本书面向物联网工程专业的本科生，系统介绍了物联网中间件的基础概念和技术，并以主流物联网中间件平台为例，介绍物联网中间件平台的组成，以及基于物联网中间件平台开发物联网系统和应用的方法。本书内容循序渐进，注重理论和实践的结合，适合作为高校物联网工程相关专业的教材。
无
物联网通过“感知”这一重要方式，完成了对人类所处物理世界的量化和抽取，虚拟网络空间才得以成型；自然世界中海量的事物和状态通过物联网转换成了海量的数据，大数据才应运而生；对于数据的运用终归要回到对各种规律的预测和决策的执行，人工智能才得以如火如荼地发展。因此，物联网被认为是数据、算法、算力构成的新计算时代的关键支撑技术。
当前，物联网创新发展与新工业革命正处于历史交汇期。发达国家纷纷抢抓新一轮工业革命的机遇，围绕核心标准、技术、平台加速布局工业物联网，构建数字驱动的工业新生态，物联网发展的国际竞争日趋激烈。全球物联网产业处于高速发展阶段，相关的新技术、新应用层出不穷。当前，物联网发展呈现出“边缘智能化、连接泛在化、服务平台化、数据延伸化”的新特征。
在这种发展趋势下，物联网系统难免要承载海量的异构设备，汇聚海量的异构数据。在与工业控制技术和信息技术结合之后，物联网系统也呈现出规模化发展的势头，各种管理百万级和千万级节点的大中型系统不断涌现，产生了各种复杂工作流和业务逻辑的控制问题，其设计、开发和实施工作变得越发困难。因此，如何便捷、可靠地进行各种大中型物联网系统的开发和构建就成为一个至关重要的问题。
物联网中间件是物联网系统不可或缺的组成部分，它的出现有助于消除各种异构设备和应用间的交互、协作障碍，能帮助用户更加稳定、便捷地进行物联网系统的设计、开发和搭建。各类物联网中间件平台正是为解决困扰物联网行业的难题而出现的。
物联网中间件作为解决各种异构和海量设备、数据等问题的重要技术已经得到了业界认可。就其本质而言，物联网中间件的主要作用是将林林总总的设备、协议等抽象为一个个通用的对象，帮助开发者将精力聚焦于物联网系统内部的业务和数据，从而快速完成物联网应用系统的构建。
我们遵循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研究专家组编制的《高等学校物联网工程专业规范（2020版）》的要求，结合高校物联网工程专业建设的需要编写本书，目标是对物联网中间件技术及其常见的功能和应用方法进行介绍，以便读者能够快速了解物联网中间件提供的各种功能和服务。本书首先从物联网系统入手，帮助读者对物联网系统建立宏观的认识，进而了解物联网中间件需要解决的关键问题。之后对通用对象模型进行介绍，这是物联网中间件应用中最为基础和抽象的部分。读者要理解的是，所有的设备都会被抽象成一个个组态，底层细节交由中间件处理，用户只需确定组态中的参数即可。业务逻辑是物联网系统设计的关键环节，中间件对物联网系统开发的支撑正是体现在对业务逻辑设计过程的简化上。之后，我们安排了一章对多设备连接协议进行介绍。物联网中间件最重要的功能就是简化设备细节和整合多种协议，读者可以从这一章中了解当前常用的设备连接协议。
在物联网的数据交互中，一方面可以利用中间件来构造友好的人机界面，另一方面则可以解决与系统外部的交互问题。此外，物联网的安全问题日益得到关注，因此书中也涵盖了相关的内容，其中与芯片相关的安全问题相对前沿，分布式、AIoT等问题与前沿技术结合较为紧密，这些话题供读者作为延伸阅读内容。本书最后一章给出了两个典型的物联网系统综合案例，帮助读者理解和掌握运用物联网中间件构建物联网系统的方法。
本书可以作为高校物联网工程专业物联网中间件相关课程的教材或参考书，也可作为广大物联网应用爱好者了解物联网中间件的参考资料。无论是学生还是物联网工程技术人员，通过学习本书，都可以学会利用中间件和平台快速搭建大型、复杂、安全、可靠的物联网应用系统的方法。
本书在成书过程中得到了机械工业出版社华章分社朱劼编辑，Tridium公司徐风、陈杰、闻一名、王敏、刘振宇、田浩等专家的大力帮助，王昕怡、王思谦等同学也贡献良多，在此表示衷心的感谢。由于物联网中间件技术还处于快速发展过程中，加之本书编写时间紧张，书中难免有疏漏之处，请各位读者不吝指正。
物联网是信息时代的基石，其发展必将是长远而可期的，我们希望本书能起到抛砖引玉的作用，激发学生和工程人员利用物联网中间件与物联网平台搭建复杂物联网系统的兴趣，从而进一步深入学习物联网相关理论和技术。我们将追随国家重大战略的要求和物联网相关理论、技术的发展，不断更新和完善本书的内容，也希望各位读者、同行能一起参与到这项工作中来，为我国抢抓新一轮工业革命机遇、发展物联网产业、培养物联网人才贡献力量！
计算机\物联网
物联网中存在海量的异构设备和数据，如何便捷、可靠地开发各种类型的物联网系统已经成为产业发展中的关键问题。物联网中间件有助于消除各种异构设备和应用间的交互、协作障碍，能帮助用户更快速地进行物联网系统的设计和开发。本书遵循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教育研究专家组编制的《高等学校物联网工程专业规范（2020版）》的要求，结合高校物联网工程专业建设的需要而编写，目标是对物联网中间件技术、常见的功能和应用方法进行介绍，使读者初步掌握利用物联网中间件开发物联网系统的方法。
本书特点：
内容系统全面。本书从物联网和物联网系统的基础知识开始，带领读者逐步深入地理解为什么要在物联网系统开发过程中采用物联网中间件以及物联网中间件涉及哪些关键技术、功能，最终学会利用物联网中间件开发一个物联网系统。
理论联系实际。本书中的每一章都安排了相关的实例，帮助读者理解物联网中间件在工程实践中的应用。最后一章安排了两个典型场景下的大型物联网系统综合案例，使读者了解应用物联网中间件技术分析物联网系统开发需求、制定开发方案、实施开发的完整过程。本书也涵盖物联网的安全（特别是与芯片相关的安全问题）、分布式技术、AIoT等与前沿技术结合较为紧密的内容，帮助读者了解研究和应用的热点。
方便教学与学习。本书语言通俗易懂，图文并茂，便于读者理解和掌握物联网的技术与功能。此外，将为采用本书的教师和读者配备教学和学习资源，各位读者可持续关注华章网站了解本书的资源情况。
序
前 言
第1章 物联网与物联网中间件 /1
1.1 物联网基础 /1
1.1.1 物联网的定义 /1
1.1.2 物联网的应用 /2
1.1.3 物联网的发展 /4
1.2 物联网系统的组成与物联网中间件 /9
1.2.1 物联网系统的组成 /9
1.2.2 物联网的终端设备 /11
1.2.3 物联网中间件 /12
1.2.4 物联网中间件平台的框架 /14
1.2.5 物联网中间件的典型应用领域 /15
本章小结 /16
习题 /16
拓展阅读 /16
第2章 物联网中间件概述 /17
2.1 通用对象模型与组态设计 /17
2.2 业务逻辑与第三方组件 /19
2.3 协议转换与设备连接 /20
2.4 数据整理与人机交互 /22
2.5 用户体系与安全机制 /23
2.6 分布式架构与边缘计算 /24
2.7 物联网中间件与人工智能 /25
2.8 Niagara平台简介 /26
2.8.1 Niagara软件安装和授权 /26
2.8.2 Niagara站点的创建 /27
本章小结 /31
习题 /31
第3章 通用对象模型与组态 /32
3.1 基本概念 /32
3.1.1 通用对象模型 /32
3.1.2 组态与组态程序设计 /34
3.2 通用对象模型的应用 /35
3.2.1 Niagara通用对象模型描述 /35
3.2.2 通用对象模型的数据类型 /36
3.2.3 通用对象模型向组态转换 /39
3.3 组态设计与开发 /39
3.3.1 组态设计的原则 /40
3.3.2 组态的功能需求确定 /41
3.3.3 组态开发流程与实例 /41
3.4 功能扩展方法与应用 /46
3.4.1 功能扩展简介 /46
3.4.2 系统功能扩展—报警功能 /47
3.4.3 第三方功能扩展 /49
3.5 中间件组态库与设计实例 /51
3.5.1 自定义组态 /52
3.5.2 中间件组态库的组成 /52
3.5.3 组态库的调用与实例 /53
本章小结 /57
习题 /58
第4章 基于组件的业务逻辑设计 /60
4.1 业务逻辑的设计方法 /60
4.1.1 业务逻辑概述 /60
4.1.2 业务逻辑设计流程 /63
4.1.3 业务逻辑的组成 /65
4.1.4 业务逻辑设计实例 /67
4.2 多功能组件设计与封装 /69
4.2.1 功能、组件与逻辑 /69
4.2.2 多功能组件设计 /70
4.2.3 多功能组件的封装 /72
4.3 中间件平台上的组件设计与数据仿真 /73
4.3.1 中间件平台上的组件化设计 /74
4.3.2 仿真流程与数据准备 /77
4.3.3 逻辑组件的多视图关系 /80
4.4 设计实例 /84
本章小结 /87
习题 /87
第5章 协议转换与设备连接 /88
5.1 中间件与异构设备连接 /88
5.2 智能设备通信协议 /91
5.2.1 BACnet协议 /92
5.2.2 Modbus协议 /94
5.2.3 LonWorks协议 /95
5.2.4 SNMP协议 /98
5.2.5 其他协议 /99
5.2.6 通信协议连接设计实例 /100
5.3 面向网络平台的中间件服务 /103
5.3.1 面向云服务的通信协议 /104
5.3.2 面向工业互联网的通信协议OPC UA /105
5.3.3 面向数据库连接的通信协议 /110
5.3.4 面向分布式系统的多站点通信协议Fox /111
5.3.5 通信协议连接设计实例 /111
5.4 智能设备代理点集成与连接 /115
5.4.1 智能代理 /115
5.4.2 移动代理 /116
5.4.3 Niagara平台的代理 /119
5.5 基于平台的完整物联网系统设计实例 /119
5.5.1 常用平台框架简介 /119
5.5.2 基于Niagara平台的设计实例 /123
本章小结 /126
习题 /126
拓展阅读 /127
第6章 物联网中的数据整理与人机交互 /128
6.1 物联网中的数据采集与整理 /128
6.1.1 物联网系统的数据采集 /129
6.1.2 物联网数据的信号转换 /130
6.1.3 物联网数据的整理 /130
6.2 人机交互的UI视图设计 /133
6.2.1 UI视图设计原则 /133
6.2.2 UI视图的开发流程与方法 /133
6.3 Dashboard的设计 /134
6.3.1 Dashboard概述 /134
6.3.2 Dashboard数据呈现 /135
6.4 人机交互呈现设计案例 /136
6.4.1 照明控制Px视图实例 /136
6.4.2 能源管理界面实例 /138
6.5 支撑数据交互的Web Service /140
6.5.1 Web Service的概念 /140
6.5.2 Web Service的体系结构 /141
6.5.3 Web Service的相关技术 /141
6.5.4 物联网中间件平台上的Web Service /142
本章小结 /145
习题 /146
第7章 基于中间件的物联网安全技术 /147
7.1 物联网系统的安全机制 /147
7.1.1 异构设备的安全连接机制 /148
7.1.2 数据安全机制 /150
7.1.3 隐私安全机制 /152
7.2 访问控制技术 /153
7.2.1 访问控制的概念 /153
7.2.2 访问控制常用的模型 /154
7.2.3 物联网中间件支撑的访问控制 /157
7.3 安全连接协议 /160
7.3.1 SSL握手协议 /161
7.3.2 SSL记录协议 /164
7.3.3 SSL加密过程 /164
7.4 物联网常用的数据安全技术 /165
7.4.1 RFID安全场景下的轻量级密码算法 /165
7.4.2 物联网中同态加密技术的应用 /166
7.4.3 物联网中区块链技术的应用 /167
7.4.4 工业控制网络中的安全技术 /168
7.5 物联网微处理器架构中的安全问题 /169
7.5.1 基于软件漏洞的安全问题 /170
7.5.2 基于硬件处理器架构的安全问题 /171
7.5.3 相关的防御机制和措施 /173
本章小结 /174
习题 /174
拓展阅读 /175
第8章 物联网中的分布式架构 /176
8.1 分布式系统概述 /176
8.1.1 分布式系统的定义 /176
8.1.2 分布式系统的特点 /177
8.1.3 分布式系统中的中间件 /178
8.2 分布式架构在物联网中的应用 /179
8.2.1 传感器网络 /179
8.2.2 车联网 /182
8.3 边缘计算概述 /184
8.3.1 边缘计算的定义 /184
8.3.2 边缘计算的特点 /185
8.3.3 边缘计算的要素 /186
8.4 云边协同的物联网模式 /186
8.4.1 云边协同的架构 /186
8.4.2 云边协同的实践 /188
本章小结 /191
习题 /191
第9章 物联网中间件与人工智能 /192
9.1 物联网系统与智能化 /192
9.2 人工智能与中间件 /193
9.2.1 深度学习中间件概述 /194
9.2.2 常见的深度学习框架 /196
9.3 物联网智能化算法和案例分析 /198
9.3.1 常用的智能算法与应用场景 /199
9.3.2 智慧医疗影像分析案例 /200
9.3.3 智慧交通控制案例 /201
9.4 物联网中间件上的人工智能实践 /202
9.4.1 环境安装 /202
9.4.2 基于深度神经网络的智能数字识别系统 /203
本章小结 /205
习题 /206
第10章 物联网中间件综合案例 /207
10.1 智慧工厂 /207
10.1.1 系统概述 /207
10.1.2 系统设计 /209
10.1.3 数字工厂系统的实现 /220
10.2 智慧园区管理平台 /225
10.2.1 系统概述 /226
10.2.2 系统设计 /226
10.2.3 系统实现 /231
本章小结 /238
习题 /239
