物聯網導論（簡體書）

本書分為10章，內容涵蓋了物聯網概論、自動識別技術、傳感器智能設備及智能終端、無線傳感器網絡、寬帶無線與通信網、云計算基本技術、物聯網中間件、物聯網數據融合與管理、物聯網安全與測試技術、物聯網應用案例——智能交通。本書內容結構嚴謹，可讀性強，便于讀者學習理解。
本書適合高等院校物聯網工程專業的學生作為教材使用，同時也適合其他物聯網相關從業人員參考閱讀。

第1章 物聯網概論 1
1.1 物聯網概述 2
1.1.1 物聯網的定義與特點 2
1.1.2 物聯網市場的技術驅動 3
1.1.3 物聯網的應用前景 3
1.2 物聯網體系結構 6
1.2.1 物聯網的參考體系架構 6
1.2.2 物聯網的形態結構 8
1.2.3 物聯網體系 9
小結 11
第2章 自動識別技術 13
2.1 自動識別技術概述 14
2.1.1 自動識別技術的基本概念 14
2.1.2 自動識別技術的種類 14
2.2 條形碼技術 15
2.2.1 條形碼概述 15
2.2.2 條形碼的分類和編碼方法 15
2.2.3 條形碼識讀原理與技術 18
2.2.4 二維碼 21
2.2.5 條形碼技術的應用 22
2.3 射頻識別技術 23
2.3.1 射頻識別技術概述 23
2.3.2 射頻識別系統的組成 24
2.3.3 射頻識別系統的分類 24
2.3.4 射頻識別技術標準 24
2.3.5 EPC規范 26
2.3.6 射頻識別的應用 29
2.4 機器視覺識別技術 30
2.4.1 機器視覺識別概述 30
2.4.2 機器視覺系統的典型結構 30
2.4.3 機器視覺識別技術的應用 32
2.5 生物識別技術 32
2.5.1 生物識別技術概述 32
2.5.2 指紋識別 35
2.5.3 聲紋識別 37
2.5.4 人臉識別 40
2.5.5 手掌靜脈識別 41
2.5.6 生物識別技術的應用 42
小結 42
第3章 傳感器智能設備及智能終端 43
3.1 傳感器設備 44
3.1.1 什么是傳感器設備 44
3.1.2 傳感器的特性 45
3.1.3 代表性傳感器的原理 48
3.2 智能終端 55
3.2.1 智能終端的定義 55
3.2.2 智能終端的特點 55
3.2.3 智能傳感器與智能終端 57
3.2.4 智能終端的應用 58
3.2.5 智能終端發展現狀與趨勢 59
小結 62
第4章 無線傳感器網絡 63
4.1 無線傳感器網絡的體系結構 64
4.1.1 無線傳感器網絡結構 64
4.1.2 無線傳感器網絡設備技術
架構 66
4.2 低速無線網絡規范概述 68
4.2.1 無線傳感器網絡標準協議 68
4.2.2 無線傳感器網絡協議架構 69
4.3 IEEE 802.15.4技術 71
4.3.1 IEEE 802.15系列標準 71
4.3.2 IEEE 802.15.4協議簇 72
4.3.3 IEEE802.15.4協議棧結構 73
4.3.4 IEEE 802.15.4物理層協議 73
4.3.5 IEEE 802.15.4的MAC協議 76
4.4 ZigBee技術 79
4.4.1 ZigBee技術的特點 79
4.4.2 ZigBee協議體系 80
4.4.3 ZigBee網絡的構成 82
4.5 6LoWPAN技術 83
4.5.1 6LoWPAN技術的優勢 83
4.5.2 6LoWPAN標準協議棧架構 84
4.5.3 6LoWPAN網絡拓撲和路由
協議 85
4.5.4 6LoWPAN網絡層幀格式 85
4.6 藍牙及藍牙4.x技術 87
4.6.1 藍牙技術概述 87
4.6.2 藍牙4.x技術 89
4.7 體域網技術 90
4.7.1 體域網的架構 90
4.7.2 無線體域網的節點設計 93
4.7.3 體域網面臨的挑戰 94
4.8 面向視頻通信的無線傳感網絡技術 95
4.8.1 關鍵技術 95
4.8.2 面臨的挑戰 96
小結 96
第5章 寬帶無線與通信網 97
5.1 寬帶無線網 98
5.1.1 互聯網定義與發展 98
5.1.2 寬帶無線網絡的定義與發展 99
5.1.3 無線局域網 101
5.1.4 無線城域網 108
5.2 移動通信網 111
5.2.1 移動通信的出現 111
5.2.2 移動通信技術 113
5.3 移動互聯網 119
5.3.1 移動互聯網的定義 119
5.3.2 移動互聯網的目標 120
5.3.3 移動互聯網的基礎協議 121
5.3.4 移動互聯網的擴展協議 122
小結 124
第6章 云計算基本技術 125
6.1 云計算概述 126
6.1.1 云計算定義 126
6.1.2 云計算體系結構 128
6.1.3 云計算關鍵技術 129
6.1.4 云計算技術層次 130
6.2 谷歌文件系統云計算原理應用 131
6.2.1 谷歌文件系統 131
6.2.2 分布式數據處理
MapReduce 135
6.2.3 分布式鎖服務 137
6.2.4 分布式結構化數據表
Bigtable 137
6.2.5 分布式存儲系統Megastore 140
6.3 云計算與物聯網結合方式 141
小結 143
第7章 物聯網中間件 145
7.1 物聯網中間件簡介 146
7.1.1 什么是物聯網中間件 146
7.1.2 中間件在物聯網中的作用 147
7.1.3 物聯網中間件的現狀與發展
趨勢 147
7.1.4 物聯網中間件系統總體
架構 148
7.1.5 物聯網中間件設計方法 150
7.2 物聯網典型中間件 151
7.2.1 傳感網網關中間件 151
7.2.2 傳感網節點中間件 152
7.2.3 傳感網安全中間件 154
小結 155
第8章 物聯網數據融合與管理 157
8.1 數據融合概述 158
8.1.1 數據融合的發展 158
8.1.2 數據融合的定義 158
8.1.3 數據融合的發展 159
8.2 數據融合的基本原理 160
8.2.1 數據融合的體系結構 160
8.2.2 數據融合技術的理論方法 161
8.2.3 數據融合模型介紹 164
8.3 物聯網中的數據融合技術 166
8.3.1 物聯網數據融合的作用 166
8.3.2 傳感網數據融合的基本
原理 167
8.3.3 基于信息抽象層次的數據融合
模型 169
8.3.4 多傳感器算法 170
8.4 物聯網數據管理技術 170
8.4.1 物聯網數據管理系統的特點 170
8.4.2 傳感網數據管理系統結構 171
小結 171
第9章 物聯網安全與測試技術 173
9.1 物聯網安全概述 174
9.1.1 物聯網安全特征 174
9.1.2 物聯網安全威脅分析 175
9.1.3 物聯網安全體系結構 176
9.2 物聯網的安全關鍵技術 177
9.2.1 密鑰管理機制 177
9.2.2 數據處理與隱私性 178
9.2.3 安全路由 179
9.2.4 認證與訪問控制 180
9.2.5 惡意代碼防御 181
9.2.6 入侵檢測與容侵容錯技術 182
9.2.7 基于IPv6物聯網的安全
技術 182
9.3 物聯網的安全管理 183
9.4 物聯網的測試技術概述 185
9.4.1 需求分析 185
9.4.2 測試標準 189
9.4.3 傳感網網絡測試的特點 190
9.4.4 傳感網測試架構 192
9.5 物聯網安全測試 193
9.5.1 安全測試系統概述 193
9.5.2 系統的搭建與測試報告 198
小結 198
第10章 物聯網應用案例——智能
交通 199
10.1 智能交通概述 200
10.1.1 智能交通系統概述 200
10.1.2 智能交通系統功能與特征 202
10.1.3 智能交通中的物聯網技術 202
10.2 智能交通系統平臺架構 205
10.3 城市智能交通管理系統 208
10.3.1 城市智能交通管理系統方案
設計 208
10.3.2 智能交通管理系統的建設
案例 210
10.4 車聯網 211
10.4.1 車聯網概述 211
10.4.2 國內外車聯網的發展史 212
10.4.3 車聯網的功能與關鍵技術 213
10.4.4 車聯網發展展望 215
小結 216
參考文獻 217

第2章 自動識別技術
導讀
自動識別技術作為一門依賴于信息技術的多學科結合的邊緣技術，近年來得到了迅速發展。本章將主要從條形碼、機器視覺識別等方面介紹自動識別技術。
2.1 自動識別技術概述
2.1.1 自動識別技術的基本概念
自動識別技術是以計算機技術和通信技術的發展為基礎的綜合性科學技術，它將數據自動識別、自動采集并且自動輸入計算機進行處理。自動識別技術近年來的發展日新月異，已成為集計算機、光、機電、通信技術為一體的高新技術學科，是當今世界高科技領域中的一項重要的系統工程。它可以幫助人們快速、準確地進行數據的自動采集和輸入，解決計算機應用中由于數據輸入速度慢、出錯率高等問題。目前，它已在商業、工業、交通運輸業、郵電通信業、物資管理、物流、倉儲、醫療衛生、安全檢查、餐飲、旅游、票證管理以及軍事裝備等國民經濟各行各業和人們的日常生活中得到了廣泛應用。
2.1.2 自動識別技術的種類
自動識別系統根據識別對象的特征可以自動分為兩大類，分別是數據采集技術和特征提取技術。這兩大類自動識別技術的基本功能都是完成物品的自動識別和數據的自動采集。數據采集技術的基本特征是需要被識別物體具有特定的識別特征載體，而特征提取技術則是根據被識別物體本身的行為特征(包括靜態、動態和屬性的特征)來完成數據的自動采集。
1. 條形碼技術
條形碼技術的核心是條碼符號，我們所看到的條碼符號是由一組規則排列的條、空以及相應的數字字符組成，這種用條、空組成的數據編碼可以供機器識讀，而且很容易被譯成二進制數和十進制數。這些條和空可以有各種不同的組合方法，從而構成不同的圖形符號，即各種符號體系(也稱碼制)。不同碼制的條形碼，適用于不同的應用場合。
2. 射頻識別
射頻識別技術的基本原理是電磁理論。 射頻識別技術適用的領域：物料跟蹤、運載工具和貨架識別等要求非接觸數據采集和交換的場合。 目前，最流行的應用是在交通運輸(汽車、貨箱識別)、路橋收費、保安(進出控制)、自動生產和動物標簽等方面。射頻識別技術在物流領域中的應用較為廣泛。
3. 機器視覺識別
機器視覺識別是用機器代替人眼來進行測量和判斷，即通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳遞給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字信號。圖像處理系統可以對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，自動識別限定的標志、字符、編碼結構或可作為確切識斷的基礎呈現在圖像內的其他特征，甚至根據判別的結果來控制現場的設備動作。
4. 生物識別技術
生物識別技術是指利用可以測量的人體生物學或行為學特征來識別、核實個人身份的一種自動識別技術。這種技術能夠用來鑒別身份的生物特征，具有廣泛性、唯一性、穩定性、可采集性等特點。
2.2 條形碼技術
2.2.1 條形碼概述
1. 條形碼的概念
條形碼(Bar Code)是主要的自動收集技術，可以用來收集有關任何人物、地點或物品的資料，它的應用范圍是無限的。目前，條形碼已被普遍運用于進行物品追蹤、控制庫存、記錄時間和出勤、監視生產過程、質量控制、檢進檢出、分類、訂單輸入、文件追蹤、進出控制、個人識別、送貨與收貨、倉庫管理、路線管理、售貨點作業以及包括追蹤藥物使用和收款等在內的醫療保健等方面。
2. 條形碼符號的構成
一個條形碼符號由數條黑色和白色的線組成，如圖2-1所示。一個完整的條形碼主要包括：靜區(前，左側空白區域)、起始符、中間分割符(主要用于EAN碼)、校驗符、終止符、靜區(后，右側空白區域)，同時，下側具有供人識別的數字字符。
圖2-1 條形碼構成
2.2.2 條形碼的分類和編碼方法
1. 條形碼的分類
條形碼的分類方法有很多種，一般可按碼制分類和維數分類。按照維數，可分為一維條形碼和二維條形碼等。
1) 按碼制分類
條碼種類很多，常見的有二十多種碼制，其中包括：Code39碼(標準39碼)、Codabar碼(庫德巴碼)、Code25碼(標準25碼)、ITF25碼(交叉25碼)、Matrix25碼(矩陣25碼)、UPC-A碼、UPC-E碼、EAN-13碼(EAN-13國際商品條碼)、EAN-8碼(EAN-8國際商品條碼)、中國郵政編碼(矩陣25碼的一種變體)、Code-B碼、MSI碼、Code11碼、Code93碼、ISBN碼、ISSN碼、Code128碼(Code128碼，包括EAN128碼)、Code39EMS(EMS專用的39碼)等一維條碼和PDF417等二維條碼。
2) 按維數分類
按維數，條形碼可以分為一維條形碼、二維條形碼、多維條形碼等。
一維條形碼只是在一個方向上(一般是水平方向)表達信息，而在垂直方向不表達任何信息，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的掃描。一維條形碼的應用可以提高信息錄入的速度，減少差錯率，但是一維條形碼也存在數據容量較小(30個字符左右)，只能包含字母和數字，條形碼尺寸相對較大(空間利用率較低)，條形碼遭到損壞后便不能閱讀等一些不足之處。
二維條形碼在平面的橫向和縱向上都能表示信息，所以與一維條形碼相比，二維條形碼所攜帶的信息量和信息密度都成倍提高，二維條形碼可表示圖像、文字甚至聲音。二維條形碼的出現，使條形碼技術從簡單地標識物品轉化為描述物品，它的功能起到了質的變化，條形碼技術的應用領域也隨之擴大。
2. 條形碼的編碼方法
下面簡單介紹幾種常用的條形碼及其編碼方法。
1) EAN碼
EAN碼的全名為歐洲商品條碼(European Article Number)，源于1977年，由歐洲12個工業國家所共同發展出來的一種條碼，目前已成為一種國際性的條形碼系統。EAN碼的管理是由國際商品條碼總會(International Article Numbering Association)負責各會員國的國家代表號碼之分配與授權，再由各會員國的商品條碼專責機構，對其國內的制造商、批發商、零售商等授予廠商代表號碼。
EAN碼具有以下特性。
(1) 只能儲存數字。
(2) 可雙向掃描處理，即條形碼可由左至右或由右至左掃描。
(3) 必須有一檢查碼，以防讀取資料錯誤的情形發生。檢查碼位于EAN碼中的最右邊。
(4) 具有左護線、中線及右護線，以分隔條形碼上的不同部分與擷取適當的安全空間。
(5) 條形碼長度一定，較欠缺彈性，但經由適當的管道，可使其通用于世界各國。
依結構的不同，EAN碼可區分為以下兩種。
EAN-13碼：由13個數字組成，為EAN的標準編碼形式。
EAN- 8碼：由8個數字組成，屬EAN的簡易編碼形式。
……