物联网概论第2版_韩毅刚冯飞杨仁宇等_9787111586906

《物联网概论第2版》以物联网中的数据流动为主线，介绍了物联网的基本概念和体系结构，包括从物品信息编码到自动识别、从传感器到传感器网络、从局部网络到互联网、从终端设备到数据中心、从嵌入式系统到服务器集群、从数据融合到云计算，以及从设计思想到物联网标准，以广度为主，阐述了组建物联网的各种集成技术和所涉及的概念。《物联网概论第2版》提供教学视频、教学大纲、教学建议、习题参考答案、3套试卷（附评分标准）和PPT课件。本书可作为一般高等院校各专业物联网课程的入门教材，重点面向物联网工程、计算机、通信工程及电子信息专业的本科生和相关专业技术人员，也可作为其他专业了解物联网整体概况和具体技术实现的参考书。

　　物联网主要源自RFID、WSN和M2M这3种应用场合，近几年，物联网的各种关键技术处于升级换代的阶段，新技术和热点技术也层出不穷，如感知层的纳米传感器、ZigBee 3.0和Thread无线传感器网络；传输层的超密集网络、绿色通信技术等；处理层的大数据分析和可视化呈现等；应用层的自动驾驶、“互联网+”等。

　　从体系结构来看，各种物联网应用的解决方案大同小异，但具体实施的技术又完全不同。本书从各种物联网应用的特点出发，选取不同的知识点，每章都有自己独特的知识点和针对该知识点的实例。

　　第1章“物联网体系结构”，重点介绍了物联网与其他通信网络的关系和物联网的体系结构。每种通信网络都有其自己的体系结构，最著名是计算机网络的ISO的OSI七层模型，该模型虽被淘汰，但其遗留下来的术语却一直在被使用，并且是通信网络新建体系结构的比较模型。其次是目前互联网使用的TCP/IP协议模型，但它没有一个标准的官方模型。本书采用的是ITU-T给出的物联网4层体系结构，不过考虑到各种技术所用的基础知识和习惯用法。本书没有完全采用该模型的层次名称，也没有按照严格的层次结构来安排章节顺序。感知层包括第2、3、4、6、7和12章，传输层包括第5、8、9章，处理层包括第10章，应用层包括第13章。第1章和第14章包含了所有层次，是对物联网的概括和总结。

　　第2章“物品信息编码”，单纯介绍了物品的分类编码，包括条码和EPC，而把编码的载体放在了第3章自动识别技术中。本章的重点是EPC及基于EPC的网络信息系统的构成。离开了载体的物品信息编码对初学者来说可能会感觉有些抽象，本章最后的业务流程和开发实例可以解决这些问题。

　　第3章“自动识别技术”的重点是RFID。物流系统中的物品信息编码和RFID是物联网的一个重要起源。RFID的电子标签和阅读器已经在生活中随处可见，随着一些软件开发工具的发展，其他一些自动识别技术也能被初学者开发展示出来，例如，利用MATLAB仿真工具就可以实现声纹识别和语音识别。

　　第4章“嵌入式系统”，可以说是目前物联网应用系统开发有别于其他应用系统开发的标志性产物。尽管在智能手机等领域，嵌入式系统开发和通用计算机系统的开发几乎没有差别，但在资源受限环境下的开发还是有很大区别的。

　　第5章“通信技术”，介绍了信号传输的原理知识，是理解各种通信网络数据传输和物联网器件、设备选型的基础。与物联网其他关键技术不同，虽然通信技术是所有通信网络的基础，但在物联网的建设中通常都采用集成技术，除了特定场合，如微弱信号处理等，很少直接涉及通信技术本身。不过，短距离无线通信技术、ICT技术的发展等都离不开通信技术的支持。

　　第6章“传感器”和第7章“传感器网络”，介绍了物联网的另一个起源，这次感知的不是物品信息而是环境信息。值得注意的是，传感器网络也从以前的环境检测延伸到家用设备感控，从低功耗、低速延伸到常规功耗、高速的应用场合，如低功耗的IEEE 802.11ah和高速IEEE 802.11ad。传感器网络的IP化也是一个趋势，ZigBee 3.0、6LoWPAN和Thread都提供了基于IP的协议栈。

　　第8章“互联网”和第9章“物联网的接入和承载”，介绍了物联网的传输层技术。对于传输层，在某些场合下，把传输层分为接入层和承载层两个层次可能更好，这种划分方式符合网络运营商对通信网络的划分——把整个通信网分为接入网和核心网两部分。随着物联网和承载网络的IP化，感知层的局部网络和传输层的承载网络能够直接无缝连接，传感网、接入网和核心网的组网技术之间的界限将会变得越来越模糊。

　　第10章“物联网的数据处理”，介绍了从数据存储、组织、挖掘到呈现的各个方面。处理层是典型的中间件层，本章主要介绍了开发物联网应用系统时常用的一些基础知识和技术。

　　第11章“物联网的安全与管理”，是物联网各个层次和组成部分都会遇到的公共问题。物联网的分散特性比较强，难以像电信网一样采用集中式管理者—代理模型。物联网不但涉及虚拟世界的信息安全，还涉及真实世界的众多传感设备甚至控制设备，其安全问题远比其他通信网络复杂。

　　第12章“定位技术”，是感知层的内容。之所以安排在本书后面进行讲述有两个原因，一是定位技术涉及很多网络方面的知识，二是基于定位技术的位置服务属于应用层的内容。

　　第13章“物联网应用”，介绍了应用层典型的应用实例。在选取各种应用解决方案时，避免知识点的重复，重点介绍目前关注的热点问题。

　　第14章“物联网标准及发展”，是对物联网各种技术的综合和归纳，所选取的标准实例都没有在前面的章节中详述过，但也都是具有普遍性或极具特性的技术，是对物联网视野的扩展。

　　本书提供教学视频、教学大纲、教学建议、习题参考答案、3套试卷（附评分标准）和PPT课件，读者可通过封底的二维码下载后浏览。习题答案不是书中知识点的罗列，很多答案实际上是对书中内容的扩充，但同时也考虑了学生做题时的知识基础。PPT课件包含了很多书中限于篇幅而未描述的技术细节和图片，可根据授课情况进行适当裁剪。

　　本书由韩毅刚、冯飞、杨仁宇、张天琦、任亚飞、章帆编写，全书由韩毅刚统稿。感谢南开大学电光学院的赵风海副教授、北京

前言教学建议第1章物联网体系结构1 1.1 物联网的发展背景1 1.2 物联网的概念2 1.2.1 物联网的定义2 1.2.2 物联网与各种网络之间的关系4 1.3 物联网的体系结构7 1.3.1 物联网三层模型8 1.3.2 ITU-T参考模型8 1.3.3 物联网的域模型9 1.4 物联网各层功能及其相关技术9 1.4.1 感知层10 1.4.2 传输层11 1.4.3 处理层13 1.4.4 应用层14 1.5 物联网的关键技术15 1.5.1 自动识别技术17 1.5.2 传感技术17 1.5.3 网络技术18 1.5.4 数据处理技术19 1.6 物联网的发展趋势和组网结构20 习题21 第2章物品信息编码22 2.1 物品的分类与编码22 2.1.1 物品分类22 2.1.2 物品代码23 2.1.3 物品编码的载体23 2.2 条码编码体系24 2.2.1 EAN.UCC编码体系24 2.2.2 全球数据同步网络25 2.3 产品电子代码EPC26 2.3.1 EPC的产生与发展27 2.3.2 EPC编码结构27 2.3.3 EPC编码转换28 2.3.4 EPC系统的组成29 2.4 EPC业务办理与EPCIS系统开发30 2.4.1 业务办理流程30 2.4.2 EPCIS系统的开发实例32 习题33 第3章自动识别技术34 3.1 自动识别技术概述34 3.1.1 自动识别技术的分类34 3.1.2 自动识别系统的构成35 3.2 条码识别36 3.2.1 条码的构成和种类36 3.2.2 条码阅读器37 3.3 二维码识别38 3.3.1 二维码的特点和分类38 3.3.2 二维码的符号结构39 3.3.3 二维码的编码过程40 3.4 RFID40 3.4.1 RFID的分类41 3.4.2 RFID系统的构成42 3.4.3 电子标签的结构44 3.4.4 读写器的结构45 3.4.5 RFID系统的能量传输47 3.4.6 RFID系统的数据传输48 3.4.7 RFID系统的防碰撞机制50 3.5 NFC50 3.5.1 NFC的技术特点51 3.5.2 NFC系统工作原理51 3.6 其他自动识别技术53 3.6.1 卡识别53 3.6.2 语音识别54 3.6.3 光学字符识别57 3.6.4 生物识别58 3.7 自动识别应用系统的开发60 3.7.1 二维码识别系统的开发60 3.7.2 RFID应用系统的开发61 3.7.3 声纹识别系统的开发63 习题64 第4章嵌入式系统65 4.1 嵌入式系统的概念和发展65 4.1.1 嵌入式系统的定义65 4.1.2 嵌入式系统的特点65 4.1.3 嵌入式系统的发展阶段66 4.1.4 物联网中的嵌入式系统66 4.1.5 嵌入式系统的发展趋势68 4.2 嵌入式系统的结构68 4.2.1 硬件层68 4.2.2 硬件抽象层73 4.2.3 系统软件层74 4.2.4 应用软件层74 4.3 嵌入式处理器的分类75 4.3.1 嵌入式微控制器75 4.3.2 嵌入式数字信号处理器75 4.3.3 嵌入式微处理单元MPU75 4.3.4 片上系统SoC76 4.4 嵌入式操作系统77 4.4.1 μC/OS-Ⅱ77 4.4.2 TRON78 4.4.3 嵌入式Linux78 4.4.4 iOS78 4.4.5 Android79 4.5 嵌入式系统的开发80 4.5.1 单片机平台上的嵌入式系统应用开发80 4.5.2 智能终端上的嵌入式系统应用开发82 习题84 第5章通信技术85 5.1 信号处理85 5.1.1 信号处理的概念85 5.1.2 数字信号处理86 5.1.3 数字信号处理应用实例88 5.2 信号传输89 5.2.1 通信方式90 5.2.2 信源编码90 5.2.3 信道编码91 5.2.4 信号编码92 5.2.5 信号调制93 5.2.6 多路复用93 5.3 无线通信94 5.3.1 无线传输系统94 5.3.2 无线通信的频段与传播方式95 5.3.3 无线传输的特征96 5.4 光通信97 5.4.1 光纤通信97 5.4.2 无线激光通信100 5.4.3 可见光通信102 5.5 新型通信技术103 5.5.1 量子通信103 5.5.2 深空通信105 5.5.3 绿色通信106 习题107 第6章传感器109 6.1 传感器的基本概念109 6.1.1 传感器的定义109 6.1.2 传感器的构成109 6.1.3 传感器的特性110 6.2 传感器的种类112 6.2.1 阻抗型传感器112 6.2.2 电压型传感器114 6.2.3 磁敏型传感器115 6.3 传感器的应用116 6.3.1 光纤传感器116 6.3.2 湿敏传感器117 6.3.3 气体传感器117 6.3.4 生物传感器118 6.4 新型传感器119 6.4.1 多功能传感器119 6.4.2 MEMS传感器120 6.4.3 纳米传感器121 6.4.4 智能传感器121 习题123 第7章传感器网络124 7.1 有线传感器网络124 7.1.1 现场总线124 7.1.2 CAN总线124 7.1.3 M-Bus总线125 7.2 无线传感器网络概述126 7.2.1 无线传感器网络的组成126 7.2.2 无线传感器网络的体系结构127 7.2.3 无线传感器网络面临的挑战和发展趋势128 7.3 无线传感器网络的通信协议129 7.3.1 MAC协议129 7.3.2 路由协议132 7.3.3 传输协议135 7.4 无线传感器网络的组网技术135 7.4.1 ZigBee136 7.4.2 Z-WAVE139 7.4.3 EnOcean141 7.4.4 Thread143 7.5 无线传感器网络的核心支撑技术146 7.5.1 拓扑控制146 7.5.2 时间同步147 7.5.3 数据融合148 7.6 无线传感器网络的应用开发150 7.6.1 无线传感器网络的硬件开发150 7.6.2 无线传感器网络操作系统的移植151 7.6.3 无线传感器网络的软件开发152 习题153 第8章互联网154 8.1 互联网体系结构154 8.1.1 TCP/IP协议模

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