物聯網被稱為世界信息產業的第三次浪潮，它將引發人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時，隨著業務的發展，未來物聯網產業的發展將由信息網絡向全面感知和智能應用兩個方向擴展、延伸和突破，形成云、管、端的開放網絡架構。 本書主要介紹物聯網開發平臺的體系結構、關鍵技術和典型應用，主要內容涉及物聯網的概念和基礎、物聯網體系的基礎技術、從物聯網產業生態看開放平臺價值、物聯網開放平臺架構設計與實現、物聯網開放平臺的開源軟件、物聯網開放平臺的安全、物聯網典型應用。
近年來，物聯網在國內乃至全球都形成了熱潮，被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，它將引發人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時，未來隨著業務的發展，物聯網應用產品的同質化將越來越嚴重，匯聚業務、統一入口、快速迭代將成為決定應用成敗的關鍵。同時，隨著應用復雜度的上升與產業鏈的變長，產品定制與實現的難度將越來越大。在這種趨勢下已經形成了比較清楚的發展方向，就是未來物聯網產業的發展將由信息網絡向全面感知和智能應用兩個方向擴展、延伸和突破，形成云、管、端的開放網絡架構。
開放網絡體系的主要特征是業務云化，其發展有三個趨勢：第一個趨勢是基礎實施的云化，是以IaaS的方式提供服務的；第二個趨勢是業務的能力化，是以PaaS的方式提供服務的；第三個趨勢是管理的平臺化，將管理作為一種能力開放，實現自有業務孵化或開放給合作伙伴，實際上提高了新業務的生成效率、降低了第三方業務落地孵化的門檻。比如，未來家庭產業領域的發展、交通產業市場的發展等，都將是以開放平臺架構來進行業務孵化和規模市場發展的。
物聯網架構對促進物聯網健康、規模發展具有重要的意義，是研究和關注的焦點，在全球有多個研究項目并且已經形成了很多的研究成果。
歐洲IOT-A項目專注于物聯網架構研究并引起了業界的較大關注，該項目為期3年，于2013年結束，IoT-A的一個主要成果就是物聯網架構參考模型。歐盟第七框架計劃（FP7）下的許多項目在各自的研究主題下也都涉及一些物聯網架構研究。IoT-A并不研究智慧城市、智慧農業、智慧電網、智慧醫療等具體應用領域架構，而是從跨應用領域的角度出發研究物聯網架構的參考模型。
我國有很多企業、研究機構、大學都在針對物聯網架構積極開展研究，如工業和信息化部電信研究院（CATR）、中國電子科技集團公司（CETC）、無錫物聯網產業研究所CWSN），等等。我國也設立了國家專項項目來推進物聯網架構研究，如新一代寬帶無線移動通信網絡（簡稱重大專項三）設立有泛在網（UN）架構研究和整體設計（2009ZX03004-001）和物聯網總體架構及關鍵技術研究（2011ZX03005-005）兩個課題，并取得了一系列成果；同時，針對M2M、WoT、車聯網、智慧醫療等特定領域架構也開展了很多研究。物聯網架構參考模型可以為具體應用領域物聯網架構研究提供重要的參考。
本書正是基于此出發，兼顧理論與實踐，向讀者展示物聯網開放平臺的架構和設計方法，希望能夠為從業者、學生等進行具體物聯網架構設計提供參考和指導。
本書共分為8章，分別是：
第1章介紹物聯網的概念和基礎，內容包括：物聯網的概念與應用場景；物聯網與互聯網、傳感網、泛在網、M2M和CPS的關系；全球物聯網主要政策和戰略導向。
第2章介紹物聯網體系基礎技術，內容包括：物聯網體系結構、傳統物聯網參考體系架構，以及四層體系架構；物聯網感知層、網絡層和應用層涉及的基礎技術。
第3章從物聯網產業生態看開放平臺價值，內容包括：物聯網產業發展階段、發展驅動和問題分析；物聯網平臺型生態體系價值；物聯網開放平臺用戶體系、應用產品分類；物聯網開放平臺服務管理模式；物聯網平臺生態發展策略；業界主流開放平臺架構方式。
第4章介紹物聯網開放平臺架構設計與實現，內容包括：物聯網開放平臺總體架構和框架，涉及設備管理平臺DMP、連接管理平臺（CMP）、應用使能平臺（AEP）、資源管理平臺（RMP）、應用中心平臺（ACP）、業務分析平臺（BAP）；針對物聯網開放平臺的核心功能規劃和設計方法。
第5章介紹物聯網開放平臺的開源軟件研究，內容包括：開源軟件概述，含開源的概念、開源許可證、開源軟件與商業軟件對比；企業服務總線軟件研究，涉及ESB概述、WSO2 ESB，以及其他典型的ESB，并給出了ESB的對比和總結，ESB軟件對平臺建設的意義；復雜事件處理（CEP）軟件研究，涉及CEP概述、典型CEP軟件的對比；Storm、CEP軟件對平臺建設的意義；業務流程管理（BPM）軟件研究，涉及BPM概述、jBPM、Activiti BPM、Fixflow、典型BPM軟件的對比及小結，以及BPM軟件對平臺建設的意義；消息隊列（MQ）軟件研究，涉及MQ概述、RabbitMQ、MetaQ、ZeroMQ，典型MQ軟件的對比和總結，以及MQ軟件對平臺建設的意義。
第6章介紹物聯網開放平臺高效通信協議，內容包括：MQTT，涉及MQTT消息格式、消息列表、協議流程、MQTT開源實現Mosquitto、MQTT小結；IETF:CoAP，涉及CoAP協議介紹、協議棧結構、消息格式、請求與應答、URI方案、業務發現、組播機制、安全機制、交叉代理、CoAP小結；LightweightM2M，涉及LWM2M協議架構、接口設計、資源組織、CoAP承載、LWM2M小結；MQTT、CoAP、LWM2M三種M2M通信協議比較。
第7章為物聯網開放平臺安全研究，內容包括：業界典型開放平臺對比；物聯網開放平臺安全威脅，涉及物聯網業務及平臺發展趨勢、物聯網開放平臺安全威脅、物聯網業務安全威脅；物聯網開放平臺安全方案，涉及業務平臺安全方案、終端安全方案、能力開放安全保障方案；物聯網開放平臺安全能力開放及安全服務前景展望，涉及安全能力開放和安全服務前景展望、物聯網開放平臺安全需求、構建安全能力開放平臺、構建安全服務平臺。
第8章介紹物聯網典型應用，內容包括：健康醫療，涉及項目背景、技術方案、遠程慢性病管理服務、家庭遠程管理服務、緊急求助業務；平安家庭，涉及項目背景、系統架構、業務功能；公車管理，含項目背景、項目需求、方案架構；智慧交通，涉及項目背景、技術架構、典型業務；國外物聯網業務發展，涉及物聯網的應用分類、信息家電的建設及分類、信息家電產品、公共設施的物聯網建設、娛樂類物聯網應用。
自從筆者打算編寫本書之后，國內外許多同行都表達給予了熱烈的鼓勵和支持，并在寫作的過程中也提供給予了很大的幫助，如中國移動的童恩、劉瑋、、劉越、牛亞文、楊宏杰等多位專家在本書編寫過程中提出了很多好的建議并提供了一些實際技術與應用應用案例，在此一并表示感謝。另外，電子工業出版社的田宏峰編輯在本書的寫作過程中提供了很多出版方面的建議，非常感謝。
本書部分內容獲得了國家科技重大專項新一代寬帶無線移動通信網（No. 2009ZX03006-007、2010ZX03006-006）、智慧江蘇建設重點示范工程、江蘇省智能家居物聯網示范工程、江蘇省信息化試點工程、江蘇省高校自然科學研究（No. 17KJB510043）、工信部通信軟科學研究（No. 2017-R-34）和南京郵電大學重點教材建設基金（No. JCGH201710）等科研和產業化項目的支持，在此表示感謝。
物聯網所涉及的內容跨越多個學科，而我們的研究和實踐只限于部分方面，因此，本書實際上凝練了很多物聯網領域從業者的智慧和見解，在此對這些專家表示衷心的感謝。
本書在寫作過程中，參考了大量的文獻并盡可能地標注了文獻的出處，但仍會掛一漏萬，在此向那些我們引用過卻未能或者無法明確標明文獻出處的作者深表歉意、謝意和敬意。
在編寫過程中，作者盡可能地把物聯網技術發展的最新方向和進展傳遞給讀者，力爭使信息最新和最準確，但由于編者水平有限，書中難免存在錯誤或不足之處，敬請讀者批評指正，反饋郵箱：NJUPT_IOT02@163.com13905181067@139.com。
作 者
2017年11月
丁飛，男，博士，高級工程師，中國移動通信集團江蘇有限公司研發中心物聯網牽頭人、網絡專業組組長。主持或重點參與國家重大專項、國家863計劃、江蘇省物聯網應用示范工程、智慧江蘇建設重點示范試點工程以及企業項目共20多項。"智慧交通載具產品體系創新與規模應用課題研究成果實際應用取得明顯成效。獲國家發明專利4項，獲得省部級等各類獎項10多項。
第1章 物聯網概念基礎1
1.1 引言1
1.2 物聯網是什么1
1.3 物聯網應用場景3
1.3.1 物聯網場景模型3
1.3.2 物聯網的技術特征5
1.4 物聯網與相關概念7
1.4.1 物聯網與互聯網7
1.4.2 物聯網與傳感器網絡、泛在網8
1.4.3 物聯網與M2M和CPS的關系10
1.5 物聯網政策戰略導向11
1.5.1 美國的智慧地球12
1.5.2 歐洲物聯網行動計劃12
1.5.3 日本的U-Japan計劃16
1.5.4 韓國的U-Korea戰略17
1.5.5 新加坡的下一代I-Hub計劃17
1.5.6 中國的感知中國18
第2章 物聯網體系基礎技術19
2.1 引言19
2.2 物聯網體系結構19
2.3 感知層21
2.3.1 RFID技術21
2.3.2 WSN23
2.3.3 ZigBee技術25
2.3.4 視頻監控31
2.3.5 MEMS技術34
2.3.6 嵌入式技術36
2.4 網絡層37
2.4.1 LoRa37
2.4.2 NB-IoT40
2.4.3 IPv6技術42
2.4.4 TD-LTE網絡46
2.5 應用層47
2.5.1 M2M技術47
2.5.2 通信協議50
2.5.3 中間件技術53
2.5.4 云計算技術57
2.5.5 數據挖掘技術60
第3章 從物聯網產業生態看開放平臺價值63
3.1 引言63
3.2 物聯網產業現狀分析63
3.2.1 物聯網產業發展階段63
3.2.2 物聯網發展驅動與問題分析65
3.3 物聯網平臺型生態體系價值66
3.3.1 Apple與Google帶來的啟示66
3.3.2 開放平臺商業服務與價值67
3.4 物聯網平臺用戶體系69
3.5 物聯網開放平臺應用產品分類70
3.6 物聯網開放平臺服務管理模式71
3.6.1 物聯網生態業務模型71
3.6.2 業務模式72
3.7 物聯網平臺生態發展策略74
3.7.1 產品開發原理74
3.7.2 產品合作流程74
3.7.3 業務集群化75
3.8 業界其他開放平臺架構方式76
3.8.1 Jasper Wireless76
3.8.2 Verizon nPhase77
3.8.3 Baidu Inside79
第4章 物聯網開放平臺架構設計與實現82
4.1 引言82
4.2 物聯網開放平臺總體架構82
4.3 設備管理平臺87
4.3.1 感知外設遠程管理87
4.3.2 傳感網管理90
4.4 連接管理平臺92
4.4.1 終端通信狀態查詢92
4.4.2 終端用戶支撐系統信息查詢93
4.4.3 通信管理使用鑒權93
4.4.4 限制終端使用通信業務94
4.4.5 模擬位置更新94
4.4.6 向終端發送測試短信94
4.4.7 終端通信故障快速診斷95
4.4.8 終端自動監控規則95
4.5 應用使能平臺95
4.5.1 開發社區96
4.5.2 開發環境98
4.5.3 測試環境99
4.6 應用中心平臺101
4.6.1 商品管理101
4.6.2 店鋪管理103
4.6.3 營銷服務104
4.6.4 交易管理104
4.6.5 積分管理106
4.6.6 代金券管理107
4.6.7 客服服務108
4.6.8 計費結算108
4.6.9 統計分析108
4.7 資源管理平臺109
4.7.1 執行環境109
4.7.2 接口適配層110
4.7.3 運行控制臺110
4.7.4 服務模式111
4.8 業務分析平臺112
4.8.1 數據管理112
4.8.2 數據處理113
4.8.3 數據分析114
4.8.4 任務引擎115
第5章 物聯網開放平臺開源軟件研究116
5.1 引言116
5.2 開源軟件概述117
5.2.1 開源的概念117
5.2.2 開源許可證117
5.2.3 開源軟件與商業軟件的對比118
5.3 企業服務總線（ESB）軟件研究119
5.3.1 ESB概述119
5.3.2 WSO2 ESB123
5.3.3 其他的典型ESB128
5.3.4 典型的ESB軟件對比及小結133
5.3.5 ESB軟件對平臺建設的意義135
5.4 復雜事件處理（CEP）軟件研究136
5.4.1 CEP概述136
5.4.2 典型CEP軟件的對比137
5.4.3 Storm138
5.4.4 CEP軟件對平臺建設的意義142
5.5 業務流程管理（BPM）軟件研究142
5.5.1 BPM概述142
5.5.2 jBPM145
5.5.3 Activiti BPM148
5.5.4 Fixflow151
5.5.5 典型BPM軟件的對比及小結153
5.5.6 BPM軟件對平臺建設的意義155
5.6 消息隊列（MQ）軟件研究155
5.6.1 MQ概述155
5.6.2 RabbitMQ157
5.6.3 MetaQ160
5.6.4 ZeroMQ164
5.6.5 典型MQ軟件的對比及小結167
5.6.6 MQ軟件對平臺建設的意義168
5.7 本章小結169
第6章 物聯網開放平臺高效通信協議研究170
6.1 引言170
6.2 IBM MQTT170
6.2.1 概要170
6.2.2 消息格式171
6.2.3 消息列表177
6.2.4 協議流程187
6.2.5 MQTT開源實現Mosquitto189
6.2.6 MQTT小結193
6.3 IETF：CoAP193
6.3.1 協議介紹193
6.3.2 協議棧結構194
6.3.3 消息格式194
6.3.4 請求與應答196
6.3.5 URI方案198
6.3.6 業務發現199
6.3.7 組播機制199
6.3.8 安全機制200
6.3.9 交叉代理201
6.3.10 CoAP小結201
6.4 OMA-LightweightM2M201
6.4.1 協議架構202
6.4.2 接口設計202
6.4.3 資源組織207
6.4.4 CoAP承載208
6.4.5 LWM2M小結210
6.5 協議比較210
6.6 本章小結211
第7章 物聯網開放平臺安全研究212
7.1 引言212
7.2 物聯網平臺安全威脅213
7.2.1 物聯網業務及平臺發展趨勢213
7.2.2 物聯網開放平臺安全威脅214
7.2.3 物聯網業務安全威脅220
7.3 物聯網開放平臺安全方案230
7.3.1 業務平臺安全方案230
7.3.2 終端安全方案236
7.3.3 能力開放安全保障方案239
7.4 物聯網開放平臺安全能力開放及安全服務前景展望241
第8章 物聯網典型應用245
8.1 引言245
8.2 健康醫療245
8.2.1 項目背景245
8.2.2 技術方案245
8.2.3 遠程慢性病管理服務247
8.2.4 家庭遠程管理服務247
8.2.5 緊急救助業務248
8.3 平安家庭249
8.3.1 項目背景249
8.3.2 系統架構249
8.3.3 業務功能250
8.4 公車管理251
8.4.1 項目背景251
8.4.2 項目需求252
8.4.3 方案架構253
8.5 智慧交通255
8.5.1 項目背景255
8.5.2 技術架構256
8.5.3 典型業務257
8.6 國外物聯網業務發展259
8.6.1 物聯網的應用分類259
8.6.2 信息家電的建設及分類260
8.6.3 信息家電產品260
8.6.4 公共設施的物聯網建設262
8.6.5 娛樂類物聯網應用263
參考文獻266
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