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（IoT）平台上的深度“融合”，推动了智能物联网（AIoT）的发展。新技术、新应用、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。我国物联网产业发展势头强劲，技术发展日新月异。

在写完《深入理解互联网》与《深入理解移动互联网》两本书后，面对物联网技术发展演变迅速的局面，我们都对是否能够继续完成《深入理解物联网》产生过犹豫，原因很简单：技术发展太快，涉及的知识面太广，写作难度太大。但出于教育工作者的责任心，我们决定还是要为推动物联网技术研究与学科建设尽自己绵薄之力。

在2007年着手构思与写作第一部有关物联网的著作《智慧的物联网——感知中国和世界的技术》时，我们就意识到计算机网络的概念与技术将发生颠覆性的变化。基于这个判断，萌生了写一本深入理解计算机网络的书的念头，从那时开始思考知识体系，准备资料。大纲的第一稿列出了30多章，在征求相关老师的意见时，大家认为不可行。之后受“ITU Internet Report”的启示，决定将这本深入理解计算机网络的书拆分成由《深入理解互联网》《深入理解移动互联网》与《深入理解物联网》组成的“深入理解网络三部曲”。这三本著作中力求用“继承”的观点描述网络发展三个阶段中“不变”的研究方法与沉淀下来的技术，用“发展”的观点阐述网络“变”的概念与技术。因此，对这三本著作的规划、准备、讨论和写作前后历经近15年之久。

依据AIoT的技术架构与层次结构模型的思路，本书按照从低层到高层的顺序，由浅入深、循序渐进地剖析物联网概念、技术、应用的发展与演变，力求构建脉络清晰的AIoT知识体系。

本书共分为9章。

第1章介绍从IoT向AIoT发展的过程，从“物”“网”“智”的不同角度分析AIoT的特点；讨论AIoT技术架构与体系结构的研究方法，提出AIoT“端-边-网-云-用”的层次结构模型；从计算机硬件、软件与网络技术的角度，以“系统观”的方法分析和阐述AIoT规划、设计与实现技术。

第2章在介绍感知层、传感器、RFID与EPC、位置感知与北斗卫星定位系统概念的基础上，系统地讨论了AIoT智能硬件、芯片、操作系统与嵌入式系统开发平台，AIoT智能人机交互的特点，以及可穿戴计算设备、智能机器人在AIoT中的应用。

第3章在介绍接入层概念的基础上，系统地讨论了AIoT的各种接入技术与接入网，以及工业物联网的现场总线、工业以太网与工业无线网接入技术。

第4章在介绍边缘计算基本概念的基础上，系统地讨论了移动边缘计算（MEC）的概念、部署方案，微云、雾计算等实现技术，以及边缘计算在AIoT中的应用实例。

第5章在分析AIoT对5G需求的基础上，讨论5G技术特点、性能指标与应用场景，5G的十大典型物联网应用范例，5G接入网与5G移动边缘计算，以及6G技术发展愿景及其在未来AIoT中的应用前景。

第6章在分析基于TCP/IP的核心交换网特点的基础上，介绍了AIoT网络结构特点与核心交换网的结构，以及传统IP网络在AIoT应用中的局限性，最后讨论了SDN/ NFV的基本概念与实现方法。

第7章在介绍AIoT应用服务层基本概念与支撑不同行业应用的共性技术的基础上，介绍了云计算、大数据、机器学习、智能控制与数字孪生，以及区块链的概念、技术与应用。

第8章在介绍AIoT应用层概念的基础上，选择几种典型的AIoT应用，如智能工业、智能电网、智能交通、智能医疗与智慧城市，系统地讨论了AIoT应用系统架构设计与开发方法，以及人工智能、大数据、边缘计算、数字孪生、区块链在不同领域应用的范例。

第9章在介绍AIoT安全的概念、特点与AIoT生态系统安全研究的基础上，系统地讨论了AIoT隐私保护以及区块链在AIoT安全中的应用。

本书的知识点设计遵循“层层递进、环环相扣”的思路，力求将多学科的知识点梳理成相对完整、有机的知识体系；书中采用大量插图与表格，文字通俗易懂，力求形成“图文并茂、易读易懂”的风格。

书中第1、2、6、8章由吴功宜执笔完成，第3、4、5、7、9章由吴英执笔完成，全书由吴功宜统稿。

需要说明的是，推动深入理解物联网的初衷非常美好，但是物联网应用涉及的知识面太广，很多新技术与研究工作正处于起步或快速发展阶段，受知识与阅历的限制，作者在写作过程中有时感到力不从心。以正在发展的5G与数字孪生技术为例，电信业界与以华为公司为代表的产业界专家已经对5G技术做过大量的研究，出版了一系列的著作，作者是站在物联网应用的角度学习这些新技术，从完善物联网技术架构的角度引用了专家们的研究成果。同时学习和引用了以陈根为代表的数字孪生领域专家的著作、论文中有关的应用实例。在准备和写作过程中，作者阅读了大量文献，请教过多位不同领域的一线技术专家。书中的很多内容吸取了学者们的创新性思维，作者试图将自己能够理解的部分整理出来，供读者学习和研究，同时也希望帮助读者了解当前研究工作的方向、进展以及下一步亟待解决的问题，以便从中找出自己感兴趣的研究方向和课题。作者尽可能地在相关章节注明某些研究工作总结与论文的出处，以及相关的参考文献、文档与标准，但难免会出现遗漏的情况。书中插图都来自互联网，作者希望能以图文并茂和更直观的方式帮助读者理解知识。在选择图片时，作者考虑了图片的新闻性、正面引用与不涉及个人肖像权等问题。

感谢教育部计算机教指委的傅育熙教授、王志英教授、李晓明教授、蒋宗礼教授，感谢物联网工程专业教学研究专家组的王东教授、李士宁教授、秦磊华教授、胡成全教授、方粮教授、桂小林教授、黄传河教授、朱敏教授，在与诸位教授的交流、讨论过程中，作者学到很多知识，受到很多启发。

感谢南开大学计算机学院、网络空间安全学院的徐敬东教授、张建忠教授、张健教授、张玉副教授，武汉大学计算机学院的牛晓光教授，天津理工大学的王劲松教授，东南大学网络空间安全学院的许昱玮副教授，他们在AIoT网络与安全技术研究方面给了作者很多启发与帮助。

感谢机械工业出版社编辑多年的支持与帮助，她们在本书的写作过程中提出了很多宝贵意见与建议。

感谢华为公司陈亚新与李晶晶，在与他们的交流中作者得到了很多的启发与帮助。

面对日新月异的AIoT技术，作者无法预料，更无法“把控”这样一个复杂的局面。作者多年的教学与研究专注于计算机网络、互联网、移动互联网、物联网与网络安全等专业领域，对其他学科与领域的很多知识仅了解一些“皮毛”。书中对某些技术的理解可能存在不准确之处，恳请读者批评指正。

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。

吴功宜

wgy@nankai.edu.cn

吴英

wuying@nankai.edu.cn

于南开大学

2023年6月