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作者簡介
目次
商品簡介
本書參考物聯網應用技術人才培養方案，針對物聯網應用技術專業人才培養所需要的技術(職業)領域所總結的典型工作任務來組織全書的內容體系。根據要完成每個典型工作任務的工作過程中所需的知識或技能來設計每個章節的內容。本書內容涵蓋了物聯網的特徵及體系結構、物聯網底層感知技術、通信技術、嵌入式開發技術、雲計算及大數據處理技術、物聯網安全技術等，zui後對當前zui新的典型物聯網應用進行了分析。
全書圍繞物聯網體系結構的“感知、傳輸、處理、應用”四個層次，結合當前物聯網的典型應用展開教學與實踐，通過以認知物聯網典型的應用系統為背景，逐層引入該系統中的物聯網的底層感知設備、傳輸網絡、中間數據處理環節以及上層應用系統中所涉及的物聯網相關的理論知識。本書將zui新的企業應用案例進行了教學化設計，知識適度、技能點突出、案例豐富，並輔助以二維碼等方式來拓展學生學習的知識面。本書還配有課後習題。
本書適合作為高等職業院校物聯網專業或相近專業的教材，也可作為物聯網技術研究與產品開發人員的參考書。
全書圍繞物聯網體系結構的“感知、傳輸、處理、應用”四個層次，結合當前物聯網的典型應用展開教學與實踐，通過以認知物聯網典型的應用系統為背景，逐層引入該系統中的物聯網的底層感知設備、傳輸網絡、中間數據處理環節以及上層應用系統中所涉及的物聯網相關的理論知識。本書將zui新的企業應用案例進行了教學化設計，知識適度、技能點突出、案例豐富，並輔助以二維碼等方式來拓展學生學習的知識面。本書還配有課後習題。
本書適合作為高等職業院校物聯網專業或相近專業的教材，也可作為物聯網技術研究與產品開發人員的參考書。
作者簡介
譚方勇，蘇州市職業大學教師；
臧燕翔，現工作于中國電信蘇州分公司。
臧燕翔，現工作于中國電信蘇州分公司。
目次
第1章 概 論......................................................................................1
1.1 物聯網應用技術專業理論知識體系概述................................... 1
1.1.1 概述...............................................................................1
1.1.2 物聯網應用技術專業職業技術領域分析..............................2
1.2 對典型工作任務的支持.........................................................5
1.2.1 物聯網技術專業典型工作任務概述....................................5
1.2.2 典型工作任務案例分析.....................................................6
1.3 其他要闡述和說明的問題.....................................................10
1.3.1 本教材內容體系架構及教學資源設計...............................10
1.3.2 章節教學案例設計.........................................................11
第2章 物聯網初識................................................................................12
2.1 物聯網的概念.....................................................................13
2.1.1 無線傳感網(Wireless Sensor Networks).......................13
2.1.2 物聯網(The Internet of Things)....................................13
2.1.3 互聯網 (Internet)..........................................................14
2.1.4 泛在網(Ubiquitous Networking)...................................14
2.1.5 幾個概念的比較............................................................15
2.2 物聯網發展及展望..............................................................15
2.2.1 物聯網發展史................................................................15
2.2.2 物聯網發展現狀............................................................16
2.2.3 物聯網應用及未來.........................................................16
2.3 物聯網特徵........................................................................19
2.3.1 全面感知......................................................................19
2.3.2 可靠傳遞......................................................................20
2.3.3 智能處理......................................................................20
2.4 物聯網體系架構..................................................................20
2.4.1 感知層..........................................................................21
2.4.2 網絡層..........................................................................22
2.4.3 應用層..........................................................................22
2.5 物聯網標準化.....................................................................22
2.5.1 物聯網標準化的特點......................................................23
2.5.2 物聯網標準化組織及其工作............................................24
2.6 物聯網認知實踐..................................................................26
2.6.1 實踐目的......................................................................26
2.6.2 實踐的參考地點及形式...................................................26
2.6.3 實踐內容......................................................................26
2.6.4 實踐總結......................................................................26
習題.........................................................................................27
第3章 物聯網感知技術.........................................................................28
3.1 條形碼技術........................................................................29
3.1.1 條形碼的發展歷史.........................................................29
3.1.2 條形碼的概念................................................................30
3.1.3 條碼的分類...................................................................30
3.1.4 一維條碼......................................................................30
3.1.5 二維條碼......................................................................31
3.1.6 二維條碼與一維條碼的比較............................................32
3.2 RFID系統..........................................................................32
3.2.1 RFID系統的組成...........................................................32
3.2.2 RFID系統的工作原理....................................................33
3.2.3 RFID系統的分類...........................................................33
3.2.4 RFID系統的應用...........................................................34
3.3 傳感器技術........................................................................35
3.3.1 傳感器的概念................................................................35
3.3.2 傳感器的組成................................................................35
3.3.3 傳感器的分類................................................................36
3.3.4 常用傳感器...................................................................38
3.4 無線傳感器網絡..................................................................41
3.4.1 無線傳感器網絡的發展...................................................41
3.4.2 無線傳感器網絡的結構...................................................41
3.4.3 無線傳感器網絡的特點...................................................43
3.4.4 無線傳感器網絡的應用...................................................44
3.5 生物識別技術.....................................................................47
3.5.1 指紋技術......................................................................47
3.5.2 人臉識別技術................................................................48
3.5.3 視網膜識別技術............................................................49
3.5.4 虹膜識別技術................................................................49
3.5.5 語音識別技術................................................................50
3.6 物聯網定位技術..................................................................52
3.6.1 定位技術概述................................................................52
3.6.2 衛星定位技術................................................................52
3.6.3 移動蜂窩定位技術.........................................................52
3.6.4 無線室內定位技術.........................................................53
3.7 感知技術認知實踐..............................................................55
3.7.1 實踐目的......................................................................55
3.7.2 實踐的參考地點及形式...................................................55
3.7.3 實踐內容......................................................................55
3.7.4 實踐總結......................................................................55
習題.........................................................................................55
第4章 物聯網通信技術.........................................................................58
4.1 互聯網通信技術..................................................................59
4.1.1 局域網技術...................................................................60
4.1.2 廣域網技術...................................................................60
4.1.3 接入網技術...................................................................61
4.2 移動通信技術.....................................................................61
4.2.1 GSM移動通信技術........................................................62
4.2.2 GPRS移動通信技術......................................................63
4.2.3 CDMA移動通信技術.....................................................64
4.2.4 3G移動通信技術...........................................................64
4.2.5 4G移動通信技術...........................................................64
4.2.6 5G移動通信技術...........................................................65
4.3 短距離無線通信技術...........................................................66
4.3.1 藍牙技術......................................................................66
4.3.2 ZigBee技術..................................................................67
4.3.3 UWB技術.....................................................................68
4.3.4 NFC技術.....................................................................68
4.3.5 Z-WAVE技術................................................................69
4.3.6 IrDA 技術......................................................................69
4.3.7 HomeRF技術...............................................................69
4.3.8 Wi-Fi技術....................................................................70
4.4 LPWAN低功耗無線廣域網技術............................................73
4.4.1 Sigfox技術...................................................................74
4.4.2 LoRA技術....................................................................74
4.4.3 NB-IoT技術..................................................................75
4.4.4 LTE eMTC技術.............................................................77
4.4.5 幾種LPWAN網絡技術的比較.........................................78
4.5 串口通信技術.....................................................................79
4.5.1 串口通信技術概述.........................................................79
4.5.2 相關術語......................................................................79
4.5.3 串口調試軟件................................................................82
4.6 物聯網通信技術認知實踐.....................................................83
4.6.1 實踐目的......................................................................83
4.6.2 實踐的參考地點及形式..................................................83
4.6.3 實踐內容......................................................................83
4.6.4 實踐總結......................................................................84
習題.........................................................................................84
第5章 嵌入式系統技術.........................................................................86
5.1 嵌入式系統概述..................................................................87
5.1.1 嵌入式系統的概念.........................................................87
5.1.2 嵌入式系統的組成.........................................................87
5.1.3 嵌入式系統的特徵.........................................................89
5.1.4 嵌入式系統的應用領域...................................................90
5.1.5 嵌入式系統的發展史......................................................90
5.2 典型嵌入式硬件技術...........................................................91
5.2.1 單片機技術介紹............................................................91
5.2.2 MCU及開發工具介紹....................................................92
5.2.3 典型物聯網開發板介紹...................................................93
5.3 典型嵌入式系統..................................................................94
5.3.1 嵌入式Linux.................................................................94
5.3.2 Windows CE.NET.........................................................96
5.3.3 VxWorks.......................................................................98
5.3.4 UC/OSII.......................................................................99
5.4 典型嵌入式軟件開發技術.....................................................99
5.4.1 QT開發技術.................................................................99
5.4.2 Android開發技術........................................................103
5.4.3 IOS開發技術..............................................................110
5.4.4 HTML5開發技術.........................................................113
5.5 嵌入式系統認知實踐.........................................................116
5.5.1 實踐目的....................................................................116
5.5.2 實踐的參考地點及形式.................................................116
5.5.3 實踐內容....................................................................116
5.5.4 實踐總結....................................................................116
習題.......................................................................................116
第6章 物聯網數據處理技術.................................................................118
6.1 數據存儲技術...................................................................119
6.1.1 網絡存儲技術..............................................................119
6.1.2 數據中心....................................................................121
6.2 雲計算技術......................................................................123
6.2.1 雲計算的起源..............................................................123
6.2.2 雲計算的定義與分類....................................................124
6.2.3 雲計算的特徵..............................................................125
6.2.4 雲計算與物聯網..........................................................126
6.2.5 雲計算的價值..............................................................126
6.3 大數據分析技術................................................................127
6.3.1 數據庫與數據倉庫技術.................................................127
6.3.2 數據挖掘....................................................................129
6.3.3 機器學習....................................................................131
6.3.4 人工智能技術..............................................................133
6.3.5 智能決策支持系統.......................................................135
6.4 雲計算大數據認知實踐......................................................137
6.4.1 實踐目的....................................................................137
6.4.2 實踐的參考地點及形式................................................137
6.4.3 實踐內容....................................................................137
6.4.4 實踐總結....................................................................138
習題.......................................................................................138
第7章 物聯網安全技術.......................................................................140
7.1 物聯網安全概述................................................................141
7.1.1 物聯網安全的重要性....................................................141
7.1.2 物聯網的安全架構.......................................................142
7.1.3 物聯網安全的特殊性....................................................144
7.1.4 物聯網安全的關鍵技術.................................................144
7.2 物聯網分層安全體系.........................................................146
7.2.1 感知層的安全問題.......................................................146
7.2.2 網絡層的安全問題.......................................................147
7.2.3 處理層的安全問題.......................................................147
7.2.4 應用層的安全問題.......................................................148
7.3 物聯網面臨的其他安全風險................................................148
7.3.1 雲計算面臨的安全風險.................................................148
7.3.2 WLAN面臨的安全風險.................................................149
7.3.3 IPv6面臨的安全風險...................................................149
7.3.4 無線傳感器網絡面臨的安全風險...................................150
7.3.5 基於RFID的物聯網應用安全........................................150
7.4 物聯網安全認知實踐.........................................................150
7.4.1 實踐目的....................................................................150
7.4.2 實踐的參考地點及形式.................................................150
7.4.3 實踐內容....................................................................151
7.4.4 實踐總結....................................................................151
習題.......................................................................................151
第8章 物聯網應用..............................................................................152
8.1 物聯網應用概述................................................................153
8.1.1 物聯網應用現狀...........................................................153
8.1.2 物聯網應用前景預測....................................................154
8.1.3 物聯網整體解決方案....................................................155
8.2 基於RFID技術的智慧倉庫管理系統典型應用.......................156
8.2.1 背景分析....................................................................156
8.2.2 基於RFID技術的智慧倉庫管理系統架構和功能分析.......156
8.2.3 系統開發涉及的設備和相關技術...................................156
8.3 基於WSN技術的智慧農業系統典型應用.............................157
8.3.1 背景分析....................................................................157
8.3.2 智慧農業系統架構和功能分析.......................................157
8.3.3 系統開發涉及的設備和相關技術...................................158
8.4 基於NB-IoT的典型物聯網應用..........................................158
8.4.1 智慧燃氣應用..............................................................158
8.4.2 智慧停車應用..............................................................160
8.4.3 智慧照明應用..............................................................162
8.5 工業物聯網典型應用.........................................................164
8.5.1 智慧物流應用..............................................................164
8.5.2 非嵌入式電梯監控應用.................................................165
8.5.3 智能叉車應用..............................................................166
8.6 物聯網應用的未來展望......................................................167
8.7 物聯網典型應用認知實踐...................................................169
8.7.1 實踐目的....................................................................169
8.7.2 實踐的參考地點及形式.................................................169
8.7.3 實踐內容....................................................................169
8.7.4 實踐總結....................................................................169
習題.......................................................................................169
附錄A 部分習題參考答案....................................................................171
參考文獻................................................................................................174
1.1 物聯網應用技術專業理論知識體系概述................................... 1
1.1.1 概述...............................................................................1
1.1.2 物聯網應用技術專業職業技術領域分析..............................2
1.2 對典型工作任務的支持.........................................................5
1.2.1 物聯網技術專業典型工作任務概述....................................5
1.2.2 典型工作任務案例分析.....................................................6
1.3 其他要闡述和說明的問題.....................................................10
1.3.1 本教材內容體系架構及教學資源設計...............................10
1.3.2 章節教學案例設計.........................................................11
第2章 物聯網初識................................................................................12
2.1 物聯網的概念.....................................................................13
2.1.1 無線傳感網(Wireless Sensor Networks).......................13
2.1.2 物聯網(The Internet of Things)....................................13
2.1.3 互聯網 (Internet)..........................................................14
2.1.4 泛在網(Ubiquitous Networking)...................................14
2.1.5 幾個概念的比較............................................................15
2.2 物聯網發展及展望..............................................................15
2.2.1 物聯網發展史................................................................15
2.2.2 物聯網發展現狀............................................................16
2.2.3 物聯網應用及未來.........................................................16
2.3 物聯網特徵........................................................................19
2.3.1 全面感知......................................................................19
2.3.2 可靠傳遞......................................................................20
2.3.3 智能處理......................................................................20
2.4 物聯網體系架構..................................................................20
2.4.1 感知層..........................................................................21
2.4.2 網絡層..........................................................................22
2.4.3 應用層..........................................................................22
2.5 物聯網標準化.....................................................................22
2.5.1 物聯網標準化的特點......................................................23
2.5.2 物聯網標準化組織及其工作............................................24
2.6 物聯網認知實踐..................................................................26
2.6.1 實踐目的......................................................................26
2.6.2 實踐的參考地點及形式...................................................26
2.6.3 實踐內容......................................................................26
2.6.4 實踐總結......................................................................26
習題.........................................................................................27
第3章 物聯網感知技術.........................................................................28
3.1 條形碼技術........................................................................29
3.1.1 條形碼的發展歷史.........................................................29
3.1.2 條形碼的概念................................................................30
3.1.3 條碼的分類...................................................................30
3.1.4 一維條碼......................................................................30
3.1.5 二維條碼......................................................................31
3.1.6 二維條碼與一維條碼的比較............................................32
3.2 RFID系統..........................................................................32
3.2.1 RFID系統的組成...........................................................32
3.2.2 RFID系統的工作原理....................................................33
3.2.3 RFID系統的分類...........................................................33
3.2.4 RFID系統的應用...........................................................34
3.3 傳感器技術........................................................................35
3.3.1 傳感器的概念................................................................35
3.3.2 傳感器的組成................................................................35
3.3.3 傳感器的分類................................................................36
3.3.4 常用傳感器...................................................................38
3.4 無線傳感器網絡..................................................................41
3.4.1 無線傳感器網絡的發展...................................................41
3.4.2 無線傳感器網絡的結構...................................................41
3.4.3 無線傳感器網絡的特點...................................................43
3.4.4 無線傳感器網絡的應用...................................................44
3.5 生物識別技術.....................................................................47
3.5.1 指紋技術......................................................................47
3.5.2 人臉識別技術................................................................48
3.5.3 視網膜識別技術............................................................49
3.5.4 虹膜識別技術................................................................49
3.5.5 語音識別技術................................................................50
3.6 物聯網定位技術..................................................................52
3.6.1 定位技術概述................................................................52
3.6.2 衛星定位技術................................................................52
3.6.3 移動蜂窩定位技術.........................................................52
3.6.4 無線室內定位技術.........................................................53
3.7 感知技術認知實踐..............................................................55
3.7.1 實踐目的......................................................................55
3.7.2 實踐的參考地點及形式...................................................55
3.7.3 實踐內容......................................................................55
3.7.4 實踐總結......................................................................55
習題.........................................................................................55
第4章 物聯網通信技術.........................................................................58
4.1 互聯網通信技術..................................................................59
4.1.1 局域網技術...................................................................60
4.1.2 廣域網技術...................................................................60
4.1.3 接入網技術...................................................................61
4.2 移動通信技術.....................................................................61
4.2.1 GSM移動通信技術........................................................62
4.2.2 GPRS移動通信技術......................................................63
4.2.3 CDMA移動通信技術.....................................................64
4.2.4 3G移動通信技術...........................................................64
4.2.5 4G移動通信技術...........................................................64
4.2.6 5G移動通信技術...........................................................65
4.3 短距離無線通信技術...........................................................66
4.3.1 藍牙技術......................................................................66
4.3.2 ZigBee技術..................................................................67
4.3.3 UWB技術.....................................................................68
4.3.4 NFC技術.....................................................................68
4.3.5 Z-WAVE技術................................................................69
4.3.6 IrDA 技術......................................................................69
4.3.7 HomeRF技術...............................................................69
4.3.8 Wi-Fi技術....................................................................70
4.4 LPWAN低功耗無線廣域網技術............................................73
4.4.1 Sigfox技術...................................................................74
4.4.2 LoRA技術....................................................................74
4.4.3 NB-IoT技術..................................................................75
4.4.4 LTE eMTC技術.............................................................77
4.4.5 幾種LPWAN網絡技術的比較.........................................78
4.5 串口通信技術.....................................................................79
4.5.1 串口通信技術概述.........................................................79
4.5.2 相關術語......................................................................79
4.5.3 串口調試軟件................................................................82
4.6 物聯網通信技術認知實踐.....................................................83
4.6.1 實踐目的......................................................................83
4.6.2 實踐的參考地點及形式..................................................83
4.6.3 實踐內容......................................................................83
4.6.4 實踐總結......................................................................84
習題.........................................................................................84
第5章 嵌入式系統技術.........................................................................86
5.1 嵌入式系統概述..................................................................87
5.1.1 嵌入式系統的概念.........................................................87
5.1.2 嵌入式系統的組成.........................................................87
5.1.3 嵌入式系統的特徵.........................................................89
5.1.4 嵌入式系統的應用領域...................................................90
5.1.5 嵌入式系統的發展史......................................................90
5.2 典型嵌入式硬件技術...........................................................91
5.2.1 單片機技術介紹............................................................91
5.2.2 MCU及開發工具介紹....................................................92
5.2.3 典型物聯網開發板介紹...................................................93
5.3 典型嵌入式系統..................................................................94
5.3.1 嵌入式Linux.................................................................94
5.3.2 Windows CE.NET.........................................................96
5.3.3 VxWorks.......................................................................98
5.3.4 UC/OSII.......................................................................99
5.4 典型嵌入式軟件開發技術.....................................................99
5.4.1 QT開發技術.................................................................99
5.4.2 Android開發技術........................................................103
5.4.3 IOS開發技術..............................................................110
5.4.4 HTML5開發技術.........................................................113
5.5 嵌入式系統認知實踐.........................................................116
5.5.1 實踐目的....................................................................116
5.5.2 實踐的參考地點及形式.................................................116
5.5.3 實踐內容....................................................................116
5.5.4 實踐總結....................................................................116
習題.......................................................................................116
第6章 物聯網數據處理技術.................................................................118
6.1 數據存儲技術...................................................................119
6.1.1 網絡存儲技術..............................................................119
6.1.2 數據中心....................................................................121
6.2 雲計算技術......................................................................123
6.2.1 雲計算的起源..............................................................123
6.2.2 雲計算的定義與分類....................................................124
6.2.3 雲計算的特徵..............................................................125
6.2.4 雲計算與物聯網..........................................................126
6.2.5 雲計算的價值..............................................................126
6.3 大數據分析技術................................................................127
6.3.1 數據庫與數據倉庫技術.................................................127
6.3.2 數據挖掘....................................................................129
6.3.3 機器學習....................................................................131
6.3.4 人工智能技術..............................................................133
6.3.5 智能決策支持系統.......................................................135
6.4 雲計算大數據認知實踐......................................................137
6.4.1 實踐目的....................................................................137
6.4.2 實踐的參考地點及形式................................................137
6.4.3 實踐內容....................................................................137
6.4.4 實踐總結....................................................................138
習題.......................................................................................138
第7章 物聯網安全技術.......................................................................140
7.1 物聯網安全概述................................................................141
7.1.1 物聯網安全的重要性....................................................141
7.1.2 物聯網的安全架構.......................................................142
7.1.3 物聯網安全的特殊性....................................................144
7.1.4 物聯網安全的關鍵技術.................................................144
7.2 物聯網分層安全體系.........................................................146
7.2.1 感知層的安全問題.......................................................146
7.2.2 網絡層的安全問題.......................................................147
7.2.3 處理層的安全問題.......................................................147
7.2.4 應用層的安全問題.......................................................148
7.3 物聯網面臨的其他安全風險................................................148
7.3.1 雲計算面臨的安全風險.................................................148
7.3.2 WLAN面臨的安全風險.................................................149
7.3.3 IPv6面臨的安全風險...................................................149
7.3.4 無線傳感器網絡面臨的安全風險...................................150
7.3.5 基於RFID的物聯網應用安全........................................150
7.4 物聯網安全認知實踐.........................................................150
7.4.1 實踐目的....................................................................150
7.4.2 實踐的參考地點及形式.................................................150
7.4.3 實踐內容....................................................................151
7.4.4 實踐總結....................................................................151
習題.......................................................................................151
第8章 物聯網應用..............................................................................152
8.1 物聯網應用概述................................................................153
8.1.1 物聯網應用現狀...........................................................153
8.1.2 物聯網應用前景預測....................................................154
8.1.3 物聯網整體解決方案....................................................155
8.2 基於RFID技術的智慧倉庫管理系統典型應用.......................156
8.2.1 背景分析....................................................................156
8.2.2 基於RFID技術的智慧倉庫管理系統架構和功能分析.......156
8.2.3 系統開發涉及的設備和相關技術...................................156
8.3 基於WSN技術的智慧農業系統典型應用.............................157
8.3.1 背景分析....................................................................157
8.3.2 智慧農業系統架構和功能分析.......................................157
8.3.3 系統開發涉及的設備和相關技術...................................158
8.4 基於NB-IoT的典型物聯網應用..........................................158
8.4.1 智慧燃氣應用..............................................................158
8.4.2 智慧停車應用..............................................................160
8.4.3 智慧照明應用..............................................................162
8.5 工業物聯網典型應用.........................................................164
8.5.1 智慧物流應用..............................................................164
8.5.2 非嵌入式電梯監控應用.................................................165
8.5.3 智能叉車應用..............................................................166
8.6 物聯網應用的未來展望......................................................167
8.7 物聯網典型應用認知實踐...................................................169
8.7.1 實踐目的....................................................................169
8.7.2 實踐的參考地點及形式.................................................169
8.7.3 實踐內容....................................................................169
8.7.4 實踐總結....................................................................169
習題.......................................................................................169
附錄A 部分習題參考答案....................................................................171
參考文獻................................................................................................174
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