前　言
我們正處在物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展與新工業(yè)革命的歷史交匯期，5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、區(qū)塊鏈與各行各業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)平臺上的深度“融合”，推動了智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）的快速發(fā)展。新技術(shù)、新應用與新業(yè)態(tài)層出不窮，圍繞著核心技術(shù)、標準與平臺的競爭日趨激烈。
研究機構(gòu)IoT Analytics的報告顯示，在過去的十年中全球接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量復合增長率達到10%，其中物聯(lián)網(wǎng)的貢獻最大。2010年，全球物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量為8億，非物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量為80億；2020年，物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量達到117億，非物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量保持在100億，物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量首次超過非物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量。預測2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量能達到309億，而非物聯(lián)網(wǎng)接入的設(shè)備數(shù)量仍保持在103億。2015年，國內(nèi)運營商的物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量占全球的27%；2020年，這個數(shù)字已經(jīng)增長到75%。我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，技術(shù)發(fā)展日新月異。
物聯(lián)網(wǎng)接入發(fā)展出現(xiàn)了三大趨勢：物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量超過了非物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量，出現(xiàn)了“物超人”的局面；產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量將超過消費物聯(lián)網(wǎng)；我國物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量仍將大幅度上升。
接入層是AIoT層次結(jié)構(gòu)中的重要層次。接入層將感知層的傳感器、執(zhí)行器與用戶終端接入物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中。在實際的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設(shè)計中，工程技術(shù)人員需要根據(jù)具體應用需求以及接入設(shè)備的類型、數(shù)量與技術(shù)要求，選擇合適的接入網(wǎng)類型，設(shè)計接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸時延等性能指標。
2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》第十一章第一節(jié)“加快建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施”中指出：推動物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展，打造支持固移融合、寬窄結(jié)合的物聯(lián)接入能力。
本書的知識體系設(shè)計體現(xiàn)了“貼近技術(shù)發(fā)展、緊扣物聯(lián)網(wǎng)需求”的思路，寫作上力求形成“圖文并茂、易讀易懂”的風格。同時，南開大學有一個重要的教育理念：“知中國、服務(wù)中國”。作者在寫作過程中注意貫徹這一理念，選擇并引用了大量我國IT企業(yè)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、標準與應用案例。
全書共分9章。
第1章介紹了從物聯(lián)網(wǎng)到智能物聯(lián)網(wǎng)的形成與發(fā)展過程，系統(tǒng)地討論了物聯(lián)網(wǎng)的基本特征與物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型。
第2章介紹了數(shù)據(jù)通信的基本概念，系統(tǒng)地討論了信息、數(shù)據(jù)與信號的概念，感知數(shù)據(jù)的信號編碼方法，以及無線通信的基本知識。
第3章介紹了有線接入網(wǎng)的基本概念，系統(tǒng)地討論了以太網(wǎng)接入、電話交換網(wǎng)與ADSL接入、有線電視網(wǎng)與HFC接入、電力線接入，以及光纖接入等技術(shù)。
第4章在介紹近距離無線接入概念的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了ZigBee、藍牙、6LoWPAN與IEEE 802.15.4、WBAN與IEEE 802.15.6，以及NFC與UWB技術(shù)。
第5章在介紹Wi-Fi發(fā)展背景與IEEE 802.11標準的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了Wi-Fi組網(wǎng)方法、漫游管理、IEEE 802.11接入設(shè)備，以及空中Wi-Fi與無人機網(wǎng)的通信。
第6章在介紹NB-IoT研究背景與技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了NB-IoT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)模型、網(wǎng)絡(luò)部署與平臺架構(gòu)，以及NB-IoT應用領(lǐng)域與開發(fā)方法。
第7章在介紹5G技術(shù)特征、三大應用場景的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了C-RAN、H-CRAN與F-RAN技術(shù)。
第8章在無線自組網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了無線傳感器與執(zhí)行器網(wǎng)、無線多媒體傳感網(wǎng)、水下無線傳感網(wǎng)、地下無線傳感網(wǎng)和無線納米傳感網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)。
第9章在介紹工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景與基本概念的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地討論了現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)的概念、產(chǎn)品與標準，以及工業(yè)以太網(wǎng)的應用分析。
在每章教學內(nèi)容的選取上，我們考慮了兩個因素。
一是本書的重點在物聯(lián)網(wǎng)傳感器、執(zhí)行器接入技術(shù)與組網(wǎng)方法的討論上。考慮到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)導論與計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程，而各個學校課程安排的前后順序可能不同，從適應學生前期知識基礎(chǔ)的差異，以及教程自身體系完整性的角度出發(fā)，在介紹數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識時，采取了“基本、夠用”的原則。如果學生已經(jīng)學習過物聯(lián)網(wǎng)導論與計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程，第1、2章相關(guān)內(nèi)容就可以簡述或不講。
二是接入技術(shù)涉及面很寬，內(nèi)容龐雜，不同技術(shù)的發(fā)展與應用的成熟度不同，從突出重點、保證教學效果的角度出發(fā)，在具體技術(shù)內(nèi)容的取舍上避開過于專業(yè)的內(nèi)容，各種技術(shù)在細節(jié)的討論上盡可能保持基本一致。
本書的第1、2、3、5章由吳功宜執(zhí)筆完成，第4、6、7、8、9章由吳英執(zhí)筆完成，全書由吳功宜統(tǒng)稿。
在本書的思路形成與寫作過程中，作者非常感謝高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)教學研究專家組的王志英教授、馬殿富教授、周興社教授、金海教授、莊越挺教授、臧斌宇教授、安虹教授、袁春風教授、張昱教授、陳向群教授、陳文光教授、何炎祥教授、石宣化教授、張鋼教授，與諸位教授的多次討論給了作者很多啟發(fā)。
感謝“物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學研究專家組”的傅育熙教授、王東教授、秦磊華教授、李志剛教授、桂小林教授、方糧教授、胡成全教授、黃傳河教授、朱敏教授，在與諸位教授的交流中，作者學到很多知識，受到很多啟發(fā)。
感謝華為公司的陳亞新、李晶晶，在參與“華為AIoT技術(shù)叢書”的策劃過程中，從華為公司技術(shù)專家那里學到很多新知識，受到很多啟發(fā)，對于作者編寫本書有很大幫助。
感謝徐敬東教授、張建忠教授、王勁松教授、張健教授、郝剛教授、牛曉光教授、許昱瑋副教授，在與他們的討論與交流中，作者獲得很多靈感。
本書在寫作與出版過程中得到機械工業(yè)出版社多位編輯的大力支持，在此表示衷心的感謝。
由于物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)涉及的行業(yè)面廣，知識點分散，技術(shù)更新快，從這些概念、技術(shù)中歸納出知識點，再將這些知識點組織成完整的體系難度很大。受作者知識面所限，書中對某些技術(shù)內(nèi)容的理解與表述存在錯誤在所難免，懇請讀者不吝賜教。


吳功宜　吳英
南開大學計算機學院
2023年1月