基本信息
内容简介
目录
前言
教学建议
第1章物联网概论/
1.1物联网发展的社会背景/
1.1.1物联网概念的提出/
1.1.2物联网与智慧地球/
1.1.3欧盟与各国政府关于物联网的发展规划/
1.1.4物联网与我国战略性新兴产业/
1.2物联网发展的技术背景/
1.2.1从人类对技术需求的角度认识物联网发展的必然性/
1.2.2从互联网发展的角度认识物联网发展的必然性/
1.2.3从科学研究的角度认识物联网发展的必然性/
1.3物联网的定义与主要技术特征/
1.3.1物联网的定义/
1.3.2物联网的主要技术特征/
1.3.3物联网与互联网的比较/
1.3.4物联网与“互联网+”的关系/
1.4物联网体系结构/
1.4.1物联网体系结构的基本概念/
1.4.2人处理物理世界问题的基本方法/
教学建议
第1章物联网概论/
1.1物联网发展的社会背景/
1.1.1物联网概念的提出/
1.1.2物联网与智慧地球/
1.1.3欧盟与各国政府关于物联网的发展规划/
1.1.4物联网与我国战略性新兴产业/
1.2物联网发展的技术背景/
1.2.1从人类对技术需求的角度认识物联网发展的必然性/
1.2.2从互联网发展的角度认识物联网发展的必然性/
1.2.3从科学研究的角度认识物联网发展的必然性/
1.3物联网的定义与主要技术特征/
1.3.1物联网的定义/
1.3.2物联网的主要技术特征/
1.3.3物联网与互联网的比较/
1.3.4物联网与“互联网+”的关系/
1.4物联网体系结构/
1.4.1物联网体系结构的基本概念/
1.4.2人处理物理世界问题的基本方法/
前言
《物联网工程导论》的第1版出版于2012年。当时，物联网刚刚出现，面临很多争议。我们在接受教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会物联网工程专业教学专家组邀请,编写“物联网工程导论”课程教材时，感到压力很大。一方面，面对社会对物联网的质疑，我们希望通过这本教材来诠释物联网产生的必然性；另一方面，在物联网技术体系尚不明晰的情况下，教材要保证技术内容的科学性、教学体系的系统性、教材用书的严谨性，的确非常困难。可以说，本书第1版的写作实际上是定位在“求生存”这个目标上，因此注重内容的全面和严谨，避免出现遗漏和谬误。随着物联网技术、应用和研究的发展，物联网的技术体系逐步明晰，世界各国都高度重视物联网的发展，著名的IT企业纷纷布局物联网，物联网产业链逐步形成。随着教学研究工作的深入，作者对物联网技术的理解也不断深入。2012年我们只能讲 “物联网是大趋势”，到了2017年我们可以说“物联网不是趋势，而是现实”。物联网的出现预示着“世上万物凡存在，皆互联；凡互联，皆计算；凡计算，皆智能”的发展前景。
作者长期从事计算机网络、互联网与物联网技术相关课程的教学、科研工作，基于之前的工作积累，在准备和编写本书的过程中，认真地思考了物联网的发展背景与技术演变的过程，深刻地认识到物联网将会对社会发展产生重大影响。这种认识可以总结为以下四个方面。
第一，物联网是在互联网基础上发展起来的，但是它不是简单的互联网应用功能的延伸和接入规模的扩展。物联网融入了普适计算与信息物理融合系统（CPS）的“人-机-物”融合与环境智能的理念，将催生大量具有“计算、通信、控制、协同与自治”特征的智能设备与智能系统，推动社会经济发展模式的转变，促进产业的快速发展。物联网与互联网、移动互联网将呈现出“你中有我，我中有你”“相互促进”的共生状态。
第二，邬贺铨院士用“大智移云联万物”来描述物联网的发展，作者认为是很有道理的。物联网是一个协同创新平台，它一方面支撑着大数据、云计算、智能、移动计算、下一代网络等新技术，另一方面支撑着智能工业、智能农业、智能医疗、智能交通等各行各业的应用。目前发展迅速的云计算、大数据、人工智能、深度学习、虚拟现实与增强现实、可穿戴计算、智能机器人技术，都在物联网应用中展现出迷人的魅力。物联网为多学科、跨行业的科技创新与产业发展提供了千载难逢的机遇和环境。可以预见，在“数据为王”的时代，物联网的重要性将会日益凸显出来。
第三，从学科发展的角度看，物联网是计算机、通信、电子、控制、数据与智能等多学科交叉融合的产物。物联网将引发计算机科学与信息技术在更大范围、更深层次的应用，带动更为广泛的行业和产业的融合，推动交叉学科的发展，创造出更多新的交叉学科。这种发展趋势必将直接影响我国高等院校学科的布局，以及相关专业的培养目标与教学内容。例如，物联网智能交通的发展正在推动全球汽车产业重大的变化。卡尔·奔驰在发明汽车时绝没有想到，作为机械工业巅峰之作的汽车，正在逐步转变为高度电气化、智能化和网络化的机电产品。为了适应社会与产业对新型人才的需求，高校的汽车专业必然要从传统的机械制造业人才培养的模式，向适应汽车电气化、智能化、网络化需求的复合型、交叉人才培养方向转变。社会对新型人才需求变化的影响将出现在很多专业，这也为“新工科”的发展提出了重要的课题。
第四，应用创新是物联网发展的核心，用户体验是物联网应用系统设计的灵魂。物联网研究需要很多奇思妙想的创意，需要用到智能人机交互、可视化、虚拟现实与增强现实技术，以及智能硬件与可穿戴计算、智能机器人技术。这正是物联网的魅力所在，也是物联网发展日新月异的动力和源泉。物联网的发展已经让人目不暇接。
尽管以上提到的问题都会不同程度地呈现在本教材中，但是面对这样一个快速发展的领域，教材的内容落后于技术与应用的发展是必然的，教材只能起到抛砖引玉的作用。因此，我们在编写本教材的过程中，着重注意处理以下两个问题：第一，贴近技术发展前沿，保持导论教材的科学性与前瞻性；第二，贴近教师和学生，保持导论教材的系统性与趣味性。
在第2版的编写准备过程中，机械工业出版社华章公司对部分高校“物联网工程导论”课程的授课老师进行了调研。作者认真研究了诸位老师的意见，在章节结构、内容选取与习题等方面做了相应的改进，表现在以下几个方面：
第一，第2版由9章组成，比第1版减少了1章。其中第5章“ 物联网通信与网络技术”取代了第1版的第5章、第6章。第1版的第10章“物联网应用”只给出了4个领域的应用，第2版的第9章“物联网应用”列举了物联网在智能工业、智能农业、智能物流等9个重点领域的应用示例。
第二，结合技术与产业发展，第2版增加了一些新的内容。根据授课老师的意见，凡是有后续课程专门讨论的技术内容，第2版在保持教材体系完整性的前提下，尽量压缩内容和篇幅，为增加的新技术内容留出空间。
第三，根据授课老师的建议，第2版在每一章的开头增加了“本章教学要求”，结尾增加了“本章小结”，并对每一章的习题做了大幅调整。第2版的习题采取“单选题”与“思考题”两种形式。本书将为用书教师提供单选题的参考答案。同时为了提高学生的学习兴趣，作者尽可能地贴近学生的生活与学习的实际体验，结合物联网技术与应用的最新发展，设置了多道趣味性的思考题。例如，增加了同学们感兴趣的无人驾驶汽车与高精度地图、无人超市与刷脸支付、智能物联网硬件与智能人机交互等新内容，同时习题中相应增加了像人脸识别应用系统设计，以及无人驾驶汽车可能存在的网络攻击及对策研究等思考题。由于这些新技术都在研究之中，因此不可能要求学生给出一个确切和统一的答案。建议任课教师结合MOOC课程，有选择地选取思考题，通过“翻转课堂”的形式组织学生充分讨论，鼓励学生通过互联网查询资料，让年轻的学子们开阔思路，提出一些奇思妙想。如果这些讨论使得某些学生受到启发，他们可以组成团队，根据这些奇思妙想的解决思路，继续开展学习和研究，带着创新性的研究成果参加教育部计算机教指委组织的全国性的物联网大赛，甚至可以成为今后学生创新创业的课题。这样就将物联网导论课程教学从应试和知识传授型，转变为启发、引导学生的创新、创业型课程。
第四，为了配合导论课程的教学，我们已经初步完成了配套MOOC课程的建设。为了帮助教师备课,我们出版了配套的教师和学生参考用书《解读物联网》 ；对于导论课时较少的学校，我们编写了《物联网技术与应用》 一书。这样，《物联网工程导论（第2版）》《解读物联网》《物联网技术与应用》与MOOC课程初步形成了一个线上、线下相结合的“物联网工程导论”课程教学体系。
《解读物联网》一书已由机械工业出版社出版，书号978-7-111-52150-1。
《物联网技术与应用》一书已由机械工业出版社出版，书号978-7-111-43157-2。
作者已经在大学任教40多年，从事计算机网络课程教学也有30多年，见证了我国互联网发展的过程以及取得的辉煌成就。根据我国互联网络信息中心（CNNIC）第40次《中国互联网络发展状况统计报告》公布的数据，截至2017年6月，中国网民规模达751亿，互联网普及率为543%；我国手机网民规模达724亿，网民中使用手机上网的人群比例达到963%。从这些数据可以看出，无论是互联网、移动互联网的网民数量，还是在物联网的发展态势上，我国都位居世界前列。但是，我们必须清醒地认识到：我国是信息技术应用的大国，但还不是信息技术的强国。创新是一个民族的灵魂。中华民族要屹立于21世纪强国之林，必须要培养出一大批学术和技术精英。大学在创新思想的产生方面应该走在前面。这些年来，作者与教学科研团队结合自身的科研与教学实践，搜集和整理了我国与世界各国在物联网相关技术发展以及应用方面的成功案例，试图以国际视野结合我国国情，努力写出一本能够跟得上时代步伐的“物联网工程导论”课程教材，为培养我国物联网技术精英和促进物联网工程专业教育的发展、为实现“网络强国”之梦贡献出自己的绵薄之力。
作者在准备和写作的过程中认真阅读了很多书籍和文献，请教了很多老师。这本教材的内容实际上凝聚了很多智者的心血，作者只是将个人能够理解的部分内容按照自己的思路整理出来。同时，由于有多年的阅读积累过程，作者在参考文献中列出了一些主要的参考书籍，但不可避免会存在遗漏。书中从互联网或专业网站上选择和编辑了一些图片，希望能以图文并茂的方式帮助读者理解知识。在选择图片时，作者考虑了图片的新闻性、正面引用、教学使用与不涉及个人肖像权等问题。
在本书完稿之时，衷心感谢教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会的王志英教授、傅育熙教授、李晓明教授、蒋宗礼教授，感谢物联网工程专家组的王东教授、黄传河教授、朱敏教授、李士宁教授、桂小林教授、秦磊华教授、胡成全教授、方粮教授、蒋建伟教授，在与诸位教授交流、讨论的过程中，作者学到了很多知识，受到很多启发。
感谢Intel大学合作部对本书编写所给予的技术支持。
感谢在本书调研过程中积极参与问卷调查，并提出很多宝贵修改意见的兄弟院校的老师。特别感谢南京航空航天大学孙涵教授，太原理工大学李爱萍、高保禄老师，安徽建筑大学张振亚老师，长沙理工大学弓晋丽老师，延安大学李富星老师，无锡城市职业技术学院蒋勋老师，内蒙古农业大学李宏慧老师等对本书第1版给予的反馈和对第２版的建议。
感谢南开大学计算机与控制工程学院网络实验室刘瑞挺教授、徐敬东教授、张建忠教授以及张玉副教授、许昱玮博士和同学，他们在新技术的研究方面的成果与方法给了作者很多的启发和帮助。感谢武汉大学牛晓光副教授在第2版修订过程中给予的很多帮助。感谢牛秀卿教授，正是有她的理解和支持，作者这些年来才能够安心研究和写作。
作者长期从事计算机网络、互联网与物联网技术相关课程的教学、科研工作，基于之前的工作积累，在准备和编写本书的过程中，认真地思考了物联网的发展背景与技术演变的过程，深刻地认识到物联网将会对社会发展产生重大影响。这种认识可以总结为以下四个方面。
第一，物联网是在互联网基础上发展起来的，但是它不是简单的互联网应用功能的延伸和接入规模的扩展。物联网融入了普适计算与信息物理融合系统（CPS）的“人-机-物”融合与环境智能的理念，将催生大量具有“计算、通信、控制、协同与自治”特征的智能设备与智能系统，推动社会经济发展模式的转变，促进产业的快速发展。物联网与互联网、移动互联网将呈现出“你中有我，我中有你”“相互促进”的共生状态。
第二，邬贺铨院士用“大智移云联万物”来描述物联网的发展，作者认为是很有道理的。物联网是一个协同创新平台，它一方面支撑着大数据、云计算、智能、移动计算、下一代网络等新技术，另一方面支撑着智能工业、智能农业、智能医疗、智能交通等各行各业的应用。目前发展迅速的云计算、大数据、人工智能、深度学习、虚拟现实与增强现实、可穿戴计算、智能机器人技术，都在物联网应用中展现出迷人的魅力。物联网为多学科、跨行业的科技创新与产业发展提供了千载难逢的机遇和环境。可以预见，在“数据为王”的时代，物联网的重要性将会日益凸显出来。
第三，从学科发展的角度看，物联网是计算机、通信、电子、控制、数据与智能等多学科交叉融合的产物。物联网将引发计算机科学与信息技术在更大范围、更深层次的应用，带动更为广泛的行业和产业的融合，推动交叉学科的发展，创造出更多新的交叉学科。这种发展趋势必将直接影响我国高等院校学科的布局，以及相关专业的培养目标与教学内容。例如，物联网智能交通的发展正在推动全球汽车产业重大的变化。卡尔·奔驰在发明汽车时绝没有想到，作为机械工业巅峰之作的汽车，正在逐步转变为高度电气化、智能化和网络化的机电产品。为了适应社会与产业对新型人才的需求，高校的汽车专业必然要从传统的机械制造业人才培养的模式，向适应汽车电气化、智能化、网络化需求的复合型、交叉人才培养方向转变。社会对新型人才需求变化的影响将出现在很多专业，这也为“新工科”的发展提出了重要的课题。
第四，应用创新是物联网发展的核心，用户体验是物联网应用系统设计的灵魂。物联网研究需要很多奇思妙想的创意，需要用到智能人机交互、可视化、虚拟现实与增强现实技术，以及智能硬件与可穿戴计算、智能机器人技术。这正是物联网的魅力所在，也是物联网发展日新月异的动力和源泉。物联网的发展已经让人目不暇接。
尽管以上提到的问题都会不同程度地呈现在本教材中，但是面对这样一个快速发展的领域，教材的内容落后于技术与应用的发展是必然的，教材只能起到抛砖引玉的作用。因此，我们在编写本教材的过程中，着重注意处理以下两个问题：第一，贴近技术发展前沿，保持导论教材的科学性与前瞻性；第二，贴近教师和学生，保持导论教材的系统性与趣味性。
在第2版的编写准备过程中，机械工业出版社华章公司对部分高校“物联网工程导论”课程的授课老师进行了调研。作者认真研究了诸位老师的意见，在章节结构、内容选取与习题等方面做了相应的改进，表现在以下几个方面：
第一，第2版由9章组成，比第1版减少了1章。其中第5章“ 物联网通信与网络技术”取代了第1版的第5章、第6章。第1版的第10章“物联网应用”只给出了4个领域的应用，第2版的第9章“物联网应用”列举了物联网在智能工业、智能农业、智能物流等9个重点领域的应用示例。
第二，结合技术与产业发展，第2版增加了一些新的内容。根据授课老师的意见，凡是有后续课程专门讨论的技术内容，第2版在保持教材体系完整性的前提下，尽量压缩内容和篇幅，为增加的新技术内容留出空间。
第三，根据授课老师的建议，第2版在每一章的开头增加了“本章教学要求”，结尾增加了“本章小结”，并对每一章的习题做了大幅调整。第2版的习题采取“单选题”与“思考题”两种形式。本书将为用书教师提供单选题的参考答案。同时为了提高学生的学习兴趣，作者尽可能地贴近学生的生活与学习的实际体验，结合物联网技术与应用的最新发展，设置了多道趣味性的思考题。例如，增加了同学们感兴趣的无人驾驶汽车与高精度地图、无人超市与刷脸支付、智能物联网硬件与智能人机交互等新内容，同时习题中相应增加了像人脸识别应用系统设计，以及无人驾驶汽车可能存在的网络攻击及对策研究等思考题。由于这些新技术都在研究之中，因此不可能要求学生给出一个确切和统一的答案。建议任课教师结合MOOC课程，有选择地选取思考题，通过“翻转课堂”的形式组织学生充分讨论，鼓励学生通过互联网查询资料，让年轻的学子们开阔思路，提出一些奇思妙想。如果这些讨论使得某些学生受到启发，他们可以组成团队，根据这些奇思妙想的解决思路，继续开展学习和研究，带着创新性的研究成果参加教育部计算机教指委组织的全国性的物联网大赛，甚至可以成为今后学生创新创业的课题。这样就将物联网导论课程教学从应试和知识传授型，转变为启发、引导学生的创新、创业型课程。
第四，为了配合导论课程的教学，我们已经初步完成了配套MOOC课程的建设。为了帮助教师备课,我们出版了配套的教师和学生参考用书《解读物联网》 ；对于导论课时较少的学校，我们编写了《物联网技术与应用》 一书。这样，《物联网工程导论（第2版）》《解读物联网》《物联网技术与应用》与MOOC课程初步形成了一个线上、线下相结合的“物联网工程导论”课程教学体系。
《解读物联网》一书已由机械工业出版社出版，书号978-7-111-52150-1。
《物联网技术与应用》一书已由机械工业出版社出版，书号978-7-111-43157-2。
作者已经在大学任教40多年，从事计算机网络课程教学也有30多年，见证了我国互联网发展的过程以及取得的辉煌成就。根据我国互联网络信息中心（CNNIC）第40次《中国互联网络发展状况统计报告》公布的数据，截至2017年6月，中国网民规模达751亿，互联网普及率为543%；我国手机网民规模达724亿，网民中使用手机上网的人群比例达到963%。从这些数据可以看出，无论是互联网、移动互联网的网民数量，还是在物联网的发展态势上，我国都位居世界前列。但是，我们必须清醒地认识到：我国是信息技术应用的大国，但还不是信息技术的强国。创新是一个民族的灵魂。中华民族要屹立于21世纪强国之林，必须要培养出一大批学术和技术精英。大学在创新思想的产生方面应该走在前面。这些年来，作者与教学科研团队结合自身的科研与教学实践，搜集和整理了我国与世界各国在物联网相关技术发展以及应用方面的成功案例，试图以国际视野结合我国国情，努力写出一本能够跟得上时代步伐的“物联网工程导论”课程教材，为培养我国物联网技术精英和促进物联网工程专业教育的发展、为实现“网络强国”之梦贡献出自己的绵薄之力。
作者在准备和写作的过程中认真阅读了很多书籍和文献，请教了很多老师。这本教材的内容实际上凝聚了很多智者的心血，作者只是将个人能够理解的部分内容按照自己的思路整理出来。同时，由于有多年的阅读积累过程，作者在参考文献中列出了一些主要的参考书籍，但不可避免会存在遗漏。书中从互联网或专业网站上选择和编辑了一些图片，希望能以图文并茂的方式帮助读者理解知识。在选择图片时，作者考虑了图片的新闻性、正面引用、教学使用与不涉及个人肖像权等问题。
在本书完稿之时，衷心感谢教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会的王志英教授、傅育熙教授、李晓明教授、蒋宗礼教授，感谢物联网工程专家组的王东教授、黄传河教授、朱敏教授、李士宁教授、桂小林教授、秦磊华教授、胡成全教授、方粮教授、蒋建伟教授，在与诸位教授交流、讨论的过程中，作者学到了很多知识，受到很多启发。
感谢Intel大学合作部对本书编写所给予的技术支持。
感谢在本书调研过程中积极参与问卷调查，并提出很多宝贵修改意见的兄弟院校的老师。特别感谢南京航空航天大学孙涵教授，太原理工大学李爱萍、高保禄老师，安徽建筑大学张振亚老师，长沙理工大学弓晋丽老师，延安大学李富星老师，无锡城市职业技术学院蒋勋老师，内蒙古农业大学李宏慧老师等对本书第1版给予的反馈和对第２版的建议。
感谢南开大学计算机与控制工程学院网络实验室刘瑞挺教授、徐敬东教授、张建忠教授以及张玉副教授、许昱玮博士和同学，他们在新技术的研究方面的成果与方法给了作者很多的启发和帮助。感谢武汉大学牛晓光副教授在第2版修订过程中给予的很多帮助。感谢牛秀卿教授，正是有她的理解和支持，作者这些年来才能够安心研究和写作。
