《物聯(lián)網(wǎng)概論》是一本關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的導(dǎo)論性教材!段锫(lián)網(wǎng)概論》系統(tǒng)全面地闡釋了物聯(lián)網(wǎng)基本概念、理論基礎(chǔ)及技術(shù)體系,對自動識別技術(shù)、無線傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)安全等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論介紹,同時介紹了與物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施方法!段锫(lián)網(wǎng)概論》圖文并茂,語言簡潔,知識結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、完整,使讀者不僅能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)有一個全景性的認(rèn)識和了解,還能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)工程及其應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。 《物聯(lián)網(wǎng)概論》適用范圍廣,可作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的教材,供需要掌握物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識的高年級本科生學(xué)習(xí)和研究生選讀,也可供希望了解物聯(lián)網(wǎng)知識的企業(yè)管理者、科研人員、高等院校教師等參考使用。
在全球范圍內(nèi),物聯(lián)網(wǎng)概念已深入人心。物聯(lián)網(wǎng)已成為經(jīng)濟(jì)社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和重要引擎。物聯(lián)網(wǎng)工程是一個新建專業(yè),而且是一個圍繞“戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)”設(shè)立的新專業(yè),亟待全方位開展專業(yè)建設(shè)。為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教材建設(shè)的需要,我們特編撰了這本教材。
導(dǎo)論課程的目的是介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、基本理論、關(guān)鍵技術(shù)與典型應(yīng)用系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)與基本設(shè)計(jì)方法,以告知初學(xué)者如何在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展,需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握哪些知識與技術(shù)。本書的宗旨是通過討論物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和理論,介紹物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù),向讀者展示一個應(yīng)用前景廣闊而美好的物聯(lián)網(wǎng)世界,啟發(fā)讀者的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)其創(chuàng)新能力,激勵其開拓新技術(shù)領(lǐng)域。因此,本書緊緊圍繞物聯(lián)網(wǎng)中“感知、傳輸、應(yīng)用”所涉及的概念及技術(shù),架構(gòu)了物聯(lián)網(wǎng)知識體系。
1.內(nèi)容結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)幾乎涵蓋了信息技術(shù)的各個方面,本書在剖析物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,仔細(xì)梳理了物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的知識點(diǎn),建構(gòu)了一條物聯(lián)網(wǎng)知識鏈,詳細(xì)闡述了其關(guān)鍵技術(shù)、工程設(shè)計(jì)及其典型應(yīng)用,討論了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的科學(xué)問題和安全技術(shù)。全書共8章內(nèi)容,在第1章緒論中,主要介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、信息物理系統(tǒng)(CPS)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本組成和應(yīng)用領(lǐng)域;第2章的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),基于感知信息論、網(wǎng)絡(luò)控制論、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)等理論,討論物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型、實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)架構(gòu);第3章在簡介傳統(tǒng)識別技術(shù)的同時,重點(diǎn)討論條形碼識別、射頻識別(RFID)和位置識別技術(shù);第4章以無線傳感網(wǎng)為對象,重點(diǎn)介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本知識和組網(wǎng)技術(shù);第5章介紹與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的通信網(wǎng),包括無線通信網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)等;第6章介紹數(shù)據(jù)智能處理方法,內(nèi)容涵蓋傳感器數(shù)據(jù)融合、云計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)挖掘與智能決策等;第7章介紹物聯(lián)網(wǎng)安全,重點(diǎn)討論物聯(lián)網(wǎng)身份識別技術(shù)、RFID系統(tǒng)的安全與隱私保護(hù)、無線傳感網(wǎng)安全控制等技術(shù);第8章主要是從設(shè)計(jì)方法學(xué)的角度,討論物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)施。通過閱讀本書,讀者不僅可以從理論、技術(shù)上對物聯(lián)網(wǎng)有較全面的了解,而且可以根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)例對物聯(lián)網(wǎng)工程有更直觀的認(rèn)識。
2.特色特點(diǎn)
本書作為一本“物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論”課程教材,為使讀者能夠快速地對物聯(lián)網(wǎng)有一個全面、系統(tǒng)的認(rèn)識,在體例新、內(nèi)容新和方法新等方面形成了鮮明特色。
(1)體例新
體例新是指全書以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),按照“從下層到上層,從技術(shù)到方法”的思路組織了物聯(lián)網(wǎng)的知識體系。從信息物理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的角度討論物聯(lián)網(wǎng)的基本理論問題,從具體的RFID技術(shù)、無線傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)智能處理技術(shù),上升到物聯(lián)網(wǎng)的方法論和安全技術(shù),進(jìn)而給出完整、清晰的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架。全書知識結(jié)構(gòu)清晰、深入淺出,便于讀者從宏觀上把握物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵。
。2)內(nèi)容新
內(nèi)容新是指在本書的許多章節(jié)中,引入了一些相對深入的物聯(lián)網(wǎng)前沿理論、技術(shù),以及一些較新的研究成果,包括感知信息論、網(wǎng)絡(luò)控制論、移動互聯(lián)網(wǎng)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、云計(jì)算、海量數(shù)據(jù)存儲、基于大數(shù)據(jù)的智能決策與控制等。其中也包括作者自己的部分研究工作,例如物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用案例等。這些具有前瞻性的新內(nèi)容反映了物聯(lián)網(wǎng)尚處在起步階段,需要協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。
。3)方法新
方法新是指按照教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會編制的《物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)規(guī)范》中關(guān)于“物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論”知識體系的要求,構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)知識鏈。對每一個知識單元按基本概念、基本技術(shù)、應(yīng)用設(shè)計(jì)及示例逐層遞進(jìn)展開。知識內(nèi)容既有銜接性,又有一定的跨越性,還具有可裁剪性,適合不同層次的教學(xué)需求;教師在教學(xué)中可根據(jù)課時要求、研究興趣和專長進(jìn)行選擇與補(bǔ)充。
劉化君,1954生,男,漢族,山東臨沂市人。1998年評聘為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)教授。2002年任職于南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院院長:中國通信學(xué)會會員,計(jì)算機(jī)學(xué)會會員,中國電子學(xué)會高級會員。長期從事“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信”的教學(xué)與科研工作,在清華大學(xué)學(xué)報(bào)等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表《高速路由器中一種實(shí)現(xiàn)QoS保證的分組轉(zhuǎn)發(fā)方案》(EI收錄)等學(xué)術(shù)論文66篇;編著出版《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》、《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》及《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)》等著作32部,其中獲山東省教育廳科技進(jìn)步獎著作二等獎1項(xiàng);主持完成《網(wǎng)絡(luò)處理器路由隊(duì)列管理與分組調(diào)度》等江蘇省高校自然科學(xué)計(jì)劃基金項(xiàng)目3項(xiàng),以及國家安全部、省市多項(xiàng)重點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程及應(yīng)用軟件開發(fā)研究項(xiàng)目。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。
第1章 緒論
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念的提出
1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的定義
1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征
1.1.4 與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)概念
1.2 信息物理系統(tǒng)
1.2.1 CPS的定義
1.2.2 CPS的組成結(jié)構(gòu)
1.2.3 CPS的主要特性
1.3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本組成
1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺組成
1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺組成
1.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及發(fā)展
1.4.1 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域
1.4.2 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈
1.4.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展
小結(jié)與進(jìn)一步學(xué)習(xí)建議
討論與思考
第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
2.1 物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)
2.1.1 感知信息論
2.1.2 網(wǎng)絡(luò)控制論
2.1.3 網(wǎng)絡(luò)科學(xué)
2.1.4 物聯(lián)網(wǎng)研究及建模
2.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型
2.2.1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的建構(gòu)原則
2.2.2 層次化物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)模型
2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)的其他體系架構(gòu)
2.3 體系結(jié)構(gòu)指導(dǎo)下的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法
2.3.1 智能物件連接模式
2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議棧
2.3.3 服務(wù)機(jī)制
2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)
2.4.1 自動識別與感知
2.4.2 節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)
2.4.3 系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)
小結(jié)與進(jìn)一步學(xué)習(xí)建議
討論與思考
第3章 自動識別技術(shù)
3.1 經(jīng)典自動識別技術(shù)
3.1.1 磁卡技術(shù)
3.1.2 IC卡技術(shù)
3.1.3 生物特征識別技術(shù)
3.1.4 圖像識別技術(shù)
3.1.5 光學(xué)字符識別(0cR)技術(shù)
3.2 條形碼識別技術(shù)
3.2.1 條形碼的基本概念
3.2.2 條形碼的結(jié)構(gòu)及編碼規(guī)則
3.2.3 條形碼的識讀
3.3 射頻識別技術(shù)
3.3.1 何謂射頻識別
3.3.2 RFID系統(tǒng)組成
3.3.3 RFlD系統(tǒng)工作原理
3.3.4 RFID中間件
3.3.5 RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系
3.4 位置識別技術(shù)
3.4.1 RFID定位技術(shù)
3.4.2 衛(wèi)星定位技術(shù)
3.4.3 移動通信定位技術(shù)
小結(jié)與進(jìn)一步學(xué)習(xí)建議
……
第4章 無線傳感網(wǎng)
第5章 通信網(wǎng)
第6章 數(shù)據(jù)處理
第7章 物聯(lián)網(wǎng)安全
第8章 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施
參考文獻(xiàn)
《物聯(lián)網(wǎng)概論》:
1.感知節(jié)點(diǎn)
感知節(jié)點(diǎn)由各種類型的采集和控制模塊組成,如溫度傳感器、聲音傳感器、振動傳感器、壓力傳感器、RFID讀寫器、二維碼識讀器等,完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制等功能。
感知節(jié)點(diǎn)的組成包括4個基本單元:傳感單元(由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成,如RFID、二維碼識讀設(shè)備、溫度傳感器設(shè)備)、處理單元(由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成,包括CPU微處理器、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等)、通信單元(由無線通信模塊組成,實(shí)現(xiàn)末梢節(jié)點(diǎn)間以及與匯聚節(jié)點(diǎn)的通信)、電源/供電部分。感知節(jié)點(diǎn)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、智能組網(wǎng)技術(shù)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息,通過嵌入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理,并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到接入層的基站節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān),最終到達(dá)信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。
2.末梢網(wǎng)絡(luò)
末梢網(wǎng)絡(luò)即接入網(wǎng)絡(luò),包括匯聚節(jié)點(diǎn)、接入網(wǎng)關(guān)等,完成應(yīng)用末梢感知節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)匯聚,或完成向感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。也就是在感知節(jié)點(diǎn)之間組網(wǎng)之后,如果感知節(jié)點(diǎn)需要上傳數(shù)據(jù),則將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)(基站),匯聚節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后,通過接入網(wǎng)關(guān)完成和承載網(wǎng)絡(luò)的連接;當(dāng)用戶應(yīng)用系統(tǒng)需要下發(fā)控制信息時,接入網(wǎng)關(guān)接收到承載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)后,由匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給感知節(jié)點(diǎn),完成感知節(jié)點(diǎn)與承載網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和交互功能。
感知節(jié)點(diǎn)與末梢網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)的信息采集和控制任務(wù),構(gòu)成并實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的功能。
3.核心承載網(wǎng)絡(luò)
核心承載網(wǎng)絡(luò)可以有很多種,主要承擔(dān)接入網(wǎng)與信息服務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。根據(jù)具體應(yīng)用需要,核心承載網(wǎng)絡(luò)可以是公共通信網(wǎng),譬如3G、4G/5G移動通信網(wǎng)、WiFi、WiMAX、互聯(lián)網(wǎng),以及企業(yè)專用網(wǎng),甚至是新建的專用于物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)。
4.信息服務(wù)系統(tǒng)硬件設(shè)施
物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統(tǒng)硬件設(shè)施由各種應(yīng)用服務(wù)器(包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器)組成,還包括用戶設(shè)備(如PC、手機(jī))、客戶端等。主要是對采集數(shù)據(jù)的融合/匯聚、轉(zhuǎn)換、分析,以及用戶呈現(xiàn)的適配和事件的觸發(fā)等。對于信息采集,由于從感知節(jié)點(diǎn)獲取大量的原始數(shù)據(jù),并且這些原始數(shù)據(jù)對于用戶來說只有經(jīng)過轉(zhuǎn)換、篩選、分析處理后才有實(shí)際價值。對這些有實(shí)際價值的信息,由服務(wù)器根據(jù)用戶端設(shè)備進(jìn)行信息呈現(xiàn)的適配,并根據(jù)用戶的設(shè)置觸發(fā)相關(guān)的通知信息;當(dāng)需要對末端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制時,由信息服務(wù)系統(tǒng)硬件設(shè)施生成、發(fā)送控制指令。針對不同的應(yīng)用將設(shè)置不同的應(yīng)用服務(wù)器。
……