了得網研究生_物聯網應用與解決方案（第2版）

內容簡介

本書在介紹物聯網體繫結構、核心技術和繫統管理的基礎上，全面闡述了物聯網技術在各行業中的應用，重點論述了物聯網在智能物流、智能電網、智能交通、現代農業和智慧生活等領域的應用與解決方案。全書共9章，內容豐富，取材新穎，結構嚴謹，圖文並茂，具有創新性、前瞻性和應用性等鮮明特色。

作者簡介

張飛舟：博士，北京大學地球與空間科學學院副院長、教授。中國全球定位繫統技術應用協會常務理事，北京測繪學會副理事長，《導航定位學報》、《北京測繪》編委。2001－2003年在北京大學地球與空間科學學院從事博士後研究。2008年4月起任北京大學地球與空間科學學院副院長。主要從事導航與控制、物聯網、智能交通以及空間信息智能處理等方面的教學與科研工作。主持國家“863”計劃、國防科工委衛星導航等項目多項；發表學術論文100餘篇，其中SCI/EI索引50餘篇；出版專著和譯著4部。楊東凱：工學博士，北京航空航天大學教授、博士生導師，2005年度“北京市科技新星”。主持承擔包括國家自然科學基金、國家863計劃在內的各類科研項目20餘項，發表學術論文60餘篇，出版專著和譯著5部，獲國家發明專利32項，計算機著作權7項，省部級科技進步一等獎1項、二等獎5項、三等獎1項。

第1章緒論1
1.1 物聯網概述1
1.1.1 物聯網的概念與內涵1
1.1.2 物聯網的本質特征2
1.1.3 物聯網應用特點4
1.1.4 物聯網應用分類5
1.1.5 物聯網應用服務類型6
1.1.6 物聯網應用模式6
1.2 國外主要領域物聯網發展概況10
1.2.1 國外智能交通領域物聯網發展10
1.2.2 國外智能電網領域物聯網發展11
1.2.3 國外雲計算產業物聯網發展13
1.2.4 國外網絡融合物聯網發展13
1.3 我國主要領域物聯網發展概況14第1章緒論1
1.1 物聯網概述1
1.1.1 物聯網的概念與內涵1
1.1.2 物聯網的本質特征2
1.1.3 物聯網應用特點4
1.1.4 物聯網應用分類5
1.1.5 物聯網應用服務類型6
1.1.6 物聯網應用模式6
1.2 國外主要領域物聯網發展概況10
1.2.1 國外智能交通領域物聯網發展10
1.2.2 國外智能電網領域物聯網發展11
1.2.3 國外雲計算產業物聯網發展13
1.2.4 國外網絡融合物聯網發展13
1.3 我國主要領域物聯網發展概況14
1.3.1 智能物流14
1.3.2 智能電網16
1.3.3 智能交通17
1.3.4 精準農業18
1.3.5 環境監測19
1.3.6 智能家居21
1.3.7 智慧醫療21
1.4 物聯網產業發展與產業結構22
1.4.1 物聯網產業發展模式22
1.4.2 物聯網的產業鏈與產業結構25
1.4.3 國外物聯網產業鏈發展27
1.4.4 我國物聯網產業市場28
1.4.5 我國物聯網的優先發展領域30
1.4.6 我國物聯網產業發展31
討論與思考題35
第2章物聯網原理與體繫結構36
2.1 物聯網的結構組成與工作原理36
2.1.1 物聯網硬件平臺構成36
2.1.2 物聯網軟件平臺構成37
2.1.3 物聯網工作原理39
2.2 物聯網體繫結構41
2.2.1 物聯網自主體繫結構41
2.2.2 物聯網EPC體繫結構42
2.2.3 物聯網UID技術體繫結構43
2.2.4 物聯網體繫結構特點與構建原則44
2.2.5 物聯網體繫結構層次分析45
2.2.6 物聯網結點類型以及它們之間的連接49
討論與思考題51
第3章物聯網核心技術52
3.1 物聯網感知層技術52
3.1.1 物聯網感知技術52
3.1.2 RFID技術56
3.1.3 編碼技術65
3.1.4 標識技術67
3.1.5 解析技術70
3.1.6 信息服務75
3.2 物聯網網絡層技術78
3.2.1 WSN技術78
3.2.2 4G/5G技術87
3.2.3 UWB技術93
3.2.4 ZigBee技術96
3.2.5 IPv6技術102
3.2.6 M2M技術105
3.3 物聯網應用層技術107
3.3.1 中間件技術107
3.3.2 智能技術111
3.3.3 雲計算技術112
3.4 物聯網安全技術117
3.4.1 物聯網安全問題117
3.4.2 物聯網安全體繫與層次模型118
3.4.3 感知層安全118
3.4.4 網絡層安全119
3.4.5 應用層安全120
3.4.6 物聯網安全的非技術因素122
討論與思考題122
第4章物聯網繫統管理123
4.1 物聯網業務管理模式123
4.1.1 物聯網集中式管理架構123
4.1.2 國家物聯網管理中心125
4.1.3 行業物聯網管理中心和專用物聯網管理中心126
4.1.4 大區分布式物聯網管理128
4.1.5 本地物聯網管理中心131
4.1.6 物聯網底層管理繫統131
4.2 物聯網網絡管理131
4.2.1 物聯網前端RFID網絡管理131
4.2.2 物聯網後臺網絡管理134
4.2.3 物聯網網絡管理內容140
4.2.4 物聯網網絡管理模型141
4.2.5 物聯網網絡管理協議143
4.3 物聯網安全管理144
4.3.1 物聯網安全概述145
4.3.2 物聯網安全特點145
4.3.3 物聯網安全架構146
4.3.4 物聯網安全模型147
4.3.5 物聯網安全管理關鍵技術148
討論與思考題155
第5章智能物流應用與解決方案156
5.1 物聯網在物流領域中應用156
5.1.1 概述156
5.1.2 基於物聯網的物流信息增值服務157
5.1.3 基於RFID電子標簽的物聯網物流管理繫統159
5.2 RFID在制造業物流繫統中的應用161
5.2.1 概述161
5.2.2 RFID-MTS的基本功能與主要內容161
5.2.3 RFID-MTS的基本特點與環境要求162
5.2.4 RFID-MTS實施效益分析163
5.3 物聯網在煤炭運輸物流繫統中的應用164
5.3.1 繫統硬件組成與工作原理164
5.2.2 繫統應用與繫統功能165
5.2.3 繫統特點與要點說明166
5.4 RFID技術在圖書館領域中的應用166
5.4.1 概述166
5.4.2 RFID圖書館繫統組成與工作流程168
5.4.3 RFID圖書館的基本功能169
5.4.4 RFID圖書館面臨的挑戰與問題172
5.4.5 智能圖書館的未來展望174
5.5 物聯網在供應鏈物流管理中的應用174
5.5.1 供應鏈環節分析174
5.5.2 供應鏈管理繫統設計177
5.5.3 供應鏈中的入庫管理179
5.6 基於物聯網技術的集裝箱綜合應用管理繫統181
5.6.1 概述181
5.6.2 繫統組成和工作原理182
5.6.3 PDA終端繫統183
5.6.4 智能化信息處理繫統183
5.6.5 雙指數綜合優化184
5.7 RFID在監獄管理中的應用185
5.7.1 概述185
5.7.2 RFID監獄管理繫統的設計186
5.8 交通物流GIS應用管理187
5.8.1 GIS數據處理187
5.8.2 車輛軌跡分析188
5.8.3 歷史數據統計分析189
5.8.4 動態路徑規劃189
5.9 物聯網在智慧物流領域應用的發展趨勢190
討論與思考題191
第6章智能電網應用與解決方案192
6.1 概述192
6.1.1 智能電網192
6.1.2 物聯網與智能電網的關繫193
6.1.3 我國智能電網的建設195
6.2 物聯網在智能電網中的應用197
6.2.1 發電環節監控197
6.2.2 輸配電環節巡檢198
6.2.3 電力繫統管理199
6.2.4 AMI互動200
6.2.5 智能用電201
6.2.6 電動汽車管理203
6.2.7 智能調度203
6.3 物聯網在智能電網輸變電設備管理中的應用204
6.3.1 面向智能電網的物聯網體繫結構204
6.3.2 輸變電設備狀態監測205
6.3.3 輸變電設備全壽命周期管理209
6.3.4 物聯網在輸變電設備管理中應用前景209
6.4 面向智能電網的物聯網信息聚合210
6.4.1 面向智能電網應用的物聯網架構210
6.4.2 面向智能電網的物聯網信息聚合技術211
6.4.3 智能電網繫統中的信息聚合解決方案214
6.5 智能變電站運行輔助管理繫統解決方案216
6.5.1 概述217
6.5.2 智能變電站繫統總體架構217
6.5.3 變電站智能運行輔助管理繫統217
6.6 基於BNSS的配電網智能化建設解決方案220
6.6.1 概述220
6.6.2 繫統實施方案221
討論與思考題225
第7章智能交通應用與解決方案226
7.1 物聯網在ITS中的應用226
7.1.1 概述226
7.1.2 物聯網與智能交通的關繫227
7.1.3 智能交通在物聯網時代的應用前景227
7.2 物聯網環境下的智能交通體繫框架230
7.2.1 面向智能交通的物聯網整體架構230
7.2.2 基於物聯網架構的智能交通體繫框架230
7.2.3 交通信號實時采集繫統232
7.2.4 交通誘導繫統233
7.2.5 交通大數據平臺234
7.3 物聯網環境下的交通控制繫統241
7.3.1 交通信號控制繫統241
7.3.2 物聯網交通控制繫統的結構框架和層次結構242
7.3.3 城市智能交通控制繫統244
7.3.4 基於RFID的交通流量檢測技術245
7.3.5 基於嵌入式技術的信號控制器245
7.3.6 交通信號的模糊控制246
7.4 物聯網環境下的交通應急策略247
7.5 公交車輛智能調度繫統248
7.5.1 繫統總體框架248
7.5.2 繫統基本構成248
7.5.3 技術路線與實現功能249
7.5.4 調度機理與信息流程251
7.5.5 繫統邏輯結構與物理結構252
7.5.6 公交車輛動態調度252
7.6 車聯網257
7.6.1 車聯網的概念257
7.6.2 車聯網與物聯網的關繫257
7.6.3 車聯網繫統框架和平臺功能結構258
7.6.4 車聯網平臺的實現260
討論與思考題261
第8章農業物聯網應用與解決方案262
8.1 農業物聯網概述262
8.1.1 農業物聯網的概念262
8.1.2 農業物聯網的作用263
8.1.3 農業物聯網應用領域264
8.2 農業物聯網體繫結構266
8.2.1 農業物聯網體繫結構研究現狀266
8.2.2 農業物聯網體繫結構的建立原則266
8.2.3 農業物聯網體繫結構層次劃分267
8.3 農業物聯網平臺功能271
8.3.1 平臺門戶271
8.3.2 平臺應用功能272
8.3.3 平臺基礎業務功能274
8.4 農業物聯網應用274
8.4.1 農業監測與監控274
8.4.2 農產品溯源管理277
8.4.3 農業物聯網管理繫統278
8.4.4 農業物聯網典型案例281
8.4.5 我國農業物聯網發展面臨的問題及解決措施285
討論與思考題286
第9章物聯網與智慧生活287
9.1 物聯網與智能家居287
9.1.1 物聯網智能家居體繫框架287
9.1.2 物聯網智能家居的感知層289
9.1.3 物聯網智能家居的網絡層290
9.1.4 物聯網智能家居的應用層291
9.1.5 物聯網智能家居安防繫統應用案例295
9.2 物聯網與共享單車297
9.2.1 共享單車的物聯網架構297
9.2.2 共享單車的感知層298
9.2.3 共享單車的網絡接入層300
9.2.4 共享單車的雲端應用層301
9.3 物聯網與無人超市302
9.3.1 無人超市興起的背景303
9.3.2 無人超市的運作原理303
9.3.3 無人超市的應用與發展304
9.3.4 無人超市對傳統零售業的影響306
9.3.5 無人超市實現方案306
9.4 物聯網與智慧醫療308
9.4.1 智慧醫療概述308
9.4.2 我國智慧醫療發展現狀309
9.4.3 智慧醫療體繫架構與業務形式311
9.4.4 社區智慧醫療繫統解決方案314
討論與思考題317
附錄A 縮

前言

第2版前言

高科技從來沒有像今天這樣貼近人們的生活。從智能手機的普及，到點餐機器人、可穿戴設備、無人駕駛汽車，再到智能家居、掃地機器人、可控調家電、共享單車等，無不體現智能時代的來臨。
其實，人工智能的概念早在幾十年前就已提出，但由於軟硬件設備的限制，直至今天纔算是進入了尋常百姓的生活。而所有這些，都和物聯網的普及密切相關。有一種說法似乎並不過分：你已經找不到和自身以外的物體不發生關聯的物體了。物聯網，從字面看僅僅是物物相聯，但恰恰是這一“聯”，產生了人們預想不到的效果，更是催生了新的產業和經濟形態。第2版前言

高科技從來沒有像今天這樣貼近人們的生活。從智能手機的普及，到點餐機器人、可穿戴設備、無人駕駛汽車，再到智能家居、掃地機器人、可控調家電、共享單車等，無不體現智能時代的來臨。
其實，人工智能的概念早在幾十年前就已提出，但由於軟硬件設備的限制，直至今天纔算是進入了尋常百姓的生活。而所有這些，都和物聯網的普及密切相關。有一種說法似乎並不過分：你已經找不到和自身以外的物體不發生關聯的物體了。物聯網，從字面看僅僅是物物相聯，但恰恰是這一“聯”，產生了人們預想不到的效果，更是催生了新的產業和經濟形態。
《物聯網應用與解決方案》自2012年9月出版以來，受到廣大讀者的關注和好評，被多所高校選作教材或參考書，2018年還被評為北京大學優秀教材。6年多來，物聯網技術取得了前所未有的發展，其應用領域不斷擴展，使得社會的經濟運行方式、人與人之間的聯繫方式出現了很大的變化，人們的生活品質也得到了極大的改善。鋻於此，我們對本書做一次全面修訂，以更好地滿足讀者需求。第2版重點突出了以下內容：
（1）補充對信息通信技術領域的5G和IPv6的介紹。5G是未來移動數據傳輸的發展趨勢，也將是物聯網的核心信息通道。
（2）增加關於物聯網安全的章節。網絡安全無論從國家、政府、國防角度還是從經濟角度，都被提到戰略高度。不僅如此，物聯網的應用分支——區塊鏈更是和網絡安全密不可分。增加這部分內容無疑使本書結構更加完整。
（3）在智能交通應用一章中增加車聯網一節。車聯網是無人駕駛的基礎，更是交通出行的必然發展方向。當然，車聯網可作為物聯網的一個子集，亦可作為物聯網的一個應用拓展，其技術和架構均與物聯網一脈相承。
（4）新增農業物聯網應用和智慧生活兩章內容。無人超市、智能家居、共享單車的出現，大大影響甚至改變了人們的生活方式，進而導致社會秩序產生了新的形態。農業物聯網同樣是物聯網的應用分支，其得到人們的關注源於農業信息化、農業現代化的發展要求。今天的農民已不同於以往小農經濟時代的農民，僅僅種好地已不能適應當今國際化、信息化、網絡化的經濟特點。而物聯網不僅使得農民和土地發生了鏈接，也使得作物、農業機械和土地、農民都發生了鏈接，這在很大程度上釋放了勞動力，降低了成本，提高了農業生產的質量與水平，提升了整個農業經濟的運行效率。
此外，附錄A彙集了書中出現的縮略語及其相應的中英文全稱，以方便讀者查閱。
在編寫和修訂過程中，參考或引用了一些國內外文獻資料，其中大多數已在書中注明了出處，但難免有所遺漏。在此，向這些文獻的原作者表示衷心的感謝，並對未能注明出處的資料的原作者表示歉意。
由於編著者水平所限，書中定有許多錯漏和不足之處，誠望讀者不吝指正。聯繫方式：zhangfz@pku.edu.cn。
                                                               編著者
                                                         2019年2月於北京

第1版前言

在通信、互聯網、射頻識別等新技術的推動下，“物聯網”（Internet of Things）概念正日漸清晰。互聯網時代，人與人之間的距離變小了；而繼互聯網之後的物聯網時代，則是物與物之間的距離變小了。物聯網是通過互聯網和各種感知設備，連接物體與物體的，全自動、智能化地采集、傳輸與處理信息的，實現隨時隨地進行信息交換和科學管理的一種新型網絡，它主要解決物品到物品（Thing to Thing，T2T）、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之間的互聯，具有網絡化、物聯化、互聯化、自動化、感知化、智能化的基本特征。互聯網改變了人們的世界觀，而物聯網的出現將再次強烈改變人們對世界的認識。作為一門新興的交叉學科，物聯網所涉及的傳統技術領域很多，既包括電子工程、通信工程、計算機工程，也包括自動控制、精密機械、導航定位，甚至包括交通運輸工程、供應鏈與物流等。但是，就某一種特殊的應用而言，還可能涉及上述所有的技術領域。
國家工信部公布的《物聯網“十二五”發展規劃》明確提出，物聯網應用示範及推廣是我國“十二五”期間重點發展的四大領域之一。物聯網的應用已經嶄露頭角，並開始逐步滲透到人們的日常生活中。同時，國民經濟中的交通、電力、醫療、物流等行業已經具備了物聯網的雛形。特別是物聯網在公共安全、民用航空、陸路交通、環境監測、現代農業、智能電網等行業已經得到了初步的規模化應用，部分產品已打入國際市場。物聯網應用將在未來數年內呈現蓬勃發展的局面。
為了更好地宣傳普及物聯網的應用，讓廣大讀者全面了解在具體行業如何應用物聯網提高工作效率和服務性能，我們編寫了這本《物聯網應用與解決方案》，作為2010年我們所出版的《物聯網技術導論》一書的姊妹篇。
本書緊緊圍繞物聯網應用相關的基礎性問題（如應用框架、核心技術、繫統管理、應用示範等）進行闡述，重點就物聯網在現代物流、智能交通和智能電網等方面的應用和解決方案展開論述，並將醫療應用、郵政應用、票務票證、防偽、民航等作為典型應用案例進行介紹。全書分為8章，具體內容包括：緒論，體繫框架及公共技術，核心技術與安全，繫統管理，應用分析，以及智能物流、智能電網和智能交通應用案例與解決方案。需要指出，書中所涉及的物聯網基礎知識，讀者可查閱《物聯網技術導論》一書或其他文獻。
本書由張飛舟、楊東凱編著。在編寫過程中，參考或引用了諸多已經在實施的工程項目解決方案，其中大多數已在書中注明了出處，但難免有所遺漏。在此，向有關作者和專家表示感謝，並對未能注明出處的資料的原作者表示歉意。
由於編著者水平有限，書中錯誤和疏漏在所難免，懇請讀者批評指正。
聯繫方式：zhangfz@pku.edu.cn。

編著者
       2012年5月

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