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内容简介
本书是依托中南大学*特色专业（物联网工程）的建设，结合国内物联网工程专业的教学情况编写的。本书定位于技术导论，具有比较专业的内容和紧凑的结构，紧密联系了物联网工程专业的专业课程设置。全书共分为8章，包括物联网概述、传感器及其应用、近距离无线通信技术、射频识别技术、无线传感器网络、物联网定位技术、物联网的计算技术、物联网安全技术等内容，这些内容都是物联网的核心技术。
作者简介
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目录
"第1章 ； 物联网概述
1.1 ； 物联网的概念
1.1.1 ； 物联网的定义
1.1.2 ； 物联网的发展过程
1.1.3 ； 物联网的特征
1.1.4 ； 深入理解物联网时应注意的问题
1.2 ； 物联网的系统结构
1.2.1 ； 感知层
1.2.2 ； 传输层
1.2.3 ； 支撑层
1.2.4 ； 应用层
1.3 ； 物联网的应用
1.3.1 ； 物联网的应用模式
1.3.2 ； 物联网的典型应用
1.4 ； 物联网的关键技术
1.4.1 ； 感知技术
1.4.2 ； 传输技术
1.4.3 ； 支撑技术
1.4.4 ； 应用技术
1.5 ； 物联网的发展前景
思考与练习
参考文献
第2章 ； 传感器及其应用
2.1 ； 传感器概述
2.2 ； 传感器分类
2.2.1 ； 按传感器的工作原理分类
2.2.2 ； 按传感器用途分类
2.2.3 ； 按传感器输出信号分类
2.3 ； 传感器的应用
2.3.1 ； 一线总线接口传感器应用
2.3.2 ； I2C接口[22,23]传感温湿度传感器SHT10
2.3.3 ； SPI总线接口传感器温度传感器TC77[24]
2.3.4 ； RS系列接口传感器应用
2.3.5 ； RJ-45接口传感器应用
2.3.6 ； 红外热释电传感器原理与应用
2.3.7 ； 气体传感器的原理与应用
2.3.8 ； 可见光光照度传感器原理与应用
2.3.9 ； 红外对射传感器原理与应用
2.4 ； 传感器的发展趋势
2.4.1 ； 改善传感器性能的技术途径
2.4.2 ； 传感器的发展方向
2.5 ； 本章小结
思考与练习
参考文献
第3章 ； 近距离无线通信技术
3.1 ； 无线通信系统概述
3.2 ； 无线与移动通信的概念
3.2.1 ； 无线与移动通信的发展历程
3.2.2 ； 宽带无线接入技术
3.3 ； 射频通信
3.3.1 ； 射频的概念
3.3.2 ； 频谱的划分
3.3.3 ； RFID使用的频段
3.4 ； 微波通信
3.5 ； 近距离无线通信技术概览
3.5.1 ； 蓝牙
3.5.2 ； Wibree
3.5.3 ； Wi-Fi
3.5.4 ； WiGig (60 GHz)
3.5.5 ； IrDA
3.5.6 ； ZigBee
3.5.7 ； NFC
3.5.8 ； UWB
3.5.9 ； Z-Wave
3.5.10 ； 小结
3.6 ； 近场通信（NFC）
3.6.1 ； NFC发展概述
3.6.2 ； NFC的工作原理
3.6.3 ； NFC技术标准
3.6.4 ； NFC技术的特点
3.6.5 ； NFC技术的应用
3.7 ； 本章小结
思考与练习
参考文献
第4章 ； 射频识别技术
4.1 ； 自动识别技术概述
4.1.1 ； 自动识别技术的基本概念
4.1.2 ； 自动识别技术的种类与特征比较
4.1.3 ； 常见的自动识别技术及特征比较
4.2 ； RFID的基本原理
4.2.1 ； RFID的工作原理
4.2.2 ； RFID技术的特点
4.2.3 ； RFID技术标准
4.3 ； RFID技术的应用
4.3.1 ； RFID技术应用背景
4.3.2 ； RFID技术的重要参数
4.3.3 ； RFID技术的典型应用
4.3.4 ； RFID技术的应用前景
4.4 ； RFID技术的研究方向
4.5 ； 本章小结
思考与练习
参考文献
第5章 ； 无线传感器网络
5.1 ； 无线传感器网络概述
5.1.1 ； WSN对物联网的支撑作用
5.1.2 ； WSN的概念
5.1.3 ； WSN的发展历史
5.1.4 ； WSN的特点和优点
5.1.5 ； WSN的发展趋势
5.2 ； 无线传感器网络的系统结构
5.2.1 ； 节点结构
5.2.2 ； 软件结构
5.2.3 ； 拓扑结构
5.2.4 ； 协议结构
5.3 ； 无线传感器网络的应用
5.3.1 ； 军事领域
5.3.2 ； 环境观测和预报领域
5.3.3 ； 空间、海洋探索
5.3.4 工业领域
5.3.5 农业领域
5.3.6 医疗健康与监护领域
5.3.7 建筑领域
5.3.8 其他领域
5.4 无线传感器网络的研究方向
5.5 本章小结
思考与练习
参考文献
第6章 物联网定位技术
6.1 定位的概念与发展历史
6.1.1 定位的概念
6.1.2 定位技术发展简史
6.2 定位技术在物联网中的应用
6.2.1 定位技术在军事领域中的应用
6.2.2 定位技术在灾难救援中的应用
6.2.3 定位技术在智能交通中的应用
6.2.4 定位技术在智能物流中的应用
6.2.5 基于位置的服务
6.3 卫星导航系统
6.3.1 主要的几种卫星导航定位系统
6.3.2 GPS全球定位系统简介
6.3.3 北斗卫星导航系统简介
6.3.4 北斗定位系统与GPS定位系统的比较
6.4 蜂窝系统定位技术
6.4.1 蜂窝系统定位技术简介
6.4.2 蜂窝系统常用定位技术
6.5 RFID定位技术
6.5.1 基于RFID标签的定位技术
6.5.2 基于RFID读写器的定位技术
6.6 无线传感器网络定位技术
6.6.1 无线传感器网络定位技术的研究内容
6.6.2 典型无线传感器网络定位算法
6.7 定位技术的发展前景
6.8 本章小结
思考与练习
参考文献
第7章 物联网的计算技术
7.1 云计算
7.1.1 什么是云计算
7.1.2 云计算的服务模型
7.1.3 开放的云计算基础设施
7.1.4 融合云计算的物联网
7.2 嵌入式系统
7.2.1 嵌入式系统的基本概念
7.2.2 嵌入式系统的体系结构
7.2.3 嵌入式操作系统
7.2.4 嵌入式处理器
7.2.5 嵌入式系统与物联网
7.3 移动计算与物联网
7.3.1 移动计算的发展
7.3.2 移动计算在物联网中的应用
7.4 Web技术
7.4.1 Web技术的基础知识
7.4.2 Web基本技术
7.5 物联网中间件
7.5.1 物联网中间件的概念
7.5.2 物联网中间件的系统结构
7.5.3 物联网中间件的技术平台
7.6 本章小结
思考与练习
参考文献
第8章 物联网安全技术
8.1 物联网面临的安全问题
8.1.1 从信息处理过程看物联网安全
8.1.2 从安全性需求看物联网安全
8.2 RFID系统的安全问题
8.2.1 RFID的安全和隐私问题
8.2.2 RFID安全解决方案
8.3 WSN安全技术研究
8.3.1 WSN中的密钥管理
8.3.2 WSN中的安全路由协议
8.4 本章小结
思考与练习
参考文献
前沿
鉴于专业人才培养对包括物联网在内的战略性新兴产业发展的重要性，教育部在2010年3月，发出了《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》（以下简称《通知》）。《通知》指出，“国家决定大力发展互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等关系到未来环境和人类生活的一些重要战略性新兴产业”，而“加大战略性新兴产业人才培养力度，支持和鼓励有条件的高等学校从本科教育入手，加速教学内容、课程体系、教学方法和管理体制与运行机制的改革和创新，积极培养战略性新兴产业相关专业的人才”，是“满足国家战略性新兴产业发展对高素质人才的迫切需求”。《通知》发出后，全国有近300家高校提出了申报物联网工程专业的申请。2010年7月12日，教育部公布了高等学校战略性新兴产业相关本科专业名单，与物联网相关的专业有37个，其中物联网工程专业30个，传感网技术专业5个，还有2个智能电网信息工程专业。2011年，教育部审批同意了25个物联网工程专业和2个传感网技术专业。2012年教育部又批准了80所高校开设物联网专业。这样，目前全国共有120多个物联网相关专业。从招生情况看，部分高校从2010级本科生中招收了物联网专业的学生，这批学生将在2014年毕业，是我国首届物联网专业毕业生。为了办好物联网工程专业，需要从教师、教材和教学条件三个方面入手。就教材来看，目前国内部分出版机构正在积极组织力量编写物联网工程专业的系列教材，先期推出了一些“物联网导论”教科书。但是，这些导论教材尽管在可读性、资料性、普及性等方面有其可取之处，也普遍存在体系庞杂、内容松散、专业性不强等问题，并不适合作高等学校的导论教材。针对这一情况，我们组织教师编写了这本《物联网技术导论》。编写组成员在物联网领域都从事过研究与开发工作，教学经验也比较丰富。这本教材之所以取名为技术导论，是因为它重点介绍了物联网的相关核心技术，并且具有较强的专业性。这种定位有别于上述以大众科普为目标的物联网导论教材。我们认为，对物联网专业的学生来说，导论是第一门专业基础课，必须在规定的课时内完成，有其特定的教学目标，因此，导论教材必须具有比较专业的内容和紧凑的结构，必须以帮助学生建立起对专业的框架性认知为目标，要紧密联系专业课程设置的实际，反映专业教学内容和培养规格的要求。正是基于这一判断，我们确定了以专业核心知识为基本线索的编写框架。本书的特点在于，适合作为物联网工程专业的第一门专业课教材，它把全面介绍物联网的核心技术和专业要求放在首位，使学生在学完这门课程之后，能够对自己所学专业的知识体系有一个全面了解，并帮助学生形成专业兴趣，树立专业信心和自豪感。第1章为物联网概述，介绍了物联网的概念模型和发展历史，重点描述了物联网的系统结构；采用四层的观点，自底向上阐述了物联网感知层、传输层、支撑层（或服务层）和应用层的概念及其关键技术；本章用较大篇幅描述了物联网的应用，试图激发学生的学习兴趣，并启发他们的创造性思维。第2章为传感器及其应用，介绍了传感器的概念和发展历史，给出了传感器的分类，重点介绍了传感器的应用方法，最后描述了传感器的发展方向。本章阐述了传感器与物联网的关系，指出在物联网产业链中，作为“金字塔”的塔座，传感器是整个链条需求总量最大的基础环节。需要注意的是，传感器应用方法部分技术性比较强，从传感器与系统接口的角度给出了大量的系统框图，希望对学生有一定的“热身”作用。第3章为近距离无线通信技术，首先介绍了无线通信系统的一般概念及其发展历程，并对射频通信概念、射频通信系统的频段划分、使用情况及工作特点进行了介绍。本章重点介绍了典型近距离无线通信技术的特点及发展概况，并对近场通信（NearFieldCommunications，NFC）技术进行了详细阐述，包括其工作原理、技术标准、技术特点、应用范围等。近距离无线通信技术是物联网体系结构中的重要基础性技术，对物联网终端组网、物联网终端网络与广域网互连互通都是至关重要的。第4章为射频识别（RFID）技术，从自动识别技术的起源和发展开始讲起，包括条码、磁卡、IC卡等与RFID类似但有本质区别的技术，试图给出一个更广阔的知识背景；本章重点介绍了RFID技术的基本工作原理、系统构成、技术特点、技术标准和应用场景，最后阐述了RFID技术的发展前景。RFID不等于物联网，但是，没有RFID，物联网也发展不起来，事实上，物联网就是从RFID走来的。第5章为无线传感器网络（WSN），介绍了WSN的概念与发展历史，阐述了WSN的特点和优势；重点介绍WSN的系统结构，从节点、软件、拓扑和协议4个方面，描述了WSN的系统构成；本章给出的应用场景比较生动，读者从中能够获得很大的启发。WSN是物联网的主要组成部分，物联网的全面感知能力和可靠的数据传输，都与WSN技术密不可分。第6章为物联网的定位技术，介绍了定位技术的起源与发展历史，阐述了定位对物联网的意义和作用，描述了定位技术在军事、灾害救援、智能交通、智能物流等领域的应用，并给出了“基于位置的服务”这一重要课题的含义。在很多物联网应用中，“位置”信息非常重要，很多情况下，传感器采集的信息必须含有采集点的位置描述，否则这种信息就会失去应用价值。物联网定位将会发展成为一门相对独立的技术，物联网专业的学生和研究人员必须予以高度重视。第7章为物联网的计算技术，介绍了云计算、Web技术、嵌入式系统和中间件技术，这几项技术都与物联网密切相关。云计算是从网络计算发展而来的，物联网的出现必将深化云计算的内涵。物联网是互联网的延伸和深化，互联网的主流技术Web对物联网同样重要。嵌入式系统和中间件技术对物联网也非常关键，是实现物联网工程的手段和基本途径。物联网需要各类计算技术的支持，反过来，物联网的特殊性也对计算技术提出了新的要求，由此促进计算技术的发展，催生新型计算模式的诞生。第8章为物联网的安全技术，本章主要针对物联网中的安全问题和安全技术展开讨论，分析了物联网多个层次存在的安全问题和相应技术方案，重点针对物联网感知层RFID系统和无线传感器网络中的安全问题展开了详细讨论，对两者中存在的安全问题和现有解决方案进行了归类介绍，并指出了相应安全技术的不足和发展趋势。网络与信息安全问题是不能忽视的，谁忽视谁就要付出沉重的代价，更何况，物联网所面临的安全挑战远大于传统网络系统。总体上，本书的内容安排体现了我们所理解的物联网工程专业在知识系统结构上的要求。本书在编写过程中力求语言通俗易懂，行文简洁明了，使其具有较高的可读性。本书可在16个课时内讲授完毕，每章2个课时，比较符合目前高校专业导论课程的时间安排。同时，为了帮助教师和学生使用好本教材，我们在每一章都给出了一定数量的思考题与练习题，列出了撰写本书过程中用到的参考文献，此外，讲课用的PPT文件也能从出版社的资源网上下载。本书由中南大学信息科学与工程学院计算机工程系黄东军教授主持编写。由主编提出写作框架和写作要求，同时对各章初稿进行审阅并提出修改意见，最后进行统稿和整合。除第1章由主编撰写外，刘连浩教授编写了第2章，董健博士编写了第3章，高建良博士编写了第4章，刘伟荣副教授编写了第5章，张士庚博士编写了第6章，王斌副教授编写了第7章，王伟平教授编写了第8章。研究生符晓娟、戴思等人为本书的资料收集、录入、排版、绘图等做了大量工作。在此，谨对上述人士表示诚挚的谢意。由于作者水平有限，本书难免存在缺陷与遗漏，敬请广大读者批评指正。黄东军2012年8月28日于中南大学
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