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本书以阿里云 AIoT 实际工程为导向，分 9 章详细讲解了阿里云概述、物联网硬件系统构成、低功耗短距离通信、低功耗广域网通信、嵌入式开发环境搭建、物联网云平台一体开发入门、边缘计算入门、物联网安全入门、物联网人工智能开发入门相关内容。除第 1 章以外，各章都给出了贴近实际应用的阿里云 AIoT 工程实验，并配有课后练习，帮助读者灵活掌握阿里云 AIoT 的技能，使其尽快胜任阿里云 AIoT 的工作岗位。本书可以作为物联网专业、电子信息新型专业、计算机专业的校企合作教材，也可以作为获得阿里云 AIoT 助理工程师、阿里云 AIoT 工程师资格的考试用书。

目    录
第 1 章　阿里云概述	1
1.1　阿里云核心影响力	1
1.2　阿里云发展史	3
1.3　阿里巴巴达摩院	6
1.4　阿里云 IoT概述	7
1.5　阿里云 IoT 产品体系	9
1.5.1　阿里云 IoT产品架构	9
1.5.2　阿里云物联网平台	10
1.5.3　阿里云 IoT主要产品和服务	12
课后练习	14
第 2 章　物联网硬件系统构成	18
2.1　物联网硬件构成	18
2.1.1　物联网硬件平台分类	18
2.1.2　物联网微处理器	20
2.1.3　物联网物理接口和通信协议	22
2.1.4　物联网硬件其他特性	25
2.1.5　物联网传感器	26
2.2　物联网开发板	28
2.2.1　STM32 开发板	28
2.2.2　Arduino 开发板	29
2.2.3　树莓派开发板	31
2.3　实验：基于 XDK 的开发实践	32
2.3.1　XDK 开发环境搭建	32
2.3.2　XDK 传感器开发	37
2.3.3　XDK 通信模块开发	43
课后练习	47
参考文献	50
第 3 章　低功耗、短距离通信	51
3.1　常见的低功耗、短距离通信协议（标准）与技术	51
3.1.1　IEEE 802.15.4标准	52
3.1.2　ZigBee 协议	52
3.1.3　传感网协议	52
3.1.4　蓝牙技术	53
3.1.5　RFID 技术	53
3.1.6　NFC 技术	54
3.1.7　主流的短距离通信协议（标准）的特性对比	54
3.2　基于 IEEE 802.15.4 的传感网协议	56
3.2.1　IEEE 802.15.4 的物理层	56
3.2.2　低功耗 MAC	58
3.2.3　链路质量评估	59
3.2.4　6LoWPAN	60
3.2.5　CTP与 RPL	60
3.3　低功耗蓝牙通信协议	61
3.3.1　低功耗蓝牙的物理层协议	61
3.3.2　低功耗蓝牙的链路层协议	62
3.3.3　低功耗蓝牙的 L2CAP	63
3.3.4　低功耗蓝牙的属性协议和通用属性规范	64
3.3.5　低功耗蓝牙的安全管理协议	64
3.3.6　低功耗蓝牙的 Mesh组网机制及路由过程	65
3.4　实验：蓝牙配网实践	65
3.4.1　实验准备	66
3.4.2　实验步骤	66
课后练习	74
参考文献	79
第 4 章　低功耗广域网通信	80
4.1　低功耗广域网介绍	80
4.1.1　低功耗广域网特点	80
4.1.2　低功耗广域网主流技术	81
4.2　NB-IoT特性及应用	83
4.2.1　NB-IoT演变史	83
4.2.2　NB-IoT特性	83
4.2.3　NB-IoT应用场景	85
4.3　LoRa 通信与协议	85
4.3.1　LoRa 产生与发展	85
4.3.2　LoRa特性及应用	86
4.3.3　LoRaWAN协议	87
4.4　阿里云 Link WAN	90
4.4.1　Link WAN简介	90
4.4.2　Link WAN产品优势	91
4.4.3　Link WAN产品架构	92
4.5　实验：基于 LoRa智慧套件的开发实验	93
4.5.1　实验说明	93
4.5.2　配置网关	94
4.5.3　配置节点	97
4.5.4　配置产品属性及数据解析	104
4.5.5　使用 IoT Studio搭建应用案例	108
课后练习	113
参考文献	116
第 5 章　嵌入式开发环境搭建	117
5.1　嵌入式开发概述	117
5.1.1　MCU 和 CPU 的差异与特点	117
5.1.2　常用物联网操作系统概述	118
5.2　AliOS Things详解	121
5.2.1　AliOS Things体系架构	121
5.2.2　AliOS Things 特性——极简开发	122
5.2.3　AliOS Things特性——极致性能	122
5.2.4　AliOS Things 特性——细粒度软件更新	123
5.2.5　AliOS Things特性——全方位安全防护	125
5.3　搭建嵌入式开发环境	126
5.3.1　软、硬件环境介绍	126
5.3.2　安装 AliOS Studio	126
5.3.3　安装编译和调试环境 aos-cube	128
5.4　AliOS Things应用开发	129
5.4.1　AliOS Things组件化代码下载	129
5.4.2　helloworld应用	129
5.5　实验：基于 MQTT协议连云	130
5.5.1　设备三元组详解	131
5.5.2　创建云端产品和设备	132
5.5.3　设备端 MQTT代码开发	136
5.5.4　MQTT接入阿里云	142
课后练习	146
参考文献	150
第 6 章　物联网云平台一体开发入门	151
6.1　物联网云平台介绍	151
6.1.1　阿里云物联网云平台	152
6.1.2　亚马逊物联网云平台	154
6.1.3　微软物联网云平台	155
6.2　常见的物联网连接协议	156
6.2.1　MQTT协议	156
6.2.2　HTTP	157
6.2.3　CoAP	158
6.2.4　三种协议的主要区别及应用场景	158
6.3　IoT Studio初步应用	159
6.3.1　IoT Studio介绍	159
6.3.2　基于 IoT Studio的 Web应用开发	160
6.3.3　基于 IoT Studio的移动应用开发	165
6.3.4　基于 IoT Studio的服务开发	167
6.4　实验：智能家居应用全栈开发	173
6.5　实验：搭建数据可视化应用	179
课后练习	186
第 7 章　边缘计算入门	194
7.1　边缘计算原理	194
7.1.1　边缘计算的概念	194
7.1.2　边缘计算的三个发展阶段	195
7.1.3　边缘计算的参考架构	195
7.2　边缘计算应用场景分析	196
7.2.1　场景一：互动直播中的边缘计算应用	196
7.2.2　场景二：智慧城市中的边缘计算应用	197
7.2.3　场景三：新零售中的边缘计算应用	198
7.3　物联网边缘计算 Link IoT Edge初步应用	199
7.3.1　物联网边缘计算 Link IoT Edge	199
7.3.2　Link IoT Edge 产品架构	200
7.3.3　Link IoT Edge 场景联动	201
7.3.4　Link IoT Edge 边缘应用	202
7.3.5　Link IoT Edge 流数据分析	204
7.3.6　Link IoT Edge 设备接入	205
7.3.7　Link IoT Edge 应用场景	208
7.4　实验：全屋智能边缘应用	209
7.4.1　实验环境准备	209
7.4.2　实验步骤	210
课后练习	217
第 8 章　物联网安全入门	223
8.1　信息安全基础知识	223
8.1.1　密码学基本概念	223
8.1.2　常见密码算法	224
8.1.3　密钥管理	226
8.2　阿里云物联网安全技术与产品	226
8.2.1　物联网安全运营中心（Link SOC）	227
8.2.2　物联网可信执行环境（Link TEE）	230
8.2.3　物联网设备身份认证（Link ID2）	233
8.3　渗透测试与安全防御	235
8.3.1　渗透测试	235
8.3.2　 物联网系统安全防御	236
8.4　实验：智能门锁攻防演练	238
8.4.1　实验环境	238
8.4.2　实验步骤	238
8.4.3　安全防御技术	241
8.5　实验：智能摄像头攻防演练	242
8.5.1　实验环境	242
8.5.2　实验步骤	242
8.5.3　安全防御技术	243
课后练习	243
参考文献	248
第 9 章　物联网人工智能开发入门	249
9.1　人工智能基础	249
9.1.1　人工智能与图灵测试	249
9.1.2　人工智能发展历史	250
9.2　神经网络	251
9.2.1　人脑神经网络	251
9.2.2　人工神经网络	252
9.2.3　人工神经网络的发展历史	252
9.2.4　前馈神经网络	254
9.2.5　卷积神经网络	255
9.2.6　循环神经网络	255
9.3　人工智能关键技术	257
9.3.1　机器学习	257
9.3.2　表示学习	257
9.3.3　深度学习	259
9.4　深度学习算法理解	260
9.4.1　TensorFlow运行机制及基本用法	261
9.4.2　基于 TensorFlow 识别手写数字	262
9.4.3　基于 TensorFlow 和人工神经网络生成文本	266
9.5　基于深度学习的人脸识别	268
9.5.1　图像的计算机表示	268
9.5.2　深度学习流程	269
9.5.3　卷积神经网络与人脸识别	270
9.6　阿里云物联网智能视频服务 Link Visual	272
9.6.1　Link Visual 简介	272
9.6.2　Link Visual 设备端 SDK简介	274
9.6.3　Link Visual 接入流程	274
9.6.4　Link Visual 控制台介绍	276
9.7　实验：Link Visual 云端对接实践	278
9.7.1　开通 Link Visual	278
9.7.2　开发产品	279
9.7.3　运行 Link Visual 设备端 SDK Demo	282
9.7.4　体验 Link Visual	283
9.8　阿里云 AI Box 介绍	284
9.8.1　AI Box 产品规格	284
9.8.2　AI Box 产品部署	284
9.8.3　AI Box 算法能力	286
9.8.4　AI Box 云端配置	287
9.8.5　AI Box 算法下发	287
9.9　实验：基于 AI Box 的人员轨迹追踪实验	288
课后练习	293
参考文献	295

目前，阿里云计算有限公司是全球领先的云计算及人工智能科技公司，致力于以在线公共服务的方式提供安全、可靠的计算和数据处理能力，让计算和人工智能成为普惠科技。
云计算、物联网、人工智能是阿里云的“三驾马车”。云计算用足够低的成本、商业化的模式来解决大计算问题，云计算将数据变成生产资料和企业资产；物联网与云计算实现了IT服务的“在线化”，应用于物联网智能医疗、物联网智能家居、物联网智能交通、物联网智能电网，等等。阿里云计算有限公司的人工智能 ET 拥有全球领先的人工智能技术，已具备智能语音交互、图像/视频识别、交通预测、情感分析等技能。2020 年阿里云计算有限公司同时获得国家技术发明奖、国家科技进步奖两项国家大奖，实现了互联网公司在国家技术发明奖上零的突破。
从人工智能时代迈入物联网时代，是一种历史的必然。物联网体系内的各类传感器采集多样化数据，实现现实世界数字化，哺以人工智能充足的原始素材。阿里云物联网平台是阿里巴巴集团推出的专业物联网服务平台，提供云、管、边、端等基础产品接入及技术赋能、行业解决方案合作与实施、软硬件销售、营销推广、需求对接等快速商业变现通道，全方位对接物联网产业上亿商机。该物联网服务平台提供安全可靠的设备连接和通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云端 API，服务端通过调用云端 API 将指令下发至设备端，实现远程控制。该物联网服务平台还提供了其他增值能力，如设备管理、规则引擎、数据分析、边缘计算等，为各类物联网场景和行业开发者赋能。
本书是阿里云 IoT 系列规划教材的第一部，旨在帮助从事阿里云 AIoT 工程师岗位的学习者通过阿里云 IoT 技术认证（Alibaba Cloud IoT Technical Certification，AITC），该认证是阿里云物联网平台面向合作伙伴产品集成后的质量认可服务标准。
本书的主要内容如下：
（1）阿里云概述，包括阿里云核心影响力、阿里云发展史、阿里巴巴达摩院、阿里云IoT概述、阿里云IoT产品体系。
（2）物联网硬件系统构成，包括物联网硬件构成、物联网开发板、基于XDK的开发实践。
（3）低功耗、短距离通信，包括常见的低功耗、短距离通信协议（标准）与技术，基于IEEE 802.15.4的传感网协议，低功耗蓝牙通信协议，蓝牙配网实践。
（4）低功耗广域网通信，包括低功耗广域网介绍、NB-IoT 特性及应用、LoRa 通信与协议、阿里云Link WAN、基于LoRa智慧套件的开发实验。
（5）嵌入式开发环境搭建，包括嵌入式开发概述、AliOS Things详解、搭建嵌入式开发环境、AliOS Things应用开发、基于MQTT协议连云。
（6）物联网云平台一体开发入门，包括物联网云平台介绍、常用的物联网连接协议、IoT Studio初步应用、智能家居应用全栈开发、搭建数据可视化应用。
（7）边缘计算入门，包括边缘计算原理、边缘计算应用场景分析、物联网边缘计算 Link IoT Edge 初步应用、全屋智能边缘应用。
（8）物联网安全入门，包括信息安全基础知识、阿里云物联网安全技术与产品、渗透测试与安全防御、智能门锁攻防演练、智能摄像头攻防演练。
（9）物联网人工智能开发入门，包括人工智能基础、神经网络、人工智能关键技术、深度学习算法理解、基于深度学习的人脸识别、阿里云物联网智能视频服务Link Visual、Link Visual云端对接实践、阿里云AI Box介绍、基于AI Box的人员轨迹追踪实验。
阿里云物联网组件自身保持高内聚、低耦合、功能高度可复用，组件之间任意组合、业务按需裁剪，灵活集成，浑然一体，轻松驾驭多变的物联网场景化业务，让技术的门槛大幅降低。本书旨在通过物联网测试标准及检测技术帮助合作伙伴发现产品方案中的缺陷或问题，通过认证检测的产品将被自动推荐到阿里云的商业生态渠道，能够基于阿里云产品解决实际问题，获得更多阿里云生态下的就业机会，最终为企业或政府客户提供可靠的物联网产品方案。
本书由浙江大学教授刘加海、浙大城市学院杨锆，以及阿里云计算有限公司孟亚光、陈忠宝策划，由杨锆、刘加海担任主编。具体分工如下：第 1 章由杨锆、刘加海、刘亚煊编写，第 2、3 章由范文宗编写，第 4～6 章由庞军平编写，第 7、8 章由范文宗编写，第 9 章由朱进洲编写。杨锆对各章内容提出详细意见与改进建议，并进行统稿。
在本书出版之际，特别感谢杭州市电子信息工程新型专业建设项目及浙大城市学院教材建设资助项目的资助。
由于编者水平有限，不足之处和疏忽之处在所难免，敬请各位专家和广大读者批评指正，如有改进建议或教学课件获取需求，可发电子邮件到 1421933828@qq.com。

编者

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