物联网——体系结构、协议标准与无线通信（RFID、NFC、LoRa、NB-IoT、WiFi、ZigBee与Bluetooth）

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本书特色
本书在总结教学团队丰富教学经验的基础上，从物联网应用的角度出发，阐述了物联网的基本概念、体系架构、关键技术、标准化体系、物联网 *技术（可穿戴设备、机器人、无人机、3D打印、AR、人工智能、区块链等）、物联网工程开发（主控层、传感器层、无线传输层RFID、NFC、LoRa、NB-IoT、WiFi、ZigBee与Bluetooth）、物联网应用实践案例，并配套相应的物联网硬件开发环境、硬件开发模块。力争从科学前沿的高度，对物联网未来应用和发展前景有一个全面科学的把握，培养读者的物联网开发实践能力，提高利用物联网解决实际问题的能力。
? 易教易学  系统阐述理论的同时，结合前沿的技术，引入与物联网的深度融合，并配套开发套件，既为初学者提供容易入门的Android开发环境和案例，也为广大本科生、研究生提供FPGA开发环境和案例。
? 前后衔接  强调知识体系和分析方法的前后连贯性，并妥善处理好与前期课程和后续课程的衔接性。
? 技术前沿  介绍物联网、可穿戴设备、机器人、无人机、3D打印、AR、人工智能、区块链等信息技术领域的新进展，激发读者学习兴趣，启迪创新思想。

 

物联网及智慧城市在近些年得到了突飞猛进的发展，物联网的赢利窗口已经开启。本书从物联网应用的角度出发，首先阐述了物联网的基本概念、体系架构、关键技术、标准化体系、物联网 等知识，然后着重介绍了物联网工程开发(主控层、传感器层、无线传输层RFID、NFC、LoRa、NBIoT、WiFi、ZigBee与Bluetooth)、物联网应用实践案例，并配套相应的物联网硬件开发环境、硬件开发模块，力争让读者从科学前沿，对物联网未来应用和发展前景有一个全面科学的把握，培养面向未来的物联网思维模式以及物联网开发实践能力，提高利用物联网解决实际问题的能力。 书中*部分着重描述物联网基础知识、未来发展。第二部分着重结合配套硬件开发环境模块介绍物联网主控层、传感器层、无线传输层RFID、NFC、LoRa、NBIoT、WiFi、ZigBee与Bluetooth的开发技术及应用案例。这些章节各自独立，层次分明，既自成体系又互相联系。本书力求理论与实践紧密结合，内容翔实、实例丰富。 本书可以作为高等院校物联网课程的教材，也可供从事物联网系统开发与应用的工程技术人员自学与参考。

高泽华  北京邮电大学信息与通信工程学院副教授、研究生导师，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）访问学者，北京邮电大学物联网与人工智能感知技术创新实验室主任，国际TRIZ创新专家。北京邮电大学创业导师，启明星创新与创业平台创始人，北京邮电大学创业联盟发起人。兼任国家自然科学基金同行评议专家、中国电子学会高级会员、中国通信学会会员、北京通信信息协会会员。长期从事物联网、智能器件、移动互联网、无线通信、纳米技术、人工智能感知技术、能源、区块链等领域的教学和研究工作。作为项目负责人，主持了国家自然科学基金、国家“863计划”等项目多项，在国际与国内的学术期刊及会议上发表学术论文100余篇，主编及参加编写教材6部，主编及参编通信类专业科技图书7部。申请发明专利18项，获得第三届北京发明创新大赛金奖和通信信息类专项奖。在北京邮电大学开设创业类课程，与美国创业孵化器合作创办创业平台。建立了创业课程体系（包括本科生和研究生的创业课），从美国硅谷引进创业资源涵盖硬核科技颠覆性技术互联网应用等，带领大学生创业团队开发创业项目，致力于轻松创业。

第1章物联网简介

1.1物联网简史

1.2物联网体系框架

1.3物联网关键技术

1.4物联网常见应用

1.5物联网发展趋势

习题

第2章物联网体系架构

2.1感知层

2.1.1传感器

2.1.2无线传感器网络特点

2.1.3无线传感器网络研究范畴

2.2网络层

2.2.1互联网与NGI体系架构

2.2.2传输网与传感网的融合

2.3应用层

2.3.1业务模式和流程

2.3.2服务资源

2.3.3服务质量

2.4物联网体系架构

2.4.1USN体系架构

2.4.2M2M

2.4.3SENSEI

2.4.4WoT

习题

第3章物联网关键技术

3.1感知技术

3.1.1RFID

3.1.2传感器

3.1.3能源技术

3.2通信组网技术

3.2.1Bluetooth

3.2.2ZigBee

3.2.3NFC

3.2.4IEEE 802.11ah

3.2.5LoRa

3.2.65G

3.2.7NBIoT

3.3应用服务技术

3.3.1云计算

3.3.2大数据

3.3.3人工智能

习题

第4章物联网标准化体系

4.1RFID标准

4.1.1RFID标准化组织

4.1.2RFID标准体系

4.1.3EPC Global标准体系

4.2中国RFID技术标准

4.2.1中国RFID标准体系框架

4.2.2中国RFID的关键技术

4.2.3中国RFID应用技术标准

4.3Bluetooth技术标准

4.3.1Bluetooth v4.0标准的主要技术特点

4.3.2Bluetooth标准协议简介

4.3.3传输协议组

4.3.4中间件协议组

4.3.5应用组

4.4NFC技术标准

4.4.1NFC技术标准简介

4.4.2NFC标准规范

4.4.3NFC标签

4.4.4NDEF协议

4.4.5LLCP协议

4.5ZigBee技术标准

4.5.1ZigBee协议框架

4.5.2物理层

4.5.3介质接入控制子层

4.5.4网络层

4.5.5应用层

习题

第5章物联网 新技术应用

5.1物联网 可穿戴设备

5.1.1可穿戴设备简介

5.1.2可穿戴设备的主要产品

5.1.3可穿戴设备与物联网的结合

5.2物联网 人工智能

5.2.1人工智能简介

5.2.2人工智能相关技术

5.2.3人工智能与物联网的结合

5.3物联网 AR

5.3.1AR简介

5.3.2AR的呈现形式

5.3.3AR与物联网的结合

5.4物联网 区块链

5.4.1区块链技术简介

5.4.2区块链的应用场景

5.4.3区块链与物联网的结合

5.5物联网 机器人

5.5.1机器人简介

5.5.2机器人技术

5.5.3机器人与物联网的结合

5.6物联网 无人机

5.6.1无人机的概念及其发展历程

5.6.2无人机系统分类

5.6.3无人机结构与飞行原理

5.6.4无人机相关技术

5.6.5无人机产业发展趋势及展望

5.7物联网 3D打印

5.7.13D打印简介

5.7.23D打印的原理与技术

5.7.33D打印的特点与优势

5.7.43D打印应用

5.7.53D打印与物联网的结合

5.8小结

习题

第6章开启物联网世界的大门

6.1选一把绝世宝剑——物联网开发平台

6.1.1硬件平台设计

6.1.2Wiki平台设计

6.2一起创造物联网生活吧——物联网开发平台应用示例

6.2.1“听话”的台灯——BLE扩展板

6.2.2呵护植物小助手——WiFi扩展板

6.2.3私人百宝箱——RFID扩展板

6.2.4血氧监测仪——ZigBee扩展板

6.2.5自动喂鱼机——LoRa扩展板

6.2.6小小气象站——NBIoT扩展板

6.3 物联网大应用

6.3.1物联网与家居

6.3.2物联网与农业

6.3.3物联网与救援

6.3.4物联网与5G

习题

第7章物联网开发基础入门

7.1物联网基础实验板

7.1.1物联网基础实验板简介

7.1.2基础实验板资源分配

7.1.3基础实验板的功能单元

7.2点亮LED

7.2.1安装集成开发环境

7.2.2点亮个LED

7.2.3呼吸灯

7.2.4流水灯

7.2.5彩色LED

7.2.6Arduino主控板简介

7.2.7Arduino Uno引脚简介

7.3七段数码管

7.3.1数码管简介

7.3.2锁存器简介

7.3.3数码管显示

7.3.4数码管静态显示

7.3.5数码管动态显示

7.4按键和拨码开关

7.4.1按键开关

7.4.2拨码开关

7.4.3按键消抖

7.4.4设计按键计数器

7.5自动控制路灯

7.5.1光敏电阻

7.5.2实验目的

7.5.3实验软硬件

7.5.4基础实验

7.5.5实验反思

7.6音乐电子琴

7.6.1实验原理

7.6.2振荡频率的产生

7.6.3生日歌制作

习题

第8章物联网进阶实战

8.1Bluetooth

8.1.1Bluetooth扩展板

8.1.2采用Bluetooth串口通信

8.2WiFi

8.2.1WiFi扩展板

8.2.2采用WiFi联机通信

8.3RFID

8.3.1RFID扩展板

8.3.2采用RFID读取标签

8.4ZigBee

8.4.1ZigBee扩展板

8.4.2采用ZigBee透传通信

8.5LoRa

8.5.1LoRa扩展板

8.5.2采用LoRa P2P传输

8.6NBIoT

8.6.1NBIoT扩展板

8.6.2采用NBIoT云平台传输

习题

第9章物联网的未来应用

9.1智慧物流

9.1.1智慧物流简介

9.1.2细分技术简介

9.1.3搭建智慧物流系统

9.1.4发展前景展望

9.2智慧医疗

9.2.1智慧医疗简介

9.2.2细分技术简介

9.2.3搭建智慧医疗系统

9.2.4发展前景展望

9.3智慧农业

9.3.1智慧农业简介

9.3.2细分技术简介

9.3.3搭建智慧农业系统

9.3.4发展前景展望

9.4智慧建筑

9.4.1智慧建筑简介

9.4.2细分技术简介

9.4.3搭建智慧建筑系统

9.4.4发展前景展望

习题

 

互联网连接的是人，让人与人之间的距离变成零。物联网连接了人、物，让人与物、物与物之间的距离忽略不计。互联网颠覆了人类的传统信息体系架构，而物联网融合信息、物质、能量，将会再次猛烈冲击和改变世界信息物理体系架构。物联网也是继计算机、互联网之后第三次信息产业革命浪潮，将会形成一个更强大的产业，变成具有极大开发价值的资源，成为新经济时代的资源。
物联网(Internet of Things，IoT)是在通信技术、互联网、传感等新技术的推动下，逐步形成的人与人、人与物、物与物之间沟通的网络构架。物联网把所有物品通过各种信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。
物联网核心是将物体联到网络上，物联网未来就是人工智慧生命感知决策行动系统。物联网采用传感感知技术获取物体、环境的各种信息参数，通过各种无线通信技术汇总到信息通信网络上，并传输到后端进行数据分析挖掘处理，提取有价值的信息给决策层，并通过一定的机制、措施，实现对现实世界的智慧控制。物联网是一个综合技术系统，未来还可以融合区块链、人工智能、可穿戴设备、增强现实(AR)、机器人、自动驾驶、无人机等技术，智能交互、信息智能呈现、随时采取行动，实现物联网 。
本书前半部分系统介绍了物联网的基础知识，涵盖基本概念、体系架构、关键技术、标准化体系、物联网 ，通过物联网与各种技术融合的物联网 新技术，对未来发展趋势做了阐述。后半部分着重介绍了物联网工程开发(主控层、传感器层、无线传输层RFID、NFC、LoRa、NBIoT、WiFi、ZigBee与Bluetooth)、物联网应用实践案例，并配套相应的物联网硬件开发环境、硬件开发模块。通过本书，读者可以全面深刻地领会物联网技术及其应用，并可以进行物联网应用开发实践，解决实际问题。
本书具有如下特点。
(1) 入门要求低： 本书介绍了物联网基本的知识，读者只需要有一定的通信及网络知识。
(2) 完整性： 本书内容完整，涉及面广，内容涵盖技术标准、关键技术、产业联盟、发展现状、物联网应用开发实践等内容，便于读者全面深刻地领会物联网技术。
(3) 概括性： 本书每章标题及段都是对该章内容的高度概括，对其内容解释尽可能做到准确、翔实。
(4) 实用性： 本书紧密结合应用，对具体的物联网应用场景开发作了较详细的介绍。
本书由高泽华、孙文生策划并编著。高泽华编写第1~5章，孙文生编写第6~9章。同时，在本书编写过程中，秦鸣然、刘欢、宋勇燕、李亚平、王曼婷、周紫葳、朱迪、许鑫、王甲、刘颖、张宸、王强、朱倍莹、郑方向、吴永侠、吴炜、吴成伟、骆浩、年鉴、范若乔完成了全书资料收集和整理，并完成了全书的文字校对和部分内容的编写，对他们的辛勤劳动表示感谢。特别感谢厦门南鹏物联科技有限公司对本书的出版所做的大力支持。
另外，在本书的编写过程中，得到了北京邮电大学领导及教研室同事的支持和帮助，他们对本书内容的取舍、主次安排均提出了很好的意见，在此表示衷心的感谢。在书稿撰写整理过程中清华大学出版社盛东亮老师为书稿的内容提出了大量有益建议，在此表示特别的感谢。
由于编者水平有限，加之编写时间仓促，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
编者于北京邮电大学2019年9月