本書內容圍繞物聯網中“感知層、傳輸層、應用層”所涉及的三大類技術架構組成的物聯網技術知識體系來安排,將理論與具體實例相結合,由淺入深,從物聯網技術的原理和基礎知識到相關技術領域,均能幫助讀者拓展思維、開闊視野,為進一步學習和研究物聯網技術打下堅實的基礎。
本書系統全面、內容豐富、結構清晰、重點突出、具有明顯的實用性,力求使讀者全面、正確地認識和了解物聯網相關知識。本書既可以作為物聯網等相關專業的教材,也可供與物聯網相關的工程技術人員參考。
1.本書以初學者角度出發,以通俗的語言和豐富的實例介紹了物聯網的各種主要技術,內容由淺入深,在講解基礎知識的同時給出了大量實例,便于讀者鞏固所學的知識。
2.本書以物聯網的體系結構為線索,從感知識別層、網絡傳輸層、應用支撐層和應用接口層這四層進行了深入淺出的闡述,并對物聯網的綜合應用和安全問題進行了討論。
在國家大力推進戰略性新興產業發展的大背景下,新一代信息技術的發展,已經成為各地經濟發展的倍增器。物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的信息產業第三次浪潮,開發應用前景巨大,已被列為國家五大新興戰略性產業之一。我國發布的《2006—2020年國家信息化發展戰略》指出:“信息化是當今世界發展的大趨勢,是推動經濟社會變革的重要力量。大力推進信息化,是覆蓋我國現代化建設全局的戰略舉措,是貫徹落實科學發展觀、全面建設小康社會、構建社會主義和諧社會和建設創新型國家的迫切需要和必然選擇。”2015年十二屆全國人民代表大會第三次會議上,李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”行動計劃,其中就包括物聯網技術。
目前,物聯網技術的迅速發展,帶動了傳感器、新一代通信、模式識別、地理空間信息等一系列技術產業的同步發展。為了滿足經濟和社會發展的需求,培養高素質的創新型物聯網應用技術人才是當務之急。
本書圍繞物聯網中“感知層、傳輸層、應用層”所涉及的三大類技術架構組成的物聯網技術知識體系安排教學內容。本書共分為10章,主要內容包括物聯網的基本概念、體系結構、關鍵技術以及主要應用領域與發展,感知技術、射頻識別技術原理及應用,傳感器及無線傳感網絡的基本知識及應用,與物聯網相關的通信與網絡技術,與物聯網相關的云計算技術,大數據存儲與處理技術,物聯網安全技術,物聯網工程項目開發等。本書力求理論和具體實例相結合,由淺入深、層層深入,從相關物聯網技術的原理和知識,深入到相關技術領域,特別選取了一些在日常生產工作領域中比較典型的應用案例進行詳細的分析與介紹,幫助讀者拓展思維、開闊視野,為進一步學習和研究物聯網技術打下堅實的基礎。
本書結構合理、重點突出,系統全面、突出應用,大多數章節都介紹了與本章節相關的具體應用實例,具有明顯的實用性。本書力求使讀者全面、正確地認識和了解物聯網相關知識。本書可以作為物聯網等相關專業的專業基礎課教材,也可供物聯網相關的工程技術人員參考。
本書由黎忠文、郎方年、李倩主編,范文杰、李霞、梁華、淡艷、鐵玲、萬國根、游磊等參與了本書的編寫工作,在此,對他們所付出的辛勤勞動表示衷心的感謝!
由于編者水平有限,書中難免存在疏漏和不足之處,懇請各位專家和廣大讀者批評指正。
第1章物聯網概述
1.1物聯網的定義
1.2物聯網的基本特征
1.3物聯網和互聯網的關系
1.4物聯網的發展
1.4.1物聯網的起源與發展
1.4.2物聯網在中國
1.5物聯網的體系結構
1.5.1感知層
1.5.2網絡層
1.5.3應用層
1.6物聯網的關鍵技術
1.6.1傳感網絡技術
1.6.2RFID識別技術
1.6.3ZigBee技術
1.6.4M2M技術
1.6.5網絡傳輸技術
1.6.6Android技術
1.6.7物聯網的應用領域
習題
第2章RFID與物聯網應用
2.1自動識別技術
2.1.1自動識別技術概述
2.1.2條形碼識別技術
2.1.3磁卡與IC卡
2.1.4EPC電子產品編碼概述
2.1.5EPC編碼
2.1.6EPC射頻識別體系
2.1.7EPC系統信息網絡
2.1.8EPC系統的工作流程
2.1.9EPC系統的特點
2.2RFID射頻識別技術
2.2.1RFID的基本概念
2.2.2RFID發展歷程及在中國的發展現狀
2.2.3RFID系統的組成
2.2.4RFID的標準化
實驗RFID讀卡實驗
習題
第3章ZigBee無線傳感器網絡技術
3.1ZigBee簡介
3.1.1ZigBee的由來和發展
3.1.2ZigBee技術特點
3.2ZigBee通信方式
3.3操作頻率和數據速率
3.4設備類型與設備角色
3.5無線Mesh網絡介紹
3.6ZigBee網絡拓撲
3.7ZigBee和IEEE 802.15.4的通信基礎
3.7.1CSMACA載波檢測多路訪問碰撞避免機制
3.7.2信標與非信標網絡
3.7.3數據傳輸方式
3.8ZigBee自形成與自愈特性
3.9ZigBee協議簡介
3.9.1ZigBee與IEEE 802.15.4標準的關系
3.9.2ZigBee和ZigBee Pro
3.10ZigBee協議堆棧結構
3.10.1PHY層
3.10.2MAC層
3.10.3網絡層
3.10.4APL應用層
3.11ZigBee在物聯網中的應用
3.12ZigBee實際應用開發——基于ZStack協議棧的無線組網實驗
3.13實驗平臺及硬件介紹
3.13.1CC2530簡介
3.13.2IAR集成開發環境的構建
3.13.3無線組網實驗具體內容
習題
第4章M2M
4.1M2M概述
4.1.1M2M概念
4.1.2M2M發展歷程
4.2M2M系統架構和通信協議
4.2.1M2M系統架構
4.2.2M2M通信協議
4.3M2M支撐技術
4.4M2M標準化工作
4.4.1M2M在ETSI的進展概況
4.4.2M2M在3GPP的標準進展概況
4.4.3M2M在3GPP2的標準進展概況
4.4.4M2M在CCSA的進展概況
4.5M2M業務應用
4.5.1電力行業M2M應用
4.5.2M2M技術在智能家居中的應用
4.5.3M2M業務應用發展展望
4.6M2M現狀及面臨的問題
4.6.1國內外現狀
4.6.2M2M當前面臨的問題
4.6.3M2M與運營商網絡的融合
習題
第5章GPRS通信原理與物聯網應用
5.1GPRS的發展
5.2GPRS特點
5.3GPRS基本原理
5.3.1電路交換與分組交換
5.3.2GPRS網絡結構
5.4移動通信技術在物聯網中的應用
5.4.1移動通信在物聯網中應用的主要方式
5.4.2移動通信應用于物聯網應做的主要改進
5.4.3移動通信在物聯網中應用的現狀與展望
5.5GPRS移動通信技術在物聯網中的應用——GPRS無線通信實驗
5.5.1實驗環境
5.5.2實驗內容
5.5.3實驗原理
5.5.4實驗步驟
5.5.5編譯源程序
5.5.6NFS掛載實驗目錄測試
5.5.7實驗效果
習題
第6章物聯網終端技術
6.1概述
6.1.1物聯網移動終端技術
6.1.2Android
6.1.3Android系統的特性
6.1.4Android開源項目
6.2Android系統的架構
6.2.1應用程序層
6.2.2應用程序框架
6.2.3函數庫
6.2.4運行時
6.2.5Linux內核
6.3Android應用程序設計
6.3.1行為組件
6.3.2Service組件
6.3.3內容提供者組件
6.3.4BroadcastReceiver組件
6.3.5Intent組件
6.3.6AndroidManifest.xml全局配置文件
6.4Android開發環境搭建
6.4.1下載
6.4.2軟件安裝
6.4.3Eclipse配置
6.4.4配置Android SDK
6.4.5新建AVD
6.5Android Hello World程序
6.5.1程序目錄
6.5.2程序包
6.6建立工程
習題
第7章云計算
7.1云計算概述
7.1.1云計算的由來
7.1.2云計算技術基礎
7.1.3云計算的定義
7.1.4云計算的特點
7.1.5云計算基本模型
7.1.6云計算的主要應用領域
7.2云計算關鍵技術
7.2.1虛擬化技術
7.2.2數據中心節能技術
7.2.3分布式海量數據存儲技術
7.2.4海量數據處理技術
7.2.5安全與隱私保護技術
7.3云計算與物聯網的融合
7.3.1云計算對物聯網的技術支撐
7.3.2云計算與物聯網的結合模式
7.3.3不同云服務在物聯網中的應用
7.3.4基于云計算的物聯網應用實例
7.4云計算的機遇與挑戰
7.5實驗: 云計算仿真工具CloudSim的使用
7.5.1CloudSim介紹和使用
7.5.2CloudSim環境配置
7.5.3CloudSim的擴展
7.5.4使用CloudSim仿真的一般步驟
習題
第8章大數據的存儲與處理
8.1大數據的背景
8.2大數據的概念及特征
8.2.1大數據的概念
8.2.2大數據的特征
8.3大數據存儲和處理技術
8.3.1Hadoop: 分布式存儲和計算平臺
8.3.2Hadoop之HDFS: 分布式文件系統
8.3.3Hadoop之MapReduce: 分布式計算框架
8.3.4Hadoop之NoSQL: 分布式數據庫
8.3.5Hadoop之外的大數據計算技術
8.4大數據分析及數據挖掘
8.4.1大數據分析
8.4.2數據挖掘
8.4.3大數據挖掘的國內外發展
習題
第9章物聯網安全
9.1物聯網安全問題
9.1.1物聯網安全威脅分析
9.1.2物聯網安全目標
9.2物聯網安全體系
9.2.1物聯網層次結構安全體系
9.2.2物聯網感知層安全
9.2.3物聯網網絡層安全
9.2.4物聯網應用層安全
9.3RFID安全技術分析
9.3.1RFID安全問題分析
9.3.2RFID安全機制
9.3.3RFID安全解決方案分析
9.3.4RFID安全性與效率分析
9.4傳感網安全技術分析
9.4.1傳感網面臨的安全障礙
9.4.2傳感網的安全性目標
9.4.3傳感網安全攻擊與防御
9.5實驗: RFID標簽檢測
9.5.1RFID非接觸式IC卡
9.5.2RFID標簽檢測
習題
第10章物聯網工程——以智能家居系統為例
10.1概述
10.2智能家居系統的基本功能和需求分析
10.3智能家居系統的設計
10.4智能家居的體系結構
10.5系統管理具體功能
10.6軟件測試案例
習題
附錄習題參考答案
參考文獻