本書、系統、客觀地介紹了有關物聯網的歷史溯源、體系架構及其相關技術和應用領域等內容。作者創新性地提出了在我國"新型城鎮化"建設與大發展中，構建"物聯網體系架構運營平臺"，形成"物聯網現代信息服務業"與"物聯網終端產業集群"，同時，給出了物聯網運營商的愿景。除此之外，本書綜述了物聯網的感知層、網絡層和應用層的相關技術。本書還提出了一系列具有獨立知識產權的物聯網產業集群綜合應用。
本書深入淺出，理論與實踐相結合，是一本幫助讀者理清物聯網理念，了解物聯網應用技術和產業覆蓋范圍的參考書，適合對物聯網感興趣的讀者閱讀。
張學記，世界著名傳感器件專家。俄羅斯工程院外籍院士，"國家千人計劃"特聘教授，博士生導師，北京科技大學化學與生物工程學院院長，南京理工大學環境與生物工程學院院長，中國科學院客座教授， 兼任中國人民解放軍總醫院(301)臨床生化部副主任。1989年本科畢業于武漢大學化學系，1994年于武漢大學獲博士學位。1995—1999年分別為斯洛文尼亞國立化學研究所、瑞士聯邦理工學院(ETH)化學傳感器中心、美國新墨西哥州立大學化學系博士后。1999年起，歷任(美國)世界精密公司研究員、化學部部長、副總、首席科學家、高級副總裁，南佛羅里達大學化學系兼職副教授、兼職教授。2009年入選中組部"千人計劃"回國。現任《American Journal of Biomedical Sciences》主編，《Frontiers in Bioscience》副主編，《Archives of Medical Science》副主編及《Nature Reviews, Clinical Oncology(Chinese Edition)》，《Sensors》等15個國際期刊編委。曾任美國海灣中美協會主席，美國NIH基金、美國NSF基金、美國國防部科研基金、美國化學會石油研究基金(ACSPRF)、歐盟科學基金評委，美國中小企業創新獎和新加坡國家科技獎評委。美國宇航局、歐洲宇航局科技顧問，佛羅里達(USF)納米研究中心學術委員會委員，國際華人自由基生物學與自由基醫學學會主席。美國化學會、美國科學會、美國神經科學會和國際自由基生物學與自由基醫學學會會員。中國國家自然科學基金委評委， 中國國家自然科學獎評委，中國生物化學與分子生物學學會臨床應用生物化學與分子生物學分會理事，中國自由基生物學與自由基醫學專業委員會委員，生命分析化學國家重點實驗室學術委員會委員。近年來，主持或參與美國NIH、NSF、NASA、國防部，北約，能源部和歐洲宇航局，中國自然科學基金等研究課題多項。已在國際刊物150余篇，專利32項，分別在Elsevier、Springer、化學工業出版社出版中英文專著4部，研究工作被引用近4000次，H指數為39。開發新儀器和傳感器30余項，在全球100多個國家得到廣泛應用。多次擔任國際學術會議學術委員會委員、分會主席，在國際學術會議作大會報告或專題學術報告60多次。
第1章 概述 1
1.1 物聯網的溯源 2
1.2 物聯網的定義 7
1.3 物聯網的組成 10
1.3.1感知層 11
1.3.2網絡層 12
1.3.3應用層 13
1.4 物聯網的應用領域 14
1.4.1智慧家居 16
1.4.2智慧醫療 17
1.4.3智慧安防 18
1.4.4智慧環保 18
1.4.5智慧交通 19
1.4.6智慧農業 20
1.4.7智慧物流 21
1.4.8智慧校園 21
1.4.9智慧電網 22
1.5 相關概念 23
1.5.1Internet 23
1.5.2Machine to Machine(M2M) 24
1.5.3Wireless Sensor Network(WSN) 25
1.5.4Cyber Physical System(CPS) 27
1.5.5泛在網絡 28
1.6 小結 29
第2章 物聯網贏在中國 31
2.1 物聯網的分類 32
2.1.1非經營屬性的物聯網 33
2.1.2市場經營屬性的物聯網 34
2.2 "物聯網"中國創造的機遇 35
2.3 我國物聯網政策 36
2.4 我國物聯網的發展現狀 38
2.4.1江蘇：打造無錫物聯網產業創新集群 39
2.4.2北京：中關村建設中國物聯網產業中心 40
2.4.3廣東：搶占物聯網產業發展高地 41
2.4.4上海、福建：推進物聯網示范工程建設 41
2.4.5四川：積極發展物聯網產業 42
2.4.6山東：數十個行業牽手物聯網 42
2.4.7重慶：籌建國內首個物聯網產業園 42
2.5 物聯網在中國的標準化工作設想 43
2.5.1ITU-T物聯網標準進展 44
2.5.2ETSI物聯網標準進展 45
2.5.33GPP/3GPP2物聯網標準 45
2.5.4IEEE物聯網標準 46
2.5.5中國物聯網標準進展 46
2.6 我國推進物聯網產業發展時需要注意的問題 48
2.7 小結 49
第3章 物聯網體系架構 51
3.1 商業模式"物聯網現代信息服務業"簡介 52
3.2 物聯網產業發展行動方案目標的愿景 53
3.3 商業模式物聯網運營市場內涵 54
3.4 產業發展方案建設目標 55
3.4.1物聯網體系架構及運營平臺的規劃、設計與建設 56
3.4.2物聯網科技與產業的規劃、設計與建設 57
3.5 物聯網體系架構頂層設計基本結構簡介 58
3.5.1政務物聯網平臺的主要功能 60
3.5.2工業物聯網平臺與商務物聯網平臺的主要功能 61
3.5.3商業模式物聯網平臺與物聯網綜合信息港的主要功能 62
3.6 智慧城市商業模式及物聯網綜合信息港基本結構 62
3.7 物聯網體系架構項目組織與開發建設方法 64
3.8 小結 67
第4章 物聯網的感知層 69
4.1 RFID技術 70
4.1.1RFID的歷史 70
4.1.2RFID的組成 71
4.1.3RFID的分類 73
4.1.4RFID的應用 75
4.1.5RFID的標準化 76
4.1.6RFID的未來 78
4.2 傳感器技術 79
4.2.1傳感器概述 79
4.2.2智能網絡化傳感單元 81
4.2.3IEEE 1451標準 84
4.2.4傳感器技術的發展 88
4.3 地理信息系統 88
4.3.1GPS 定位 88
4.3.2移動蜂窩基站定位 90
4.3.3基于位置的服務 91
4.4 移動智能終端 92
4.4.1個人數字助理(PDA) 92
4.4.2車載設備 93
4.4.3智能移動電話 94
4.4.4DVB-H 96
4.5 小結 98
第5章 物聯網的網絡層 101
5.1 互聯網 102
5.1.1互聯網相關協議 102
5.1.2接入技術 103
5.1.3網絡應用技術 104
5.1.4IPv6技術 105
5.2 無線寬帶網絡 107
5.2.1無線城域網 108
5.2.2無線局域網 112
5.2.3無線個域網 115
5.3 無線低速網絡 117
5.3.1藍牙 117
5.3.2ZigBee 120
5.3.3藍牙和ZigBee的混合系統應用 124
5.4 移動通信網絡 124
5.4.1Femto技術 125
5.4.23G家庭網關技術 127
5.4.3LTE技術 128
5.5 下一代無線網絡——泛在無線環境 132
5.5.1NGMN的網絡發展愿景 133
5.5.2MUSE的泛在網絡愿景 134
5.5.3UCWW的無線泛在網絡愿景 136
5.5.4泛在無線環境UCWW的CBM方案 138
5.5.5下一代無線網絡的美好愿景 140
5.6 小結 141
第6章 物聯網的應用軟件技術 143
6.1 基于服務器和客戶端的應用程序 144
6.1.1Web服務器 145
6.1.2應用服務器 146
6.2 基于Java的Web應用程序設計 148
6.2.1Struts 148
6.2.2Spring 150
6.2.3Hibernate 152
6.3 OSGi服務平臺 155
6.4 搜索引擎Lucene 157
6.5 基于多智能體的應用程序 159
6.5.1P2P模式和智能體技術 160
6.5.2JADE 162
6.5.3JADEX 165
6.6 規則引擎 166
6.6.1Jess 168
6.6.2Drools 168
6.7 移動終端開發技術 170
6.7.1HTML5腳本語言 171
6.7.2jQuery移動終端腳本語言 175
6.7.3Sencha Touch 2移動開發框架 177
6.7.4Android 179
6.8 Java Card 182
6.8.1Java Card 2.0 184
6.8.2Java Card 3.0 186
6.9 小結 187
第7章 物聯網的云應用軟件 189
7.1 什么是云計算 190
7.1.1云計算的服務模式 192
7.1.2云計算的應用 195
7.2 物聯網中的云數據存儲服務 196
7.2.1云存儲的結構模型 197
7.2.2云存儲的組成 198
7.2.3云存儲數據即服務 199
7.3 物聯網中的云應用組件 200
7.3.1HDFS分布式文件存儲格式 204
7.3.2Map/Reduce計算模型 208
7.3.3HBase-No-SQL的開源實現 211
7.3.4Hive 215
7.3.5Flume 219
7.4 小結 222
第8章 物聯網產業集群綜合應用 225
8.1 智慧城市能源需求側物聯網 226
8.1.1智能家居 228
8.1.2國內外現狀 230
8.1.3市場分析和社會價值 232
8.1.4系統設計總體架構 234
8.1.5能源需求側解決方案 235
8.1.6能源需求側物聯網網絡層和網絡服務管理應用層 240
8.1.7能源需求側物聯網的創新性 241
8.2 智慧城市消防物聯網 244
8.2.1國內外現狀 246
8.2.2市場分析和社會價值 247
8.2.3系統設計總體架構 250
8.2.4智慧城市消防物聯網解決方案 253
8.2.5智慧城市消防物聯網網絡層 256
8.2.6消防物聯網網絡服務管理應用層 257
8.2.7消防物聯網的創新性 262
8.3 智慧醫療物聯網 263
8.3.1個體域智慧醫療系統 264
8.3.2國內外現狀 265
8.3.3系統設計總體架構 266
8.3.4區域協同醫療及養老院物聯網運營平臺 270
8.3.5商品/藥品安全追溯物聯網 272
8.4 智慧城市靜態交通泊車與車輛牌照監管物聯網 277
8.5 低空航空器ADS-M空中監管物聯網 282
8.6 分布式新能源物聯網 285
8.7 小結 290
附錄A 作者相關資料 291
A.1 物聯網相關專利列表(2013.10) 292
A.2 物聯網相關論文列表(Scopus，2013.10) 293
附錄B 主要參考文獻 297
后記 307
序一
從感知中國到物聯網
2009年，在江蘇提出了"感知中國"以后，國家傳感信息中心在無錫成立。2010年，政府工作報告明確將物聯網定位為國家戰略性新興產業。2012年，工信部《物聯網"十二五"發展規劃》，強調"物聯網已成為當今世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一"。2013年，國務院正式《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，提出了我國已將物聯網作為戰略性新興產業的一項重要組成內容。
如今，物聯網已經成為學術界、工業界和政府發展信息產業的關鍵字。在學術界，國家對基于物聯網尤其是RFID的基礎研究進行了大量的投入，但是這些研究機構都是以一個部門為基本單位，缺乏合作。在工業界，各個行業分別提出了物聯網建設，導致大量的重復投入。由于沒有相關的標準，對經濟和社會的發展沒有起到物聯網初始愿景的作用。
本書由南京理工大學國家"千人計劃"物聯網研究中心相關人員撰寫，該中心創新性地提出了智慧城市物聯網體系架構運營平臺，目標是構建物聯網現代信息服務業與物聯網終端產業集群，促進物聯網相關產業和相關應用在中國的發展。同時作者提出，通過物聯網體系架構及運營平臺的建設，構筑我國"物聯網運營商"及現代服務業；在發展我國物聯網應用市場與應用技術、轉變經濟發展方式、調整經濟結構中起到巨大作用，實現我國物聯網應用市場高端發展的戰略；推動物聯網終端產業集群建設，使我國物聯網產業的規劃與發展趕上世界先進國家。
本書有助于讀者了解物聯網理念、技術、應用領域等相關內容。相信本書的出版能夠讓讀者更深入地了解物聯網的相關知識，從而加入研究物聯網的隊伍中來，為推動物聯網技術及產業的發展奉獻自己的一份力量。
南京理工大學校長 王曉鋒
2013年8月3日
序二
物聯網體系架構運營平臺
根據十八大精神，積極落實我國經濟"調結構、擴內需、促增長"能力提升計劃，以及《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》(國發(2013)7號)，南京理工大學按照"國家急需、世界"的要求，發揮學校多學科、多功能的優勢，集聚國家"千人計劃"一批拔尖創新人才，有效整合資源，構建協同創新的新模式與新機制，在物聯網體系架構運營平臺、物聯網終端與軟件體系中，取得了三十多項國家發明專利等標志性成果。同時，南京理工大學聯合清華大學、北京中科院軟件中心有限公司等單位，組成協同創新團隊。本書由該團隊相關人員撰寫，戰略性地提出了在我國"新型城鎮化"建設與大發展中，構建我國的"物聯網體系架構運營平臺"，在我國形成"物聯網現代信息服務業"與"物聯網終端產業集群"。構建我國物聯網體系架構運營平臺的意義深遠，這是我國經濟總需求中拓展的新經濟市場方向，即新興的"物聯網現代信息服務業"市場；是體現當今世界知識經濟、技術密集型產業、低碳環保經濟發展潮流，并且對我國經濟社會具有全局帶動和重大引領作用的產業項目之一；是在"電信運營平臺"、"移動通信運營平臺"、"有線電視運營平臺"所形成的運營商的基礎上誕生的我國"物聯網運營商"現代信息服務新興"行業"。通過我國"物聯網運營商"現代信息服務業，將有力地推動我國"物聯網終端產業集群"的大發展。
我國城鎮數量眾多，在"新型城鎮化"建設與發展中，具有得天獨厚的、巨大的"物聯網現代信息服務業"市場，而且可以通過"物聯網體系架構運營平臺"的構建來推進節約、安全、環保、和諧型城鎮化建設。
在我國"新型城鎮化"建設中，構建我國的"物聯網體系架構運營平臺"，有助于我國社會主義市場經濟結構的協調與發展，能有效帶動各類型金融資本投資我國"物聯網現代信息服務業"與"物聯網終端產業集群"平臺，具有提升我國經濟"調結構、擴內需、促增長"的巨大作用。
本書特別指出要構建我國物聯網體系架構運營平臺，該平臺是我國自主創新形成的"物聯網現代信息服務業"與"物聯網終端產業集群"。我國具備構建物聯網體系架構運營平臺的政治環境、社會環境、市場環境、技術支撐環境，以及經濟運行環境等優勢。因此，應該發揮我國社會主義市場經濟結構優勢，使我國物聯網現代產業健康發展。
本書對物聯網進行了比較、系統的介紹，還提出了一系列具有獨立知識產權的物聯網產業集群綜合應用，希望本書能為物聯網研究者以及對物聯網感興趣的人士帶來幫助。
蘇州大學特聘教授，國家"千人計劃"專家 許偉剛
2013年8月
前言
物聯網被看做繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮，將成為未來帶動中國經濟發展的主要生力軍。2009年，在美國總統奧巴馬與工商業領袖舉辦的圓桌會議上，IBM首席執行官首次提出了"智慧地球"(Smart Earth)的構想，同年，歐盟了物聯網研究戰略路線圖(Internet of Things Strategic Research Roadmap)。在我國，物聯網同樣得到了高度重視，在2010年"兩會"期間物聯網已經被寫入政府工作報告，確立為國家五大戰略性新興產業之一。2012年年底，視察了國家軟件與集成電路公共服務平臺物聯網產業研究院(CAID)，對物聯網相關創新表示肯定，提出"科技服務經濟，成果造福人民"，強調物聯網產業應注重于應用。2013年2月，國務院正式出臺《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，該文件的出臺，必將掀起新一輪的物聯網熱潮。
本書創新性地提出了中國物聯網的概念，該理念不同于國外物聯網(Internet of Things)的概念，是屬于"中國創造"范疇。在中國特有的政治環境、社會環境、市場環境、技術支撐環境及經濟運行環境下，中國物聯網將被建設成帶動我國核心經濟區率先規劃發展的"物聯網現代信息服務業"，從而組建我國"物聯網運營商"。物聯網運營商是繼電信運營商、有線電視運營商、移動通信運營商后，在我國即將誕生的新興的服務于現代信息服務業的第四大運營商。我國物聯網產業的規劃與發展，具備趕上世界先進國家重大歷史的機遇。
物聯網運營商是通過與政府合作，組織產業內的設備提供商、運營商、系統集成商、軟件開發商，在各方平等互利的前提下與各公共事業部門搭建公共平臺，并以平臺為基礎設施，以信息服務為產品，面向社會提供服務的行業實體。
構建我國物聯網運營平臺及組建物聯網運營商，面向我國城市公共領域重大基礎設施的智能化建設，形成我國物聯網現代信息服務業與物聯網信息終端制造業，才是我國物聯網產業發展的主要戰略。一個新興的物聯網現代信息服務業不僅能促進大量的人員就業，而且還能推動我國成為創新型國家，為國民經濟發展再造新優勢。
本書作者根據多年的研發經驗及近30項物聯網相關發明專利拋磚引玉，希望給讀者一些啟迪和幫助。本書第1章主要介紹了物聯網的理念及其歷史溯源，簡單闡述了物聯網的三層架構(感知層、網絡層和應用層)，并介紹了物聯網在各個應用領域發揮的作用。第2章主要闡述了物聯網的經營形式、物聯網在中國的發展現狀和前景，以及物聯網在中國的標準化工作設想，從而提出了物聯網運營商的概念。第3章介紹了南京理工大學物聯網體系架構的基本組成、主要功能、智慧城市商業模式及物聯網綜合信息港等內容。第4～6章分別詳細描述了物聯網三層架構中的相關技術。第7章介紹了云計算的相關內容。第8章給出了物聯網在產業集群中的綜合應用，例如在消防、醫療、交通、家居等方面的具體實現愿景，具體包括能源需求側物聯網、智慧城市消防物聯網、智慧醫療物聯網、智慧城市靜態交通泊車與車輛牌照監管物聯網、低空航空器ADS-M空中監管物聯網、分布式新能源物聯網。
希望本書能夠對關心物聯網產業發展的各級領導和行政監管部門、高校物聯網及相關專業的師生及投資人士有所幫助。由于筆者水平及時間有限，加上物聯網產業的飛速發展，技術日新月異，書中難免會有局限和諸多不足之處，歡迎專家和讀者不吝指正。
