內容簡介
《高等職業院校·物聯網應用技術專業“十二五”規劃係列教材:物聯網技術概論》定位為導嚮和技術應用型教材,弱化理論推導,強化技能培養,瞄準高職高專培養目標,以“必需”“夠用”為度。編寫的主要目的是加強學生對物聯網技術的認識和應用能力的培養,使學生不僅具備一定的理論知識,更具備技術應用能力。
本書將緊緊圍繞物聯網中技術架構體係,分為物聯網概述、物聯網的現狀及戰略意義、物聯網體係架構、物聯網的技術基礎、物聯網安全、物聯網的技術標準、物聯網應用案例以及物聯網知識體係和課程安排共8章內容,比較全麵地介紹瞭物聯網的概念、戰略意義、實現技術和典型應用。總學時34~40,若加上技能訓練可以達到52~64學時。
本書在編寫過程中,遵循企業物聯網綜閤實驗開發平颱的技能訓練要求,在教學過程中可同步進行該係統包含的RFID技術與應用、無綫傳感網絡技術、傳感器與檢測技術、物聯網綜閤實訓方麵的實驗和設計。
內頁插圖
目錄
第1章 物聯網概述
第2章 物聯網的現狀及戰略意義
第3章 物聯網體係架構
第4章 物聯網技術基礎
第5章 物聯網安全
第6章 物聯網的技術標準
第7章 物聯網應用案例
第8章 物聯網的知識體係和課程安排
參考文獻
精彩書摘
2.1物聯網現狀分析
2.1.1理論研究方麵
物聯網要實現“物物互聯”,標識物體的電子標簽和感知物體的傳感器網絡相當關鍵。因此相應的研究也集中在這些方麵。
①在電子標簽方麵,如今業界都傾嚮於RFID(RadioFrequencyIdentification)技術,這主要由於RFID具有遠距離非接觸讀寫、多標簽讀寫、數據可更新、穿透性及適應環境能力強等許多優勢,RFID技術與互聯網、通信等技術相結閤,可實現全球範圍內物品跟蹤與信息共享。
②在傳感器網絡方麵,物聯網的技術研究主要集中在網絡化物理(CyberPhysicalSys—tem,CPS)。CPS即信息物理係統,是物聯網的本質含義,它錶示的是一種虛擬世界與物理世界的映射和對應關係。
在巨大的無綫傳感網絡中,一方麵,傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”,可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號,為網絡係統的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息;另一方麵,隨著傳統的傳感器逐步實現微型化、智能化、信息化以及網絡化,無綫傳感網絡正以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網方式、鋪設方式以及適閤移動目標等優勢受到廣泛重視。物聯網正是通過遍布在各個角落和物體上的形形色色的傳感器以及由它們組成的無綫傳感器網絡,來最終實現對整個物質世界的“感知”。
③物聯網的研究不僅限於識彆和感知,對其體係結構的研究也引起瞭國內外學者和研究機構的大討論,提齣瞭多種不同的物聯網體係結構。麻省理工學院Auto—ID實驗室提齣的EPC-global物聯網體係架構和日本uID-Center。提齣的ubiquitousID(uID)物聯網體係結構是兩種主流的體係結構。
EPC-global物聯網體係架構的主要組成部件包括:産品電子代碼(EPC,一種全球範圍內標準定義的産品數字標識),RFID標簽和閱讀器,EPC中間件,EPC信息服務(EPC—Is),對象名字服務(ONS)。其中由EPc、RFID標簽、RFID閱讀器、EPC中間件組成實體和內部層次,EPC-Is稱為商業夥伴之間的數據傳輸層,ONS等組成其他應用服務層。對於基於EPC的物聯網,蔣亞軍等認為EPC係統作為一個非常先進的、綜閤性的和復雜的係統,由電子代碼體係、射頻識彆係統以及信息網絡係統三大部分組成,其關鍵技術主要包括神經網絡軟件(Savant)技術、對象名解析服務技術,實體標記語言(PML)技術。
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物聯網技術概論:開啓萬物互聯的新紀元 本書是一部係統闡述物聯網核心概念、關鍵技術、應用場景及發展趨勢的入門級教材。它旨在為高等職業院校物聯網應用技術專業的學生以及對物聯網技術感興趣的廣大讀者提供一個全麵而深入的認識框架。本書內容嚴謹,結構清晰,語言通俗易懂,力求在有限的篇幅內,為讀者勾勒齣物聯網的全貌,並為進一步的學習和實踐奠定堅實的基礎。 第一章 物聯網的起源與發展 本章將帶領讀者穿越時空,迴顧物聯網概念的孕育與演進。我們將探討物聯網思想的早期萌芽,例如20世紀中葉的“智能傢電”設想,以及“物體即服務”(Object-Oriented Service)等概念的提齣。重點將放在“物聯網”(Internet of Things)這一術語的正式提齣及其後續的發展曆程。我們將梳理自20世紀末至今,物聯網技術在學術界和産業界的關注度變化,以及關鍵的技術突破和標準組織的發展。通過瞭解物聯網的曆史脈絡,讀者可以更深刻地理解其産生的必然性及其在當前信息技術浪潮中的地位。 第二章 物聯網的基本概念與核心特徵 本章將對物聯網進行全麵而係統的定義和剖析。我們將解釋“物聯網”究竟是什麼,它與傳統的互聯網有何區彆與聯係。核心概念將包括:感知層(Sense)、網絡層(Network)和應用層(Application)這物聯網的三層架構,以及“萬物互聯”的本質內涵。在此基礎上,我們將深入探討物聯網的五大核心特徵: 普遍感知(Ubiquitous Perception): 強調物聯網能夠通過各種傳感器和識彆技術,對物理世界中的任何物體進行信息采集,實現對物理世界的“感知”。我們將介紹RFID、條形碼、二維碼、傳感器網絡等感知技術的原理和應用。 可靠傳輸(Reliable Transmission): 指齣物聯網需要一個穩定、高效的網絡基礎設施,將采集到的海量數據可靠地傳輸到後颱進行處理。我們將介紹無綫通信技術(如Wi-Fi、藍牙、Zigbee、LoRa、NB-IoT、4G/5G)、有綫通信技術以及網絡協議(如TCP/IP、MQTT、CoAP)在物聯網中的應用。 智能處理(Intelligent Processing): 強調物聯網不僅僅是數據的收集和傳輸,更重要的是對采集到的數據進行智能分析和處理,從而實現決策和控製。我們將介紹雲計算、大數據分析、人工智能(AI)、機器學習等技術在物聯網中的作用,以及數據挖掘、模式識彆、預測分析等方法。 互聯互通(Interconnection): 突齣物聯網的“互聯”特性,即不同類型、不同廠商的設備和係統能夠相互通信、協同工作。我們將討論標準化在實現互聯互通中的重要性,以及各種開放平颱和集成方案。 應用導嚮(Application-Oriented): 強調物聯網的最終目標是為瞭服務於特定的應用場景,解決實際問題,提升生活和生産效率。我們將簡要介紹物聯網在不同領域的潛在應用價值,為後續章節的深入探討做鋪墊。 第三章 物聯網的關鍵支撐技術 本章將聚焦物聯網實現過程中不可或缺的關鍵技術,深入解析其原理和作用: 傳感與識彆技術: 詳細介紹各類傳感器的工作原理(如溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、氣體傳感器、加速度傳感器等),以及它們如何將物理世界的信號轉化為可供傳輸的電信號。同時,我們將深入講解RFID(射頻識彆)技術,包括其工作原理、組成部分(標簽、讀寫器、中間件)以及在物品追蹤、庫存管理等方麵的應用。條形碼和二維碼作為更為普遍的識彆技術,也將得到介紹。 通信技術: 覆蓋物聯網廣泛應用的各類通信技術。我們將從不同維度介紹: 短距離無綫通信: 如藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi(無綫局域網)、Zigbee(低功耗、低速率的短距離無綫通信技術),闡述它們各自的特點、適用場景和功耗優勢。 長距離低功耗無綫通信: 如LoRa(Long Range)、NB-IoT(窄帶物聯網),重點介紹它們在大範圍、低功耗物聯網應用中的優勢,以及在智慧城市、環境監測等領域的應用前景。 蜂窩移動通信: 介紹4G和5G技術在物聯網中的應用,以及它們為海量設備連接和高速數據傳輸提供的強大支持。 網絡協議: 深入解析在物聯網通信中常用的協議,如MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)和CoAP(Constrained Application Protocol)。我們將闡述它們如何解決資源受限設備與服務器之間的通信問題,以及在效率和可靠性上的考量。 數據處理與存儲技術: 探討物聯網海量數據的來源、特點以及處理挑戰。我們將介紹雲計算(Cloud Computing)如何為物聯網提供彈性的計算和存儲資源,以及邊緣計算(Edge Computing)在分布式數據處理中的作用,實現低延遲和本地化分析。同時,我們將簡要介紹大數據(Big Data)技術及其在物聯網數據分析中的應用。 安全技術: 強調物聯網安全的重要性,並介紹主要的威脅和防護措施。我們將討論數據加密、身份認證、訪問控製、安全審計等技術在保障物聯網係統安全中的作用。 第四章 物聯網體係架構與參考模型 本章將深入剖析物聯網的整體設計思路和標準化的框架。我們將重點介紹國際上主流的物聯網體係架構,例如國際電信聯盟(ITU)提齣的“ITU-T Y.4000係列”標準,該係列標準從概念、架構、能力開放等多個層麵為物聯網的發展提供瞭指導。我們將詳細解讀物聯網的典型分層架構,通常包括: 感知層(Perception Layer): 負責采集物理世界的信息,是物聯網的“眼睛”和“耳朵”。 網絡層(Network Layer): 負責將感知層采集到的數據進行傳輸,是物聯網的“神經係統”。 中間件層/平颱層(Middleware/Platform Layer): 負責對采集到的數據進行預處理、存儲、管理和分析,提供上層應用所需的服務。 應用層(Application Layer): 負責將物聯網提供的服務轉化為具體的應用,滿足用戶的需求。 我們將討論不同架構模型之間的異同,以及它們在實際應用中的部署方式。理解這些體係架構有助於讀者把握物聯網係統的整體設計思路,並能夠根據實際需求選擇閤適的係統方案。 第五章 物聯網典型應用場景 本章將通過具體而生動的案例,展示物聯網技術在各個領域的廣泛應用,讓讀者直觀感受物聯網帶來的變革: 智能傢居: 介紹智能傢電的互聯互通,如智能照明、智能溫控、智能安防係統,以及遠程控製、場景聯動等功能,提升居住的舒適性和便捷性。 智慧城市: 探討物聯網在交通管理(如智能交通信號燈、車輛定位)、環境監測(如空氣質量、水質監測)、公共安全(如視頻監控、應急響應)、能源管理(如智能電網、智能水務)等方麵的應用,提升城市運行效率和居民生活品質。 工業物聯網(IIoT): 講解物聯網在製造業中的應用,如設備狀態監測、預測性維護、生産流程優化、供應鏈管理等,實現智能製造,提高生産效率和産品質量。 智慧醫療: 介紹可穿戴健康監測設備、遠程醫療診斷、醫院資産管理等應用,提升醫療服務的可及性和效率。 智慧農業: 探討傳感器在農田環境監測、精準灌溉、作物生長管理等方麵的應用,實現農業生産的智能化和可持續化。 智慧物流: 介紹物品追蹤、庫存管理、運輸監控等應用,優化物流環節,提高效率。 通過這些案例,讀者將能夠更清晰地認識到物聯網技術解決實際問題的強大能力,並激發對物聯網應用創新的興趣。 第六章 物聯網發展趨勢與挑戰 本章將對物聯網的未來發展進行展望,並分析其麵臨的主要挑戰: 發展趨勢: 探討物聯網技術的發展方嚮,如人工智能與物聯網的深度融閤(AIoT)、邊緣計算的普及、5G和6G在物聯網中的關鍵作用、物聯網安全和隱私保護的日益重視、物聯網標準的不斷完善以及行業應用的深度拓展。 麵臨挑戰: 深入分析物聯網發展過程中可能遇到的瓶頸,包括: 技術挑戰: 如海量設備接入、異構網絡互聯互通、功耗管理、可靠性與穩定性保障等。 安全與隱私挑戰: 如何有效防範網絡攻擊,保護用戶隱私數據不被泄露。 標準與互操作性挑戰: 如何打破不同廠商、不同係統之間的壁壘,實現真正的互聯互通。 成本與商業模式挑戰: 如何降低部署和運營成本,探索可持續的商業模式。 法律法規與倫理挑戰: 如何在技術發展的同時,建立相應的法律法規和倫理規範。 結語 本書的撰寫旨在為讀者打開一扇通往物聯網世界的大門。通過對基本概念、核心技術、典型應用和發展趨勢的係統梳理,希望能夠激發讀者對物聯網技術的好奇心和學習熱情。物聯網的浪潮已然來臨,掌握物聯網技術,就意味著掌握瞭開啓未來智能時代的關鍵鑰匙。願本書能成為您在物聯網技術學習道路上的良師益友,助力您在萬物互聯的新紀元中,發掘無限可能,創造美好未來。