物联网+5G

本书介绍物联网和5G的基本知识，包括物联网起源和发展、体系架构，以及物联网的关键技术和5G通信标准的发展历程、指标、关键技术等。5G的出现将打破物联网的发展瓶颈，其低时延高可靠和低功耗大连接等特性将万物互联的概念变为可能，极大地促进了物联网的发展。此外，本书介绍5G时代的物联网安全，在物联网安全和5G安全的基础上介绍新的安全威胁，以及可行的安全架构。*后，从智慧消防、智慧监狱和应急管理信息化这三个方面描绘了5G时代的物联网应用。 可以预见的是，5G时代的物联网应用将如雨后春笋般层出不穷。5G将在物联网这一垂直行业大显神威，而物联网将更好地服务于我们的生活。

中 国 通 信 工 业 协 会 物 联 网 应 用 分 会 （英文名称 ： Internet of Things Application Branch, China Communications Industry Association 缩 写 ： CCIAIOT）是 2012 年 10 月经中华人民共和国工业和信息化部批准、并经国家民政 部注册登记（民社登[2012]第 6323 号）的全国性社团组织，是中国通信工业协会 的直属社团分支机构（社证字第 4229-3 号）。是国内首家通过审批的物联网行业社会团体组织。编 委 会指导委员会主 任：王秉科 中国通信工业协会会长副主任：韩举科 中国通信工业协会副会长/秘书长/物联网应用分会会长 伊小萌 中国通信工业协会物联网应用分会副会长 魏忠超 中国通信工业协会物联网应用分会秘书长委 员：邬贺铨 中国工程院院士 张 钹 中国科学院院士 孙 玉 中国工程院院士 李伯虎 中国工程院院士 姚建铨 中国科学院院士 倪光南 中国工程院院士 张 平 中国工程院院士 毕思文 国际欧亚科学院院士 何桂立 中国信息通信研究院副院长 朱洪波 南京邮电大学物联网研究院院长 安 晖 中国电子信息产业发展研究院副总工程师 张 晖 国家物联网基础标准工作组秘书长 张永刚 住房和城乡建设部IC卡应用服务中心副主任 李海峰 国家发改委综合运输研究所研究员 刘增明 国家信息中心电子政务工程中心首席工程师 李广乾 国务院发展研究中心研究员 朱红松 中国科学院信息工程研究所研究员 卓 兰 中国电子技术标准化研究院副主任 刘大成 清华大学互联网产业研究院副院长 张飞舟 北京大学教授 王 东 上海交通大学教授 易卫东 中国科学院大学教授 王志良 北京科技大学教授 程卫东 北京交通大学教授 马 严 北京邮电大学教授 田有亮 贵州大学教授 于大鹏 解放军信息工程大学教授工作委员会总 编 辑：韩举科副 总 编：伊小萌 徐前祥 魏忠超编委成员：万 云 滕莉莉 胡泽锋 梁泰康 曲 晶 刘顺海中国通信工业协会物联网应用分会的宗旨是联合国内外致力于物联网产业发 展与应用推广、从事相关信息服务业建设的企事业单位及个体，在平等互利、优势 互补、资源共享、合作共赢的原则下开展协会活动，分会的职责是推动物联网技术 产品的自主创新与科学发展，促进物联网技术与产品在智慧城市以及垂直行业领域 的规模应用。分会的服务项目主要有：课题研究、政府咨询、基金申报、项目规划、 项目评估、标准研制、行业报告、技术培训、检测认证、投资融资、会议会展、会 员服务等。 分会以协同创新、产用结合、融合发展为基础，以立足行业、服务行业、促进 应用为目标，携手会员单位为建设物联网新技术、新产品、新设备、新模式、新应 用的产业发展新格局贡献力量。 中国智慧城市规划与建设推进联盟（英文名称：Promotion Alliance for China Smart City Planning and Construction）在工业和信息化部的支持和指导下，中 国通信工业协会牵头，中国通信工业协会物联网应用分会发起，联合国内从事智慧 城市建设及物联网技术研究生产的企事业单位自愿组成的行业性社会联盟组织。联盟组建于 2011 年 10 月，是国内智慧城市规划与建设领域首家联盟组 织，秘书处设在中国通信工业协会物联网应用分会。联盟的宗旨是通过搭建政府、 专家、企业、用户、沟通平台，整合相关政府、科研院所、专业机构、企事业单位 多方资源，充分发挥行业协会的作用，形成多方合力和创新协同机制，针对智慧城 市规划、建设、管理以及服务过程中涌现的先进理念、优秀方案、高新产品、示范 项目等进行研究和推广，进一步加强我国城市之间、部门之间、政府与服务商之间、 服务商与厂商之间在智慧城市建设的广泛交流与合作，协助创建智慧城市建设创新 模式和搭建智慧城市全产业链平台，推进物联网技术产品在智慧城市建设中的广泛应用。

第1章 君生我未生：物联网的前世今生 001
1.1 物联网概述 001
1.1.1 物联网的起源和概念 001
1.1.2 物联网与互联网、传感网、泛在网的关系 007
1.2 物联网的体系架构 009
1.2.1 感知层 010
1.2.2 网络层 011
1.2.3 处理层 011
1.2.4 应用层 012
1.3 物联网的行业应用 012
1.3.1 工业领域的应用 012
1.3.2 农业领域的应用 013
1.3.3 智慧城市领域的应用 014
1.3.4 智慧交通领域的应用 016
1.3.5 其他领域的主要应用 016
1.4 物联网的标准化 018
1.4.1 标准化对物联网产业的意义 018
1.4.2 国际物联网标准制定现状 019
1.4.3 我国物联网标准制定现状 022
1.5 物联网的发展与未来 027
1.5.1 物联网的技术发展方向 028
1.5.2 物联网的应用发展方向 029
1.5.3 物联网展望 031
参考文献 032

第2章 物联网的关键技术 034
2.1 “物”的标识：RFID技术 034
2.1.1 自动识别技术简介 034
2.1.2 RFID的特点和分类 036
2.1.3 RFID的技术原理 037
2.1.4 RFID的关键技术 039
2.2 “物”的感知：传感器技术 040
2.2.1 传感器技术简介 040
2.2.2 无线传感器网络简介 044
2.2.3 面向无线传感器网络的嵌入式操作系统 045
2.3 “联”的方式：网络与通信技术 046
2.3.1 通信技术简介 046
2.3.2 短距离无线通信技术 048
2.3.3 移动通信技术 049
2.3.4 互联网通信技术 051
2.4 “网”的价值：数据的挖掘与融合技术 053
2.4.1 处理层的内容 053
2.4.2 大数据平台 054
2.4.3 数据挖掘与机器学习 059
2.4.4 数据可视化 061
2.5 物联网通信技术 062
2.5.1 概述 062
2.5.2 计算机通信 064
2.5.3 移动通信 066
2.5.4 短距离无线通信 071
2.6 一场寂寞凭谁诉：物联网的通信诉求 077
2.6.1 信号覆盖率的诉求 077
2.6.2 通信带宽的诉求 077
2.6.3 通信时延的诉求 078
2.6.4 功耗与成本的诉求 079
2.6.5 接入容量的诉求 080
参考文献 080

第3章 我生君未老：5G翩然而至 082
3.1 引言 082
3.2 移动通信的前世今生 083
3.2.1 移动通信的发展 083
3.2.2 移动通信标准 087
3.2.3 多址接入技术 093
3.3 5G的问世 096
3.3.1 5G的起源 096
3.3.2 5G的发展 098
3.3.3 5G的指标 101
3.3.4 5G的场景 103
3.4 5G的法宝 104
3.4.1 5G架构 107
3.4.2 5G的空口技术 116
3.4.3 5G的关键技术 121
3.5 天生我才必有用：5G的适用场景 137
3.6 小结 141
参考文献 142
第4章 恨不相逢早：当物联网遇见5G 143
4.1 移动通信在物联网中的应用 143
4.1.1 移动通信在物联网中应用的主要方式 143
4.1.2 移动通信在物联网中的应用现状 145
4.2 物联网的移动通信困境 150
4.3 5G为物联网而生 154
4.3.1 5G是移动通信技术的演进 155
4.3.2 5G是物联网定制的移动通信技术 157
4.4 物联网为5G提供大舞台 163
4.4.1 5G的应用场景 163
4.4.2 物联网是5G的主战场 165
4.5 5G物联网技术：NB-IOT/EMTC 168
4.5.1 NB-IOT 169
4.5.2 eMTC 173
4.6 好的关系就是彼此成就 175
参考文献 177
第5章 小心驶得万年船：5G时代下的物联网安全 178
5.1 物联网安全 178
5.1.1 物联网的信息安全和隐私保护问题 179
5.1.2 物联网行业应用特点及安全问题 180
5.1.3 物联网的安全架构 184
5.1.4 物联网安全关键技术 186
5.1.5 物联网安全研究方向 187
5.2 5G安全 190
5.2.1 5G的安全架构 191
5.2.2 5G网络安全的技术需求 194
5.2.3 5G安全标准化进展 197
5.3 5G时代的物联网安全 198
5.3.1 5G对物联网安全的保护 198
5.3.2 5G对物联网安全的威胁 203
5.3.3 应对威胁的新方法 204
5.3.4 构建物联网安全体系 206
参考文献 208
第6章 物联网 5G的应用 209
6.1 智慧消防 209
6.1.1 智慧消防简介 209
6.1.2 智慧消防发展现状 210
6.1.3 智慧消防总体架构 211
6.1.4 物联网 5G助力智慧消防落地 215
6.2 智慧监狱 216
6.2.1 智慧监狱简介 216
6.2.2 智慧监狱发展现状 217
6.2.3 智慧监狱的总体架构 218
6.2.4 物联网 5G助力智慧监狱落地 221
6.3 应急管理信息化 222
6.3.1 应急管理信息化简介 222
6.3.2 应急管理科技信息化发展现状 223
6.3.3 应急管理物联网平台总体架构 223
6.3.4 物联网 5G助理应急管理信息化落地 226
参考文献 226
第7章 携手并进，智联未来 228
7.1 物联网 5G的融合展望 228
7.2 物联网 云计算 231
7.3 物联网 边缘计算 234
7.4 物联网 人工智能 237
7.5 物联网 大数据 239
7.6 物联网 区块链 242
参考文献 245