物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

前言

物聯(lián)網(wǎng)是國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心領(lǐng)域，將在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮重要作用。目前，物聯(lián)網(wǎng)是全球研究的熱點問題，國內(nèi)外都把它的發(fā)展提到了國家級的戰(zhàn)略高度，稱之為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。新技術(shù)發(fā)展需要大批專業(yè)技術(shù)人才，為適應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，加大信息網(wǎng)絡(luò)高級專門人才培養(yǎng)力度，許多高校利用已有的研究基礎(chǔ)和教學(xué)條件，設(shè)置傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)專業(yè)，或修訂人才培養(yǎng)計劃，推進課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革和創(chuàng)新，以滿足新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才的迫切需求。為適應(yīng)電氣信息類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)需要，以及社會各界對了解信息網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的迫切要求，我們編寫了《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》這本書。從“智慧地球”的理念到“感知中國”的提出，全球一體化、工業(yè)自動化和信息化進程不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)悄然來臨。何謂物聯(lián)網(wǎng)？不同的階段在不同的場合有不同的描述。目前對物聯(lián)網(wǎng)比較準(zhǔn)確的表述是：通過各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)（傳感網(wǎng)、射頻識別系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等）、條碼與二維碼、全球定位系統(tǒng)，按約定的通信協(xié)議，將物與物、人與物連接起來，通過各種接入網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)進行信息交換，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是每一個物件都可以尋址，每一個物件都可以控制，每一個物件都可以通信。顯然，它作為“感知、傳輸、應(yīng)用”3項技術(shù)相結(jié)合的一種產(chǎn)物,是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。因此，本書將緊緊圍繞物聯(lián)網(wǎng)中“感知、傳輸、應(yīng)用”所涉及的3項技術(shù)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識體系，分為基本概念、節(jié)點感知、通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)應(yīng)用4個部分共8章內(nèi)容，比較全面地介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念、實現(xiàn)技術(shù)和典型應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書比較全面地介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、實現(xiàn)技術(shù)和典型應(yīng)用。首先討論物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、軟硬件平臺系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域；其次介紹節(jié)點感知識別技術(shù)，包括射頻識別工作原理、RFID系統(tǒng)的基本組成及其典型應(yīng)用、傳感器及檢測技術(shù)等；然后講述與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感網(wǎng)及其關(guān)鍵支撐技術(shù)等內(nèi)容；最后介紹物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)融合、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計與典型應(yīng)用，使課程理論與實踐緊密地結(jié)合起來。    本書可作為高等院校電氣信息類專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程的教材參考書，也可作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)教材或者IT科研人員和管理人員的參考讀物。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  何謂物聯(lián)網(wǎng)  1.2  物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)    1.2.1  物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)    1.2.2  物聯(lián)網(wǎng)的EPC體系結(jié)構(gòu)    1.2.3  物聯(lián)網(wǎng)的UID技術(shù)體系    1.2.4  構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的建議  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)的關(guān)鍵技術(shù)    1.4.1  節(jié)點感知技術(shù)    1.4.2  節(jié)點組網(wǎng)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)    1.4.3  數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)    1.4.4  云計算  1.5  物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及發(fā)展    1.5.1  物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域    1.5.2  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第2章  射頻識別技術(shù)  2.1  射頻識別技術(shù)概述    2.1.1  何謂射頻識別    2.1.2  RFID技術(shù)分類    2.1.3  RFID技術(shù)應(yīng)用    2.1.4  RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡介  2.2  RFID系統(tǒng)的組成    2.2.1  RFID系統(tǒng)的硬件組件    2.2.2  RFID系統(tǒng)中的軟件組件  2.3  RFID系統(tǒng)的工作原理    2.3.1  電感耦合RFID系統(tǒng)    2.3.2  反向散射耦合RFID系統(tǒng)  2.4  RFID中間件技術(shù)    2.4.1  RFID中間件的組成及功能特點    2.4.2  RFID中間件體系結(jié)構(gòu)    2.4.3  常見的RFID中間件  2.5  RFID系統(tǒng)的安全    2.5.1  RFID系統(tǒng)面臨的安全攻擊    2.5.2  RFID系統(tǒng)的安全風(fēng)險分類    2.5.3  RFID系統(tǒng)的安全缺陷    2.5.4  RFID安全需求及研究進展  2.6  RFID應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)示例    2.6.1  RFID系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)簡介    2.6.2  基于RFID技術(shù)的ETC系統(tǒng)設(shè)計  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第3章  傳感器及檢測技術(shù)  3.1  傳感器概述    3.1.1  傳感器的概念    3.1.2  傳感器的分類    3.1.3  傳感器的應(yīng)用    3.1.4  傳感器的發(fā)展趨勢  3.2  傳感器的組成和結(jié)構(gòu)    3.2.1  傳感器的組成    3.2.2  傳感器的結(jié)構(gòu)形式  3.3  檢測技術(shù)基礎(chǔ)    3.3.1  檢測系統(tǒng)概述    3.3.2  檢測的基本概念    3.3.3  檢測技術(shù)分類    3.3.4  檢測系統(tǒng)組成  3.4  典型傳感器原理簡介    3.4.1  電阻式傳感器    3.4.2  壓電式傳感器    3.4.3  磁電式傳感器    3.4.4  光纖傳感器  3.5  傳感器與微機接口技術(shù)    3.5.1  傳感器與微機接口電路組成    3.5.2  傳感器的信號采集電路    3.5.3  A/D轉(zhuǎn)換及微機接口技術(shù)    3.5.4  D/A轉(zhuǎn)換及微機接口技術(shù)  3.6  智能檢測系統(tǒng)    3.6.1  智能檢測系統(tǒng)的組成及類型    3.6.2  智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計    3.6.3  智能傳感器技術(shù)  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第4章  物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)  4.1  無線通信與網(wǎng)絡(luò)概述    4.1.1  無線通信技術(shù)    4.1.2  無線通信網(wǎng)絡(luò)    4.1.3  無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展  4.2  無線個域網(wǎng)    4.2.1  IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)    4.2.2  ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)    4.2.3  ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)    4.2.4  藍牙技術(shù)    4.2.5  超寬帶技術(shù)  4.3  無線局域網(wǎng)    4.3.1  IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系列    4.3.2  IEEE 802.11 WLAN組成結(jié)構(gòu)    4.3.3  IEEE 802.11幀結(jié)構(gòu)    4.3.4  IEEE 802.11 MAC協(xié)議    4.3.5  Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)    4.3.6  無線局域網(wǎng)的構(gòu)建  4.4  無線城域網(wǎng)    4.4.1  無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系列    4.4.2  IEEE 802.16協(xié)議體系結(jié)構(gòu)    4.4.3  WiMAX網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建  4.5  無線廣域網(wǎng)  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第5章  無線傳感網(wǎng)  5.1  傳感網(wǎng)概述    5.1.1  傳感網(wǎng)的基本組成    5.1.2  傳感網(wǎng)的特點    5.1.3  傳感網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展  5.2  傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)    5.2.1  傳感網(wǎng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)    5.2.2  傳感網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)  5.3  傳感網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)  5.4  傳感網(wǎng)節(jié)點部署與覆蓋    5.4.1  傳感網(wǎng)節(jié)點部署    5.4.2  傳感網(wǎng)覆蓋    5.4.3  連接與節(jié)能  5.5  傳感網(wǎng)MAC協(xié)議    5.5.1  基于競爭的MAC協(xié)議    5.5.2  基于時分復(fù)用的MAC協(xié)議    5.5.3  基于CDMA方式的信道分配協(xié)議  5.6  傳感網(wǎng)路由協(xié)議    5.6.1  基于平面結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議    5.6.2  基于地理位置的路由協(xié)議    5.6.3  基于分級結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議  5.7  傳感網(wǎng)的安全    5.7.1  傳感網(wǎng)面臨的安全障礙    5.7.2  傳感網(wǎng)的安全性目標(biāo)    5.7.3  傳感網(wǎng)安全攻擊與防御  5.8  傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)    5.8.1  傳感網(wǎng)設(shè)計要求    5.8.2  傳感網(wǎng)核心部件的設(shè)計    5.8.3  傳感網(wǎng)操作系統(tǒng)  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第6章  物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及管理  6.1  何謂數(shù)據(jù)融合    6.1.1  數(shù)據(jù)融合的概念    6.1.2  物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)融合  6.2  數(shù)據(jù)融合的基本原理及層次結(jié)構(gòu)    6.2.1  數(shù)據(jù)融合的基本原理    6.2.2  物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu)    6.2.3  基于信息抽象層次的數(shù)據(jù)融合模型  6.3  數(shù)據(jù)融合技術(shù)與算法    6.3.1  傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸及融合技術(shù)    6.3.2  多傳感器數(shù)據(jù)融合算法    6.3.3  傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)融合路由算法  6.4  物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理技術(shù)    6.4.1  傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)    6.4.2  數(shù)據(jù)模型及存儲查詢    6.4.3  數(shù)據(jù)融合及管理技術(shù)研究與發(fā)展  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第7章  云計算  7.1  云計算概述    7.1.1  云計算起源    7.1.2  云計算的定義    7.1.3  云計算的類型    7.1.4  云計算與物聯(lián)網(wǎng)  7.2  云計算系統(tǒng)組成及其技術(shù)    7.2.1  云計算系統(tǒng)組成    7.2.2  云計算系統(tǒng)的服務(wù)層次    7.2.3  云計算關(guān)鍵技術(shù)  7.3  典型云計算系統(tǒng)簡介    7.3.1  Amazon云計算基礎(chǔ)架構(gòu)平臺    7.3.2  Google云計算應(yīng)用平臺    7.3.3  Microsoft云計算服務(wù)    7.3.4  IBM云計算服務(wù)  7.4  云計算應(yīng)用示例    7.4.1  適于云計算的瀏覽器    7.4.2  Google云計算應(yīng)用示例    7.4.3   Windows Live應(yīng)用  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考第8章  物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計與構(gòu)建  8.1  物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計基礎(chǔ)    8.1.1  物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的原則    8.1.2  物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的步驟  8.2  物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建    8.2.1  物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃    8.2.2  物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計    8.2.3  物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成  8.3  物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計示例    8.3.1  智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用示例    8.3.2  工業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用示例  8.4  傳感網(wǎng)的廣域互聯(lián)    8.4.1  傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)的方式    8.4.2  基于IPv6 的互聯(lián)接入  小結(jié)與進一步學(xué)習(xí)建議  討論與思考主要參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：信息的獲取是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用環(huán)節(jié)的第一步，沒有它，就沒有信息的傳輸、處理和應(yīng)用，也就沒有信息化。傳感器作為最重要、最基本的信息獲取手段，其作用相當(dāng)于人的五官，直接用于感知外部信息。借助于傳感器可以把被測的物理量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的電量輸出，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。對于傳感器的定義雖然沒有完全統(tǒng)一的表述，但通常趨同認為傳感器是一種能夠感覺外界信息并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和變換電路三部分組成，有時還要加上輔助電源。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是衡量一個國家科技發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。21世紀(jì)傳感器發(fā)展的總趨勢是微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化。根據(jù)傳感器的使用性質(zhì)和要求不同，傳感器有許多種分類方法。經(jīng)常按被測量、工作原理、測量原理以及信號變換關(guān)系等進行劃分。使用中根據(jù)要求進行選擇。智能傳感器是集傳感器、信號調(diào)理電路、微控制器及數(shù)字信號接口為一體的傳感器系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)處理，信號分析、診斷、自校正，以及網(wǎng)絡(luò)通信和人機對話功能，是現(xiàn)代智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。現(xiàn)代檢測技術(shù)是實現(xiàn)傳感器感知信息的提取、轉(zhuǎn)換及處理的理論和技術(shù)。涉及物理信號的采集、存儲、處理和顯示打印等，是自動化、智能化檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。智能化檢測系統(tǒng)是集微計算機和網(wǎng)絡(luò)通信理論為一體的現(xiàn)代自動檢測技術(shù)，可以完成多傳感器的數(shù)據(jù)融合處理以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和處理，符合未來檢測技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展要求。

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