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1.本书从“全面感知、可靠传送、智能处理”的物联网特征出发，以物联网的三个层次为主线，内容分为3大篇，在理论知识讲解中贯穿了一些案例。附录中给出了相关实验。2.每章前给出了本章的学习目标、知识点、教学安排和教学建议。3.本书配套PPT、习题解答。 ；
内容简介
本书从"全面感知、可靠传送、智能处理”的物联网特征出发，以物联网的三个层次为主线，较全面地介绍了物联网所涵盖的知识和技术。本书由13章构成，按物联网的层次分为3篇。 第1篇为感知控制层，主要内容包括物联网的基本概念和基本结构以及知识体系、RFID与EPC编码、传感器技术和无线传感器网络方面的基本知识与技术。第2篇为传输网络层，主要内容包括短距离通信技术、通信与网络技术、移动通信技术。第3篇为综合应用层，主要内容包括中间件技术、云计算与大数据、物联网定位技术、物联网安全和一些综合应用案例。在附录1中提供了5个基本实验，便于实践性学习。另外，在每章前给出了本章的学习目标、知识点、教学安排和教学建议，以便于教学参考；在每章后给出了一些适当的习题，以便于练习与巩固知识。本书配套PPT、习题解答。
作者简介
曾宪武，青岛科技大学副教授，硕士研究生导师。1987年7月毕业于北京邮电大学电信工程系，1990—1993年于兰州交通大学攻读铁道运输自动化硕士学位，1996年—2002年任职于烟台东方电子信息产业股份有限公司、从事电力自动化研发工作，2004—2008年于中国海洋大学攻读海洋信息探测与处理方向博士学位。目前主要研究方向为：物联网，海洋水声通信及变结构控制。自2003年1月至今工作于青岛科技大学信息科学技术学院。
目录
目 录第1篇 感知控制层第1章 概述 21.1 物联网的概念与定义 21.1.1 物联网的起源 21.1.2 物联网的概念与定义 41.1.3 物联网的特征 61.2 信息处理流程与物联网框架结构 71.2.1 信息采集处理流程 71.2.2 物联网基本结构 81.2.3 物联网层次框架 91.3 物联网关键技术及其应用进展 101.3.1 物联网关键技术 101.3.2 物联网应用 121.3.3 物联网的发展 151.4 物联网涉及的主要学科及其知识体系 171.4.1 物联网涉及的主要学科 171.4.2 物联网专业知识体系 17小结 18习题 19第2章 RFID与EPC编码 202.1 RFID的发展 202.2 RFID的构成与特点 222.2.1 电子标签 222.2.2 阅读器 252.3 EPC编码 262.3.1 电子产品编码概述 262.3.2 电子产品编码技术 282.3.3 条码技术 302.3.4 EPC编码 322.4 校园一卡通 342.4.1 基本结构 342.4.2 管理子系统 352.4.3 终端子系统 36小结 37习题 37第3章 传感器技术 383.1 传感器基础 393.1.1 传感器基本概念 393.1.2 传感器应用与发展趋势 413.1.3 传感器的特性与指标 433.2 电阻式与变磁阻式传感器 443.2.1 电阻式传感器 453.2.2 变磁阻式传感器 463.3 电容式传感器与磁电式传感器 473.3.1 电容式传感器 473.3.2 磁电式传感器 483.4 压电式传感器与热电式传感器 483.4.1 压电式传感器 483.4.2 热电式传感器 493.5 光电式传感器与光纤传感器 513.5.1 光电式传感器 513.5.2 光纤传感器 523.6 化学传感器与生物传感器 533.6.1 化学传感器 533.6.2 生物传感器 553.7 MEMS传感器与智能传感器 573.7.1 MEMS传感器 573.7.2 智能传感器 57小结 58习题 58第4章 无线传感器网络 594.1 概述 594.1.1 无线传感器网络的概念与特点 604.1.2 无线传感器网络的关键技术与应用难点 634.2 IEEE 802.15.4标准及ZigBee协议规范 654.2.1 IEEE 802.15.4标准 654.2.2 ZigBee协议规范 654.3 无线传感器网络的路由协议与拓扑控制 684.3.1 WSN路由协议 684.3.2 WSN的拓扑控制 714.4 WSN节点的定位 724.4.1 节点定位的概念及基本原理 734.4.2 距离定位 764.4.3 距离无关的定位算法 784.5 无线传感器网络的时间同步 804.5.1 概述 804.5.2 网络时间同步机制 814.5.3 RBS同步机制 83小结 85习题 85第2篇 传输网络层第5章 短距离通信技术与信息融合 885.1 短距离有线通信技术 895.1.1 数据终端间的通信及接口特性 895.1.2 USB串行总线 915.1.3 CAN工业总线 925.2 近距离无线通信技术 925.2.1 蓝牙技术 935.2.2 红外通信技术 945.2.3 超宽带无线通信技术 955.3 信息融合 975.3.1 信息融合基本概念与原理 975.3.2 信息融合数据 995.3.3 传感器管理 1015.3.4 无线传感器网络的数据融合 103小结 104习题 104第6章 物联网通信系统与传输网 1056.1 物联网通信系统基本结构 1056.2 通信网与SDH 1076.2.1 通信网的基本概念 1076.2.2 通信网的基本拓扑结构与分层 1086.2.3 SDH传输网 1126.3 数据通信网与计算机通信网 1166.3.1 数据通信网与计算机通信网基本概念 1166.3.2 数据交换 1166.3.3 数据通信网 122小结 126习题 127第7章 互联网与IP通信网 1287.1 互联网与因特网的结构 1297.1.1 互联网的结构 1297.1.2 因特网的结构 1297.2 TCP/IP协议簇及其分层 1307.2.1 TCP/IP协议簇分层 1307.2.2 应用层 1307.2.3 传输层 1317.2.4 网络层 1327.2.5 数据链路层 1347.2.6 物理层 1357.3 IP通信及IP通信网 1357.3.1 宽带IP城域网 1367.3.2 宽带IP网的骨干传输技术 1387.4 IEEE 802.11无线局域网 1407.4.1 IEEE 802.11无线局域网基本概念与特点 1407.4.2 IEEE 802.11系列协议 1427.4.3 IEEE 802.11数据链路层与CSMA/CA协议 143小结 147习题 147第8章 移动通信技术 1488.1 移动通信的概念和发展过程 1498.1.1 移动通信的概念及其特点 1498.1.2 移动通信的发展过程 1508.2 移动通信的组网技术 1518.3 第三代移动通信系统 1538.3.1 第三代移动通信系统的特点 1548.3.2 3G参数 1548.3.3 WCDMA 1558.3.4 CDMA2000 1588.3.5 TD-SCDMA 1638.3.6 WiMAX 166小结 169习题 169第3篇 综合应用层第9章 中间件技术 1729.1 物联网与中间件 1729.1.1 中间件的基本概念 1729.1.2 中间件的体系框架 1739.1.3 中间件分类 1749.2 感知控制层的中间件 1779.2.1 无线传感器网络中间件 1779.2.2 RFID中间件 1809.3 云计算中间件、物联网中间件及其面临的挑战 1849.3.1 云计算中间件 1849.3.2 物联网中间件及其面临的挑战 186小结 187习题 188第10章 云计算与大数据 18910.1 云计算基础 19010.1.1 云计算的起源与定义 19010.1.2 云计算基本概念及模型 19210.1.3 虚拟化 19710.1.4 Web技术 20010.2 云计算机制 20110.2.1 云基础设施机制 20110.2.2 特殊云机制 20510.2.3 云管理机制 21010.2.4 基本云架构 21210.3 大数据技术 21410.3.1 大数据的发展及其相关概念 21410.3.2 典型的大数据处理系统 21610.3.3 大数据处理的基本流程 21810.4 Hadoop：分布式大数据系统 218小结 221习题 222第11章 物联网定位技术 22311.1 概述 22311.2 GPS定位技术 22411.2.1 GPS的组成与应用 22411.2.2 轨道参数 22611.2.3 GPS定位、测速和授时原理 22711.2.4 GPS用户接收机 23011.3 无线蜂窝定位 23111.3.1 蜂窝移动通信定位技术的体制 23111.3.2 主要蜂窝定位技术 23311.3.3 影响精度的因素 23511.4 WLAN室内定位技术 23711.4.1 概述 23711.4.2 无线局域网室内定位技术的分类 23811.4.3 基于WLAN和位置指纹的室内定位技术 241小结 243习题 244第12章 物联网安全 24512.1 物联网安全概述 24612.1.1 物联网安全的要素 24612.1.2 物联网安全的研究现状 24712.1.3 物联网安全架构 24812.2 感知控制层安全 25012.2.1 RFID安全 25012.2.2 无线传感器网络的安全 25112.2.3 移动智能终端 25212.3 传输网络层的安全 25312.3.1 互联网与物联网分层模型比较 25312.3.2 互联网的安全保护 25412.4 综合应用层安全 25612.4.1 综合应用层安全的关键技术和面临的问题 25612.4.2 云计算安全 25712.5 物联网安全案例 260小结 260习题 261第13章 物联网综合应用案例 26213.1 智慧城市 26213.1.1 智慧城市的由来及其特点 26213.1.2 智慧城市的架构 26413.2 智慧校园 26713.2.1 智慧校园及其发展 26713.2.2 智慧校园的物联网特征及关键技术 26813.2.3 智慧校园的总体方案和系统架构 27013.3 物联网在港口物流领域的应用 27213.4 智能家居 275小结 276习题 276附录1 相关实验 277附录2 缩略语 287参考文献 290
前沿
前 言物联网是近些年新兴的信息科学技术，是计算机、通信、自动控制等学科的高度交叉融合。从2010年第一届中国物联网大会至今已经历了6个年头，在这短短的6年之间，物联网从当时的概念已落实为具体的行动，全国的物联网产业、工程示范、应用服务、科研以及物联网专业教育和教学已逐渐发展壮大，初见成果。物联网是信息技术发展到一定高度的结果，是以计算机技术为代表的，包括通信技术、电子技术、自动控制技术、智能科学等在内的多种技术与科学的融合与扩展。20世纪90年代发展起来的互联网是计算机技术与通信技术的一次融合创新，而近些年来发展起来的物联网又是继互联网后的又一次融合拓展与创新。物联网的构建是一个复杂的系统工程，涉及多个层次与多个领域。从物联网的总体结构上来分，目前大多数学者认为它可分为感知控制、传输网络与综合服务三个层次。感知控制层主要负责信息的全面感知和相关反馈控制；传输网络层负责信息的安全、可靠传送；综合服务层负责信息的处理、存储、共享与服务应用。物联网特征体现为“全面感知、可靠传送、智能处理”。本书是依据物联网的发展背景、物联网的层次结构和特征为主线进行编写的，由3篇共13章构成。第1篇为“感知控制层”，由4章构成，分别是“概述”、“RFID与EPC编码”、“传感器技术”、“无线传感器网络”。“概述”主要讲述了物联网的起源、发展现状、涉及的应用领域与包含的科学与知识架构。“RFID与EPC编码”主要讲述了RFID的基本原理与构成、参数与应用场合，EPC编码的标准结构与各字段的含义与应用。“传感器技术”讲述了传感器的基本概念、所应用的物理定律、基本结构、分类，常用传感器的基本原理和应用范畴。“无线传感器网络”讲述了其基本构成与特点、关键技术与应用，介绍了IEEE 802.15.4标准及ZigBee协议规范、路由协议与拓扑控制、节点定位、时间同步的原理与算法等。第2篇为“传输网络层”，由4章组成，它们是“短距离通信技术与信息融合”、“物联网通信系统与传输网”、“互联网与IP通信”以及“移动通信技术”。“短距离通信技术与信息融合”主要讲述了常用的串行通信总线与工业总线、蓝牙、红外及超宽带通信技术的基本概念和通信原理，以及信息融合、传感器管理和无线传感器网络的数据融合等相关原理。“物联网通信系统与传输网”主要讲述了物联网通信系统结构、通信网的基本概念与构成要素、SDH数字传输系统、数据通信网、数据交换的基本原理与特点。“互联网与IP通信”主要介绍了互联网与因特网的结构、TCP/IP协议、IEEE 802.11无线局域网等方面的基本原理与结构。“移动通信技术”简要讲述了移动通信的概念，移动通信的组网技术，第三代移动通信中的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDAM及WiMAX移动通信技术的频谱分配、结构与组成。第3篇为“综合应用层”，由5章构成，分别是“中间件技术”、“云计算与大数据”、“物联网定位技术”、“物联网安全”和“物联网综合应用案例”。“中间件技术”简要讲述了中间件的体系框架、中间件分类，以及无线传感器中间件的功能与体系结构参考模型、云计算中间件的基本概念等。“云计算与大数据”主要讲述了云计算的基本概念、模型、云机制以及云计算基本架构，简要讲述了大数据的概念和典型大数据处理系统、大数据处理基本流程和Hadoop分布式大数据系统。“物联网定位技术”简要讲述了GPS、移动蜂窝定位技术、WLAN室内定位技术、WSN定位技术的基本原理，及主要参数和应用场合。“物联网安全”讲述了物联网安全要素、物联网安全架构、感知控制层安全、无线传感器网络的安全、传输网络层的安全和综合应用层安全的关键技术等。“物联网综合应用案例”简要介绍了智慧城市、智慧校园、智能物流和智能家居四种典型的应用范例。另外，本书在附录1相关实验中给出了5个一般性实验，它们分别是RFID实验、温湿度传感器实验、无线传感器网络的温湿度实验、网络交换机与路由器的VLAN分析与设计实验、虚拟机安装与克隆实验。通过这些基本实验，读者可以理解和领会物联网的总体结构和应用。本书在每章的开头给出了本章的学习目标、知识点、教学安排和教学建议，以便于教学参考；在每章后给出了一些适当的习题，以便于练习与巩固知识。本书按照导论性、通俗性、全面性、实践性和便于教学的原则来编著，概要性地讲述了物联网所涵盖的相关学科知识与技术，使读者能够了解物联网的基本概念、基本知识与相关技术，便于初学者掌握物联网的全貌。本书突出物联网的特色与关键技术、应用领域，突出了课堂教学与实验教学的相结合，另外还将云计算、大数据、物联网安全等方面的物联网新技术纳入了本书。本书可作为普通高校物联网工程专业本科生教材和相近专业的研究生教材，也可以作为相关专业技术人员学习物联网技术的参考资料。参考教学学时为80学时，其中课堂教学75学时，实验教学5学时，也可根据具体教学大纲要求给予缩减。本书由曾宪武组织统稿，第1、2篇由曾宪武编著，第3篇由包淑萍编著。在编著过程中得到了任春年、高剑、于旭老师及青岛科技大学物联网工程教研室其他老师的大力协助与支持，同时也得到了电子工业出版社任欢欢等编辑的指导与协助，在此表示衷心的感谢。由于物联网技术发展迅速，以及编著者的水平有限，书中难免有不当之处，敬请读者批评指正。编著者 2015年12月
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