本书以AIoT为主线，由浅入深、循序渐进地剖析AIoT概念、技术与应用，力求构建脉络清晰的AIoT知识体系，为进一步学习AIoT技术打下基础。本书由9章组成,系统地介绍了从IoT到AIoT的发展过程，讨论了AIoT智能硬件、智能人机交互，以及可穿戴计算设备、智能机器人在AIoT中的应用，介绍了AIoT接入技术与接入网分类，讨论了5G移动边缘计算的概念、技术与应用，探讨了6G与AIoT相关的研究与发展愿景，讨论了AIoT核心交换网结构特点，以及AIoT隐私保护与区块链在AIoT安全中的应用等。本书可供物联网技术研究与产品研发人员、技术管理人员阅读，也可作为物联网工程专业、计算机与信息技术相关专业的教材或参考书。

目　录

序

前言

第1章　AIoT概论 /　1

1.1　IoT的形成 /　1

1.1.1　IoT形成的社会背景 /　1

1.1.2　IoT形成的技术背景 /　3

1.1.3　IoT与Internet的主要区别 /　9

1.1.4　我国IoT技术与产业发展 /　14

1.2　AIoT的发展 /　15

1.2.1　AIoT发展的社会背景 /　15

1.2.2　AIoT发展的技术背景 /　16

1.3　AIoT技术特征 /　22

1.3.1　AIoT“物”的特征 /　22

1.3.2　AIoT“网”的特征 /　24

1.3.3　AIoT“智”的特征 /　29

1.4　AIoT体系结构研究 /　31

1.4.1　AIoT体系结构研究的重要性 /　31

1.4.2　AIoT 技术架构 /　32

1.4.3　AIoT层次结构模型 /　36

1.4.4　术语“网”与“管”的辨析 /　36

1.5　用计算机系统观去分析AIoT体系结构 /　38

1.5.1　从计算机体系结构角度认识AIoT

硬件组成与结构 /　38

1.5.2　从计算机操作系统角度认识AIoT

软件组成与结构 /　41

1.5.3　从计算机网络角度认识AIoT网络

体系结构 /　42

参考文献 /　46

第2章　AIoT感知层 /　48

2.1　AIoT感知层的基本概念 /　48

2.1.1　感知、传感器与感知层 /　48

2.1.2　AIoT终端设备的基本概念 /　50

2.1.3　AIoT接入设备数量与类型的发展

趋势 /　53

2.2　传感器的分类与特点 /　53

2.2.1　常用传感器 /　53

2.2.2　传感器的主要技术指标 /　55

2.2.3　传感器在AIoT中的应用 /　55

2.2.4　传感器技术的发展趋势 /　57

2.2.5　智能传感器的研究与发展 /　58

2.3　RFID与自动识别技术 /　61

2.3.1　自动识别技术的发展过程 /　61

2.3.2　RFID标签的基本概念 /　63

2.3.3　RFID标签编码标准 /　67

2.3.4　EPC信息网络系统 /　70

2.3.6　RFID标签读写器 /　74

2.4　位置感知技术 /　76

2.4.1　位置信息与位置感知的基本

概念 /　76

2.4.2　北斗卫星定位系统 /　78

2.4.3　蜂窝移动通信定位技术 /　85

2.4.4　Wi-Fi位置指纹定位技术 /　87

2.4.5　高精度地图的研究与应用 /　90

2.5　AIoT智能硬件 /　91

2.5.1　AIoT智能硬件的基本概念 /　91

2.5.2　嵌入式技术的基本概念 /　92

2.5.3　AIoT操作系统 /　96

2.5.4　AIoT智能人机交互技术 /　98

2.5.5　可穿戴计算设备及其在AIoT中的

应用 /　104

2.5.6　智能机器人及其在AIoT中的

应用 /　106

参考文献 /　110

第3章　AIoT接入层 /　112

3.1　AIoT接入层的基本概念 /　112

3.1.1　AIoT设备接入方式 /　112

3.1.2　受限节点与受限网络 /　114

3.1.3　接入技术与接入网的分类 /　116

3.1.4　接入层结构特点 /　117

3.2　有线接入技术 /　118

3.2.1　局域网接入 /　118

3.2.2　电话交换网与ADSL接入 /　119

3.2.3　有线电视网与HFC接入 /　120

3.2.4　电力线接入 /　121

3.2.5　光纤与光纤传感网接入 /　122

3.3　近距离无线接入技术 /　124

3.3.1　蓝牙技术与标准 /　124

3.3.2　ZigBee技术与标准 /　126

3.3.3　6LoWPAN与IEEE 802.15.4标准 /　127

3.3.4　WBAN与IEEE 802.15.6标准 /　129

3.3.5　NFC技术与标准 /　131

3.3.6　UWB技术与标准 /　133

3.4　Wi-Fi接入技术 /　135

3.4.1　Wi-Fi研究的背景 /　135

3.4.2　IEEE 802.11协议标准 /　136

3.4.3　空中Wi-Fi与无人机网 /　138

3.5　NB-IoT接入技术 /　140

3.5.1　NB-IoT的发展过程 /　140

3.5.2　NB-IoT的技术特点 /　140

3.5.3　NB-IoT的应用领域 /　141

3.6　无线传感网接入技术 /　143

3.6.1　无线传感网的基本概念 /　143

3.6.2　无线传感网的研究与发展 /　146

3.7　现场总线、工业以太网与工业无线网

接入技术 /　157

3.7.1　工业物联网接入技术的基本概念 /　157

3.7.2　现场总线技术 /　158

3.7.3　工业以太网技术 /　160

3.7.4　工业无线网技术 /　165

参考文献 /　168

第4章　AIoT边缘计算层 /　169

4.1　边缘计算的基本概念 /　169

4.1.1　从云计算到移动云计算 /　169

4.1.2　从移动云计算到移动边缘计算 /　172

4.1.3　移动边缘计算的基本概念 /　176

4.1.4　移动边缘计算的特征 /　177

4.1.5　边缘云与核心云的关系 /　178

4.1.6　移动边缘计算的实现方法 /　180

4.2　5G与移动边缘计算 /　182

4.2.1　AIoT实时性应用的需求 /　182

4.2.2　5G移动边缘计算的基本概念 /　183

4.2.3　5G移动边缘计算的优点 /　184

4.2.4　移动边缘计算的研究与标准化 /　185

4.3　移动边缘计算架构 /　185

4.3.1　ETSI MEC参考模型 /　185

4.3.2　MEC平台逻辑结构 /　186

4.4　移动边缘计算在AIoT中的应用 /　188

4.4.1　基于移动边缘计算的CDN /　188

4.4.2　基于移动边缘计算的增强现实

服务 /　189

4.4.3　基于移动边缘计算的实时人物

目标跟踪 /　193

参考文献 /　197

第5章　5G在AIoT中的应用 /　199

5.1　5G主要特征与技术指标 /　199

5.1.1　AIoT对5G技术的需求 /　199

5.1.2　5G的基本概念 /　200

5.1.3　5G的技术指标 /　200

5.2　5G的应用场景 /　202

5.3　5G无线云接入技术 /　204

5.3.1　5G无线云接入技术的基本概念 /　204

5.3.2　云无线接入网 /　205

5.3.3　异构云无线接入网 /　207

5.3.4　雾无线接入网 /　208

5.4　在5G网络中部署移动边缘计算 /　210

5.4.1　5G MEC部署策略 /　210

5.4.2　5G MEC网络延时的估算方法 /　211

5.4.3　不同场景的MEC部署方案 /　214

5.5　5G在AIoT中的典型应用示例 /　216

5.5.1　云VR/AR /　216

5.5.2　车联网 /　217

5.5.3　智能制造 /　218

5.5.4　智慧能源 /　220

5.5.5　无线医疗 /　220

5.5.6　智慧城市 /　221

5.6　6G在AIoT中的应用 /　222

5.6.1　推动6G发展的动力 /　222

5.6.2　6G发展愿景 /　225

5.6.3　6G预期的关键性能指标 /　228

5.6.4　6G未来潜在的应用场景 /　229

参考文献 /　231

第6章　AIoT核心交换层 /　232

6.1　核心交换网与网际协议 /　232

6.1.1　IP的基本概念 /　232

6.1.2　IPv4发展与演变的过程 /　234

6.1.3　IPv6的特点 /　235

6.2　AIoT核心交换网的组网方法 /　236

6.2.1　计算机网络的分类 /　236

6.2.2　AIoT核心交换网的基本设计

方法 /　237

6.2.3　AIoT核心交换网与虚拟专网

技术 /　238

6.3　SDN/NFV研究的背景 /　241

6.3.1　传统网络技术存在的问题 /　241

6.3.2　“重塑互联网”研究的提出 /　242

6.3.3　网络可编程概念的提出 /　243

6.4　SDN/NFV的基本概念 /　244

6.4.1　SDN设计的基本思路 /　244

6.4.2　SDN体系结构 /　246

6.4.3　NFV的基本概念 /　250

6.4.4　5G网络切片的基本概念 /　252

参考文献 /　254

第7章　AIoT应用服务层 /　256

7.1　云计算在AIoT中的应用 /　256

7.1.1　云计算的基本概念 /　256

7.1.2　云计算的服务模型 /　258

7.1.3　云计算的部署模型 /　260

7.2　AIoT大数据应用 /　261

7.2.1　AIoT对推动大数据研究发展的

贡献 /　261

7.2.2　AIoT大数据的主要技术特征 /　262

7.2.3　AIoT数据分析的基本概念 /　265

7.2.4　雾分析与云分析 /　268

7.2.5　AIoT数据处理的最佳位置 /　271

7.2.6　机器学习在雾分析与云分析中的

应用 /　271

7.2.7　AIoT数据分析中的机器学习

算法 /　273

7.2.8　AIoT大数据应用示例 /　278

7.3　AIoT智能控制 /　281

7.3.1　AIoT智能控制与数字孪生 /　281

7.3.2　数字孪生的基本概念 /　282

7.3.3　数字孪生的定义 /　284

7.3.4　数字孪生与AIoT /　285

7.3.5　数字孪生概念体系结构 /　287

7.3.6　数字孪生技术体系 /　288

7.3.7　数字孪生核心技术 /　291

7.4　区块链技术与AIoT /　293

7.4.1　区块链的基本概念 /　293

7.4.2　区块链的基本工作原理 /　294

7.4.3　区块链的特点 /　296

7.4.4　区块链的类型 /　296

7.4.5　区块链的安全优势 /　297

7.4.6　区块链在AIoT中的应用示例 /　298

参考文献 /　301

第8章　AIoT应用层 /　302

8.1　AIoT应用层的基本概念 /　302

8.1.1　设置AIoT应用层的必要性 /　302

8.1.2　应用层与应用服务层的关系 /　303

8.1.3　AIoT应用系统设计的基本方法 /　304

8.2　AIoT在智能工业中的应用 /　310

8.2.1　工业4.0与《中国制造2025》 /　310

8.2.2　工业4.0涵盖的基本内容 /　311

8.2.3　《中国制造2025》的特点 /　313

8.2.4　智能工业与数字孪生 /　315

8.3　AIoT在智能电网中的应用 /　323

8.3.1　智能电网的基本概念 /　323

8.3.2　数字孪生技术在发电厂智能管控

系统中的应用 /　325

8.3.3　数字孪生技术在风力发电机组

故障预测中的应用 /　327

8.4　AIoT在智能交通中的应用 /　328

8.4.1　智能交通的基本概念 /　328

8.4.2　智能网联汽车的研究与发展 /　330

8.4.3　智慧公路的研究与发展 /　331

8.4.4　数字孪生技术在车辆抗毁伤性能

评估中的应用 /　333

8.5　AIoT在智能医疗中的应用 /　334

8.5.1　智能医疗的基本概念 /　334

8.5.2　AI与医疗服务全流程的关系 /　335

8.5.3　AIoT远程医疗系统与医疗机器人 /　337

8.5.4　医疗大数据与机器学习算法的

应用 /　339

8.5.5　数字孪生技术在智能医疗中的

应用 /　344

8.6　AIoT在智慧城市中的应用 /　346

8.6.1　智慧城市的基本概念 /　346

8.6.2　数字孪生城市的基本内涵 /　346

8.6.3　数字孪生城市研究的基本内容 /　347

8.6.4　数字孪生城市研究的发展与面临的挑战 /　348

参考文献 /　350

第9章　AIoT安全技术 /　352

9.1　AIoT安全的基本概念 /　352

9.1.1　从AIoT的角度认识网络安全概念的演变 /　352

9.1.2　AIoT安全的特点 /　354

9.1.3　AIoT潜在的被攻击目标 /　359

9.1.4　AIoT安全产业的发展趋势 /　360

9.2　AIoT生态系统的安全研究 /　361

9.2.1　AIoT生态系统的安全威胁与对策

研究 /　361

9.2.2　AIoT设备安全 /　363

9.2.3　AIoT接入安全 /　365

9.2.4　AIoT边缘计算安全 /　367

9.2.5　AIoT核心交换网安全 /　369

9.2.6　AIoT云计算安全 /　372

9.2.7　AIoT应用安全 /　373

9.3　AIoT隐私保护 /　374

9.3.1　AIoT面临的隐私泄露挑战 /　374

9.3.2　隐私保护技术研究 /　375

9.4　区块链在AIoT安全中的应用 /　381

9.4.1　区块链的机密性、完整性与

可用性 /　382

9.4.2　区块链在用户身份认证中的

应用 /　382

9.4.3　区块链与隐私保护 /　384

参考文献 /　385