物聯網技術及應用教程

目     錄
　　
第1章  緒論    1
1.1  物聯網的起源與發(fā)展    2
1.1.1  美國“智慧地球”戰(zhàn)略    3
1.1.2  中國“感知中國”計劃    3
1.1.3  日本及歐盟發(fā)展計劃    4
1.2  物聯網的基本概念    5
1.2.1  物聯網的定義    5
1.2.2  物聯網的特征    6
1.2.3  物聯網與各種網絡的關系    7
1.3  物聯網的體系結構    9
1.3.1  感知層    13
1.3.2  網絡層    13
1.3.3  應用層    14
1.4  物聯網的支撐技術    15
1.4.1  感知層的支撐技術    15
1.4.2  網絡層的支撐技術    17
1.4.3  應用層的支撐技術    18
1.5  物聯網應用案例    19
1.5.1  精細農牧業(yè)    19
1.5.2  智能電網    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  智慧醫(yī)療    21
1.5.7  智能安防    21
小結    21
習題    22
實踐——調研物聯網應用案例    22
第2章  自動識別技術    23
2.1  自動識別技術概述    24
2.1.1  自動識別技術的概念    24
2.1.2  自動識別技術的分類    24
2.1.3  自動識別系統(tǒng)的構成    25
2.2  物品信息編碼及識別技術    26
2.2.1  物品信息編碼發(fā)展簡史    26
2.2.2  條碼技術概述    27
2.2.3  條碼識別系統(tǒng)處理流程    32
2.3  射頻識別    36
2.3.1  RFID系統(tǒng)工作原理    36
2.3.2  RFID系統(tǒng)分類    39
2.3.3  RFID系統(tǒng)組成    42
2.3.4  RFID系統(tǒng)的防碰撞機制及防沖突算法    48
2.3.5  RFID應用前景    50
2.4  卡識別    51
2.4.1  磁卡識別技術    51
2.4.2  IC卡識別技術    52
2.5  語音識別    53
2.5.1  語音識別系統(tǒng)分類    54
2.5.2  語音識別工作原理    54
2.6  光學字符識別    56
2.7  生物識別    57
小結    58
習題    59
實踐——調研RFID及生物識別技術    59
第3章  傳感器與無線傳感網    61
3.1  傳感器概述            62
3.1.1  傳感器的定義    62
3.1.2  傳感器的構成    63
3.1.3  傳感器的特性    63
3.1.4  傳感器的種類    65
3.1.5  傳感器產業(yè)的發(fā)展    67
3.2  常用傳感器            69
3.2.1  溫度傳感器    69
3.2.2  濕度傳感器    71
3.2.3  氣敏傳感器    73
3.2.4  應變片式傳感器    74
3.2.5  霍爾傳感器    76
3.2.6  超聲波傳感器    77
3.3  新型傳感器            78
3.3.1  多功能傳感器    79
3.3.2  MEMS傳感器    80
3.3.3  智能傳感器    83
3.4  傳感器的應用    87
3.4.1  傳感器應用現狀    87
3.4.2  傳感器應用案例    88
3.5  無線傳感網概述    90
3.5.1  無線傳感網的組成    91
3.5.2  無線傳感網的體系結構    93
3.5.3  無線傳感網的特征            94
3.5.4  無線傳感網的接入     96
3.6  無線傳感網的通信協(xié)議    97
3.6.1  MAC協(xié)議    97
3.6.2  路由協(xié)議    100
3.6.3  傳輸協(xié)議    104
3.7  無線傳感網的組網技術    105
3.7.1  無線傳感網的組網模式    105
3.7.2  ZigBee概述    105
3.7.3  ZigBee協(xié)議的特點    106
3.7.4  ZigBee協(xié)議的設備和結構    107
3.7.5  ZigBee協(xié)議棧    108
3.7.6  6LoWPAN          111
3.8  無線傳感網的關鍵技術    114
3.8.1  拓撲控制    114
3.8.2  時間同步    115
3.8.3  數據融合    117
3.9  無線傳感網的應用    120
小結    121
習題    121
實踐——調研高鐵使用的物聯網技術    122
第4章  定位技術    125
4.1  定位技術概述    126
4.1.1  定位技術的早期發(fā)展    126
4.1.2  定位的性能指標    127
4.1.3  定位技術的分類    127
4.1.4  定位技術與物聯網    128
4.2  全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)    128
4.2.1  美國GPS    128
4.2.2  俄羅斯GLONASS    133
4.2.3  中國BDS    134
4.2.4  歐洲GALILEO    135
4.3  基于網絡的定位技術    137
4.3.1  基于移動通信網絡的定位    137
4.3.2  基于無線局域網的定位    140
4.4  感知定位技術    142
4.4.1  藍牙定位技術    142
4.4.2  基于ZigBee的定位技術    143
4.4.3  基于RFID的定位技術    143
4.4.4  基于紅外的定位技術    144
4.4.5  超聲波定位技術    144
4.4.6  超寬帶定位技術    145
4.5  混合定位    145
4.5.1  A-GPS    145
4.5.2  GPSOne    147
4.6  基于位置的服務    147
4.6.1  LBS發(fā)展歷程    148
4.6.2  LBS系統(tǒng)構成    149
4.6.3  LBS核心技術    150
4.6.4  LBS服務模式    151
4.6.5  LBS應用案例——AR    153
小結    154
習題    154
實踐——調研物聯網定位技術應用案例    155
第5章  智能嵌入技術    157
5.1  嵌入式系統(tǒng)概述    158
5.1.1  基本概念    158
5.1.2  基本特點    158
5.1.3  發(fā)展過程    159
5.2  嵌入式系統(tǒng)的結構    159
5.2.1  硬件層    160
5.2.2  硬件抽象層    160
5.2.3  系統(tǒng)軟件層    161
5.2.4  應用軟件層    161
5.3  嵌入式微處理器的分類    161
5.3.1  嵌入式微控制器    162
5.3.2  嵌入式數字信號處理器    162
5.3.3  嵌入式微處理單元    163
5.3.4  片上系統(tǒng)    163
5.4  嵌入式操作系統(tǒng)    164
5.4.1  嵌入式操作系統(tǒng)概述    164
5.4.2  嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展    165
5.4.3  典型的嵌入式操作系統(tǒng)    166
5.5  智能嵌入技術的應用    171
5.5.1  工業(yè)自動化    171
5.5.2  商業(yè)應用    171
5.5.3  網絡設備    171
5.5.4  智能家居    172
5.5.5  機器人    173
5.6  智能嵌入技術的發(fā)展趨勢    173
小結    174
習題    174
實踐——配置Android系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境    174
第6章  通信網絡技術    175
6.1  有線接入技術    177
6.1.1  Ethernet接入技術    177
6.1.2  ADSL接入技術    178
6.1.3  HFC接入技術    179
6.1.4  光纖接入技術    179
6.1.5  電力線接入技術    180
6.2  無線接入技術    181
6.2.1  Wi-Fi技術(IEEE 802.11)            182
6.2.2  Blue-Tooth技術(IEEE 802.15.1)    185
6.2.3  UWB技術(IEEE 802.15.3)            187
6.2.4  ZigBee技術(IEEE 802.15.4)    189
6.2.5  紅外通信技術(IrDA)    189
6.2.6  IEEE 802.16(Wi-Max)    191
6.2.7  IEEE 802.20(MBWA)    192
6.3  移動通信網絡    192
6.3.1  1G——代移動通信技術    192
6.3.2  2G——第二代移動通信技術    193
6.3.3  3G——第三代移動通信技術    196
6.3.4  4G——第四代移動通信技術    198
6.3.5  5G——第五代移動通信技術    201
6.4  核心網    202
6.4.1  核心傳輸網絡    202
6.4.2  核心交換網絡    204
小結    205
習題    205
實踐——調研智能電網所用到的通信技術    205
第7章  物聯網網絡服務    207
7.1  物聯網網絡服務概述    208
7.2  物聯網名稱解析服務    211
7.2.1  物聯網名稱解析服務的工作原理    211
7.2.2  ONS結構與服務方式    213
7.2.3  ONS工作流程    215
7.3  物聯網信息發(fā)布服務    218
7.3.1  物聯網信息發(fā)布服務的工作原理    218
7.3.2  EPCIS的功能與作用    219
7.3.3  EPCIS系統(tǒng)設計    221
7.4  實體標記語言PML    223
7.4.1  PML概述    223
7.4.2  PML核心思想    224
7.4.3  PML的組成與設計方法    226
7.4.4  PML設計舉例    228
小結    229
習題    229
實踐——ISO、EPC Global及UID三大RFID標準體系    229
第8章  海量數據存儲與處理技術    231
8.1  物聯網數據處理技術概述    232
8.1.1  物聯網數據的特點    232
8.1.2  物聯網數據處理關鍵技術    233
8.2  海量數據存儲技術    234
8.2.1  海量數據存儲需求    234
8.2.2  數據存儲分類    235
8.2.3  數據存儲技術的發(fā)展演變    236
8.3  云計算與物聯網    239
8.3.1  服務器技術的發(fā)展    239
8.3.2  數據中心的基本概念    241
8.3.3  云計算的基本概念    243
8.3.4  云計算系統(tǒng)的組成    245
8.3.5  云計算與物聯網的關系    248
8.3.6  云計算在物聯網中的應用    249
8.4  數據融合技術    253
8.4.1  無線傳感器網絡數據融合技術    253
8.4.2  數據融合的分類    254
8.5  普適計算與物聯網    256
8.5.1  普適計算技術的特征    257
8.5.2  普適計算的系統(tǒng)組成    258
8.5.3  普適計算的體系結構    258
8.6  人工智能與物聯網    259
小結    260
習題    260
實踐——調研云計算服務方案    260
第9章  物聯網應用    263
9.1  智能工業(yè)    264
9.1.1  智能工業(yè)的概念    264
9.1.2  智能工業(yè)的應用領域    264
9.1.3  物聯網與工業(yè)自動化    265
9.1.4  智能化的制造技術    265
9.1.5  智能工業(yè)的關鍵技術    267
9.2  智慧農業(yè)    268
9.2.1  智慧農業(yè)的概念    268
9.2.2  智慧農業(yè)的關鍵技術    268
9.2.3  智慧農業(yè)技術方案    270
9.2.4  智慧農業(yè)發(fā)展與應用實例    271
9.3  智能物流    273
9.3.1  智能物流的概念    273
9.3.2  智能物流的主要技術    273
9.3.3  物聯網對物流的影響    275
9.3.4  智能物流的發(fā)展方向    277
小結    280
習題    280
實踐——精細農業(yè)智能大棚系統(tǒng)設計    280
第10章  物聯網安全技術    283
10.1  物聯網的安全架構    284
10.1.1  物聯網面臨的安全風險    284
10.1.2  物聯網系統(tǒng)安全架構的特點    286
10.1.3  物聯網系統(tǒng)安全架構的組成    286
10.2  物聯網的安全威脅    287
10.2.1  感知層安全    288
10.2.2  網絡層安全    293
10.2.3  應用層安全    296
10.3  物聯網安全關鍵技術    297
10.3.1  密鑰管理技術    297
10.3.2  身份認證技術    299
10.3.3  訪問控制技術    300
小結    301
習題    301
實踐——調研物聯網安全威脅    301
參考文獻    302