本书由长期从事物联网领域研发的技术和商业专家撰写，多视角呈现了物联网的全貌。第2版涵盖技术领域的新进展、各标准和联盟的新发展以及应用领域的新案例，并新增一章专门讨论安全问题。全书首先分析物联网的全球背景，包括技术和商业驱动因素；然后介绍物联网解决方案的技术细节，包括安全性、隐私和信任，以及新的架构和参考模型；zui后介绍物联网解决方案的实现案例，涉及资产管理、工业自动化、智能电网、智慧城市、参与式感知、无人驾驶等方面。本书为该领域的技术人员和管理人员提供了全面指南，同时也适合高等院校物联网相关专业的学生参考。

爱立信研究院首席研究员、伦敦帝国理工学院研究员等多位专家联袂撰写，共同开创智能新时代

概述
从消费者解决方案到工业规模的解决方案，物联网正在迅速成为我们日常生活的一部分。因此，人们对物联网的兴趣日益增长，尤其是如何基于广泛的标准和技术来创建可靠的、实际的解决方案。另外，公司和政府正在寻求在技术和经济上都可行的解决方案以及设计和实施这些解决方案的适当框架。
“连接的设备”（即连接到互联网的设备）的数量正在增长，并且随着人们购买的设备数量的增加，有望继续呈指数增长。根据2017年11月的爱立信移动使用报告［2］，自本书第1版出版以来，在全球范围内，手机使用量增长了近20%（从2013年的67亿增至2018年的约80亿）。根据同一份报告，目前有70亿个物联网设备（短程和广域；IoT设备是指除了PC、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和固定电话之外的采用不同通信技术的连接设备），到2023年，将会有200亿个物联网设备，其中通信技术的比例分别为12%（广域）和88%（短程）。多年来，终端用户也开始以越来越快的速度使用多种设备（例如，平板电脑、电子书阅读器、手机、数字电视）。同时，考虑到住宅和公司建筑物中的连接设备，移动设备使用数达到数百亿，这些移动设备利用公共和私人基础设施跨城市、地区和国家实现联网。例如，在公共交通中将使用数百万个此类连接设备，以改善面向民众的服务和进行信息传递。这种提高的效率有望帮助减少碳排放并围绕物联网平台创建的数据进行创新。这种爆炸性增长不仅在通信行业而且在更广泛的全球经济中都是前所未有的。
除此之外，物联网解决方案和服务在未来会扮演更广泛的角色。联合国人居署的《世界城市报告》 指出：2015年，全球约54%的人口居住在城市而不是农村地区；到2050年，这一比例预计将上升到66%。因此，城市和国家的基础设施必须做出相应的调整，从道路和照明到地铁/通勤火车和各类能源管道等。大部分基础设施将配备传感器和执行器，以实现更有效的管理，并且所有与基础设施相关的设备都将连接到大规模数据分析和管理系统，其数据需要被有效地捕获、分析和可视化以便应用于智慧城市的可持续发展中。
可以预见的空前的设备数量，再加上许多机器对机器（M2M）应用程序的垂直特性，使实施基于这些技术的解决方案面临一系列的挑战，对于处理数百亿个附加连接设备的流量负载，传统电信平台的部署和运营成本将高得惊人。此外，由于应用M2M技术的案例的特殊性，每个“孤岛”解决方案中都出现了零散的生态系统。这些行业动态对于希望开发M2M应用程序或服务的个人和公司来说，会使从支持各种设备和计费的混合，到处理整个价值链上的结算和佣金变得困难。因此，了解如何应对这些变化是公司、城市和政府的关键需求。
本书为希望了解当今物联网状态的读者提供了详尽而全面的分析。当2012～2013年编写本书的第1版时，M2M和物联网的概念正在争夺世界和市场份额。M2M是一个已建立但规模很小的细分市场，其关注的是到达远程机器的简单集成通信解决方案，而物联网则是无线传感器网络的学术研究与RFID和相关识别技术的学术/工业研究及发展的融合。
在第1版中，我们旨在区分这些术语并展示物联网的未来发展——一个由涵盖这些术语的IoT融合的世界。五年后，我们完成的第2版中仅包括关于术语M2M及其技术的少量痕迹。市场几乎成倍增长，如果没有令人信服的宣传和基于IoT的产品，那么市场上每个重要的IT厂商都很难顺利发展。
物联网也从几乎是由爱好者或热心人驱动的“周末项目”社区发展为传统行业（例如制造业、汽车业和公用事业）的主要工业应用领域。这主要是通过使用新的通信技术和云服务对M2M进行升级，并将其扩展到每个可以想象的企业中来实现的。这一点可以通过工业互联网联盟和RAMI 4.0的创建以及大量的工业实践成果来证明。
本书第1版已被广泛阅读、引用并在各国大学中用作教科书。但是，自2014年出版以来，各种新的技术进步意味着现在是更新内容的合适时机了。
本书结构
第一部分概述物联网的全球背景，包括技术和商业驱动因素。
第1章概述物联网的市场和技术驱动因素，以此作为本书的动机。
第2章概述物联网的起源和前景、作为技术集合的主要特征和功能，以及IoT要解决的一些类型的问题，包括基于既定趋势的驱动因素。
第3章概述物联网的市场驱动力、产业结构、价值链和业务模型示例。
第4章介绍架构和系统设计、物联网架构的一些主要功能元素，以及关于IoT标准化的思考。
第二部分介绍物联网解决方案的技术构建块，包括安全性、隐私和信任，以及最新的架构和参考模型。
第5章概述技术基础——物联网赖以构建的基础，包括设备和设备网关、局域网和广域网、数据管理、商业流程、云技术、机器智能和分布式账本。
第6章描述提供针对恶意行为者的安全性所需的基本机制，并概述物联网系统的许多潜在威胁，提出了一些采用分层方法的缓解方案。除了讨论对构建可信赖的IoT应用程序和系统至关重要的安全和隐私方面的内容之外，还对主要标准机构指定的安全机制进行了概述，并着眼于物联网安全的未来发展。
第7章介绍标准开发组织、联盟和技术社区维护的架构的构成。本章并没有全面讨论开发部分和整个架构的可能实现方法，而是试图讨论关注物联网不同方面的主要组织和团体。
第8章介绍与当今物联网相关的架构参考模型（ARM），即IoT-A（IoT ARM）和工业互联网联盟（IIC）参考架构（IIRA）。 IoT-A 提供信息技术（IT）参考架构，而IIRA提供相应的操作技术（OT）。
第9章概述开发实际技术解决方案时需要考虑的设计约束。
第三部分介绍IoT解决方案的实际实现案例。
第10章讨论资产管理应用，该应用可以远程跟踪和管理库存。通常，这种功能涉及定期收集资产的准确位置和状态以改进业务流程（例如防止缺货）或降低风险（例如减少物品丢失）。
第11章介绍工业环境中的新方法，可通过大量智能的、小型的、联网的、嵌入式的设备以高粒度形式创建系统智能，这与将智能集中在行业解决方案中少数大型或小型应用上的传统方法相反。
第12章介绍智能电网的应用案例。智能电网是当前改变电力系统的一场革命，IT的飞速发展正越来越多地反映到电网及其相关运营的多个基础设施层中，物联网在电网的监控和管理及其利益相关者之间的交互中发挥了新的作用。
第13章介绍商业建筑和物联网的使用。楼宇自动化系统的目的通常是减少能源和维护成本，增加控制、舒适性、可靠性以及维护人员和租户的易用性，而物联网在商业楼宇自动化中起着越来越重要的作用。
第14章介绍智慧城市，它是物联网应用中一个新兴且日益重要的领域，包括如何应用传感器和相关的IoT系统并将其链接到其他模式（例如开放数据计划）中。
第15章介绍参与式感知（Participatory Sensing，PS），即城市、公民、以人为本的感知或社会感知。这是公民参与的一种形式，目的是捕获城市周围的环境和日常生活数据。本章涵盖这些场景的一些示例。
第16章介绍关于自动驾驶汽车的新技术，并讨论它们通过所谓的IoT交互如何对新兴的信息物理系统做出贡献。
第17章概述物流管理中的主要角色和参与者，简要介绍所涉及的主要技术，并概述食品运输的示例场景，在该场景中，传统的物流技术（RFID、条形码、EPCIS等）中引入了感应、本地处理和潜在的本地驱动等IoT技术。
第18章简要介绍物联网的未来。
附录概述欧洲电信标准协会（ETSI）M2M的架构和接口。自2012年ETSI工作结束以来，由于架构和接口规范已合并到oneM2M规范中并不断发展，因此附录的内容仅具有历史意义。

V. Tsiatsis
S. Karnouskos
J. H?ller
D. Boyle
C. Mulligan
2018年11月

计算机\物联网

希望在未来5年的时间里，我们都可以用上更环保的系统并过上更美好的生活，因为物联网已经发挥了它的潜力。希望本书可以帮助读者理解未来的任务和工作，并理解其中的权衡，因为只有这样才能开始构建这些改变世界的系统。
—— Geoff Mulligan，前白宫首席物联网创新研究员，Skylight数字咨询公司创始人

书中的技术综述是帮助读者找到深入研究特定领域所需信息的理想起点，而架构综述则涵盖广泛的设计范例。无论是对于系统及网络架构师、管理员和软件开发人员，还是对于业务经理和产品经理，本书都十分有益。
—— Zach Shelby，ARM公司物联网副总裁


补充有关当前市场情况和发展前景的新资料。
概述相关标准、联盟、协会的新发展，包括：IIC的创建及其架构和参考文档的产生，RAMI 4.0的构建，IETF中工作组数量的指数增长，OMA到OMA SpecWorks的转变以及OMA轻型M2M设备管理和服务支持协议的引入，W3C WoT架构规范的初始步骤，GS1架构和标准，ETSI-M2M到oneM2M的转换，以及一些与OCF、IEEE、IEC/ISO、AIOTI、NIST CPS有关的重要信息。
讨论分布式账本、分布式云计算和边缘计算等新技术的涌现，以及机器学习和人工智能技术在物联网中的应用。
新增一章讨论安全问题，概述物联网系统的潜在威胁，并提出了一些解决方案。
新增关于物流、自动驾驶汽车和CPS的案例。

尽管我们已经取得了一些进展，但时至2018年，物联网（IoT）的许多承诺仍未兑现。 虽然“智能”系统正在部署，IoT正在构建，但是随着IoT浪潮的到来，许多预期的重大改变尚未实现。是5年前的宣传言过其实，还是其他一些系统性问题推迟了IoT所承诺的未来？这本书的新版引起人们对新技术及其影响以及围绕物联网的大规模部署而产生的一些持续问题的关注。这是对第1版中提出的概念和想法的进一步更新。
此次更新涉及市场预测、对当前物联网系统孤岛方法的理解，以及将它们组合在一起的必要性和问题。此外，与任何技术（尤其是IoT）一样，底层的连接工具和协议也在不断发展，作者从技术无关的角度研究并解释了不断变化的格局。对于工程师来说，了解每种替代方案的利弊，以便应用适当的技术并避免过时的框架，这一点至关重要，就好像说，“当你拥有的只是一把锤子时，一切都像钉子”。
最后，第1版中缺少的一部分内容是安全性。正如我们经常看到的那样，产品和系统设计人员未能充分考虑关于良好安全实践的问题，即忽略了“设计安全”。 很高兴看到此主题已在第2版中得到补充。
希望在未来5年的时间里，我们都可以使用更加环保的系统并过上更好的生活，因为物联网已经发挥了其潜力。希望本书可以帮助读者理解未来的任务和工作，并理解其中的权衡，因为只有这样才能开始构建这些改变世界的系统。

Geoff Mulligan
前白宫首席物联网创新研究员
Skylight数字咨询公司创始人

物联网是IT产业中发展最快的领域之一。物联网系统的应用领域非常广泛，随着物联网技术的飞速发展，其在产业中的重要性仍在提升，具有广阔的发展前景。
作为物联网专业的教师，曾讲授物联网专业课程多年。见到这本书，首先想了解其内容与我们之前接触的相关书籍有何不同。在通读全文后发现，本书涉及物联网的发展前景、物联网技术和架构以及物联网应用案例等诸多内容，涵盖面广，紧追技术前沿。本书为如何在各个行业和整个社会中实施和部署物联网解决方案提供了全面的概述，适合所有希望了解物联网技术的读者阅读。
翻译这本著作是对自己的知识体系的补充，同时也希望更多相关领域的高校教师、学生及工程师通过阅读本书有所收获。
本书能够顺利翻译完成，要衷心感谢南开大学嵌入式系统与信息安全实验室的宫晓利老师提供的指导和支持，还要感谢机械工业出版社各位编辑的鼎力协助。本书之前的版本以及相似主题的书籍有前辈或同人进行了翻译，阅读这些译著令我们受益匪浅，特此表示感谢。限于译者的水平和经验，译文中难免存在不当之处，恳请读者提出宝贵意见。

译者
2021年6月于华航

译者序
第2版序言
第1版序言一
第1版序言二
前言
致谢
作者简介
第一部分　物联网发展前景
第1章　为什么选择物联网 2
第2章　物联网的起源和发展 6
2.1　引言 6
2.2　物联网的演进 6
2.2.1　简要背景 7
2.2.2　简单的企业物联网解决方案概述 7
2.2.3　物联网的未来 8
2.3　全球环境下的物联网 11
2.3.1　规则改变者 12
2.3.2　基础科技发展趋势 13
2.3.3　信息和通信技术发展趋势 14
2.3.4　期望能力 16
2.3.5　物联网的启发 17
2.3.6　障碍和担忧 18
2.4　用例示例 19
2.5　思维方式的转变 21
第3章　物联网商业视角 23
3.1　引言 23
3.1.1　信息市场 23
3.2　定义 23
3.2.1　全球价值链 23
3.2.2　生态系统与价值链 24
3.2.3　产业结构 24
3.3　价值链概述 24
3.4　物联网价值链示例 25
3.5　物联网新兴产业结构 26
3.5.1　信息驱动的全球价值链 28
3.6　国际驱动的全球价值链和全球信息垄断 31
3.7　物联网商业模式创新 32
3.7.1　当前示例 32
3.7.2　业务对业务模型 32
3.7.3　数据分析业务模型 33
3.7.4　新的数据市场模型 33
3.7.5　SLA安全集成 34
3.8　结论 34
第4章　物联网架构视角 35
4.1　构建架构 35
4.2　需求及主要设计原则 36
4.3　物联网架构概要 39
4.4　关于标准化的思考 43
第二部分　物联网技术和架构
第5章　技术基础 48
5.1　设备和网关 48
5.1.1　概述 48
5.1.2　基本设备 50
5.1.3　网关 52
5.1.4　高级设备 54
5.1.5　总结与展望 54
5.2　局域网和广域网 55
5.2.1　网络需求 55
5.2.2　广域网 58
5.2.3　低功率广域网 60
5.2.4　局域网 62
5.3　机器智能 66
5.3.1　机器智能在物联网中的作用 66
5.3.2　机器智能概述 68
5.3.3　对物联网数据使用机器智能时的注意事项 70
5.3.4　物联网机器智能框架 71
5.3.5　工业互联网分析框架 74
5.3.6　结论 75
5.4　分布式云和边缘计算 75
5.4.1　新的软件交付模型 75
5.4.2　云基础 76
5.4.3　边缘计算 79
5.4.4　思考和结论 80
5.5　数据管理 81
5.5.1　概述 81
5.5.2　物联网数据流管理 82
5.5.3　对物联网数据的思考 85
5.5.4　结论 86
5.6　物联网商业流程 86
5.6.1　概述 86
5.6.2　物联网与企业系统的集成 87
5.6.3　物联网中的分布式商业流程 89
5.6.4　思考 90
5.6.5　结论 91
5.7　分布式账本和应用 91
5.7.1　分布式账本技术、物联网和数据所有权 92
第6章　安全 94
6.1　引言 94
6.2　基本原理 94
6.2.1　加密 95
6.2.2　身份验证 96
6.3　物联网系统面临的威胁 97
6.3.1　拒绝服务攻击 97
6.3.2　女巫攻击 98
6.3.3　隐私攻击 98
6.3.4　漏洞攻击 99
6.3.5　物理攻击 99
6.4　减少对物联网应用的威胁 100
6.4.1　应用层和物理攻击 100
6.4.2　传输层 100
6.4.3　网络层 101
6.4.4　数据链路层/媒体访问控制层 101
6.4.5　物理层 101
6.5　架构和标准的安全性 101
6.5.1　互联网工程任务组 101
6.5.2　3GPP和低功耗广域网 102
6.6　物联网安全 103
6.6.1　工业自动化和机器人技术的安全性 103
6.6.2　汽车系统的安全性 103
6.6.3　智慧城市的安全性 104
6.7　物联网的隐私性 104
6.8　安全的未来发展 104
第7章　架构及前沿技术 106
7.1　引言 106
7.2　国际电信联盟 106
7.3　互联网工程任务组 107
7.3.1　概述 107
7.3.2　互联网工程任务组物联网相关工作组 108
7.3.3　互联网工程任务组架构分支 111
7.4　OMA 117
7.5　物联网架构和工业互联网参考架构 121
7.6　工业4.0参考架构模型 121
7.7　万维网联盟 123
7.8　开放地理空间信息联盟 125
7.9　GS1架构和技术 126
7.9.1　GS1识别 126
7.9.2　GS1捕获 127
7.9.3　GS1共享 128
7.9.4　EPCIS架构和技术 129
7.10　其他相关的前沿技术 130
7.10.1　oneM2M 130
7.10.2　开放连接基金会 131
7.10.3　电气和电子工程师协会 131
7.10.4　国际电工委员会/国际标准化组织 132
7.10.5　物联网创新联盟 132
7.10.6　国家标准与技术研究所CPS公共工作组 133
7.11　结论 133
第8章　架构参考模型 135
8.1　引言 135
8.2　参考模型和架构 135
8.3　物联网参考模型 137
8.3.1　物联网域模型 137
8.3.2　信息模型 143
8.3.3　功能模型 147
8.3.4　通信模型 150
8.3.5　安全、隐私、信任和防护模型 150
8.4　物联网参考架构 151
8.5　功能视图 152
8.5.1　设备和应用功能组 153
8.5.2　通信功能组 153
8.5.3　物联网服务功能组 153
8.5.4　虚拟实体功能组 154
8.5.5　物联网流程管理功能组 155
8.5.6　服务组织功能组 155
8.5.7　安全功能组 155
8.5.8　管理功能组 156
8.6　信息视图 156
8.6.1　信息描述 156
8.6.2　信息流和生命周期 157
8.6.3　信息处理 158
8.7　部署和操作视图 162
8.8　其他相关架构视图 165
8.9　其他参考模型和架构 165
8.9.1　工业互联网参考架构 166
8.10　最佳实践 172
8.11　结论 173
第9章　为现实世界设计物联网 174
9.1　引言 174
9.2　技术设计约束——硬件再次流行 174
9.2.1　设备和网络 174
9.3　数据的表示和可视化 177
9.4　交互和远程控制 177
第三部分　物联网应用案例
第10章　资产管理 180
10.1　引言 180
10.2　预期收益 180
10.3　物联网时代的电子维护 181
10.4　物联网时代的危险品管理 182
10.5　结论 184
第11章　工业自动化 185
11.1　基于SOA的设备集成 185
11.2　SOCRADES：实现企业集成的物联网 187
11.3　IMC-AESOP：从物联网到云 189
11.4　结论 190
第12章　智能电网 191
12.1　引言 191
12.2　智能计量 193
12.3　智能住宅 194
12.4　智慧城市 196
12.5　结论 199
第13章　商业楼宇自动化 200
13.1　引言 200
13.2　案例研究：当今商业楼宇自动化（第一阶段） 201
13.2.1　背景 201
13.2.2　技术概述 201
13.2.3　价值链 203
13.3　案例研究：未来商业楼宇自动化（第二阶段） 203
13.3.1　商业楼宇自动化的发展 203
13.3.2　背景 203
13.3.3　技术概述 205
13.3.4　商业楼宇自动化的价值链演化 206
第14章　智慧城市 207
14.1　引言 207
14.2　智慧城市——技术视角 207
14.3　物联网数据供应链 208
14.4　智慧城市中的物联网数据和环境管理 209
14.5　ETSI ISG环境信息管理 209
14.6　智慧城市——参考架构 210
14.7　智慧城市——智能停车场 212
第15章　参与式感知 213
15.1　引言 213
15.2　角色、参与者和交互 213
15.2.1　总体设计和调查 213
15.2.2　公共贡献 214
15.2.3　个人使用和思考 214
15.3　参与式感知过程 214
15.4　技术概述 214
15.5　早期场景 215
15.6　近期趋势 216
15.6.1　市民记者 216
15.6.2　被动参与 217
15.6.3　社会感知 217
15.7　现代范例 217
15.8　结论 219
第16章　自动驾驶汽车和信息物理系统 220
16.1　引言 220
16.2　自动驾驶汽车 220
16.2.1　自动驾驶汽车简史 220
16.2.2　使能技术 221
16.2.3　法规、治理和道德规范 221
16.2.4　其他自动驾驶乘用车 221
16.3　其他自动驾驶系统 222
16.3.1　自动驾驶轨道 222
16.3.2　无人机系统 222
16.3.3　无人驾驶水下航行器及系统 222
16.4　智能基础设施 223
16.5　信息物理系统的融合及系统 223
16.6　信息物理系统的挑战和机遇 223
第17章　物流 225
17.1　引言 225
17.2　角色和参与者 226
17.3　技术概述 227
17.3.1　物品识别 227
17.3.2　主要技术 228
17.4　示例场景——食品运输 229
17.5　结论 231
第18章　结论与展望 232
附录　ETSI的M2M规范 235
参考文献 241