物联网概论_刘化君等编著_9787040449051

　　《物联网概论》是一本关于物联网的导论性教材。《物联网概论》系统全面地阐释了物联网基本概念、理论基础及技术体系，对自动识别技术、无线传感网、通信网、数据处理、物联网安全等关键技术进行了讨论介绍，同时介绍了与物联网密切相关的工程设计与实施方法。《物联网概论》图文并茂，语言简洁，知识结构系统、完整，使读者不仅能够对物联网有一个全景性的认识和了解，还能够为物联网工程及其应用系统的规划设计提供参考。　　《物联网概论》适用范围广，可作为物联网工程专业及其相关专业的教材，供需要掌握物联网基础知识的高年级本科生学习和研究生选读，也可供希望了解物联网知识的企业管理者、科研人员、高等院校教师等参考使用。

　　在全球范围内，物联网概念已深入人心。物联网已成为经济社会绿色、智能、可持续发展的基础产业和重要引擎。物联网工程是一个新建专业，而且是一个围绕“战略新兴产业”设立的新专业，亟待全方位开展专业建设。为适应物联网工程专业教材建设的需要，我们特编撰了这本教材。
　　导论课程的目的是介绍物联网的基本概念、基本理论、关键技术与典型应用系统的功能、结构与基本设计方法，以告知初学者如何在物联网领域继续发展，需要进一步学习和掌握哪些知识与技术。本书的宗旨是通过讨论物联网的基本概念和理论，介绍物联网工程技术，向读者展示一个应用前景广阔而美好的物联网世界，启发读者的学习兴趣，培养其创新能力，激励其开拓新技术领域。因此，本书紧紧围绕物联网中“感知、传输、应用”所涉及的概念及技术，架构了物联网知识体系。
　　1.内容结构
　　物联网几乎涵盖了信息技术的各个方面，本书在剖析物联网体系结构的基础上，仔细梳理了物联网涵盖的知识点，建构了一条物联网知识链，详细阐述了其关键技术、工程设计及其典型应用，讨论了物联网领域的科学问题和安全技术。全书共8章内容，在第1章绪论中，主要介绍物联网的基本概念、信息物理系统（CPS）、物联网系统的基本组成和应用领域；第2章的物联网体系结构，基于感知信息论、网络控制论、网络科学等理论，讨论物联网体系结构参考模型、实现方法和技术架构；第3章在简介传统识别技术的同时，重点讨论条形码识别、射频识别（RFID）和位置识别技术；第4章以无线传感网为对象，重点介绍无线传感器网络的基本知识和组网技术；第5章介绍与物联网相关的通信网，包括无线通信网、光纤通信网、移动通信网、软件定义网络（SDN）等；第6章介绍数据智能处理方法，内容涵盖传感器数据融合、云计算、数据存储、数据挖掘与智能决策等；第7章介绍物联网安全，重点讨论物联网身份识别技术、RFID系统的安全与隐私保护、无线传感网安全控制等技术；第8章主要是从设计方法学的角度，讨论物联网工程应用系统的工程设计与实施。通过阅读本书，读者不仅可以从理论、技术上对物联网有较全面的了解，而且可以根据工程应用实例对物联网工程有更直观的认识。
　　2.特色特点
　　本书作为一本“物联网工程导论”课程教材，为使读者能够快速地对物联网有一个全面、系统的认识，在体例新、内容新和方法新等方面形成了鲜明特色。
　　（1）体例新
　　体例新是指全书以物联网体系结构为基础，按照“从下层到上层，从技术到方法”的思路组织了物联网的知识体系。从信息物理系统、网络科学的角度讨论物联网的基本理论问题，从具体的RFID技术、无线传感网、通信网、数据智能处理技术，上升到物联网的方法论和安全技术，进而给出完整、清晰的物联网技术框架。全书知识结构清晰、深入浅出，便于读者从宏观上把握物联网的内涵。
　　（2）内容新
　　内容新是指在本书的许多章节中，引入了一些相对深入的物联网前沿理论、技术，以及一些较新的研究成果，包括感知信息论、网络控制论、移动互联网、软件定义网络（SDN）、云计算、海量数据存储、基于大数据的智能决策与控制等。其中也包括作者自己的部分研究工作，例如物联网体系结构、关键技术及工程应用案例等。这些具有前瞻性的新内容反映了物联网尚处在起步阶段，需要协同创新发展。
　　（3）方法新
　　方法新是指按照教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会编制的《物联网工程专业规范》中关于“物联网工程导论”知识体系的要求，构建了物联网知识链。对每一个知识单元按基本概念、基本技术、应用设计及示例逐层递进展开。知识内容既有衔接性，又有一定的跨越性，还具有可裁剪性，适合不同层次的教学需求；教师在教学中可根据课时要求、研究兴趣和专长进行选择与补充。

　　《物联网概论》：
　　1.感知节点
　　感知节点由各种类型的采集和控制模块组成，如温度传感器、声音传感器、振动传感器、压力传感器、RFID读写器、二维码识读器等，完成物联网应用的数据采集和设备控制等功能。
　　感知节点的组成包括4个基本单元：传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成，如RFID、二维码识读设备、温度传感器设备）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括CPU微处理器、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成，实现末梢节点间以及与汇聚节点的通信）、电源／供电部分。感知节点综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实现实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到接入层的基站节点和接入网关，最终到达信息应用服务系统。
　　2.末梢网络
　　末梢网络即接入网络，包括汇聚节点、接入网关等，完成应用末梢感知节点的组网控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送数据的转发等功能。也就是在感知节点之间组网之后，如果感知节点需要上传数据，则将数据发送给汇聚节点（基站），汇聚节点收到数据后，通过接入网关完成和承载网络的连接；当用户应用系统需要下发控制信息时，接入网关接收到承载网络的数据后，由汇聚节点将数据发送给感知节点，完成感知节点与承载网络之间的数据转发和交互功能。
　　感知节点与末梢网络承担物联网的信息采集和控制任务，构成并实现无线传感网的功能。
　　3.核心承载网络
　　核心承载网络可以有很多种，主要承担接入网与信息服务系统之间的数据通信任务。根据具体应用需要，核心承载网络可以是公共通信网，譬如3G、4G/5G移动通信网、WiFi、WiMAX、互联网，以及企业专用网，甚至是新建的专用于物联网的通信网。
　　4.信息服务系统硬件设施
　　物联网信息服务系统硬件设施由各种应用服务器（包括数据库服务器）组成，还包括用户设备（如PC、手机）、客户端等。主要是对采集数据的融合／汇聚、转换、分析，以及用户呈现的适配和事件的触发等。对于信息采集，由于从感知节点获取大量的原始数据，并且这些原始数据对于用户来说只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值。对这些有实际价值的信息，由服务器根据用户端设备进行信息呈现的适配，并根据用户的设置触发相关的通知信息；当需要对末端节点进行控制时，由信息服务系统硬件设施生成、发送控制指令。针对不同的应用将设置不同的应用服务器。
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