我国物联网产业发展势头强劲，技术发展日新月异。大数据、人工智能和边缘计算等技术在物联网平台上的深度融合，推动了智能物联网的快速发展，接入层是智能物联网层次结构中的重要层次。本书力图体现物联网接入技术在物联网中的重要作用。
图文并茂，易读易懂。本书给出大量示意图，尽量采用通俗易懂的语言，帮助读者更好地理解内容。
内容全面，案例生动。本书对物联网中常用接入技术的研究背景、形成与发展过程、基本概念、技术特点、具体实现和应用领域等做了详细介绍，涵盖面广，辅以大量我国IT企业有关物联网的技术、标准与案例。
循序渐进，层次分明。本书首先介绍物联网和计算机网络的相关概念，能够帮助读者补充相关的基础知识；接下来介绍各种物联网接入技术，力求突出重点，帮助读者掌握不同的物联网接入技术。
配备习题，引发思考。本书每章最后均配有习题，选择题帮助读者及时巩固各章知识重点，问答题有助于培养读者解决技术难题的能力。

前　言
我们正处在物联网创新发展与新工业革命的历史交汇期，5G、云计算、大数据、人工智能、边缘计算、区块链与各行各业在物联网平台上的深度“融合”，推动了智能物联网（AIoT）的快速发展。新技术、新应用与新业态层出不穷，围绕着核心技术、标准与平台的竞争日趋激烈。
研究机构IoT Analytics的报告显示，在过去的十年中全球接入网络的设备数量复合增长率达到10%，其中物联网的贡献最大。2010年，全球物联网接入的设备数量为8亿，非物联网接入的设备数量为80亿；2020年，物联网接入的设备数量达到117亿，非物联网接入的设备数量保持在100亿，物联网接入设备数量首次超过非物联网接入设备数量。预测2025年，全球物联网接入的设备数量能达到309亿，而非物联网接入的设备数量仍保持在103亿。2015年，国内运营商的物联网接入设备数量占全球的27%；2020年，这个数字已经增长到75%。我国物联网产业发展势头强劲，技术发展日新月异。
物联网接入发展出现了三大趋势：物联网接入设备数量超过了非物联网接入设备数量，出现了“物超人”的局面；产业物联网接入设备数量将超过消费物联网；我国物联网接入设备数量仍将大幅度上升。
接入层是AIoT层次结构中的重要层次。接入层将感知层的传感器、执行器与用户终端接入物联网应用系统中。在实际的物联网应用系统设计中，工程技术人员需要根据具体应用需求以及接入设备的类型、数量与技术要求，选择合适的接入网类型，设计接入网的拓扑结构，确定网络带宽、传输时延等性能指标。
2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》第十一章第一节“加快建设新型基础设施”中指出：推动物联网全面发展，打造支持固移融合、宽窄结合的物联接入能力。
本书的知识体系设计体现了“贴近技术发展、紧扣物联网需求”的思路，写作上力求形成“图文并茂、易读易懂”的风格。同时，南开大学有一个重要的教育理念：“知中国、服务中国”。作者在写作过程中注意贯彻这一理念，选择并引用了大量我国IT企业有关物联网的技术、标准与应用案例。
全书共分9章。
第1章介绍了从物联网到智能物联网的形成与发展过程，系统地讨论了物联网的基本特征与物联网层次结构模型。
第2章介绍了数据通信的基本概念，系统地讨论了信息、数据与信号的概念，感知数据的信号编码方法，以及无线通信的基本知识。
第3章介绍了有线接入网的基本概念，系统地讨论了以太网接入、电话交换网与ADSL接入、有线电视网与HFC接入、电力线接入，以及光纤接入等技术。
第4章在介绍近距离无线接入概念的基础上，系统地讨论了ZigBee、蓝牙、6LoWPAN与IEEE 802.15.4、WBAN与IEEE 802.15.6，以及NFC与UWB技术。
第5章在介绍Wi-Fi发展背景与IEEE 802.11标准的基础上，系统地讨论了Wi-Fi组网方法、漫游管理、IEEE 802.11接入设备，以及空中Wi-Fi与无人机网的通信。
第6章在介绍NB-IoT研究背景与技术特点的基础上，系统地讨论了NB-IoT网络结构、业务模型、网络部署与平台架构，以及NB-IoT应用领域与开发方法。
第7章在介绍5G技术特征、三大应用场景的基础上，系统地讨论了C-RAN、H-CRAN与F-RAN技术。
第8章在无线自组网与无线传感网技术的基础上，系统地讨论了无线传感器与执行器网、无线多媒体传感网、水下无线传感网、地下无线传感网和无线纳米传感网等相关技术。
第9章在介绍工业物联网发展背景与基本概念的基础上，系统地讨论了现场总线、工业以太网、工业无线网的概念、产品与标准，以及工业以太网的应用分析。
在每章教学内容的选取上，我们考虑了两个因素。
一是本书的重点在物联网传感器、执行器接入技术与组网方法的讨论上。考虑到物联网工程专业需要开设物联网导论与计算机网络相关课程，而各个学校课程安排的前后顺序可能不同，从适应学生前期知识基础的差异，以及教程自身体系完整性的角度出发，在介绍数据通信基础知识时，采取了“基本、够用”的原则。如果学生已经学习过物联网导论与计算机网络相关课程，第1、2章相关内容就可以简述或不讲。
二是接入技术涉及面很宽，内容庞杂，不同技术的发展与应用的成熟度不同，从突出重点、保证教学效果的角度出发，在具体技术内容的取舍上避开过于专业的内容，各种技术在细节的讨论上尽可能保持基本一致。
本书的第1、2、3、5章由吴功宜执笔完成，第4、6、7、8、9章由吴英执笔完成，全书由吴功宜统稿。
在本书的思路形成与写作过程中，作者非常感谢高等学校计算机类专业教学指导委员会计算机系统能力培养教学研究专家组的王志英教授、马殿富教授、周兴社教授、金海教授、庄越挺教授、臧斌宇教授、安虹教授、袁春风教授、张昱教授、陈向群教授、陈文光教授、何炎祥教授、石宣化教授、张钢教授，与诸位教授的多次讨论给了作者很多启发。
感谢“物联网工程专业教学研究专家组”的傅育熙教授、王东教授、秦磊华教授、李志刚教授、桂小林教授、方粮教授、胡成全教授、黄传河教授、朱敏教授，在与诸位教授的交流中，作者学到很多知识，受到很多启发。
感谢华为公司的陈亚新、李晶晶，在参与“华为AIoT技术丛书”的策划过程中，从华为公司技术专家那里学到很多新知识，受到很多启发，对于作者编写本书有很大帮助。
感谢徐敬东教授、张建忠教授、王劲松教授、张健教授、郝刚教授、牛晓光教授、许昱玮副教授，在与他们的讨论与交流中，作者获得很多灵感。
本书在写作与出版过程中得到机械工业出版社多位编辑的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于物联网接入技术涉及的行业面广，知识点分散，技术更新快，从这些概念、技术中归纳出知识点，再将这些知识点组织成完整的体系难度很大。受作者知识面所限，书中对某些技术内容的理解与表述存在错误在所难免，恳请读者不吝赐教。


吴功宜　吴英
南开大学计算机学院
2023年1月

吴功宜　南开大学计算机学院教授、博士生导师。曾任南开大学计算机系主任、研究生院常务副院长、信息技术科学学院院长。长期从事计算机网络与信息安全方向的教学与研究工作；编著和出版30余部教材、译著、专著。2000年获南开大学优秀教师特等奖，2003年获天津市“十五”立功奖章，享受国务院政府特殊津贴。
吴英　南开大学计算机学院副教授，博士，硕士生导师。主要研究方向为物联网、车联网与网络安全，主持与参加科研项目8项，发表学术论文20余篇。参加编著与出版教材、译著共10部。多年来一直从事计算机网络、物联网导论与软件编程教学工作，获天津市教学成果一等奖一项。

前　言
第1章　物联网基本概念/1
1.1　物联网基础知识/1
1.1.1　物联网的形成与发展/1
1.1.2　物联网的技术特点/3
1.1.3　智能物联网的形成与发展/3
1.2　物联网技术架构/5
1.3　物联网接入层基本概念/7
1.3.1　接入设备的分类/7
1.3.2　接入设备数量与类型的发展
趋势/9
1.3.3　设备接入方式/9
1.3.4　接入技术分类/11
1.3.5　接入层结构特点/11
1.3.6　物联网感知数据的特点/12
习题/13
第2章　数据通信基础/16
2.1　数据通信的基本概念/16
2.1.1　数据传输类型/16
2.1.2　数据通信方式/17
2.1.3　传输介质类型及特征/20
2.1.4　多路复用的基本概念/25
2.2　信息、数据与信号/26
2.2.1　信息、数据与信号的概念/26
2.2.2　接入网中的信息、数据与信号/26
2.2.3　信息编码方法/27
2.2.4　感知信息通过接入网的传输与处理过程/32
2.3　信号编码方法/32
2.3.1　数字信号的编码方法/32
2.3.2　数据传输速率的定义/34
2.4　无线通信的基本概念/35
2.4.1　电磁波谱与通信类型/35
2.4.2　无线电磁波传播的特点/37
2.4.3　信号传输特点对接入频段选择的影响/39
2.4.4　信号频率、信号功率与覆盖
范围/42
2.4.5　无线网络技术的发展/43
2.4.6　无线接入网的特点/44
习题/50
第3章　有线接入技术/53
3.1　以太网/53
3.1.1　以太网的基本概念/53
3.1.2　交换式以太网的工作原理/55
3.1.3　交换式以太网在物联网接入中的应用/57
3.1.4　从层次结构的角度分析以太网
接入/58
3.2　电话交换网与ADSL接入技术/61
3.2.1　ADSL接入的基本概念/61
3.2.2　ADSL在物联网接入中的应用/61
3.2.3　ADSL技术特点/62
3.2.4　ADSL标准/62
3.3　有线电视网与HFC接入技术/63
3.3.1　HFC接入的基本概念/63
3.3.2　HFC在物联网接入中的应用/64
3.3.3　HFC与ADSL技术比较/65
3.4　电力线接入技术/66
3.4.1　电力线接入的基本概念/66
3.4.2　电力线接入的实现方法/66
3.5　光纤接入技术/67
3.5.1　光纤结构与工作原理/67
3.5.2　光纤接入的基本概念/68
3.5.3　FTTx接入的结构特点/69
3.5.4　EPON标准/70
习题/71
第4章　近距离无线接入技术/74
4.1　ZigBee技术与标准/74
4.1.1　ZigBee研究背景/74
4.1.2　ZigBee技术特点/75
4.1.3　ZigBee层次结构/75
4.1.4　ZigBee节点类型与网络拓扑/76
4.1.5　ZigBee应用领域/78
4.2　蓝牙技术与标准/78
4.2.1　蓝牙研究背景/78
4.2.2　蓝牙标准发展过程/80
4.2.3　蓝牙的技术特点/81
4.3　6LoWPAN与IEEE 802.15.4/83
4.3.1　6LoWPAN研究背景/83
4.3.2　6LoWPAN协议的层次结构/84
4.3.3　IEEE 802.15.4协议/85
4.3.4　6LoWPAN应用领域/92
4.4　WBAN与IEEE 802.15.6/92
4.4.1　WBAN研究背景/92
4.4.2　IEEE 802.15.6协议/94
4.4.3　WBAN应用领域/97
4.5　NFC技术与标准/98
4.5.1　NFC技术发展/98
4.5.2　NFC技术特点/99
4.5.3　NFC应用领域/99
4.6　UWB技术与标准/100
4.6.1　UWB技术发展/100
4.6.2　UWB技术特点/101
4.6.3　UWB应用领域/101
习题/102
第5章　Wi-Fi接入技术/105
5.1　Wi-Fi的基本概念/105
5.1.1　Wi-Fi研究背景/105
5.1.2　IEEE 802.11协议标准/106
5.1.3　动态速率调整机制/108
5.1.4　IEEE 802.11标准体系/110
5.1.5　无线信道划分与复用方法/111
5.2　IEEE 802.11组网方法/114
5.2.1　网络拓扑类型/114
5.2.2　基本服务集/114
5.2.3　扩展服务集/115
5.2.4　独立基本服务集/116
5.2.5　Mesh基本服务集/116
5.2.6　基于Wi-Fi的物联网应用
系统/118
5.3　IEEE 802.11漫游管理/119
5.3.1　SSID与BSSID/119
5.3.2　管理帧与漫游管理/120
5.3.3　漫游与重关联/123
5.4　IEEE 802.11接入设备/126
5.4.1　无线网卡/126
5.4.2　无线接入点/128
5.4.3　统一无线网络与无线局域网
控制器/130
5.5　空中Wi-Fi与无人机网/136
5.5.1　无人机网的基本概念/136
5.5.2　空中Wi-Fi与无人机网的
通信/138
习题/140
第6章　NB-IoT接入技术/144
6.1　NB-IoT的基本概念/144
6.1.1　NB-IoT发展过程/144
6.1.2　NB-IoT技术特点/145
6.2　NB-IoT接入网特点/145
6.2.1　NB-IoT网络结构/145
6.2.2　NB-IoT业务模型/148
6.2.3　NB-IoT平台架构/149
6.3　NB-IoT应用领域与开发方法/152
6.3.1　NB-IoT应用领域/152
6.3.2　华为NB-IoT应用开发模式/153
6.3.3　典型NB-IoT应用系统分析/154
6.3