內容簡介

物聯網被稱為世界信息産業的第三次浪潮，它將引發人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時，隨著業務的發展，未來物聯網産業的發展將由信息網絡嚮全麵感知和智能應用兩個方嚮擴展、延伸和突破，形成“雲、管、端”的開放網絡架構。 本書主要介紹物聯網開發平颱的體係結構、關鍵技術和典型應用，主要內容涉及物聯網的概念和基礎、物聯網體係的基礎技術、從物聯網産業生態看開放平颱價值、物聯網開放平颱架構設計與實現、物聯網開放平颱的開源軟件、物聯網開放平颱的安全、物聯網典型應用。

作者簡介

丁飛，男，博士，高級工程師，中國移動通信集團江蘇有限公司研發中心物聯網牽頭人、網絡專業組組長。主持或重點參與國傢重大專項、國傢863計劃、江蘇省物聯網應用示範工程、智慧江蘇建設重點示範試點工程以及企業項目共20多項。"智慧交通載具産品體係創新與規模應用”課題研究成果實際應用取得明顯成效。獲國傢發明專利4項，獲得省部級等各類奬項10多項。

目錄

第1章 物聯網概念基礎 1
1．1 引言 1
1．2 物聯網是什麼 1
1．3 物聯網應用場景 3
1．3．1 物聯網場景模型 3
1．3．2 物聯網的技術特徵 5
1．4 物聯網與相關概念 7
1．4．1 物聯網與互聯網 7
1．4．2 物聯網與傳感器網絡、泛在網 8
1．4．3 物聯網與M2M和CPS的關係 10
1．5 物聯網政策戰略導嚮 11
1．5．1 美國的“智慧地球” 12
1．5．2 歐洲“物聯網行動”計劃 12
1．5．3 日本的“U-Japan”計劃 16
1．5．4 韓國的“U-Korea”戰略 17
1．5．5 新加坡的“下一代I-Hub”計劃 17
1．5．6 中國的“感知中國” 18
第2章 物聯網體係基礎技術 19
2．1 引言 19
2．2 物聯網體係結構 19
2．3 感知層 21
2．3．1 RFID技術 21
2．3．2 WSN 23
2．3．3 ZigBee技術 25
2．3．4 視頻監控 31
2．3．5 MEMS技術 34
2．3．6 嵌入式技術 36
2．4 網絡層 37
2．4．1 LoRa 37
2．4．2 NB-IoT 40
2．4．3 IPv6技術 42
2．4．4 TD-LTE網絡 46
2．5 應用層 47
2．5．1 M2M技術 47
2．5．2 通信協議 50
2．5．3 中間件技術 53
2．5．4 雲計算技術 57
2．5．5 數據挖掘技術 60
第3章 從物聯網産業生態看開放平颱價值 63
3．1 引言 63
3．2 物聯網産業現狀分析 63
3．2．1 物聯網産業發展階段 63
3．2．2 物聯網發展驅動與問題分析 65
3．3 物聯網平颱型生態體係價值 66
3．3．1 Apple與Google帶來的啓示 66
3．3．2 開放平颱商業服務與價值 67
3．4 物聯網平颱用戶體係 69
3．5 物聯網開放平颱應用産品分類 70
3．6 物聯網開放平颱服務管理模式 71
3．6．1 物聯網生態業務模型 71
3．6．2 業務模式 72
3．7 物聯網平颱生態發展策略 74
3．7．1 産品開發原理 74
3．7．2 産品閤作流程 74
3．7．3 業務集群化 75
3．8 業界其他開放平颱架構方式 76
3．8．1 Jasper Wireless 76
3．8．2 Verizon nPhase 77
3．8．3 Baidu Inside 79
第4章 物聯網開放平颱架構設計與實現 82
4．1 引言 82
4．2 物聯網開放平颱總體架構 82
4．3 設備管理平颱 87
4．3．1 感知外設遠程管理 87
4．3．2 傳感網管理 90
4．4 連接管理平颱 92
4．4．1 終端通信狀態查詢 92
4．4．2 終端用戶支撐係統信息查詢 93
4．4．3 通信管理使用鑒權 93
4．4．4 限製終端使用通信業務 94
4．4．5 模擬位置更新 94
4．4．6 嚮終端發送測試短信 94
4．4．7 終端通信故障快速診斷 95
4．4．8 終端自動監控規則 95
4．5 應用使能平颱 95
4．5．1 開發社區 96
4．5．2 開發環境 98
4．5．3 測試環境 99
4．6 應用中心平颱 101
4．6．1 商品管理 101
4．6．2 店鋪管理 103
4．6．3 營銷服務 104
4．6．4 交易管理 104
4．6．5 積分管理 106
4．6．6 代金券管理 107
4．6．7 客服服務 108
4．6．8 計費結算 108
4．6．9 統計分析 108
4．7 資源管理平颱 109
4．7．1 執行環境 109
4．7．2 接口適配層 110
4．7．3 運行控製颱 110
4．7．4 服務模式 111
4．8 業務分析平颱 112
4．8．1 數據管理 112
4．8．2 數據處理 113
4．8．3 數據分析 114
4．8．4 任務引擎 115
第5章 物聯網開放平颱開源軟件研究 116
5．1 引言 116
5．2 開源軟件概述 117
5．2．1 開源的概念 117
5．2．2 開源許可證 117
5．2．3 開源軟件與商業軟件的對比 118
5．3 企業服務總綫（ESB）軟件研究 119
5．3．1 ESB概述 119
5．3．2 WSO2 ESB 123
5．3．3 其他的典型ESB 128
5．3．4 典型的ESB軟件對比及小結 133
5．3．5 ESB軟件對平颱建設的意義 135
5．4 復雜事件處理（CEP）軟件研究 136
5．4．1 CEP概述 136
5．4．2 典型CEP軟件的對比 137
5．4．3 Storm 138
5．4．4 CEP軟件對平颱建設的意義 142
5．5 業務流程管理（BPM）軟件研究 142
5．5．1 BPM概述 142
5．5．2 jBPM 145
5．5．3 Activiti BPM 148
5．5．4 Fixflow 151
5．5．5 典型BPM軟件的對比及小結 153
5．5．6 BPM軟件對平颱建設的意義 155
5．6 消息隊列（MQ）軟件研究 155
5．6．1 MQ概述 155
5．6．2 RabbitMQ 157
5．6．3 MetaQ 160
5．6．4 ZeroMQ 164
5．6．5 典型MQ軟件的對比及小結 167
5．6．6 MQ軟件對平颱建設的意義 168
5．7 本章小結 169
第6章 物聯網開放平颱高效通信協議研究 170
6．1 引言 170
6．2 IBM MQTT 170
6．2．1 概要 170
6．2．2 消息格式 171
6．2．3 消息列錶 177
6．2．4 協議流程 187
6．2．5 MQTT開源實現―Mosquitto 189
6．2．6 MQTT小結 193
6．3 IETF：CoAP 193
6．3．1 協議介紹 193
6．3．2 協議棧結構 194
6．3．3 消息格式 194
6．3．4 請求與應答 196
6．3．5 URI方案 198
6．3．6 業務發現 199
6．3．7 組播機製 199
6．3．8 安全機製 200
6．3．9 交叉代理 201
6．3．10 CoAP小結 201
6．4 OMA-LightweightM2M 201
6．4．1 協議架構 202
6．4．2 接口設計 202
6．4．3 資源組織 207
6．4．4 CoAP承載 208
6．4．5 LWM2M小結 210
6．5 協議比較 210
6．6 本章小結 211
第7章 物聯網開放平颱安全研究 212
7．1 引言 212
7．2 物聯網平颱安全威脅 213
7．2．1 物聯網業務及平颱發展趨勢 213
7．2．2 物聯網開放平颱安全威脅 214
7．2．3 物聯網業務安全威脅 220
7．3 物聯網開放平颱安全方案 230
7．3．1 業務平颱安全方案 230
7．3．2 終端安全方案 236
7．3．3 能力開放安全保障方案 239
7．4 物聯網開放平颱安全能力開放及安全服務前景展望 241
第8章 物聯網典型應用 245
8．1 引言 245
8．2 健康醫療 245
8．2．1 項目背景 245
8．2．2 技術方案 245
8．2．3 遠程慢性病管理服務 247
8．2．4 傢庭遠程管理服務 247
8．2．5 緊急救助業務 248
8．3 平安傢庭 249
8．3．1 項目背景 249
8．3．2 係統架構 249
8．3．3 業務功能 250
8．4 公車管理 251
8．4．1 項目背景 251
8．4．2 項目需求 252
8．4．3 方案架構 253
8．5 智慧交通 255
8．5．1 項目背景 255
8．5．2 技術架構 256
8．5．3 典型業務 257
8．6 國外物聯網業務發展 259
8．6．1 物聯網的應用分類 259
8．6．2 信息傢電的建設及分類 260
8．6．3 信息傢電産品 260
8．6．4 公共設施的物聯網建設 262
8．6．5 娛樂類物聯網應用 263
參考文獻 266

前言/序言

近年來，物聯網在國內乃至全球都形成瞭熱潮，被稱為繼計算機、互聯網之後，世界信息産業的第三次浪潮，它將引發人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時，未來隨著業務的發展，物聯網應用産品的同質化將越來越嚴重，匯聚業務、統一入口、快速迭代將成為決定應用成敗的關鍵。同時，隨著應用復雜度的上升與産業鏈的變長，産品定製與實現的難度將越來越大。在這種趨勢下已經形成瞭比較清楚的發展方嚮，就是未來物聯網産業的發展將由信息網絡嚮全麵感知和智能應用兩個方嚮擴展、延伸和突破，形成“雲、管、端”的開放網絡架構。

開放網絡體係的主要特徵是業務雲化，其發展有三個趨勢：第一個趨勢是基礎實施的雲化，是以IaaS的方式提供服務的；第二個趨勢是業務的能力化，是以PaaS的方式提供服務的；第三個趨勢是管理的平颱化，將管理作為一種能力開放，實現自有業務孵化或開放給閤作夥伴，實際上提高瞭新業務的生成效率、降低瞭第三方業務落地孵化的門檻。比如，未來傢庭産業領域的發展、交通産業市場的發展等，都將是以開放平颱架構來進行業務孵化和規模市場發展的。

物聯網架構對促進物聯網健康、規模發展具有重要的意義，是研究和關注的焦點，在全球有多個研究項目並且已經形成瞭很多的研究成果。

歐洲IOT-A項目專注於物聯網架構研究並引起瞭業界的較大關注，該項目為期3年，於2013年結束，IoT-A的一個主要成果就是物聯網架構參考模型。歐盟第七框架計劃（FP7）下的許多項目在各自的研究主題下也都涉及一些物聯網架構研究。IoT-A並不研究智慧城市、智慧農業、智慧電網、智慧醫療等具體應用領域架構，而是從跨應用領域的角度齣發研究物聯網架構的參考模型。

我國有很多企業、研究機構、大學都在針對物聯網架構積極開展研究，如工業和信息化部電信研究院（CATR）、中國電子科技集團公司（CETC）、無锡物聯網産業研究所CWSN），等等。我國也設立瞭國傢專項項目來推進物聯網架構研究，如新一代寬帶無綫移動通信網絡（簡稱重大專項三）設立有“泛在網（UN）架構研究和整體設計”（2009ZX03004-001）和“物聯網總體架構及關鍵技術研究”（2011ZX03005-005）兩個課題，並取得瞭一係列成果；同時，針對M2M、WoT、車聯網、智慧醫療等特定領域架構也開展瞭很多研究。物聯網架構參考模型可以為具體應用領域物聯網架構研究提供重要的參考。

本書正是基於此齣發，兼顧理論與實踐，嚮讀者展示物聯網開放平颱的架構和設計方法，希望能夠為從業者、學生等進行具體物聯網架構設計提供參考和指導。

本書共分為8章，分彆是：

第1章介紹物聯網的概念和基礎，內容包括：物聯網的概念與應用場景；物聯網與互聯網、傳感網、泛在網、M2M和CPS的關係；全球物聯網主要政策和戰略導嚮。

第2章介紹物聯網體係基礎技術，內容包括：物聯網體係結構、傳統物聯網參考體係架構，以及四層體係架構；物聯網感知層、網絡層和應用層涉及的基礎技術。

第3章從物聯網産業生態看開放平颱價值，內容包括：物聯網産業發展階段、發展驅動和問題分析；物聯網平颱型生態體係價值；物聯網開放平颱用戶體係、應用産品分類；物聯網開放平颱服務管理模式；物聯網平颱生態發展策略；業界主流開放平颱架構方式。

第4章介紹物聯網開放平颱架構設計與實現，內容包括：物聯網開放平颱總體架構和框架，涉及設備管理平颱DMP、連接管理平颱（CMP）、應用使能平颱（AEP）、資源管理平颱（RMP）、應用中心平颱（ACP）、業務分析平颱（BAP）；針對物聯網開放平颱的核心功能規劃和設計方法。

第5章介紹物聯網開放平颱的開源軟件研究，內容包括：開源軟件概述，含開源的概念、開源許可證、開源軟件與商業軟件對比；企業服務總綫軟件研究，涉及ESB概述、WSO2 ESB，以及其他典型的ESB，並給齣瞭ESB的對比和總結，ESB軟件對平颱建設的意義；復雜事件處理（CEP）軟件研究，涉及CEP概述、典型CEP軟件的對比；Storm、CEP軟件對平颱建設的意義；業務流程管理（BPM）軟件研究，涉及BPM概述、jBPM、Activiti BPM、Fixflow、典型BPM軟件的對比及小結，以及BPM軟件對平颱建設的意義；消息隊列（MQ）軟件研究，涉及MQ概述、RabbitMQ、MetaQ、ZeroMQ，典型MQ軟件的對比和總結，以及MQ軟件對平颱建設的意義。

第6章介紹物聯網開放平颱高效通信協議，內容包括：MQTT，涉及MQTT消息格式、消息列錶、協議流程、MQTT開源實現—Mosquitto、MQTT小結；IETF:CoAP，涉及CoAP協議介紹、協議棧結構、消息格式、請求與應答、URI方案、業務發現、組播機製、安全機製、交叉代理、CoAP小結；LightweightM2M，涉及LWM2M協議架構、接口設計、資源組織、CoAP承載、LWM2M小結；MQTT、CoAP、LWM2M三種M2M通信協議比較。

第7章為物聯網開放平颱安全研究，內容包括：業界典型開放平颱對比；物聯網開放平颱安全威脅，涉及物聯網業務及平颱發展趨勢、物聯網開放平颱安全威脅、物聯網業務安全威脅；物聯網開放平颱安全方案，涉及業務平颱安全方案、終端安全方案、能力開放安全保障方案；物聯網開放平颱安全能力開放及安全服務前景展望，涉及安全能力開放和安全服務前景展望、物聯網開放平颱安全需求、構建安全能力開放平颱、構建安全服務平颱。

第8章介紹物聯網典型應用，內容包括：健康醫療，涉及項目背景、技術方案、遠程慢性病管理服務、傢庭遠程管理服務、緊急求助業務；平安傢庭，涉及項目背景、係統架構、業務功能；公車管理，含項目背景、項目需求、方案架構；智慧交通，涉及項目背景、技術架構、典型業務；國外物聯網業務發展，涉及物聯網的應用分類、信息傢電的建設及分類、信息傢電産品、公共設施的物聯網建設、娛樂類物聯網應用。

自從筆者打算編寫本書之後，國內外許多同行都錶達給予瞭熱烈的鼓勵和支持，並在寫作的過程中也提供給予瞭很大的幫助，如中國移動的童恩、劉瑋、、劉越、牛亞文、楊宏傑等多位專傢在本書編寫過程中提齣瞭很多好的建議並提供瞭一些實際技術與應用應用案例，在此一並錶示感謝。另外，電子工業齣版社的田宏峰編輯在本書的寫作過程中提供瞭很多齣版方麵的建議，非常感謝。

本書部分內容獲得瞭國傢科技重大專項“新一代寬帶無綫移動通信網”（No. 2009ZX03006-007、2010ZX03006-006）”、智慧江蘇建設重點示範工程、江蘇省智能傢居物聯網示範工程、江蘇省信息化試點工程、江蘇省高校自然科學研究（No. 17KJB510043）、工信部通信軟科學研究（No. 2017-R-34）和南京郵電大學重點教材建設基金（No. JCGH201710）等科研和産業化項目的支持，在此錶示感謝。

物聯網所涉及的內容跨越多個學科，而我們的研究和實踐隻限於部分方麵，因此，本書實際上凝練瞭很多物聯網領域從業者的智慧和見解，在此對這些專傢錶示衷心的感謝。

本書在寫作過程中，參考瞭大量的文獻並盡可能地標注瞭文獻的齣處，但仍會掛一漏萬，在此嚮那些我們引用過卻未能或者無法明確標明文獻齣處的作者深錶歉意、謝意和敬意。

在編寫過程中，作者盡可能地把物聯網技術發展的最新方嚮和進展傳遞給讀者，力爭使信息最新和最準確，但由於編者水平有限，書中難免存在錯誤或不足之處，敬請讀者批評指正，反饋郵箱：NJUPT_IOT02@163.com13905181067@139.com。

作 者

2017年11月

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