本书立足于高等学校物联网工程的专业导论,详细介绍了物联网工程涉及的关键技术,主要内容涵盖:物联网的概念模型和发展历史,描述了物联网的系统结构及其关键技术;传感器的概念和发展历史,重点介绍了传感器的应用方法;并对近场通信(Near Field Communications,NFC)技术进行了详细阐述;自动识别技术的起源和发展,阐述了RFID技术的发展前景;WSN的概念与发展历史;定位技术的起源与发展历史;介绍了云计算、Web技术、嵌入式系统和中间件技术;针对物联网中的安全问题和安全技术展开讨论。
黄东军,男,教授,博士,博士生导师。毕业于中南大学计算机应用技术,先工作于中南大学信息科学与工程学院。中国计算机学会高级会员,教育部计算机科学与技术专业教学指导委员会“物联网工程专业教学研究专家组”成员。
第1章  物联网概述 (1)
1.1   物联网的概念 (1)
1.1.1  物联网的定义 (1)
1.1.2  物联网的发展过程 (3)
1.1.3  物联网的特征 (8)
1.1.4  深入理解物联网时应注意的问题 (9)
1.2   物联网系统结构 (9)
1.2.1  感知层 (11)
1.2.2  传输层 (11)
1.2.3  支撑层 (11)
1.2.4  应用层 (12)
1.3   物联网的应用 (12)
1.3.1  物联网的应用模式 (13)
1.3.2  物联网的典型应用 (14)
1.4   物联网的关键技术 (23)
1.4.1  感知技术 (23)
1.4.2  传输技术 (25)
1.4.3  支撑技术 (26)
1.4.4  应用技术 (27)
1.5   物联网的发展前景 (28)
思考与练习 (31)
参考文献 (31)
第2章  传感器及其应用 (33)
2.1   传感器概述 (33)
2.2   传感器分类 (34)
2.2.1  按传感器的工作原理分类 (34)
2.2.2  按传感器用途分类 (35)
2.2.3  按传感器输出信号分类 (37)
2.3   传感器的应用 (37)
2.3.1  一线总线接口传感器应用 (37)
2.3.2  I2C接口传感温湿度传感器SHT10 (41)
2.3.3  SPI总线接口传感器温度传感器TC77 (42)
2.3.4  RS系列接口传感器应用 (44)
2.3.5  RJ-45接口传感器应用 (46)
2.3.6  红外热释电传感器原理与应用 (46)
2.3.7  气体传感器原理与应用 (49)
2.3.8  可见光光照度传感器原理与应用 (52)
2.3.9  红外对射传感器原理与应用 (54)
2.4   传感器的发展趋势 (55)
2.4.1  改善传感器性能的技术途径 (55)
2.4.2  传感器的发展方向 (57)
2.5   本章小结 (61)
思考与练习 (61)
参考文献 (61)
第3章  近距离无线通信技术 (63)
3.1   无线通信系统概述 (63)
3.1.1  无线与移动通信的概念 (63)
3.1.2  无线与移动通信的发展历程 (64)
3.1.3  宽带无线接入技术 (66)
3.2   射频通信 (67)
3.2.1  射频的概念 (67)
3.2.2  频谱的划分 (67)
3.2.3  RFID使用的频段 (71)
3.3   微波通信 (73)
3.4   近距离无线通信技术概览 (74)
3.5   近场通信(NFC) (88)
3.5.1  NFC发展概述 (88)
3.5.2  NFC工作原理 (89)
3.5.3  NFC技术标准 (90)
3.5.4  NFC技术特点 (91)
3.5.5  NFC技术应用 (93)
3.6   本章小结 (95)
思考与练习 (95)
参考文献 (96)
第4章  射频识别技术 (98)
4.1   自动识别技术概述 (98)
4.1.1  自动识别技术的基本概念 (98)
4.1.2  自动识别技术的种类与特征比较 (99)
4.1.3  常见的自动识别技术及特征比较 (100)
4.2   RFID的基本原理 (104)
4.2.1  RFID工作原理 (104)
4.2.2  RFID技术的特点 (107)
4.2.3  RFID技术标准 (108)
4.3   RFID技术的应用 (109)
4.3.1  RFID技术应用背景 (109)
4.3.2  RFID技术的重要参数 (110)
4.3.3  RFID技术的典型应用 (111)
4.3.4  RFID技术的应用前景 (112)
4.4   RFID技术的研究方向 (114)
4.5   本章小结 (116)
思考与练习 (117)
参考文献 (117)
第5章  无线传感器网络(WSN) (120)
5.1   无线传感器网络概述 (120)
5.1.1  WSN对物联网的支撑作用 (120)
5.1.2  WSN的概念 (121)
5.1.3  WSN的发展历史 (122)
5.1.4  WSN的特点和优点 (124)
5.1.5  WSN的发展趋势 (126)
5.2   无线传感器网络的系统结构 (127)
5.2.1  节点结构 (128)
5.2.2  软件结构 (129)
5.2.3  拓扑结构 (131)
5.2.4  协议结构 (134)
5.3   无线传感器网络的应用 (136)
5.4   无线传感器网络的研究方向 (147)
5.5   本章小结 (149)
思考与练习 (149)
参考文献 (150)
第6章  物联网定位技术 (152)
6.1   定位的概念与发展历史 (152)
6.1.1  定位的概念 (152)
6.1.2  定位技术发展简史 (153)
6.2   定位技术在物联网中的应用 (155)
6.2.1  在军事领域的应用 (155)
6.2.2  灾难救援 (156)
6.2.3  定位技术在智能交通中的应用 (156)
6.2.4  定位技术在智能物流中的应用 (158)
6.2.5  基于位置的服务 (158)
6.3   卫星导航系统 (159)
6.3.1  主要几种卫星导航定位系统 (159)
6.3.2  GPS全球定位系统简介 (159)
6.3.3  北斗卫星导航系统简介 (162)
6.3.4  北斗定位系统与GPS定位系统的比较 (164)
6.4   蜂窝系统定位技术 (164)
6.4.1  蜂窝系统定位技术简介 (164)
6.4.2  蜂窝系统常用定位技术 (165)
6.5   RFID定位技术 (169)
6.5.1  基于RFID标签的定位技术 (169)
6.5.2  基于RFID读写器的定位技术 (170)
6.6   无线传感网定位技术 (171)
6.6.1  无线传感器网络定位技术的研究内容 (171)
6.6.2  典型无线传感器网络定位算法 (172)
6.7   定位技术的发展前景 (174)
6.8   本章小结 (174)
思考与练习 (174)
参考文献 (175)
第7章  视频监控物联网 (178)
7.1   视频监控与物联网 (178)
7.1.1  视频监控是物联网的重要组成部分 (178)
7.1.2  基于物联网的智能安防应用 (179)
7.2   视频监控关键技术 (181)
7.2.1  视频信号压缩编码技术 (181)
7.2.2  智能视频行为分析技术 (181)
7.2.3  多摄像机协同工作技术 (182)
7.2.4  高速DSP嵌入式处理技术 (183)
7.2.5  视频流的自适应流化和传输技术 (183)
7.3   视频监控技术发展现状与趋势分析 (183)
7.3.1  当前亟待解决的问题 (184)
7.3.2  视频监控技术的发展趋势 (185)
7.4   本章小结 (187)
思考与练习 (187)
参考文献 (188)
第8章  物联网的计算技术 (189)
8.1   云计算 (189)
8.1.1  什么是云计算 (189)
8.1.2  云计算的服务模型 (190)
8.1.3  开放的云计算基础设施 (192)
8.1.4  融合云计算的物联网 (197)
8.2   嵌入式系统 (199)
8.2.1  嵌入式系统的基本概念 (199)
8.2.2  嵌入式系统的体系结构 (202)
8.2.3  嵌入式操作系统 (203)
8.2.4  嵌入式处理器 (205)
8.2.5  嵌入式系统与物联网 (206)
8.3   移动计算与物联网 (207)
8.3.1  移动计算的发展 (207)
8.3.2  移动计算在物联网中的应用 (208)
8.4   Web技术 (210)
8.4.1  Web技术基础知识 (210)
8.4.2  Web基本技术 (214)
8.5   物联网中间件 (218)
8.5.1  物联网中间件的概念 (218)
8.5.2  物联网中间件的系统结构 (219)
8.5.3  物联网中间件的技术平台 (220)
8.6   大数据与物联网 (222)
8.6.1  大数据的概念与特性 (222)
8.6.2  物联网数据采集 (224)
8.6.3  基于物联网的大数据应用 (225)
8.7   本章小结 (230)
思考与练习 (230)
参考文献 (230)
第9章  物联网安全技术 (232)
9.1   物联网面临的安全问题 (232)
9.1.1  从信息处理过程看物联网安全 (232)
9.1.2  从安全性需求看物联网安全 (237)
9.2   RFID系统的安全问题 (239)
9.2.1  RFID的安全和隐私问题 (239)
9.2.2  RFID安全解决方案 (245)
9.3   WSN安全技术研究 (249)
9.3.1  WSN中的密钥管理 (249)
9.3.2  WSN中的安全路由协议 (254)
9.4   本章小结 (259)
思考与练习 (259)
参考文献 (259)
本书自2012年9月出版以来,全国已有几十家高校的物联网相关专业采用本书作为技术导论或专业导论。很多读者向我们发来邮件或信函,对本书的价值进行了肯定,同时也提出了一些很有见地的意见和建议。
最近几年,物联网技术在硬件、系统和应用等各个方面都有新的发展。为了反映物联网技术的进步,我们在这本次修订版中,适当增加了一些内容,主要在第1章概述中增加了反映物联网技术与应用发展新动态的综述性描述,在第8章物联网的计算技术中,增加了物联网与大数据方面的内容,还新增加了第7章视频监控物联网。
本书的主要内容如下:
第1章为物联网概述,介绍了物联网的概念模型和发展历史,重点描述了物联网的系统结构、关键技术及其应用。
第2章为传感器及其应用,介绍了传感器的概念和发展历史,给出了传感器的分类,重点介绍了传感器的应用方法,最后描述了传感器的发展方向。
第3章为近距离无线通信技术,重点介绍了典型近距离无线通信技术的原理、特点和应用等。
第4章为射频识别(RFID)技术,重点介绍了RFID技术的基本工作原理、系统构成、技术特点、技术标准和应用场景。
第5章为无线传感器网络(WSN),介绍了WSN的概念、发展、系统结构、协议和应用场景。
第6章为物联网的定位技术,介绍了定位技术的起源、发展历史以及在诸多领域的应用。
第7章为视频监控物联网,介绍智能视频监控系统的关键技术、应用和发展趋势。
第8章为物联网的计算技术,介绍了云计算、Web技术、嵌入式系统、中间件技术和物联网大数据技术。
第9章为物联网安全技术,主要介绍物联网多个层次的安全问题和相应技术方案。
修订版对配套的多媒体PPT文件也进行了改版,读者可从电子工业出版社相关网站免费下载。
本书由中南大学信息科学与工程学院计算机科学与技术系教授黄东军主持编写,并完成本次修订,第1章和第7章由黄东军教授撰写,刘连浩教授编写第2章,董健副教授编写第3章,高建良副教授编写第4章,刘伟荣副教授编写第5章,张士庚副教授编写第6章,王斌教授编写第8章,王伟平教授编写第9章。
本书能够修订再版,是广大读者支持的结果,是电子工业出版社和本书责任编辑田宏峰先生大力支持和专业周到工作的结果,借此机会,谨致以最衷心的感谢。
由于作者水平有限,本书的错误和疏漏在所难免,恳请广大读者提出宝贵意见和建议。联系邮箱:djhuang@csu.edu.cn。
黄东军
2017年4月于长沙
这本书的内容真的非常丰富,覆盖了物联网技术的方方面面。我一开始是对大数据和人工智能在物联网中的应用比较感兴趣,这本书在这方面的内容就做得相当出色。它详细介绍了如何利用大数据分析技术来挖掘物联网设备产生的数据价值,比如在智能交通领域,如何通过分析车辆行驶数据来优化交通流量,减少拥堵。同时,它也深入探讨了人工智能在物联网中的应用,例如在智能安防领域,如何利用人脸识别和行为分析技术来提升监控系统的智能化水平。这本书的优点在于,它不仅仅是简单地介绍技术,而是更注重于如何将这些技术融合起来,解决实际问题。它在讲解的时候,会给出很多具体的算法和模型,并且还会分析它们的优缺点,这对于想要深入研究的读者来说,非常有帮助。而且,它对未来物联网技术的发展趋势也有独到的见解,这让我对物联网的未来充满了期待。这本书让我意识到,物联网的潜力远不止于我们现在所看到的,还有巨大的空间可以去探索和发展。
评分这本书我拿到手的时候,还挺纠结的,毕竟是“导论”性质的,总担心会太浅显,不适合我这种已经有一些物联网项目经验的人。但出乎意料的是,它在基础概念的阐述上,做得相当扎实,而且并没有止步于理论的堆砌,而是巧妙地融入了大量实际应用的案例。比如,它在讲解传感器网络时,不仅仅是介绍了各种传感器的类型和工作原理,还深入分析了在智慧农业、智能家居等场景下,如何根据具体需求选择合适的传感器,以及如何构建高效的数据采集链路。这一点对我来说非常有价值,因为在实际项目中,选择错误的传感器不仅会增加成本,还会影响最终的效果。而且,它在网络通信协议的部分,也做了很细致的讲解,从底层的TCP/IP到上层的MQTT、CoAP,都一一列举了它们的优缺点和适用范围,这让我对不同场景下如何选择最合适的通信方式有了更清晰的认识。这本书就像一位经验丰富的工程师,循循善诱地带着你一步步理解物联网的核心,即使是那些看似枯燥的技术细节,也因为清晰的逻辑和贴切的例子,变得容易理解和消化。它让我重新审视了一些我之前模糊不清的知识点,也拓展了我对物联网整体架构的理解。
评分我一直觉得,物联网之所以吸引人,在于它能够将物理世界与数字世界无缝连接,而这本书恰恰很好地阐述了这一点。它在讲解物联网架构时,并没有简单地将各个组件割裂开来,而是强调了它们之间的相互依存和协同工作。例如,在讨论数据存储和管理时,它不仅仅介绍了云数据库和本地存储的区别,还深入分析了如何设计一个高效的数据模型,以应对海量物联网数据的涌入。它还非常注重用户体验和应用层面的设计,探讨了如何利用物联网技术构建更加人性化、智能化的服务,比如在智能医疗领域,它就详细介绍了如何通过可穿戴设备收集用户的健康数据,并将其与医疗信息系统相结合,为用户提供个性化的健康管理方案。这本书的叙述方式非常流畅,语言通俗易懂,即使是对于初学者来说,也能很快掌握其中的核心概念。我尤其欣赏它在探讨物联网伦理和隐私问题时,所持的审慎态度,并提出了一些切实可行的解决方案。它让我看到了物联网不仅仅是技术的革新,更是对社会和生活方式的深刻影响。
评分我对这本书的评价是,它就像一本通往物联网世界的“万能钥匙”。我一直对物联网的未来发展充满好奇,但又觉得技术门槛有点高。这本书就很好地解决了我的困惑。它以一种非常系统和全面的方式,将物联网的各个方面娓娓道来。比如,在介绍物联网平台时,它不仅仅是列举了一些平台名称,而是深入剖析了不同平台的设计理念、核心功能以及在实际部署中的考虑因素,这让我对如何选择和构建一个物联网解决方案有了更清晰的思路。而且,它在讲解技术细节时,也做得相当到位,比如在讲到设备连接时,它详细介绍了Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、NB-IoT等不同通信技术的原理、特性以及适用场景,并且还分析了它们在功耗、带宽、成本等方面的权衡。这本书的语言风格非常平实,没有太多华丽的辞藻,但字字珠玑,逻辑清晰。它让我感觉,无论你是初学者,还是有一定经验的开发者,都能从中获益匪浅。它不仅仅是知识的传授,更是思维的启迪,让我对物联网有了更深层次的理解和更广阔的视野。
评分老实说,我拿到这本书的时候,本来没抱太大希望,以为又是那种学院派的书,理论一大堆,实践少得可怜。然而,这本书的写作风格却给我带来了巨大的惊喜。它不是那种枯燥无味的教材,而是更像一本引人入胜的技术故事集。作者在讲解某个技术点时,总会穿插一些实际的应用场景,比如在讲到数据安全的时候,它不是仅仅罗列一些加密算法,而是会结合一个实际的智能门锁被破解的案例,然后详细分析其中可能存在的安全漏洞,以及如何通过分层防御来解决问题。这种“问题导向”的讲解方式,让我觉得非常接地气,也更容易理解技术的实际价值。而且,书中对不同物联网平台的比较分析也十分到位,它详细对比了AWS IoT、Azure IoT Hub、Google Cloud IoT等主流平台的特性、优劣势以及适用场景,这对于想要选择合适平台进行开发的开发者来说,无疑是宝贵的参考。我特别喜欢它在讲到边缘计算时,用了一个智能工厂的例子,生动地展示了边缘计算如何在生产线上实时处理数据,减少延迟,提高效率。这本书真正做到了理论与实践相结合,让学习过程变得更加有趣和有效。
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