本书以AIoT技术与应用为主线，由浅入深、循序渐进地剖析AIoT概念、技术与应用的发展，力求构建出脉络清晰的AIoT知识体系。
无
我国正处于高技术创新发展与新工业革命的历史交汇期。人工智能、云计算、大数据、5G、边缘计算、区块链与物联网技术交叉融合，将广泛应用于各行各业与社会的各个层面。机器智能与深度学习、虚拟现实与增强现实、可穿戴计算与智能机器人技术都在物联网应用中展现出迷人的魅力，推动了物联网（IoT）向智能物联网（AIoT）的快速发展。新技术、新应用、新业态层出不穷，围绕核心技术、平台与标准的竞争日趋激烈。
AIoT不是一种新的IoT，它标志着IoT进入了更高的发展阶段。AIoT将IoT的“人-机-物”融合扩展到“人-机-物-智”的融合。AIoT研究的最终目标是要达到“感知智能、认知智能与控制智能”的境界。
以人工智能与物联网深度融合为特征的AIoT一问世就受到学术界与产业界的高度重视。本书以AIoT为主线，由浅入深、循序渐进地剖析AIoT的概念、技术与应用，力求构建出脉络清晰的AIoT知识体系。
本书由4章组成。第1章系统地介绍了影响IoT形成与发展的社会背景与技术背景，以及IoT的主要技术特征与应用领域。第2章系统地讨论了驱动AIoT发展的各种因素，从“物”（T）、“网”（I）、“智”（A）的不同角度对AIoT的技术特征进行了深入剖析，介绍了AIoT体系结构与技术架构研究的基本方法。第3章系统地介绍了支撑AIoT发展的关键技术，重点分析了感知、接入、边缘计算、5G、基于IP的核心交换网、云计算、大数据、智能控制/数字孪生、区块链等技术与AIoT的关系。第4章系统地介绍了智能工业、智能电网、智能交通、智能医疗、智慧城市的基本概念与研究的主要内容。
本书的编写遵循以下几个基本原则。
第一，深入学习国家战略性新兴产业发展思路与物联网技术和产业发展规划，服务于国家发展战略。
第二，贴近技术与产业发展前沿，反映AIoT产业发展现状与人才需求，服务于我国AIoT产业创新型人才的培养。
第三，在保证教材科学性与前瞻性的前提下，重视AIoT知识体系的系统性与趣味性，内容尽可能贴近读者。
第四，力求做到内容精练、层次清晰、图文并茂、通俗易懂，以提高可读性。
在写作与内容取舍的过程中，考虑到物联网工程、计算机、电子工程等理工科专业学生与文、经、管、法、医、农等其他专业学生知识基础的差异，本书力求做到只要读者具备信息技术基础知识，就能够读懂书中的内容。
书中选取了5个具有代表性的AIoT应用领域，在每个领域列举、分析了一些应用场景与成功的应用案例，帮助读者开阔学术眼界，启发读者的学习兴趣，加深读者对AIoT概念与技术的理解。我们还列举了一些当前研究的重要领域和方向，希望读者能够从本书的技术讨论中找到自己感兴趣的研究课题。
每章章末设计了多道趣味性很强的思考题。这些思考题既贴近AIoT技术发展，又尽可能地贴近读者的生活、工作与学习。书中增加了读者感兴趣的智能人机交互、智能网联汽车、5G、北斗与数字孪生等内容，同时增加了一些关于新技术与前瞻性应用的思考题，例如“设想一种最能够发挥北斗与5G融合优势的AIoT应用场景”“设计一款能够向家长随时报告儿童行踪的运动鞋”“设想一种智能医疗需要用到数字孪生的应用场景”，以及“分析边缘云与核心云的协同工作关系”等，以启发和引导读者的创新性思维。这种新技术融合应用类的题目是当前AIoT研究的热点问题，不可能有确切和统一的答案。建议任课教师结合MOOC课程，有选择地使用这些思考题，通过“翻转课堂”的形式，组织学生进行充分讨论。我们也鼓励学生查看网络上的资料与技术文献，开阔思路，提出一些“奇思妙想”的应用场景和解决方案。也许这些讨论会让学生受到启发，他们可以组成团队，沿着这些“奇思妙想”继续开展学习和研究，带着创新性的研究成果去参加教育部计算机教指委组织的物联网大赛，或将其作为今后“创新、创业”的课题。这样做的目的就是希望将课程教学从“知识传授型”转变为启发、引导学生的“创新创业型”。
本书可以作为物联网工程专业导论课的教材、计算机相关专业以及工科专业的教材或参考书，也可作为文、经、管、法、医、农等专业的选修课教材，还可供AIoT产品研发人员、技术管理人员阅读。如果读者对书中涉及的技术与研究内容感兴趣，可以继续阅读作者编著的《物联网工程导论》（第3版）与《深入理解物联网》。
AIoT技术具有典型的交叉学科特点，内容涉及多个学科，作者在准备和写作的过程中认真阅读了很多书籍和文献，请教了很多老师与产业界人士，可以说本书凝聚了很多智者的心血。本书的第1、2章由吴功宜执笔完成，第3、4章由吴英执笔完成。
感谢教育部计算机教指委的傅育熙教授、王志英教授、李晓明教授、蒋宗礼教授，感谢物联网工程专业专家组上海交通大学的王东教授、华中理工大学的秦磊华教授、吉林大学的胡成全教授、西北工业大学的李士宁教授、武汉大学的黄传河教授、西安交通大学的桂小林教授、四川大学的朱敏教授，感谢南开大学的徐敬东教授、张建忠教授。感谢机械工业出版社华章分社的温莉芳和朱劼编辑多年来对作者的支持与帮助。
受学识与经历所限，我们对AIoT的认识难免片面，本书只能起到抛砖引玉的作用。若书中对某一方面技术的理解有误或不准确，或者在总结中出现挂一漏万的问题，敬请读者不吝赐教。
吴功宜 wgy@nankai.edu.cn
吴 英 wuying@nankai.edu.cn
南开大学计算机学院
2022年2月22日
物联网
人工智能、云计算、大数据、5G、边缘计算、区块链等新技术在物联网平台上实现了与各行各业应用的交叉融合，机器智能与深度学习、虚拟现实与增强现实、可穿戴计算与智能机器人技术都在物联网中得到了深度应用，推动物联网向智能物联网方向快速发展。
本书以智能物联网技术与应用为主线，由浅入深、循序渐进地剖析智能物联网的概念、技术与应用的发展，力求构建出脉络清晰的知识体系。
本书特点：
作者在编写本书时深入学习国家战略性新兴产业的发展思路，深入理解物联网技术与产业发展规划，使本书能够服务于国家发展战略。同时，本书贴近智能物联网技术与产业发展前沿，尽可能服务于我国物联网产业创新型人才的培养。
本书在保证科学性与前瞻性的前提下，按照背景与发展、关键技术、应用案例的思路编写内容，以深入浅出、通俗易懂的语言，帮助初学者建立智能物联网的知识体系。无论是理工科还是文、经、管、法、医、农等学科的读者均能通过学习本书了解智能物联网。
本书内容不仅反映了智能物联网的技术架构和应用前景，还体现了当前智能物联网研究中的热点。读者可以对本书中介绍的技术和案例进行深入学习，找到自己感兴趣的研究方向，提出自己的奇思妙想，形成创新性的方案。
前言
教学大纲
第1章 IoT的形成 /1
1.1 IoT产生的社会背景 /1
1.1.1 比尔·盖茨的《未来之路》与IoT /1
1.1.2 RFID/EPC与IoT /3
1.1.3 ITU互联网发展研究报告与IoT /4
1.1.4 智慧地球与IoT /6
1.2 IoT产生的技术背景 /8
1.2.1 普适计算与IoT /8
1.2.2 CPS与IoT /10
1.3 IoT的形成与发展过程 /15
1.3.1 IoT的形成过程 /15
1.3.2 我国IoT技术与产业发展 /16
1.3.3 IoT对社会发展的贡献 /17
1.4 IoT的技术特征 /18
1.4.1 IoT提供行业性、专业性与区域性的服务 /18
1.4.2 IoT数据主要通过自动感知方式获取 /19
1.4.3 IoT是可反馈、可控制的“闭环”系统 /20
1.4.4 IoT是虚拟世界与现实世界的结合 /22
1.4.5 IoT面临着更为严峻的网络安全问题 /23
本章小结 /24
思考题 /25
第2章 AIoT的发展 /27
2.1 AIoT发展的社会背景 /27
2.2 AIoT发展的技术背景 /29
2.2.1 云计算与AIoT /29
2.2.2 5G与AIoT /30
2.2.3 边缘计算与AIoT /30
2.2.4 大数据与AIoT /31
2.2.5 人工智能与AIoT /32
2.2.6 数字孪生与AIoT /34
2.2.7 区块链与AIoT /34
2.3 AIoT的技术特征 /35
2.3.1 AIoT“物”的特征 /35
2.3.2 AIoT“网”的特征 /38
2.3.3 AIoT“智”的特征 /44
2.4 物联网体系结构研究 /46
2.4.1 物联网体系结构与参考模型研究的重要性 /46
2.4.2 AIoT技术架构 /47
2.4.3 AIoT层次结构模型 /52
本章小结 /53
思考题 /53
第3章 AIoT关键技术 /55
3.1 感知技术 /55
3.1.1 传感器的研究与应用 /55
3.1.2 RFID与EPC技术 /61
3.1.3 位置感知技术 /66
3.2 接入技术 /70
3.2.1 接入技术分类 /70
3.2.2 有线接入技术 /71
3.2.3 近场通信技术 /74
3.2.4 近距离无线接入技术 /75
3.2.5 Wi-Fi接入技术 /77
3.2.6 NB-IoT接入技术 /78
3.2.7 5G接入网技术 /79
3.2.8 无线传感网接入技术 /80
3.3 边缘计算技术 /83
3.3.1 边缘计算产生的背景 /83
3.3.2 边缘计算的基本概念 /84
3.3.3 边缘云与云数据中心的关系 /85
3.4 5G技术 /87
3.4.1 AIoT对5G技术的需求 /88
3.4.2 5G的技术指标 /88
3.4.3 5G的三大应用场景 /90
3.4.4 6G发展愿景 /92
3.5 基于IP的核心交换网 /94
3.5.1 核心交换网与IP /94
3.5.2 AIoT核心交换网的组网方法 /95
3.5.3 软件定义网络与网络功能虚拟化 /96
3.6 云计算技术 /99
3.6.1 云计算的基本概念 /99
3.6.2 云计算的基本特征 /100
3.6.3 云计算服务的类型 /101
3.6.4 云计算的部署模型 /103
3.7 大数据技术 /104
3.7.1 大数据技术的基本概念 /104
3.7.2 大数据的特征 /105
3.7.3 大数据的应用 /107
3.8 智能控制技术 /109
3.8.1 智能控制与数字孪生 /109
3.8.2 数字孪生的基本概念 /110
3.9 区块链技术 /112
3.9.1 区块链的基本概念 /112
3.9.2 区块链的技术特征 /114
3.9.3 区块链的应用 /115
本章小结 /117
思考题 /117
第4章 AIoT应用领域 /119
4.1 智能工业 /119
4.1.1 工业4.0与“中国制造2025” /119
4.1.2 工业4.0涵盖的基本内容 /122
4.1.3 工业4.0与数字孪生 /125
4.1.4 产品数字孪生体 /126
4.1.5 数字孪生在大型设备全生命周期管理中的应用 /129
4.2 智能电网 /133
4.2.1 智能电网的基本概念 /133
4.2.2 数字孪生在发电厂智能管控系统中的应用 /135
4.2.3 数字孪生在风力发电机组故障预测中的应用 /137
4.3 智能交通 /138
4.3.1 智能交通的基本概念 /138
4.3.2 智能网联汽车的研究与发展 /140
4.3.3 智慧公路的研究与发展 /142
4.3.4 数字孪生技术在车辆抗毁伤性能评估中的应用 /143
4.4 智能医疗 /145
4.4.1 智能医疗的基本概念 /145
4.4.2 AI与医疗服务全流程的关系 /146
4.4.3 远程医疗系统与医疗机器人 /149
4.4.4 医疗大数据与机器学习算法的应用 /152
4.4.5 数字孪生在智能医疗中的应用 /157
4.5 智慧城市 /159
4.5.1 智慧城市的基本概念 /159
4.5.2 数字孪生城市的基本内涵 /160
4.5.3 数字孪生城市研究的基本内容 /161
4.5.4 数字孪生城市研究的发展与面临的挑战 /162
本章小结 /165
思考题 /166
参考文献 /167
