物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络，近年来得到了充分发展与应用。本书介绍了物联网的概念、定义、体系结构、相关技术及物联网的应用。全书主要内容包括物联网概述、物联网体系架构、传感器技术、自动识别技术、网络与通信技术、无线传感器网络技术、物联网应用等。本书的特点是理论联系实际，让学生通过本书的学习初探物联网世界，了解物联网技术的实际应用及其未来发展趋势。
    本书内容由浅入深，循序渐进，涉及面广，实用性强，适合作为高等院校计算机类、电子信息类、通信类、自动化类等相关专业的学生教材，也可供物联网领域工作人员和爱好者学习参考。







本书参考物联网应用技术人才培养的方案内容，针对物联网应用技术专业人才培养所需要的技术（职业）领域所总结的典型工作任务来组织全书的内容体系。根据要完成每个典型工作任务的工作过程中所需的知识或技能来设计每个章节的内容。本书共分为8章，内容涵盖了物联网的特征及体系结构、物联网底层感知技术、通信技术、嵌入式开发技术、云计算及大数据处理技术、物联网安全技术等，最后对当前最新的典型物联网应用进行了分析。

全书围绕物联网体系结构的“感知、传输、处理、应用”四个层次，结合当前物联网的典型应用展开教学与实践，通过以认知物联网典型的应用系统为背景，逐层引入该系统中的物联网的底层感知设备、传输网络、中间数据处理环节以及上层应用系统中所涉及到的物联网相关的理论知识。本书将较新的企业应用案例进行了教学化设计，知识适度、技能点突出、案例丰富，并辅助以二维码等方式来拓展学生学习的知识面。

本书适合作为高等职业院校物联网专业或相近专业的教材，也可作为物联网技术研究与产品开发人员的参考书。

    物联网对新一代信息技术进行了高度集成和综合运用，对新一轮产业变革和经济社会绿色、智能、可持续发展具有重要意义。我国物联网发展取得了显著成效，与发达国家保持同步，成为全球物联网发展最为活跃的地区之一。“十三五”时期，我国经济发展进入新常态。创新是引领发展的第一动力，促进物联网、大数据等新技术、新业态广泛应用，培育壮大新动能成为国家战略。当前，物联网正进入跨界融合、集成创新和规模化发展的新阶段，迎来重大的发展机遇。
    本书阐述物联网先进理论与概念，充分吸收国内外前沿研究成果，力争做到体系完整、结构科学、案例生动、深入浅出。本书以学生为主体，既能满足学生对物联网知识认知的基本需求，又能奠定学生可持续发展的基础。本书概括和凝聚技能大赛和企业以及课程教学中的最新成果，反映产业升级、技术进步和职业岗位变化的要求，为专业建设和教学改革服务，能力要素与职业素养并重，注重自主学习、合作学习和个性化教学，可以对高技能应用型人才培养起到促进作用。
    本书包括 7 章，第 1 章主要介绍物联网的概念、定义、特点、应用及发展趋势 ；第 2 章主要介绍物联网体系架构 ；第 3 章主要介绍传感器技术的定义、组成、分类、基本特性及常用传感器；第 4 章主要介绍自动识别技术的概念、分类、条码技术、RFID 技术、NFC 技术、光学字符识别技术、机器视觉识别技术、生物识别技术等 ；第 5 章主要介绍计算机网络的概念、组成、功能、分类，以及数据通信的概念、传输介质、网络设备、无线网络技术等 ；第 6 章主要介绍无线传感器网络体系结构、 ZigBee 技术 ；第 7 章主要介绍物联网在智能家居、智能物流、智能电网、智慧农业、智慧交通、智慧医疗、智慧环保、感知城市等领域的应用。
    本书由安徽工商职业学院李如平任主编，安徽工商职业学院吴房胜、朱炼任副主编，安徽工商职业学院施冬冬、新大陆教育科技有限公司孙虎参与编写。具体编写分工如下：第 1、 2 章由李如平编写，第 3 章由朱炼编写，第 4、 6 章由吴房胜编写，第 5 章由施冬冬编写，第 7 章由孙虎、李如平编写。本书在编写过程中得到了省内外高校同行专家的大力支持，在此表示衷心的感谢。
    本书是安徽省“十三五”规划教材建设项目（项目编号：2017ghjc368）成果，同时也是安徽省高校学科 ( 专业 ) 拔尖人才学术资助重点项目（项目编号 ： gxbjZD2016094）成果。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏与不妥之处，希望广大读者提出宝贵意见，以便再版时改正。
编 者
2020 年 12 月

第 1 章 物联网概述 ...................................................................................................1
1.1 物联网的发展 ...................................................................................... 2
1.2 物联网的定义 ...................................................................................... 4
1.3 物联网的主要特点................................................................................ 5
1.3.1 物联网的技术特点 ............................................................................ 5
1.3.2 物联网的应用特点 ............................................................................ 5
1.3.3 物联网的其他特点 ............................................................................ 6
1.4 物联网的应用 ...................................................................................... 6
1.5 物联网的发展趋势 ............................................................................... 8
习题 .........................................................................................................10
第 2 章 物联网体系架构.......................................................................................... 11
2.1 物联网体系架构概述 ...........................................................................11
2.2 感知层 ..............................................................................................13
2.2.1 感知层概述 .................................................................................... 13
2.2.2 感知层关键技术 ............................................................................. 14
2.3 网络层 ..............................................................................................16
2.3.1 网络层概述 .................................................................................... 16
2.3.2 网络层接入技术 ............................................................................. 16
2.3.3 网络层关键技术 ............................................................................. 17
2.4 应用层 ..............................................................................................20
2.4.1？应用层概述 .................................................................................... 20
2.4.2 应用层关键技术 ............................................................................. 21
习题 .........................................................................................................22
第 3 章 传感器技术 ................................................................................................ 23
3.1 传感器概述 ........................................................................................24
3.2 传感器的基本特性 ..............................................................................25
3.2.1 传感器的静态特性 .......................................................................... 25
3.2.2 传感器的动态特性 .......................................................................... 26
3.3 常用传感器 ........................................................................................26
3.3.1 电阻式传感器................................................................................. 26
3.3.2 电感式传感器................................................................................. 28
3.3.3 电容式传感器................................................................................. 28
3.3.4 压电式传感器................................................................................. 29
3.3.5 磁敏式传感器................................................................................. 30
目？ ？ 录
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物 联 网 概 论
3.3.6 光电式传感器................................................................................. 31
3.3.7 微波传感器 .................................................................................... 31
3.3.8 化学传感器 .................................................................................... 32
3.3.9 生物传感器 .................................................................................... 32
3.3.10 微传感器 ..................................................................................... 33
3.4 智能传感器 ........................................................................................34
3.4.1 智能传感器概述 ............................................................................. 34
3.4.2 智能传感器的主要功能.................................................................... 35
3.4.3 常用智能传感器 ............................................................................. 35
习题 .........................................................................................................36
第 4 章 自动识别技术............................................................................................. 37
4.1 自动识别技术概述 ..............................................................................38
4.1.1 自动识别技术的概念 ....................................................................... 38
4.1.2 自动识别技术的分类 ....................................................................... 38
4.2 条码技术 ...........................................................................................39
4.2.1 条码的编制和印刷 .......................................................................... 39
4.2.2 条码阅读器 .................................................................................... 40
4.2.3 条码数据处理................................................................................. 41
4.3 RFID 技术..........................................................................................41
4.4 RFID 系统的构成 ................................................................................43
4.4.1 电子标签 ....................................................................................... 43
4.4.2 RFID 读写器 .................................................................................. 47
4.5 RFID 系统的能量传输和防碰撞机制 ......................................................47
4.5.1 能量传输方式................................................................................. 48
4.5.2 RFID 系统的防碰撞机制 .................................................................. 48
4.6 NFC .................................................................................................49
4.6.1 NFC 的技术特点............................................................................. 49
4.6.2 NFC 系统工作原理 ......................................................................... 50
4.7 光学字符识别技术 ..............................................................................51
4.8 机器视觉识别技术 ..............................................................................52
4.8.1 机器视觉识别简介 .......................................................................... 52
4.8.2 机器视觉识别算法介绍.................................................................... 53
4.9 生物识别技术.....................................................................................56
习题 .........................................................................................................58
第 5 章 网络与通信技术......................................................................................... 59
5.1 计算机网络的概念及功能 .....................................................................60
5.1.1？计算机网络的概念 .......................................................................... 60
5.1.2？计算机网络的产生和发展 ................................................................ 60
5.1.3？计算机网络的组成 .......................................................................... 61
5.1.4？计算机网络的功能 .......................................................................... 62
5.2 计算机网络分类..................................................................................62
5.2.1？根据网络覆盖范围分类.................................................................... 62
5.2.2？根据网络拓扑结构分类.................................................................... 63
5.2.3？根据通信方式分类 .......................................................................... 65
5.3 数据通信基础.....................................................................................65
5.3.1？数据通信的基本概念 ....................................................................... 66
5.3.2？数据通信中的主要技术指标 ............................................................. 67
5.3.3？数据传输 ....................................................................................... 68
5.3.4？数据交换方式................................................................................. 73
5.4 传输介质 ...........................................................................................75
5.4.1？传输介质的特性与性能指标 ............................................................. 75
5.4.2？有线传输介质................................................................................. 76
5.4.3？无线传输介质................................................................................. 79
5.5 网络设备 ...........................................................................................80
5.5.1？中继器........................................................................................... 80
5.5.2？集线器........................................................................................... 81
5.5.3？交换机 .......................................................................................... 83
5.5.4？路由器........................................................................................... 86
5.5.5？网关 .............................................................................................. 87
5.5.6？网卡 .............................................................................................. 87
5.6 无线网络技术.....................................................................................90
5.6.1 基本组成元素................................................................................. 90
5.6.2 无线网络的类别 ............................................................................. 91
5.7 Wi-Fi ................................................................................................96
5.7.1 Wi-Fi 技术的概念............................................................................ 96
5.7.2 Wi-Fi 网络结构和原理 ..................................................................... 97
5.7.3 Wi-Fi 技术的应用...........................................................................100
5.8 蓝牙................................................................................................100
5.8.1 蓝牙技术的工作原理 ......................................................................101
5.8.2 蓝牙网络基本结构 .........................................................................101
5.8.3 蓝牙的协议栈................................................................................102
5.8.4 蓝牙的特点 ...................................................................................104
5.8.5 蓝牙技术的应用 ............................................................................105
5.9 5G 技术...........................................................................................106
5.9.1 发展背景 ......................................................................................106
5.9.2 5G 相关概念 .................................................................................106
5.9.3 发展历程 ......................................................................................107
习题 .......................................................................................................109
第 6 章 无线传感器网络技术.................................................................................110
6.1 无线传感器网络概述 ......................................................................... 111
6.2 无线传感器网络体系结构................................................................... 112
6.2.1 体系结构概述................................................................................112
6.2.2 无线传感器网络体系结构 ...............................................................114
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物 联 网 概 论
6.3 ZigBee 技术 ................................................................................... 117
6.3.1 ZigBee 的由来和发展.....................................................................117
6.3.2 ZigBee 技术的特点........................................................................117
6.3.3 ZigBee 芯片..................................................................................118
6.4 ZigBee 技术和其他无线技术的比较 ....................................................120
6.4.1 ZigBee 和蓝牙 ..............................................................................120
6.4.2 ZigBee 和 GPRS/CDMA-1X ............................................................121
6.4.3 ZigBee 与数传电台 .......................................................................121
6.5 ZigBee 的底层——MAC 层简介 .............................................. 121
6.6 ZigBee 设备和网络拓扑结构 .............................................................122
6.7 ZigBee 网络抗干扰原理 ....................................................................123
6.8 ZigBee 技术应用 ..............................................................................124
6.8.1 ZigBee 技术应用于电力 AMR 方案 ..................................................124
6.8.2 ZigBee 技术应用于 AMR 系统的优势 ...............................................125
习题 .......................................................................................................127
第 7 章 物联网应用 .............................................................................................. 128
7.1 智能家居 .........................................................................................129
7.1.1 智能家居概述 ................................................................................129
7.1.2 智能家居的应用.............................................................................131
7.2 智能物流 .........................................................................................136
7.2.1 智能物流概述................................................................................136
7.2.2 智能物流的应用 ............................................................................137
7.3 智能电网 .........................................................................................139
7.3.1 智能电网概述 ................................................................................139
7.3.2 智能电网的应用.............................................................................140
7.4 智慧农业 .........................................................................................143
7.4.1 智慧农业概述................................................................................143
7.4.2 智慧农业的应用 ............................................................................144
7.5 智慧交通 .........................................................................................147
7.5.1 智慧交通概述................................................................................147
7.5.2 智慧交通的应用 ............................................................................150
7.6 智慧医疗 .........................................................................................150
7.6.1 智慧医疗概述................................................................................150
7.6.2 智慧医疗的应用.............................................................................151
7.7 智慧环保 .........................................................................................153
7.7.1 智慧环保概述................................................................................153
7.7.2 智慧环保的应用 ............................................................................154
7.8 感知城市 .........................................................................................156
7.8.1 感知城市概述................................................................................156
7.8.2 感知城市的应用 ............................................................................157
习题 .......................................................................................................158
参考文献

李如平，安徽工商职业学院教授，一直从事计算机专业的教学工作。获得的成果如下：（1）安徽省教学成果一等奖、二等奖、三等奖多项。（2）安徽省科学技术奖三等奖。（3）主持国家级项目一项，省级教科研项目六项，发表论文二十多篇。

本书适合作为高等院校计算机类、电子信息类、通信类、自动化类等相关专业的学生教材，也可供物联网领域工作人员和爱好者学习参考。