物聯網技術

目錄

 

 

第1章概論1

1.1物聯網起源1

1.1.1互聯階段1

1.1.2網絡經濟階段1

1.1.3沈浸式體驗階段1

1.1.4物聯網階段1

1.2物聯網的定義和特征2

1.2.1物聯網的定義2

1.2.2物聯網的技術特征2

1.3物聯網體系結構3

1.3.1物聯網體系結構需要考慮的因素3

1.3.2物聯網體系結構定義原則4

1.3.3簡化的三層結構4

1.3.4IoTWF體系結構5

1.4物聯網組成7

1.4.1物聯網系統結構7

1.4.2智能物體8

1.4.3接入網9

1.4.4網關12

1.4.5互聯網14

1.4.6雲平臺14

1.4.7應用程序14

1.5物聯網應用15

1.5.1智能建築15

1.5.2工業物聯網16

本章小結19

習題19

第2章智能物體20

2.1智能物體結構和分類20

2.1.1智能物體結構20

2.1.2智能物體分類21

2.1.3智能物體發展趨勢22

物聯網技術

目錄2.2傳感器23

2.2.1傳感器分類23

2.2.2常見傳感器類型及應用24

2.2.3智能手機與傳感器25

2.3執行器25

2.3.1執行器分類26

2.3.2常見執行器類型26

2.3.3傳感器和執行器互動實例27

2.4智能物體實例29

2.4.1智能物體特性29

2.4.2常見智能物體介紹30

本章小結33

習題33

第3章無線通信網絡34

3.1無線通信網絡分類34

3.1.1物聯網和無線通信網絡34

3.1.2無線通信網絡分類標準34

3.2Bluetooth LE37

3.2.1拓撲結構和特性37

3.2.2物理層37

3.2.3鏈路層39

3.3ZigBee42

3.3.1性能特性和體系結構42

3.3.2拓撲結構和設備角色43

3.3.3物理層44

3.3.4MAC層45

3.3.5網絡層50

3.4802.11ah53

3.4.1無線局域網組成和結構53

3.4.2無線局域網發展過程54

3.4.3無線局域網物理層55

3.4.4無線局域網MAC層58

3.4.5802.11ah特點62

3.4.6802.11ah物理層63

3.4.7802.11ah MAC層65

3.5LoRa和LoRaWAN69

3.5.1LoRa特性69

3.5.2LoRaWAN結構69

3.5.3信道和調制技術70

3.5.4終端設備分類70

3.5.5數據傳輸過程71

3.6NBIoT73

3.6.1NBIoT的特點和優勢73

3.6.2NBIoT網絡結構73

3.6.3部署方式75

3.6.4物理層資源結構76

3.6.5物理信道79

3.6.6隨機接入過程81

3.6.7節能81

本章小結82

習題83

第4章無線傳感器網絡84

4.1無線傳感器網絡結構和特點84

4.1.1無線傳感器網絡定義和結構84

4.1.2無線傳感器網絡特點85

4.2傳感器結點結構和協議棧85

4.2.1傳感器結點結構和特性85

4.2.2傳感器結點協議棧86

4.3MAC層87

4.3.1MAC協議設計指標87

4.3.2影響節能的關鍵因素88

4.3.3sensor MAC89

4.4網絡層和路由協議92

4.4.1路由基礎92

4.4.2路由度量93

4.4.3路由協議95

4.5無線傳感器網絡定位技術104

4.5.1定位概述104

4.5.2測距技術104

4.5.3基於測距技術的定位方法106

4.5.4Ad Hoc定位系統107

本章小結110

習題110

第5章IPv6與物聯網網絡層112

5.1網關模式與邊緣路由器模式112

5.1.1兩種模式的區別112

5.1.2模式選擇因素113

5.1.3物聯網對邊緣路由器模式的制約因素114

5.1.4邊緣路由器模式下的體系結構和適配層協議 115

5.2IPv6116

5.2.1IPv6首部結構116

5.2.2IPv6地址結構119

5.2.3IPv6網絡實現通信過程125

5.2.4IPv6 over 以太網129

5.36LoWPAN133

5.3.16LoWPAN封裝過程133

5.3.2首部壓縮134

5.3.3分片139

5.3.4基於LoWPAN優化的鄰居發現協議140

5.4RPL142

5.4.1RPL的作用範圍和功能143

5.4.2RPL構建上行路由過程145

5.4.3RPL構建下行路由過程149

本章小結153

習題153

第6章CoAP和MQTT155

6.1物聯網應用方式與應用層協議155

6.1.1物聯網結構與應用方式155

6.1.2物聯網應用層協議功能156

6.2CoAP157

6.2.1CoAP與體系結構157

6.2.2CoAP特點157

6.2.3CoAP消息格式158

6.2.4CoAP消息類型和請求方法159

6.2.5CoAP傳輸過程161

6.2.6CoAP請求/響應模式162

6.2.7CoAP觀察者模式164

6.2.8CoAP應用165

6.3MQTT167

6.3.1MQTT與體系結構167

6.3.2MQTT特點168

6.3.3MQTT消息格式170

6.3.4MQTT連接建立過程173

6.3.5MQTT發布訂閱過程174

6.3.6MQTT應用178

本章小結180

習題181

第7章物聯網數據分析182

7.1物聯網數據特性與數據分析基礎182

7.1.1物聯網數據特性182

7.1.2數據分類183

7.1.3數據分析處理結果184

7.1.4數據分析處理發展趨勢185

7.2機器學習186

7.2.1數據分析處理與機器學習186

7.2.2機器學習分類187

7.2.3神經網絡與深度學習188

7.2.4機器學習在物聯網中的應用189

7.3大數據分析處理工具190

7.3.1大數據特點和來源190

7.3.2大規模並行處理數據庫191

7.3.3NoSQL192

7.3.4Hadoop193

7.4邊緣計算200

7.4.1邊緣計算的好處200

7.4.2邊緣計算功能組成201

7.4.3APU執行的操作201

7.4.4邊緣計算設備實例202

本章小結204

習題204

第8章工業物聯網206

8.1工業物聯網基本概念206

8.1.1工業物聯網的定義和結構206

8.1.2工業互聯網和工業物聯網207

8.1.3工業物聯網性能要求209

8.1.4工業以太網的三種實時、同步和可靠性實現機制209

8.2工業物聯網關鍵技術211

8.2.1PTP211

8.2.2QoS217

8.2.3DLR和REP222

8.3CIP和Ethernet/IP228

8.3.1CIP 228

8.3.2Ethernet/IP236

8.4PROFINET238

8.4.1Ethernet/IP的缺陷238

8.4.2PROFINET結構241

8.4.3實時通信242

8.4.4組態與DCP246

本章小結248

習題248

第9章物聯網安全250

9.1物聯網安全概論250

9.1.1物聯網安全特點250

9.1.2物聯網安全問題250

9.1.3物聯網安全機制251

9.2接入網安全機制253

9.2.1Bluetooth LE安全機制253

9.2.2ZigBee安全機制257

9.2.3802.11ah安全機制258

9.2.4LoRa安全機制261

9.2.5NBIoT安全機制263

9.3應用層安全機制267

9.3.1MQTT和TLS267

9.3.2COAP和DTLS271

9.4Ethernet/IP和PROFINET安全機制273

9.4.1CIP安全機制273

9.4.2PROFINET安全機制273

9.5零信任網絡訪問和SDP275

9.5.1零信任網絡訪問275

9.5.2SDP276

本章小結280

習題281

第10章物聯網應用實例282

10.1智能家居282

10.1.1智能家居系統結構282

10.1.2智能家居設備定義和連接建立過程283

10.1.3智能家居控制策略284

10.2智慧校園285

10.2.1智慧校園系統結構285

10.2.2校園網設計286

10.2.3智慧校園設備定義和連接建立過程288

10.2.4智慧校園控制策略289

10.3工業物聯網290

10.3.1工業物聯網系統結構290

10.3.2工業物聯網性能要求290

10.3.3工業物聯網實現過程291

本章小結296

習題296

英文縮寫詞297

參考文獻303