物联网技术及应用教程

目     录
　　
第1章  绪论    1
1.1  物联网的起源与发展    2
1.1.1  美国“智慧地球”战略    3
1.1.2  中国“感知中国”计划    3
1.1.3  日本及欧盟发展计划    4
1.2  物联网的基本概念    5
1.2.1  物联网的定义    5
1.2.2  物联网的特征    6
1.2.3  物联网与各种网络的关系    7
1.3  物联网的体系结构    9
1.3.1  感知层    13
1.3.2  网络层    13
1.3.3  应用层    14
1.4  物联网的支撑技术    15
1.4.1  感知层的支撑技术    15
1.4.2  网络层的支撑技术    17
1.4.3  应用层的支撑技术    18
1.5  物联网应用案例    19
1.5.1  精细农牧业    19
1.5.2  智能电网    20
1.5.3  智能交通    20
1.5.4  智慧物流    20
1.5.5  智能家居    21
1.5.6  智慧医疗    21
1.5.7  智能安防    21
小结    21
习题    22
实践——调研物联网应用案例    22
第2章  自动识别技术    23
2.1  自动识别技术概述    24
2.1.1  自动识别技术的概念    24
2.1.2  自动识别技术的分类    24
2.1.3  自动识别系统的构成    25
2.2  物品信息编码及识别技术    26
2.2.1  物品信息编码发展简史    26
2.2.2  条码技术概述    27
2.2.3  条码识别系统处理流程    32
2.3  射频识别    36
2.3.1  RFID系统工作原理    36
2.3.2  RFID系统分类    39
2.3.3  RFID系统组成    42
2.3.4  RFID系统的防碰撞机制及防冲突算法    48
2.3.5  RFID应用前景    50
2.4  卡识别    51
2.4.1  磁卡识别技术    51
2.4.2  IC卡识别技术    52
2.5  语音识别    53
2.5.1  语音识别系统分类    54
2.5.2  语音识别工作原理    54
2.6  光学字符识别    56
2.7  生物识别    57
小结    58
习题    59
实践——调研RFID及生物识别技术    59
第3章  传感器与无线传感网    61
3.1  传感器概述            62
3.1.1  传感器的定义    62
3.1.2  传感器的构成    63
3.1.3  传感器的特性    63
3.1.4  传感器的种类    65
3.1.5  传感器产业的发展    67
3.2  常用传感器            69
3.2.1  温度传感器    69
3.2.2  湿度传感器    71
3.2.3  气敏传感器    73
3.2.4  应变片式传感器    74
3.2.5  霍尔传感器    76
3.2.6  超声波传感器    77
3.3  新型传感器            78
3.3.1  多功能传感器    79
3.3.2  MEMS传感器    80
3.3.3  智能传感器    83
3.4  传感器的应用    87
3.4.1  传感器应用现状    87
3.4.2  传感器应用案例    88
3.5  无线传感网概述    90
3.5.1  无线传感网的组成    91
3.5.2  无线传感网的体系结构    93
3.5.3  无线传感网的特征            94
3.5.4  无线传感网的接入     96
3.6  无线传感网的通信协议    97
3.6.1  MAC协议    97
3.6.2  路由协议    100
3.6.3  传输协议    104
3.7  无线传感网的组网技术    105
3.7.1  无线传感网的组网模式    105
3.7.2  ZigBee概述    105
3.7.3  ZigBee协议的特点    106
3.7.4  ZigBee协议的设备和结构    107
3.7.5  ZigBee协议栈    108
3.7.6  6LoWPAN          111
3.8  无线传感网的关键技术    114
3.8.1  拓扑控制    114
3.8.2  时间同步    115
3.8.3  数据融合    117
3.9  无线传感网的应用    120
小结    121
习题    121
实践——调研高铁使用的物联网技术    122
第4章  定位技术    125
4.1  定位技术概述    126
4.1.1  定位技术的早期发展    126
4.1.2  定位的性能指标    127
4.1.3  定位技术的分类    127
4.1.4  定位技术与物联网    128
4.2  全球导航卫星系统    128
4.2.1  美国GPS    128
4.2.2  俄罗斯GLONASS    133
4.2.3  中国BDS    134
4.2.4  欧洲GALILEO    135
4.3  基于网络的定位技术    137
4.3.1  基于移动通信网络的定位    137
4.3.2  基于无线局域网的定位    140
4.4  感知定位技术    142
4.4.1  蓝牙定位技术    142
4.4.2  基于ZigBee的定位技术    143
4.4.3  基于RFID的定位技术    143
4.4.4  基于红外的定位技术    144
4.4.5  超声波定位技术    144
4.4.6  超宽带定位技术    145
4.5  混合定位    145
4.5.1  A-GPS    145
4.5.2  GPSOne    147
4.6  基于位置的服务    147
4.6.1  LBS发展历程    148
4.6.2  LBS系统构成    149
4.6.3  LBS核心技术    150
4.6.4  LBS服务模式    151
4.6.5  LBS应用案例——AR    153
小结    154
习题    154
实践——调研物联网定位技术应用案例    155
第5章  智能嵌入技术    157
5.1  嵌入式系统概述    158
5.1.1  基本概念    158
5.1.2  基本特点    158
5.1.3  发展过程    159
5.2  嵌入式系统的结构    159
5.2.1  硬件层    160
5.2.2  硬件抽象层    160
5.2.3  系统软件层    161
5.2.4  应用软件层    161
5.3  嵌入式微处理器的分类    161
5.3.1  嵌入式微控制器    162
5.3.2  嵌入式数字信号处理器    162
5.3.3  嵌入式微处理单元    163
5.3.4  片上系统    163
5.4  嵌入式操作系统    164
5.4.1  嵌入式操作系统概述    164
5.4.2  嵌入式操作系统的发展    165
5.4.3  典型的嵌入式操作系统    166
5.5  智能嵌入技术的应用    171
5.5.1  工业自动化    171
5.5.2  商业应用    171
5.5.3  网络设备    171
5.5.4  智能家居    172
5.5.5  机器人    173
5.6  智能嵌入技术的发展趋势    173
小结    174
习题    174
实践——配置Android系统集成开发环境    174
第6章  通信网络技术    175
6.1  有线接入技术    177
6.1.1  Ethernet接入技术    177
6.1.2  ADSL接入技术    178
6.1.3  HFC接入技术    179
6.1.4  光纤接入技术    179
6.1.5  电力线接入技术    180
6.2  无线接入技术    181
6.2.1  Wi-Fi技术(IEEE 802.11)            182
6.2.2  Blue-Tooth技术(IEEE 802.15.1)    185
6.2.3  UWB技术(IEEE 802.15.3)            187
6.2.4  ZigBee技术(IEEE 802.15.4)    189
6.2.5  红外通信技术(IrDA)    189
6.2.6  IEEE 802.16(Wi-Max)    191
6.2.7  IEEE 802.20(MBWA)    192
6.3  移动通信网络    192
6.3.1  1G——代移动通信技术    192
6.3.2  2G——第二代移动通信技术    193
6.3.3  3G——第三代移动通信技术    196
6.3.4  4G——第四代移动通信技术    198
6.3.5  5G——第五代移动通信技术    201
6.4  核心网    202
6.4.1  核心传输网络    202
6.4.2  核心交换网络    204
小结    205
习题    205
实践——调研智能电网所用到的通信技术    205
第7章  物联网网络服务    207
7.1  物联网网络服务概述    208
7.2  物联网名称解析服务    211
7.2.1  物联网名称解析服务的工作原理    211
7.2.2  ONS结构与服务方式    213
7.2.3  ONS工作流程    215
7.3  物联网信息发布服务    218
7.3.1  物联网信息发布服务的工作原理    218
7.3.2  EPCIS的功能与作用    219
7.3.3  EPCIS系统设计    221
7.4  实体标记语言PML    223
7.4.1  PML概述    223
7.4.2  PML核心思想    224
7.4.3  PML的组成与设计方法    226
7.4.4  PML设计举例    228
小结    229
习题    229
实践——ISO、EPC Global及UID三大RFID标准体系    229
第8章  海量数据存储与处理技术    231
8.1  物联网数据处理技术概述    232
8.1.1  物联网数据的特点    232
8.1.2  物联网数据处理关键技术    233
8.2  海量数据存储技术    234
8.2.1  海量数据存储需求    234
8.2.2  数据存储分类    235
8.2.3  数据存储技术的发展演变    236
8.3  云计算与物联网    239
8.3.1  服务器技术的发展    239
8.3.2  数据中心的基本概念    241
8.3.3  云计算的基本概念    243
8.3.4  云计算系统的组成    245
8.3.5  云计算与物联网的关系    248
8.3.6  云计算在物联网中的应用    249
8.4  数据融合技术    253
8.4.1  无线传感器网络数据融合技术    253
8.4.2  数据融合的分类    254
8.5  普适计算与物联网    256
8.5.1  普适计算技术的特征    257
8.5.2  普适计算的系统组成    258
8.5.3  普适计算的体系结构    258
8.6  人工智能与物联网    259
小结    260
习题    260
实践——调研云计算服务方案    260
第9章  物联网应用    263
9.1  智能工业    264
9.1.1  智能工业的概念    264
9.1.2  智能工业的应用领域    264
9.1.3  物联网与工业自动化    265
9.1.4  智能化的制造技术    265
9.1.5  智能工业的关键技术    267
9.2  智慧农业    268
9.2.1  智慧农业的概念    268
9.2.2  智慧农业的关键技术    268
9.2.3  智慧农业技术方案    270
9.2.4  智慧农业发展与应用实例    271
9.3  智能物流    273
9.3.1  智能物流的概念    273
9.3.2  智能物流的主要技术    273
9.3.3  物联网对物流的影响    275
9.3.4  智能物流的发展方向    277
小结    280
习题    280
实践——精细农业智能大棚系统设计    280
第10章  物联网安全技术    283
10.1  物联网的安全架构    284
10.1.1  物联网面临的安全风险    284
10.1.2  物联网系统安全架构的特点    286
10.1.3  物联网系统安全架构的组成    286
10.2  物联网的安全威胁    287
10.2.1  感知层安全    288
10.2.2  网络层安全    293
10.2.3  应用层安全    296
10.3  物联网安全关键技术    297
10.3.1  密钥管理技术    297
10.3.2  身份认证技术    299
10.3.3  访问控制技术    300
小结    301
习题    301
实践——调研物联网安全威胁    301
参考文献    302