出貢獻的人們表示衷心感謝！
作為全國高校物聯網及其相關專業教學指導小組和物聯網工程專業教學研究專家組成員，作者在其組織的物聯網專業教學研討活動中，汲取了物聯網工程的教學理念，尤其是物聯網專業必須加強實訓的理念，作者深記心中。本書的出版得到了清華大學出版社的大力支持，在此表示誠摯的感謝。感謝國家科技重大專項項目（2010ZX07102-006）、國家973項目（2011CB505402）、國家自然科學基金項目(61170117)、省部產學研結合項目（2011A090200008）給予的支持。同時感謝國家級高等學校（物聯網工程）特色專業建設點項目、北京市支持中央在京高校共建項目、北京科技大學教改重點項目的支持和資助。
本書引用了來自互聯網的最新資訊和相關領域的最新報道等，在此一并向原作者和刊發機構致謝；由于時間、疏忽等原因對引用未能一一注明深表歉意。
物聯網正處在蓬勃發展的繁榮時期，因為時間有限，可能有些內容本書未能全部涵蓋。同時，由于作者的認識領悟能力有限，書中難免存在缺點與疏漏，敬請各位專家以及廣大讀者批評指正。
王志良
于北京科技大學
2015年5月
第1章物聯網應用1
1.1智慧城市1
1.1.1智慧城市概述1
1.1.2智慧城市2
1.1.3物聯網與智慧城市9
1.2智能電網10
1.2.1物聯網與智能電網10
1.2.2物聯網在智能電網中的應用10
1.2.3分布式發電與微電網技術11
1.2.4中國國家電網公司“堅強智能電網”建設13
1.3車聯網16
1.3.1智能交通系統16
1.3.2車聯網的相關概念及研究意義17
1.3.3車聯網的研究領域18
1.3.4車聯網的具體應用方面20
1.4智能家居20
1.4.1智能家居的概念22
1.4.2智能家居體系結構23
1.5老年人用物聯網信息終端24
1.5.1系統功能25
1.5.2系統整體構架25
1.6習題與思考題26
第2章物聯網基本概念28
2.1物聯網概述28
2.1.1物聯網的起源30
2.1.2物聯網的三大推動力32
2.1.3國家發展戰略性新興產業的決定解析37
2.1.4物聯網的三個層次39
2.1.5物聯網的八層架構40
2.2兩個技術范疇43
2.2.1智能網絡空間技術43
2.2.2物聯網終端技術45
物聯網技術教程
目錄2.3物聯網的標準體系49
2.4習題與思考題52
第3章標簽技術與RFID技術54
3.1EPC編碼54
3.1.1EPC編碼協議54
3.1.2EPC系統結構55
3.1.3EPC條形碼標簽56
3.1.4EPC、條形碼、RFID標簽的區別57
3.2RFID系統58
3.2.1應答器原理58
3.2.2閱讀器部分60
3.2.3RFID天線部分65
3.2.4RFID中間件66
3.3習題與思考題67
第4章傳感器技術與WSN68
4.1傳感器基礎知識68
4.1.1傳感器的概念68
4.1.2傳感器的組成69
4.1.3傳感器的分類69
4.1.4幾種常用傳感器介紹71
4.1.5傳感器的基本特性74
4.1.6傳感器的作用75
4.2智能傳感器76
4.2.1智能傳感器的基本概念76
4.2.2智能傳感器的組成 76
4.2.3智能傳感器的功能與特點77
4.2.4智能傳感器的應用78
4.2.5智能傳感器發展趨勢79
4.3MEMS技術80
4.3.1MEMS概述80
4.3.2MEMS特點80
4.3.3常用的MEMS傳感器81
4.3.4MEMS應用83
4.4傳感器接口技術84
4.4.1傳感器接口特點84
4.4.2常用傳感器接口電路85
4.4.3傳感器與微型計算機接口的一般結構87
4.4.4接口電路應用實例88
4.5無線傳感器網絡概述89
4.5.1無線傳感器網絡介紹89
4.5.2傳感器網絡體系結構94
4.5.3傳感器網絡的發展96
4.6無線傳感器網絡的技術體系97
4.6.1自組網技術97
4.6.2節點定位技術99
4.6.3時間同步技術99
4.7無線傳感器網絡的通信協議100
4.7.1無線傳感器網絡的路由協議100
4.7.2無線傳感器網絡的MAC協議103
4.8無線傳感器網絡的技術標準105
4.8.1IEEE 802.15.4標準105
4.8.2ZigBee協議規范107
4.9習題與思考題110
第5章網絡技術與M2M111
5.1網絡111
5.1.1互聯網111
5.1.2移動互聯網113
5.2移動通信技術120
5.2.1移動通信技術的發展120
5.2.23G技術121
5.2.34G技術126
5.2.4常見接入技術129
5.3M2M概述138
5.3.1M2M起源及現狀138
5.3.2M2M標準化工作139
5.4M2M的體系結構、協議、內容141
5.4.1M2M系統架構141
5.4.2M2M關鍵技術142
5.4.3M2M應用模式144
5.4.4WMMP協議介紹144
5.5M2M應用147
5.5.1M2M的業務模型147
5.5.2醫療保健148
5.5.3電力系統152
5.6M2M前景和挑戰153
5.6.1M2M市場的前景預測153
5.6.2當前M2M應用模式所存在的問題154
5.7習題與思考題156
第6章云計算與物聯網安全157
6.1云計算157
6.1.1云計算的起源157
6.1.2云計算的基本概念159
6.1.3云計算的特點160
6.1.4云計算與相關技術的關系161
6.1.5云計算與物聯網163
6.2云計算實現技術164
6.2.1云計算工作原理164
6.2.2云計算體系結構165
6.2.3云計算服務層次166
6.2.4云計算關鍵技術168
6.2.5云計算的派生技術171
6.3物聯網安全技術173
6.3.1物聯網安全體系及特點174
6.3.2物聯網的安全威脅175
6.3.3物聯網的安全需求分析177
6.3.4物聯網安全措施178
6.4習題與思考題183
參考文獻184
2.4.1技術標準28
2.4.2數據內容與編碼標準29
2.4.3性能與一致性標準30
2.4.4應用行業（領域）標準30
2.5我國RFID標準化工作31
2.5.1基本原則31
2.5.2相關機構和業務領域31
2.5.3未來工作重點32
本章知識體系小結33
擴展閱讀33
思考與練習36
第3章射頻識別理論基礎37
3.1相關電磁場知識37
3.1.1天線近場與遠場37
3.1.2耦合類型37
3.1.3能量傳遞38
3.1.4數據傳輸原理39
3.2RFID系統傳播信道40
3.2.1RFID系統近場通信機制41
3.2.2電磁波的傳播機制41
3.2.3小尺度多徑傳播對RFID系統的影響42
3.3編碼與調制42
3.3.1RFID常用編碼方式43
3.3.2RFID常用調制方式45
3.4數據完整性49
3.4.1奇偶校驗法49
3.4.2縱向冗余校驗法50
3.4.3循環冗余校驗法50
本章知識體系小結51
擴展閱讀51
思考與練習52
第4章射頻識別系統設計53
4.1RFID系統總體結構53
4.1.1信號發射機53
4.1.2信號接收機53
4.1.3編程器54
4.1.4天線54
4.2RFID讀寫器設計54
4.2.1RFID系統的硬件組件55
4.2.2讀寫器的功能55
4.2.3讀寫器具體的硬件設計56
4.3RFID電子標簽設計57
4.3.1電子標簽分類57
4.3.2電子標簽芯片設計59
4.4射頻天線設計60
4.4.1RFID天線的分類60
4.4.2RFID天線指標要求61
4.4.3RFID天線國內外研究動態62
4.5基于不同原理的RFID系統結構62
4.5.1電感耦合RFID系統63
4.5.2反向散射耦合式應答器設計64
4.5.3聲表面波標簽應答器設計65
4.6運行環境與接口方式67
4.6.1運行環境67
4.6.2接口方式67
4.6.3接口軟件68
本章知識體系小結68
擴展閱讀69
思考與練習69
第5章射頻識別防碰撞算法分析70
5.1射頻識別防碰撞概述70
5.2防碰撞復用技術 71
5.2.1頻分多路法71
5.2.2空分多路法71
5.2.3碼分多路法72
5.2.4時分多路法73
5.3標簽防碰撞ALOHA算法 73
5.3.1基本ALOHA算法73
5.3.2時隙ALOHA算法75
5.3.3幀隙ALOHA算法76
5.3.4動態時隙ALOHA算法77
5.4標簽防碰撞二進制搜索算法78
5.4.1基本二進制搜索算法78
5.4.2后退二進制搜索算法81
5.4.3動態后退二進制搜索算法83
5.4.4跳躍式二進制樹形算法83
5.5幾種典型的改進防碰撞算法的基本思想85
5.5.1不等長動態時隙ALOHA改進算法85
5.5.2標簽設計改進算法86
5.5.3防碰撞Q算法的分析及改進87
5.5.4ALOHA和二進制結合算法88
5.5.5基于記憶功能的防碰撞算法89
本章知識體系小結92
擴展閱讀93
思考與練習93
第6章射頻識別安全相關協議分析94
6.1射頻識別系統面臨的攻擊方式94
6.1.1主動攻擊94
6.1.2被動攻擊94
6.2射頻識別系統的安全需求95
6.2.1機密性95
6.2.2完整性95
6.2.3可用性95
6.2.4真實性95
6.2.5隱私性95
6.3射頻識別安全相關協議96
6.3.1HashLock協議96
6.3.2隨機化HashLock協議97
6.3.3Hash鏈協議97
6.3.4基于Hash的ID變化協議98
6.3.5數字圖書館RFID協議99
6.3.6分布式RFID詢問應答認證協議100
6.3.7低成本鑒定協議101
6.4射頻識別安全協議研究趨勢102
本章知識體系小結102
擴展閱讀103
思考與練習103
第7章射頻識別中間件技術104
7.1關于中間件104
7.1.1中間件的分類104
7.1.2中間件與多層應用體系結構106
7.2RFID中間件概述107
7.2.1RFID中間件的定義 107
7.2.2RFID中間件的功能107
7.2.3RFID中間件構架108
7.2.4RFID中間件的意義109
7.2.5RFID中間件發展歷程109
7.2.6現有的RFID中間件產品110
7.3RFID中間件的結構111
7.3.1RFID中間件模型111
7.3.2RFID中間件主流系統結構框架 112
7.4RFID中間件的關鍵技術114
7.4.1數據一致性控制保證機制114
7.4.2數據壓縮115
7.4.3RFID數據清洗技術115
7.5典型RFID中間件模型研究116
7.5.1Edge Server層116
7.5.2消息系統層117
7.5.3數據接口層117
7.5.4功能層間的通信機制118
7.6RFID中間件的發展趨勢118
7.6.1RFID中間件的研究現狀及研究方向118
7.6.2我國RFID中間件產品存在的問題與對策分析120
本章知識體系小結121
擴展閱讀121
思考與練習122
第8章自動不停車收費ETC仿真系統設計123
8.1ETC技術發展概述123
8.1.1國外發展狀況123
8.1.2國內發展狀況123
8.2車輛信息采集系統硬件核心元器件的選擇124
8.2.1感應式IC卡 Philips Mifare 1 S50124
8.2.2AT89S52微控制器125
8.2.3基站單元MFRC500125
8.2.4發送接收器125
8.3車輛信息采集系統的總體硬件設計126
8.3.1UART串行通信接口設計126
8.3.2其他接口設計127
8.4AT89S52和MFRC500接口設計127
8.4.1MFRC500芯片的功能結構127
8.4.2AT89S52和MFRC500芯片接口設計128
8.5車輛信息采集系統的下位機軟件設計131
8.5.1車輛信息采集系統和PC通信幀格式的設計131
8.5.2MFRC500讀寫模塊的設計、實現與調試132
8.5.3AT89S52系統初始化133
8.5.4MFRC500系統初始化133
8.5.5MFRC500讀寫模塊設計135
8.5.6MFRC500的內部寄存器組和指令集136
8.5.7MFRC500的內部指令集C語言函數模塊設計137
本章知識體系小結137
擴展閱讀138
思考與練習140
第9章自動不停車收費ETC仿真系統模擬運行測試141
9.1裝置安裝測試步驟141
9.1.1讀寫器連接141
9.1.2啟動上位機軟件141
9.1.3Mifare 1卡讀寫測試141
9.1.4Mifare 1卡塊值測試144
9.1.5修改密碼和控制位147
9.1.6參數設置147
9.1.7調試信息147
9.2模擬車輛計費148
9.2.1前期準備148
9.2.2車輛駛過時的模擬148
本章知識體系小結150
擴展閱讀151
思考與練習155
附錄A元器件清單以及接GND、VCC的元件156
附錄B名詞術語中英文對照表158
附錄CRFID專利情況161
參考文獻171
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