本書立足於高等學校物聯網工程的專業導論,詳細介紹瞭物聯網工程涉及的關鍵技術,主要內容涵蓋:物聯網的概念模型和發展曆史,描述瞭物聯網的係統結構及其關鍵技術;傳感器的概念和發展曆史,重點介紹瞭傳感器的應用方法;並對近場通信(Near Field Communications,NFC)技術進行瞭詳細闡述;自動識彆技術的起源和發展,闡述瞭RFID技術的發展前景;WSN的概念與發展曆史;定位技術的起源與發展曆史;介紹瞭雲計算、Web技術、嵌入式係統和中間件技術;針對物聯網中的安全問題和安全技術展開討論。
黃東軍,男,教授,博士,博士生導師。畢業於中南大學計算機應用技術,先工作於中南大學信息科學與工程學院。中國計算機學會高級會員,教育部計算機科學與技術專業教學指導委員會“物聯網工程專業教學研究專傢組”成員。
第1章 物聯網概述 (1)
1.1 物聯網的概念 (1)
1.1.1 物聯網的定義 (1)
1.1.2 物聯網的發展過程 (3)
1.1.3 物聯網的特徵 (8)
1.1.4 深入理解物聯網時應注意的問題 (9)
1.2 物聯網係統結構 (9)
1.2.1 感知層 (11)
1.2.2 傳輸層 (11)
1.2.3 支撐層 (11)
1.2.4 應用層 (12)
1.3 物聯網的應用 (12)
1.3.1 物聯網的應用模式 (13)
1.3.2 物聯網的典型應用 (14)
1.4 物聯網的關鍵技術 (23)
1.4.1 感知技術 (23)
1.4.2 傳輸技術 (25)
1.4.3 支撐技術 (26)
1.4.4 應用技術 (27)
1.5 物聯網的發展前景 (28)
思考與練習 (31)
參考文獻 (31)
第2章 傳感器及其應用 (33)
2.1 傳感器概述 (33)
2.2 傳感器分類 (34)
2.2.1 按傳感器的工作原理分類 (34)
2.2.2 按傳感器用途分類 (35)
2.2.3 按傳感器輸齣信號分類 (37)
2.3 傳感器的應用 (37)
2.3.1 一綫總綫接口傳感器應用 (37)
2.3.2 I2C接口傳感溫濕度傳感器SHT10 (41)
2.3.3 SPI總綫接口傳感器溫度傳感器TC77 (42)
2.3.4 RS係列接口傳感器應用 (44)
2.3.5 RJ-45接口傳感器應用 (46)
2.3.6 紅外熱釋電傳感器原理與應用 (46)
2.3.7 氣體傳感器原理與應用 (49)
2.3.8 可見光光照度傳感器原理與應用 (52)
2.3.9 紅外對射傳感器原理與應用 (54)
2.4 傳感器的發展趨勢 (55)
2.4.1 改善傳感器性能的技術途徑 (55)
2.4.2 傳感器的發展方嚮 (57)
2.5 本章小結 (61)
思考與練習 (61)
參考文獻 (61)
第3章 近距離無綫通信技術 (63)
3.1 無綫通信係統概述 (63)
3.1.1 無綫與移動通信的概念 (63)
3.1.2 無綫與移動通信的發展曆程 (64)
3.1.3 寬帶無綫接入技術 (66)
3.2 射頻通信 (67)
3.2.1 射頻的概念 (67)
3.2.2 頻譜的劃分 (67)
3.2.3 RFID使用的頻段 (71)
3.3 微波通信 (73)
3.4 近距離無綫通信技術概覽 (74)
3.5 近場通信(NFC) (88)
3.5.1 NFC發展概述 (88)
3.5.2 NFC工作原理 (89)
3.5.3 NFC技術標準 (90)
3.5.4 NFC技術特點 (91)
3.5.5 NFC技術應用 (93)
3.6 本章小結 (95)
思考與練習 (95)
參考文獻 (96)
第4章 射頻識彆技術 (98)
4.1 自動識彆技術概述 (98)
4.1.1 自動識彆技術的基本概念 (98)
4.1.2 自動識彆技術的種類與特徵比較 (99)
4.1.3 常見的自動識彆技術及特徵比較 (100)
4.2 RFID的基本原理 (104)
4.2.1 RFID工作原理 (104)
4.2.2 RFID技術的特點 (107)
4.2.3 RFID技術標準 (108)
4.3 RFID技術的應用 (109)
4.3.1 RFID技術應用背景 (109)
4.3.2 RFID技術的重要參數 (110)
4.3.3 RFID技術的典型應用 (111)
4.3.4 RFID技術的應用前景 (112)
4.4 RFID技術的研究方嚮 (114)
4.5 本章小結 (116)
思考與練習 (117)
參考文獻 (117)
第5章 無綫傳感器網絡(WSN) (120)
5.1 無綫傳感器網絡概述 (120)
5.1.1 WSN對物聯網的支撐作用 (120)
5.1.2 WSN的概念 (121)
5.1.3 WSN的發展曆史 (122)
5.1.4 WSN的特點和優點 (124)
5.1.5 WSN的發展趨勢 (126)
5.2 無綫傳感器網絡的係統結構 (127)
5.2.1 節點結構 (128)
5.2.2 軟件結構 (129)
5.2.3 拓撲結構 (131)
5.2.4 協議結構 (134)
5.3 無綫傳感器網絡的應用 (136)
5.4 無綫傳感器網絡的研究方嚮 (147)
5.5 本章小結 (149)
思考與練習 (149)
參考文獻 (150)
第6章 物聯網定位技術 (152)
6.1 定位的概念與發展曆史 (152)
6.1.1 定位的概念 (152)
6.1.2 定位技術發展簡史 (153)
6.2 定位技術在物聯網中的應用 (155)
6.2.1 在軍事領域的應用 (155)
6.2.2 災難救援 (156)
6.2.3 定位技術在智能交通中的應用 (156)
6.2.4 定位技術在智能物流中的應用 (158)
6.2.5 基於位置的服務 (158)
6.3 衛星導航係統 (159)
6.3.1 主要幾種衛星導航定位係統 (159)
6.3.2 GPS全球定位係統簡介 (159)
6.3.3 北鬥衛星導航係統簡介 (162)
6.3.4 北鬥定位係統與GPS定位係統的比較 (164)
6.4 蜂窩係統定位技術 (164)
6.4.1 蜂窩係統定位技術簡介 (164)
6.4.2 蜂窩係統常用定位技術 (165)
6.5 RFID定位技術 (169)
6.5.1 基於RFID標簽的定位技術 (169)
6.5.2 基於RFID讀寫器的定位技術 (170)
6.6 無綫傳感網定位技術 (171)
6.6.1 無綫傳感器網絡定位技術的研究內容 (171)
6.6.2 典型無綫傳感器網絡定位算法 (172)
6.7 定位技術的發展前景 (174)
6.8 本章小結 (174)
思考與練習 (174)
參考文獻 (175)
第7章 視頻監控物聯網 (178)
7.1 視頻監控與物聯網 (178)
7.1.1 視頻監控是物聯網的重要組成部分 (178)
7.1.2 基於物聯網的智能安防應用 (179)
7.2 視頻監控關鍵技術 (181)
7.2.1 視頻信號壓縮編碼技術 (181)
7.2.2 智能視頻行為分析技術 (181)
7.2.3 多攝像機協同工作技術 (182)
7.2.4 高速DSP嵌入式處理技術 (183)
7.2.5 視頻流的自適應流化和傳輸技術 (183)
7.3 視頻監控技術發展現狀與趨勢分析 (183)
7.3.1 當前亟待解決的問題 (184)
7.3.2 視頻監控技術的發展趨勢 (185)
7.4 本章小結 (187)
思考與練習 (187)
參考文獻 (188)
第8章 物聯網的計算技術 (189)
8.1 雲計算 (189)
8.1.1 什麼是雲計算 (189)
8.1.2 雲計算的服務模型 (190)
8.1.3 開放的雲計算基礎設施 (192)
8.1.4 融閤雲計算的物聯網 (197)
8.2 嵌入式係統 (199)
8.2.1 嵌入式係統的基本概念 (199)
8.2.2 嵌入式係統的體係結構 (202)
8.2.3 嵌入式操作係統 (203)
8.2.4 嵌入式處理器 (205)
8.2.5 嵌入式係統與物聯網 (206)
8.3 移動計算與物聯網 (207)
8.3.1 移動計算的發展 (207)
8.3.2 移動計算在物聯網中的應用 (208)
8.4 Web技術 (210)
8.4.1 Web技術基礎知識 (210)
8.4.2 Web基本技術 (214)
8.5 物聯網中間件 (218)
8.5.1 物聯網中間件的概念 (218)
8.5.2 物聯網中間件的係統結構 (219)
8.5.3 物聯網中間件的技術平颱 (220)
8.6 大數據與物聯網 (222)
8.6.1 大數據的概念與特性 (222)
8.6.2 物聯網數據采集 (224)
8.6.3 基於物聯網的大數據應用 (225)
8.7 本章小結 (230)
思考與練習 (230)
參考文獻 (230)
第9章 物聯網安全技術 (232)
9.1 物聯網麵臨的安全問題 (232)
9.1.1 從信息處理過程看物聯網安全 (232)
9.1.2 從安全性需求看物聯網安全 (237)
9.2 RFID係統的安全問題 (239)
9.2.1 RFID的安全和隱私問題 (239)
9.2.2 RFID安全解決方案 (245)
9.3 WSN安全技術研究 (249)
9.3.1 WSN中的密鑰管理 (249)
9.3.2 WSN中的安全路由協議 (254)
9.4 本章小結 (259)
思考與練習 (259)
參考文獻 (259)
本書自2012年9月齣版以來,全國已有幾十傢高校的物聯網相關專業采用本書作為技術導論或專業導論。很多讀者嚮我們發來郵件或信函,對本書的價值進行瞭肯定,同時也提齣瞭一些很有見地的意見和建議。
最近幾年,物聯網技術在硬件、係統和應用等各個方麵都有新的發展。為瞭反映物聯網技術的進步,我們在這本次修訂版中,適當增加瞭一些內容,主要在第1章概述中增加瞭反映物聯網技術與應用發展新動態的綜述性描述,在第8章物聯網的計算技術中,增加瞭物聯網與大數據方麵的內容,還新增加瞭第7章視頻監控物聯網。
本書的主要內容如下:
第1章為物聯網概述,介紹瞭物聯網的概念模型和發展曆史,重點描述瞭物聯網的係統結構、關鍵技術及其應用。
第2章為傳感器及其應用,介紹瞭傳感器的概念和發展曆史,給齣瞭傳感器的分類,重點介紹瞭傳感器的應用方法,最後描述瞭傳感器的發展方嚮。
第3章為近距離無綫通信技術,重點介紹瞭典型近距離無綫通信技術的原理、特點和應用等。
第4章為射頻識彆(RFID)技術,重點介紹瞭RFID技術的基本工作原理、係統構成、技術特點、技術標準和應用場景。
第5章為無綫傳感器網絡(WSN),介紹瞭WSN的概念、發展、係統結構、協議和應用場景。
第6章為物聯網的定位技術,介紹瞭定位技術的起源、發展曆史以及在諸多領域的應用。
第7章為視頻監控物聯網,介紹智能視頻監控係統的關鍵技術、應用和發展趨勢。
第8章為物聯網的計算技術,介紹瞭雲計算、Web技術、嵌入式係統、中間件技術和物聯網大數據技術。
第9章為物聯網安全技術,主要介紹物聯網多個層次的安全問題和相應技術方案。
修訂版對配套的多媒體PPT文件也進行瞭改版,讀者可從電子工業齣版社相關網站免費下載。
本書由中南大學信息科學與工程學院計算機科學與技術係教授黃東軍主持編寫,並完成本次修訂,第1章和第7章由黃東軍教授撰寫,劉連浩教授編寫第2章,董健副教授編寫第3章,高建良副教授編寫第4章,劉偉榮副教授編寫第5章,張士庚副教授編寫第6章,王斌教授編寫第8章,王偉平教授編寫第9章。
本書能夠修訂再版,是廣大讀者支持的結果,是電子工業齣版社和本書責任編輯田宏峰先生大力支持和專業周到工作的結果,藉此機會,謹緻以最衷心的感謝。
由於作者水平有限,本書的錯誤和疏漏在所難免,懇請廣大讀者提齣寶貴意見和建議。聯係郵箱:djhuang@csu.edu.cn。
黃東軍
2017年4月於長沙
老實說,我拿到這本書的時候,本來沒抱太大希望,以為又是那種學院派的書,理論一大堆,實踐少得可憐。然而,這本書的寫作風格卻給我帶來瞭巨大的驚喜。它不是那種枯燥無味的教材,而是更像一本引人入勝的技術故事集。作者在講解某個技術點時,總會穿插一些實際的應用場景,比如在講到數據安全的時候,它不是僅僅羅列一些加密算法,而是會結閤一個實際的智能門鎖被破解的案例,然後詳細分析其中可能存在的安全漏洞,以及如何通過分層防禦來解決問題。這種“問題導嚮”的講解方式,讓我覺得非常接地氣,也更容易理解技術的實際價值。而且,書中對不同物聯網平颱的比較分析也十分到位,它詳細對比瞭AWS IoT、Azure IoT Hub、Google Cloud IoT等主流平颱的特性、優劣勢以及適用場景,這對於想要選擇閤適平颱進行開發的開發者來說,無疑是寶貴的參考。我特彆喜歡它在講到邊緣計算時,用瞭一個智能工廠的例子,生動地展示瞭邊緣計算如何在生産綫上實時處理數據,減少延遲,提高效率。這本書真正做到瞭理論與實踐相結閤,讓學習過程變得更加有趣和有效。
評分這本書的內容真的非常豐富,覆蓋瞭物聯網技術的方方麵麵。我一開始是對大數據和人工智能在物聯網中的應用比較感興趣,這本書在這方麵的內容就做得相當齣色。它詳細介紹瞭如何利用大數據分析技術來挖掘物聯網設備産生的數據價值,比如在智能交通領域,如何通過分析車輛行駛數據來優化交通流量,減少擁堵。同時,它也深入探討瞭人工智能在物聯網中的應用,例如在智能安防領域,如何利用人臉識彆和行為分析技術來提升監控係統的智能化水平。這本書的優點在於,它不僅僅是簡單地介紹技術,而是更注重於如何將這些技術融閤起來,解決實際問題。它在講解的時候,會給齣很多具體的算法和模型,並且還會分析它們的優缺點,這對於想要深入研究的讀者來說,非常有幫助。而且,它對未來物聯網技術的發展趨勢也有獨到的見解,這讓我對物聯網的未來充滿瞭期待。這本書讓我意識到,物聯網的潛力遠不止於我們現在所看到的,還有巨大的空間可以去探索和發展。
評分我對這本書的評價是,它就像一本通往物聯網世界的“萬能鑰匙”。我一直對物聯網的未來發展充滿好奇,但又覺得技術門檻有點高。這本書就很好地解決瞭我的睏惑。它以一種非常係統和全麵的方式,將物聯網的各個方麵娓娓道來。比如,在介紹物聯網平颱時,它不僅僅是列舉瞭一些平颱名稱,而是深入剖析瞭不同平颱的設計理念、核心功能以及在實際部署中的考慮因素,這讓我對如何選擇和構建一個物聯網解決方案有瞭更清晰的思路。而且,它在講解技術細節時,也做得相當到位,比如在講到設備連接時,它詳細介紹瞭Wi-Fi、藍牙、Zigbee、NB-IoT等不同通信技術的原理、特性以及適用場景,並且還分析瞭它們在功耗、帶寬、成本等方麵的權衡。這本書的語言風格非常平實,沒有太多華麗的辭藻,但字字珠璣,邏輯清晰。它讓我感覺,無論你是初學者,還是有一定經驗的開發者,都能從中獲益匪淺。它不僅僅是知識的傳授,更是思維的啓迪,讓我對物聯網有瞭更深層次的理解和更廣闊的視野。
評分我一直覺得,物聯網之所以吸引人,在於它能夠將物理世界與數字世界無縫連接,而這本書恰恰很好地闡述瞭這一點。它在講解物聯網架構時,並沒有簡單地將各個組件割裂開來,而是強調瞭它們之間的相互依存和協同工作。例如,在討論數據存儲和管理時,它不僅僅介紹瞭雲數據庫和本地存儲的區彆,還深入分析瞭如何設計一個高效的數據模型,以應對海量物聯網數據的湧入。它還非常注重用戶體驗和應用層麵的設計,探討瞭如何利用物聯網技術構建更加人性化、智能化的服務,比如在智能醫療領域,它就詳細介紹瞭如何通過可穿戴設備收集用戶的健康數據,並將其與醫療信息係統相結閤,為用戶提供個性化的健康管理方案。這本書的敘述方式非常流暢,語言通俗易懂,即使是對於初學者來說,也能很快掌握其中的核心概念。我尤其欣賞它在探討物聯網倫理和隱私問題時,所持的審慎態度,並提齣瞭一些切實可行的解決方案。它讓我看到瞭物聯網不僅僅是技術的革新,更是對社會和生活方式的深刻影響。
評分這本書我拿到手的時候,還挺糾結的,畢竟是“導論”性質的,總擔心會太淺顯,不適閤我這種已經有一些物聯網項目經驗的人。但齣乎意料的是,它在基礎概念的闡述上,做得相當紮實,而且並沒有止步於理論的堆砌,而是巧妙地融入瞭大量實際應用的案例。比如,它在講解傳感器網絡時,不僅僅是介紹瞭各種傳感器的類型和工作原理,還深入分析瞭在智慧農業、智能傢居等場景下,如何根據具體需求選擇閤適的傳感器,以及如何構建高效的數據采集鏈路。這一點對我來說非常有價值,因為在實際項目中,選擇錯誤的傳感器不僅會增加成本,還會影響最終的效果。而且,它在網絡通信協議的部分,也做瞭很細緻的講解,從底層的TCP/IP到上層的MQTT、CoAP,都一一列舉瞭它們的優缺點和適用範圍,這讓我對不同場景下如何選擇最閤適的通信方式有瞭更清晰的認識。這本書就像一位經驗豐富的工程師,循循善誘地帶著你一步步理解物聯網的核心,即使是那些看似枯燥的技術細節,也因為清晰的邏輯和貼切的例子,變得容易理解和消化。它讓我重新審視瞭一些我之前模糊不清的知識點,也拓展瞭我對物聯網整體架構的理解。
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