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物聯網理論與技術(第二版)(簡體書)
  • 物聯網理論與技術(第二版)(簡體書)

  • 系列名:高等院校物聯網專業系列規劃教材
  • ISBN13:9787030345394
  • 出版社:科學出版社
  • 作者:楊剛;沈沛意;鄭春紅
  • 裝訂/頁數:平裝/217頁
  • 出版日:2020/01/02
人民幣定價:43元
定  價:NT$258元
優惠價: 87224
可得紅利積點:6 點

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商品簡介

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目次

書摘/試閱

《高等院校物聯網專業系列教材:物聯網理論與技術(第2版)》對物聯網理論和技術有了新的瞭解和認識,根據實際項目經驗,在《物聯網理論與技術》的基礎上,更加理論化、科學化、系統化和綜合化地編寫了本書。書中強調理論與實踐相結合,剖析了物聯網的技術知識、發展現狀及所面臨的關鍵科學問題和技術突破點,重點介紹關鍵科學問題的探索思路和解決方法;以醫療物聯網為研究導向,深入分析物聯網技術應用的方法,探討物聯網技術應用的發展思路。《物聯網理論與技術(第2版高等院校物聯網專業系列教材)》共8章,分別講述物聯網的基本概念、體系架構分層方式及其關鍵技術、自治與協同網絡體系結構、數據融合、物聯網安全、能源優化機理及資源分配,以及醫療物聯網案例等,最後闡述物聯網在推廣過程中的開放性問題。《高等院校物聯網專業系列教材:物聯網理論與技術(第2版)》可作為高等院校本科生、研究生的教材,也可作為公司、研究所的開發人員、技術管理者及物聯網技術研究者的參考書。·
《物聯網理論與技術(第二版)》試圖回答一個看似簡單卻又復雜的問題:什么是物聯網?如何構建與應用?
《物聯網理論與技術(第2版高等院校物聯網專業系列教材)》(作者楊剛、沈沛意、鄭春紅)共8章,分別講述物聯網的基本概念、體系架構分層方式及其關鍵技術、自治與協同網絡體系結構、數據融合、物聯網安全、能源優化機理及資源分配,以及醫療物聯網案例等,最后闡述物聯網在推廣過程中的開放性問題。

第二版前言
第一版前言
第1章 物聯網是什麼
1.1 物聯網的概念
1.1.1 相關背景
1.1.2 概念的提出
1.1.3 物聯網四種支撐技術與業務群
1.2 各國對物聯網的關注
1.2.1 美國的“智慧地球”
1.2.2 歐盟的“物聯網行動”計劃
1.2.3 日韓的u計劃
1.2.4 中國的“感知中國”
1.2.5 “智慧地球”和“感知中國”的簡單比較
1.3 物聯網、互聯網、泛在網
1.3.1 物聯網的傳輸通信保障--互聯網
1.3.2 物聯網發展的方向--泛在網
1.3.3 未來趨勢--網絡融合
1.4 本章小結
參考文獻

第2章 物聯網體系架構及關鍵技術
2.1 感知層
2.1.1 RFID技術
2.1.2 WSN
2.1.3 ZigBee技術
2.1.4 納米技術
2.1.5 嵌入式技術
2.2 網絡層
2.2.1 IPv6技術
2.2.2 Wi-Fi技術
2.2.3 WiMAX技術
2.2.4 3G技術
2.3 應用層
2.3.1 M2M技術
2.3.2 雲計算技術
2.3.3 數據挖掘技術
2.3.4 中間件技術
2.4 物聯網其他體系架構分層方式
2.4.1 IBM提出的八層架構
2.4.2 EPC架構
2.4.3 四層架構
2.4.4 基於業務流程的物聯網體系架構
2.4.5 五層架構
2.5 本章小結
參考文獻

第3章 自治與協同網絡體系結構的研究
3.1 協同
3.1.1 協同任務分配
3.1.2 協同信息處理
3.1.3 協同信息傳輸
3.1.4 協同資源分配
3.2 自治
3.3 自治與協同的關係
3.4 本章小結
參考文獻

第4章 數據融合
4.1 數據融合的基本概念
4.1.1 數據融合的定義
4.1.2 數據融合的分類
4.1.3 數據融合技術的基本原理
4.2 數據融合的結構和模型
4.2.1 基於信息的模型
4.2.2 基於任務的模型
4.2.3 基於角色的模型
4.3 數據融合技術與算法
4.3.1 基於估計的數據融合算法
4.3.2 基於規則推理的數據融合算法
4.3.3 基於認知模型的數據融合算法
4.4 結合數據融合的路由技術
4.5 本章小結
參考文獻

第5章 物聯網安全
5.1 物聯網安全特點
5.1.1 可跟蹤性
5.1.2 可監控性
5.1.3 可聯接性
5.2 物聯網傳統安全問題
5.2.1 移動通信的安全問題
5.2.2 信號干擾
5.2.3 惡意入侵與物聯網相整合的互聯網
5.3 物聯網特殊安全問題
5.3.1 RFID系統安全問題
5.3.2 感知網絡的傳輸與信息安全
5.3.3 核心網絡的傳輸與信息安全
5.3.4 物聯網業務的安全
5.3.5 加密機制安全問題
5.3.6 隱私安全問題
5.4 物聯網安全中間件體系結構
5.4.1 密碼服務
5.4.2 認證服務
5.4.3 安全應用
5.5 物聯網安全技術分析與解決
5.5.1 密鑰管理機制
5.5.2 數據處理與隱私
5.5.3 安全路由協議
5.5.4 認證與訪問控制
5.5.5 入侵檢測與容侵容錯技術
5.5.6 決策與控制安全
5.6 本章小結
參考文獻

第6章 能源優化機理及資源分配
6.1 物聯網能源技術革新
6.1.1 物聯網與低碳經濟
6.1.2 能源物聯網技術
6.1.3 基於物聯網的能源管理方案
6.2 物聯網系統能源優化與資源配置
6.2.1 感知環節優化
6.2.2 傳輸環節優化
6.2.3 處理環節優化
6.3 本章小結
參考文獻

第7章 醫療物聯網
7.1 遠程醫療
7.1.1 系統架構
7.1.2 業務分類
7.1.3 基本實現方案
7.2 體域網(BAN)
7.2.1 體域網的概念
7.2.2 BAN關鍵技術
7.2.3 BAN未來展望
7.3 物聯網其他應用
7.3.1 智能電網
7.3.2 智能交通
7.3.3 智能物流
7.4 發展思路
7.4.1 醫療物聯網機遇與挑戰
7.4.2 中國物聯網產業發展觀
7.5 本章小結
參考文獻

第8章 物聯網的開放性問題
8.1 物聯網之紅海和藍海戰略
8.2 海計算與雲計算
8.2.1 雲計算的雛形
8.2.2 雲計算的基本概念
8.2.3 雲計算組成架構
8.2.4 雲計算服務模式
8.2.5 雲計算的應用
8.2.6 雲計算的優缺點
8.2.7 海計算
8.2.8 海計算與雲計算的區別與聯繫
8.2.9 “雲”和“海”結合
8.3 人工智能
8.3.1 人工智能的基本概念
8.3.2 人工智能的發展歷程
8.3.3 人工智能的實現方法
8.3.4 人工智能的研究範疇與應用領域
8.3.5 人工智能的不足
8.4 物聯網標準
8.4.1 物聯網標準發展現狀
8.4.2 掌握國際話語權
8.4.3 物聯網大集成應用的核心--數據標準
8.4.4 中國的對策
8.5 本章小結
參考文獻
附錄A
附錄B
附錄C·
第1章 物聯網是什么
在物聯網時代,計算機和手機依舊是人們的生活必備品,但是和互聯網不同,它們不再是簡單地了解、分享、傳播信息的工具,而更多地是起到一種終端的作用。人們可以通過計算機和手機,了解和感知所要了解的信息,并且在此基礎上對這一信息進行控制和處理。
物聯網和互聯網有著本質的區別。例如,用戶想在互聯網上了解一個物品,必須先搜集這個物品的相關信息,然后放置到互聯網上供人們瀏覽,用戶在其中需處理很多的工作,且難以動態了解其變化。物聯網則不需要,它讓物體“說話”,通過在物體上植入各種微型感應芯片,并借助無線通信網絡,與現在的互聯網相互聯接,讓其“開口說話”。因此,互聯網是聯接的虛擬世界,物聯網則是聯接真實的物理世界。
那么,物聯網時代到底是什么樣的呢?
本書對第一版未解答的科學問題做出進一步的解釋,讓讀者對物聯網的效應問題、網絡結構問題、保真問題、信息的可靠問題與安全問題及能源綠色化問題有一個深入淺出的了解。
首先展望未來10~20年內物聯網給生活帶來的變化。
時間是10年之后,主人公小白是IT行業某公司的一名市場總監,他喜歡時尚,所以對于IT的新時尚物聯網的應用非常向往。為了體驗物聯網的時尚魅力,小白全面升級自己的家和愛車。從此,他喜歡上了物聯網給他帶來的便利,讓他安心當“懶人”。
小白像日常一樣起床,睜開眼看了一會兒天花板,然后對自己的手機說:“早安”。臥室內的空調自動關閉,窗簾慢慢升起,窗戶緩緩打開,又是一個陽光明媚的早晨,帶著花香的微風吹進小白的房間,美好的一天開始了。電視機也隨之打開,并選擇到小白每天早晨必看的節目――央視財經頻道的財經新聞。
與此同時,手機將語音短信“早安”發送給他的女友。當小白正看著電視時,手機突然響了,小白打開手機,看到一條提示信息:“小白,今天是你女朋友的生日,你昨天邀請她來你家吃午餐。”
小白立刻起床,沖進衛生間,洗臉刷牙之后,來到廚房看冰箱上的顯示屏,選擇自己想吃的早餐――小白換的智能冰箱可以根據現有食材幫他推薦菜譜。小白選完自己的早餐后,單擊了一下午餐菜譜,發現他女朋友喜歡吃的菜所用的食材都不夠了。
可是再過兩個小時,女朋友就要來他家吃午餐,小白趕忙穿上衣服開車出發,周末上午10點的交通堵塞幾乎是城市通病,但小白并不擔心,他在GPS上設定好路徑開始上路,很快他收到提示信息:前方路段正處于堵塞狀態。智能GPS立即幫助小白重新設計了一條避開堵塞路段的行車路線,使小白避免了堵車之苦。
當他把車開到高速公路上后,小白把汽車設置成了自動駕駛狀態,汽車安全省油地自動向目的地行駛而去。這時小白收到一條收費提示信息,并提示這個行車路線結束時需要支付的費用――這是因為在物聯網時代,收費站都取消了,你不再需要停車繳費,交通費會自動通過與手機綁定的銀行卡收取。
小白趁著汽車自動駕駛這段時間給女朋友打電話聊天。并通過手機上網同步家里冰箱菜譜上缺少的食材,這樣自己在超市買東西時就不會少買了。
對于開車上街的人來說,尋找一個停車場并不是一件簡單的事情。由于今天是周末,超市的停車位通常是處于擁擠狀態的,當你到了停車場才發現沒有空車位的時候,你的心情自然可想而知。但是物聯網時代,車載導航儀會實時接收附近停車場的信息,如停車場有多少車位、現在還剩下多少車位、在現在這種狀態下車位的占用速度是多少、你在多少時間之內進入該停車場還有空車位等。
車載導航儀給出了幾個合適的停車場,第一個是附近的商廈,它的停車位是免費的。
但小白選擇了第三個,即超市的停車位,因為今天事情緊急。這里涉及人工智能最核心的地方,就是計算機能不能像人一樣判斷。10年后的計算機計算能力會比現在強很多,但是要像人一樣具有判斷能力還很困難。在本書的第8章,讀者會對人工智能有個簡單的了解。
來到超市,由于小白是該超市的會員(但他并不需要攜帶會員卡,因為他的手機就是會員卡),當他走入超市后,超市的接收終端上馬上顯示他的相關信息,并根據他以往的購物記錄,向他推薦符合他需要的物品。當小白把選好的商品帶到收銀臺時,收銀計算機屏上馬上顯示購物筐內商品的名稱和價錢,省去了逐件掃描條形碼所需的時間,并且扣費模式也是銀行自動代扣。
物聯網方便了大眾生活。其一,節省了人力成本。其二,超市每一樣商品都通過RFID技術相互感應,給超市挽回因商品被竊而造成的90%以上的損失。其三,RFID技術使商家對每件物品的銷售數據可實時采集和整理,并可以據此掌握商品的市場認可度,從而大大降低超市的庫存,由此帶來的收益也相當可觀。
小白驅車回到家里,總共花一個小時。他按智能冰箱顯示屏上的菜譜及視頻教程親自下廚。沒多久餐桌上擺滿了豐盛的菜肴,小白開啟一瓶紅酒放在餐桌上,然后點上五彩繽紛的蠟燭。這時門鈴響了,小白下樓去接女友,然后兩個人一起幸福地享受午餐,享受人生的美妙時光。
吃過午餐,小白開車帶女友郊游。他們說說笑笑,享受著和煦的陽光。當他們穿過一片樹林時,無意間發現了一個軍用機場,圍欄外寫著“機場重地,請勿靠近。”
出于天生對軍事的好奇心,小白沒有理會那八個字。但當小白剛走到機場圍欄旁時,并未觸碰到任何東西,就聽到圍欄已經警覺地用大喇叭喊起話來。
其實是小白腳底下的泥土向機場保安處傳遞了信息,地面雖然看起來和平時一樣,但是它置入了地感線圈,這樣它便擁有了神奇的對壓力的感知,說它神奇還因為它對壓力的感知帶有智能分析,不是任何壓力都作出反應。一只無害的小動物從附近經過,它絕對不會暴露。但是當壓力讓它感覺到進入方可能對圍欄的安全產生威脅時,它會即時發出警告。也就是說,地感線圈能夠過濾掉對圍欄安全沒有威脅的信息,而留下有價值的信息。
有了這些智能的傳感器再加上攝像頭的運用,機場圍欄實現了24小時不間斷監控,機場安保質量有了保證。
小白跟女友慌忙離開,因為剛才的驚嚇,小白的女友不是很開心,小白決定下午帶她去美國的迪斯尼樂園――當然不是真去。物聯網時代迪斯尼樂園內鋪設了傳感器,你通過家里的3D電視,就能了解迪斯尼樂園里每一個項目的即時情況,好像身臨其境一樣。
快樂的時光過得很快,小白開車送女友回家。女友微笑著跟他說:“謝謝你,小白。今天的生日真的很特別。”夕陽照在女友的臉上,她那帶著微笑的臉龐格外迷人。
1.1 物聯網的概念
物聯網是在1999年提出的,英文名稱為The Internet of Things,簡稱IOT。由名稱可見,物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思:第一,物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎之上延伸和擴展的一種網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間進行信息交換和通信。因此,物聯網的定義是通過射頻識別(RadioFrequency Identification,RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網相聯接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
1.1.1相關背景
從世界的經濟發展史的規律來看,每次經濟大衰退之后復蘇的方式主要有兩種:一為戰爭;二為新技術革命。兩者的共同之處又都在于要打破經濟舊格局,建立新秩序。戰爭可以進行生產要素和消費要素的再分配;新技術革命可以建立新觀念,可以帶動新的生產供給和消費需求。在世界總體趨勢是和平的今天,新技術革命對于加快世界經濟的復蘇及各種利益的重新分配意義重大。
從某種意義上可知,新技術產業革命是解決經濟危機的最佳手段。危機尚未結束,新產業的曙光已初見端倪。
現在,前景比較清晰的重要技術革命有以下三類。
(1)新能源、節能循環技術革新――建立綠色動力系統,發展低碳動力經濟。
(2)消費觀念變革帶來的產品服務變革――發展物聯網經濟。
(3)循環、精準、節能的種植與養殖――建立綠色自循環農業生產系統,發展生物農業經濟。
美國7000億美元的救市方案和我國4萬億人民幣的救市計劃無一不是對日漸疲軟的經濟所注入的強心劑,但這只是剛剛開始。如果想徹底擺脫危機,只能通過新一輪的技術革命,發展新技術、新產業,建立新觀念,重新激發社會經濟活力,進而帶動新的生產供給和消費需求,從而進入由新的資源配置方式、新的生產供給和消費需求推動的經濟發展周期。物聯網無疑是現有各種新技術、新觀念中十分突出的一個。
IBM前首席執行官郭士納曾提出“計算模式每隔15年發生一次變革”的觀點,這一判斷同摩爾定律一樣準確,人們把它稱為“十五年周期定律”。1965年前后發生的變革以大型機為標志,1980年前后以個人計算機的普及為標志,1995年前后則發生了互聯網革命。那么,2010年會不會是物聯網呢?事實上,每一次這樣的技術變革都引起企業間、產業間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化,同時也會帶來經濟的飛速發展,對企業來講,這樣的變革既是機遇,也是挑戰。
從推動經濟發展的角度來講,物聯網可以說是作為計算機、互聯網、移動通信后的又一次信息化產業浪潮。從長遠來看,物聯網有望成為后金融危機時代經濟增長的引擎。
20世紀90年代,克林頓政府的“信息高速公路”發展戰略使美國經濟走上了長達10年左右的繁榮期。出于信息技術對經濟的拉動作用,奧巴馬政府的“智慧地球”構想旨在找出美國經濟新的增長點,在此背景下,物聯網應運而生。
物聯網產生的背景至少有兩個因素:一是世界的計算機及通信科技已經發生了巨大的變化;二是物質生產科技發生了巨大的變化,使物質之間產生相互聯系的條件不斷成熟。
通俗地講,物聯網是可以實現人與人、物與物、人與物之間信息溝通的龐大網絡。
毫無疑問,物聯網將為我們帶來新的消費體驗,廣泛應用于購物、交通、物流、醫療等領域,其經濟潛力很容易讓人想到互聯網經濟的輝煌。那么物聯網如何產生?它和其他的網絡有什么本質的區別?它能否重現當時互聯網的輝煌?這些是下面幾節討論的內容。
1.1.2 概念的提出
同互聯網類似,傳感網最初的應用也是軍事領域。20世紀80年代后期及90年代,美國軍方陸續建立了多個局域傳感網,包括海軍的CEC項目、FDS項目和陸軍的遠程戰場感應系統(Remote Battlefield Sensor System,RBSS)等。至于物聯網的提出則另有一番來歷,如圖1.1所示。
實際上,“物聯網”的概念起源于比爾?蓋茨于1995年所著的《未來之路》一書。在書中,比爾?蓋茨已經提及“物聯網”概念,只是當時受限于無線網絡、硬件及傳感設備的發展,并未引起重視。“物聯網”這一名詞是在1999年由EPCglobal前身――麻省理工學院(MIT)Auto-ID實驗室提出的,并將“物聯網”定義為把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網聯接起來,實現智能化識別和管理。
1999年,在美國召開的移動計算和網絡國際會議提出“傳感網是下一世紀人類面臨的又一個發展機遇”。
2003年,美國《技術評論》提出傳感網絡技術是未來改變人們生活的十大技術之首。
2005年11月17日,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯盟(ITU)發布《ITU互聯網報告2005:物聯網》,正式將“物聯網”稱為the Internet of Things,對“物聯網”概念進行了擴展,提出了任何時刻、任何地點、任意物體之間互聯(Any Time、Any Place、Any Things Connection),無所不在的網絡(Ubiquitous Networks)和無所不在的計算(Ubiquitous Computing)的發展愿景。報告指出,無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨,世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯網主動進行交換。射頻識別(RFID)技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。報告指出“物聯網”通信時代即將來臨,并在此后陸續推出《泛在傳感網》、《未來的互聯網》等系列報告。
根據ITU的描述,在物聯網時代,通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發器,人類在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度,在任何時間和任何地點人與人之間的溝通聯接擴展到人與物和物與物之間的溝通聯接。物聯網的興起很大程度上得益于ITU2005年以物聯網為標題的年度互聯網報告。然而,ITU的報告對物聯網的定義只是描述性的,缺乏一個清晰的定義。
傳感、通信、網絡、處理等各領域都從各自的角度闡述和放大。歐盟對物聯網的定義是:物聯網是一種動態的全球網絡基礎設施,它具有基于標準和互操作通信協議的自組織能力,其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口,并與信息網絡無縫整合。物聯網與媒體互聯網、服務互聯網和企業互聯網聯合構成未來的互聯網。對于物聯網,可以從以下兩個方面理解。
從技術層面理解,物聯網是指物體通過智能感應裝置,經過傳輸網絡,到達指定的信息處理中心,最終實現人與物、物與物之間的自動化信息交互與處理的智能網絡。
從應用層面理解,物聯網是指把世界上所有的物體都聯接到一個網絡中,形成“物聯網”,然后“物聯網”又與現有的互聯網結合,實現人類社會與物理系統的整合,從而以更加精細和動態的方式管理生產和生活。物聯網的應用目標是把新一代IT技術充分運用到各行各業中,實現任何時間、任何地點、任何人、任何事物充分互聯,如圖1.2所示。
總之,物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,以有線或無線的方式把任何物品與互聯網連接起來,以計算、存儲等處理方式構成所關心事物靜態與動態信息的知識網絡,用以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思:第一,物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。除RFID技術外,更多的新技術,如傳感器、納米、嵌入式芯片等技術得到廣泛應用。
物聯網中的“物”要滿足一些條件才被納入其范圍:①有相應信息的接收器;②有數據傳輸通路;③有一定的存儲功能;④有CPU;⑤有操作系統;⑥有專門的應用程序;⑦有數據發送器;⑧遵循物聯網的通信協議;⑨在世界網絡中有可識別的唯一編號。

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