本书在介绍物联网的体系框架、核心技术和系统管理的基础上,全面阐述了物联网技术在各行业的应用,并将物流、交通、民航、邮政、票务票证、防伪、医疗等作为典型应用案例进行了分析总结,重点论述了物联网在智能物流、智能电网和智能交通领域的应用与解决方案。全书共8章,内容丰富,取材新颖,结构严谨,图文并茂,具有创新性、前瞻性和应用性等鲜明特色。
目 录
第1章 绪论(1)
1.1 物联网概述(1)
1.1.1 物联网的概念与内涵(1)
1.1.2 物联网的本质特征(2)
1.1.3 物联网国外发展概况(4)
1.1.4 物联网国内发展概况(7)
1.2 物联网应用发展模式(9)
1.2.1 物联网应用分类(9)
1.2.2 物联网应用服务类型(10)
1.2.3 物联网产业发展模式(11)
1.2.4 物联网的产业链与产业结构(12)
1.2.5 国外物联网产业链的发展(14)
1.2.6 我国物联网的优先发展领域(15)
1.3 物联网应用框架模型(15)
1.3.1 物联网应用特点(15)
1.3.2 物联网应用模式(16)
1.4 我国物联网的规划与建设(19)
1.4.1 国家物联网建设的必要性(19)
1.4.2 实施国家物联网的战略规划(20)
1.5 我国物联网的建设目标与建设策略(21)
1.5.1 我国物联网的建设目标与基本架构(21)
1.5.2 我国物联网代码解析系统的建设策略(22)
1.5.3 我国物联网的发展途径和建设进程(23)
讨论与思考题(23)
参考文献(24)
第2章 物联网体系框架与公共技术(25)
2.1 物联网的结构组成与工作原理(25)
2.1.1 物联网硬件平台构成(25)
2.1.2 物联网软件平台构成(26)
2.1.3 物联网工作原理(28)
2.2 物联网体系结构(29)
2.2.1 物联网自主体系结构(30)
2.2.2 物联网EPC体系结构(31)
2.2.3 物联网UID体系结构(32)
2.2.4 物联网体系结构的特点(33)
2.2.5 物联网体系结构的原则和层次(34)
2.2.6 物联网结点与互联类型(36)
2.3 物联网公共技术(38)
2.3.1 编码技术(38)
2.3.2 标识技术(42)
2.3.3 解析技术(44)
2.3.4 信息服务(50)
2.3.5 安全技术(54)
2.3.6 中间件技术(57)
2.3.7 物联网感知技术(61)
讨论与思考题(67)
参考文献(67)
第3章 物联网核心技术与安全(71)
3.1 物联网关键技术(71)
3.1.1 RFID技术(71)
3.1.2 WSN技术(80)
3.1.3 4G技术(91)
3.1.4 UWB技术(94)
3.1.5 智能技术(97)
3.2 物联网相关技术(99)
3.2.1 ZigBee技术(99)
3.2.2 IPv6技术(106)
3.2.3 M2M技术(110)
3.2.4 云计算技术(112)
3.3 物联网安全概述(117)
3.3.1 物联网安全问题(117)
3.3.2 物联网安全的特点(118)
3.3.3 物联网安全架构(119)
3.3.4 物联网安全模型(120)
3.4 物联网安全关键技术(121)
3.4.1 安全需求与密钥管理机制(121)
3.4.2 数据处理与隐私性(123)
3.4.3 安全路由协议(124)
3.4.4 认证与访问控制(125)
3.4.5 入侵检测与容侵容错技术(127)
3.4.6 决策与控制安全(128)
讨论与思考题(129)
参考文献(129)
第4章 物联网系统管理(132)
4.1 物联网业务管理模式(132)
4.1.1 物联网集中式管理架构(132)
4.1.2 国家物联网管理中心(134)
4.1.3 行业物联网管理中心和专用物联网管理中心(135)
4.1.4 大区分布式物联网管理(138)
4.1.5 本地物联网管理中心(141)
4.1.6 物联网底层管理系统(141)
4.2 物联网网络管理(142)
4.2.1 物联网前端RFID网络管理(142)
4.2.2 物联网后台网络管理(145)
4.3 物联网网络管理的内容、模型与协议(152)
4.3.1 物联网网络管理的内容(152)
4.3.2 物联网网络管理模型(153)
4.3.3 物联网网络管理协议(155)
讨论与思考题(157)
参考文献(158)
第5章 物联网应用分析(160)
5.1 物联网应用领域与应用前景展望(160)
5.1.1 物联网主要应用领域(160)
5.1.2 物联网应用前景展望(176)
5.2 物流领域的应用(178)
5.2.1 概述(178)
5.2.2 医药物流领域的应用(182)
5.3 交通领域的应用(183)
5.3.1 概述(183)
5.3.2 高速公路ETC系统(185)
5.3.3 高速公路路径识别(186)
5.3.4 铁路行业的RFID应用(187)
5.3.5 RFID小区停车场管理(188)
5.4 民航领域的应用(191)
5.4.1 传感器感知应用(191)
5.4.2 RFID感知应用(193)
5.5 邮政领域的应用(194)
5.5.1 需求分析与国家政策(194)
5.5.2 电子票证业务模式(195)
5.5.3 应用发展趋势(196)
5.6 票证、票务领域的应用(197)
5.6.1 概述(197)
5.6.2 大型活动电子门票系统(197)
5.6.3 电子火车票系统(198)
5.6.4 票证技术国内发展现状(199)
5.6.5 电子证件典型方案(200)
5.6.6 电子证件应用实例(201)
5.6.7 应用前景(203)
5.7 防伪等领域的应用(203)
5.7.1 商品防伪(203)
5.7.2 食品溯源和医疗安全(204)
讨论与思考题(206)
参考文献(206)
第6章 智能物流应用与解决方案(209)
6.1 物联网在物流领域中的应用(209)
6.1.1 概述(209)
6.1.2 基于物联网的物流信息增值服务(211)
6.1.3 基于RFID电子标签的物联网物流管理系统(213)
6.2 RFID在制造业物流系统中的应用(215)
6.2.1 概述(215)
6.2.2 RFID-MTS的基本功能与主要内容(215)
6.2.3 RFID-MTS的基本特点与环境要求(217)
6.2.4 RFID-MTS实施效益分析(217)
6.3 物联网在煤炭运输物流系统中的应用(218)
6.4 RFID技术在图书馆领域中的应用(221)
6.4.1 概述(221)
6.4.2 RFID图书馆系统组成与工作流程(223)
6.4.3 RFID图书馆的基本功能(225)
6.4.4 RFID图书馆面临的挑战与问题(228)
6.4.5 智能图书馆的未来展望(230)
6.5 物联网在供应链物流管理中的应用(231)
6.5.1 供应链环节分析(231)
6.5.2 供应链管理系统设计(234)
6.5.3 供应链中的入库管理(236)
6.6 RFID在监狱管理中的应用(239)
6.6.1
超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术起源于20世纪50年代末,此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展,人们对高速无线通信提出了更高的要求,超宽带技术又被重新提出,并备受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者信号带宽与中心频率之比大于25%。与常见的通信方式使用连续的载波不同,UWB采用极短的脉冲信号来传送信息,通常每个脉冲的持续时间只有几十皮秒到几纳秒,这些脉冲所占用的带宽甚至高达数吉赫兹(GHz),这样最大的数据传输速率可以达到数百兆位每秒(Mbps)。在高速通信的同时,UWB设备的发射功率却很小,仅仅是现有设备的几百分之一,这对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声,因此从理论上讲,UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式,它有望在无线通信领域得到广泛的应用。目前,Intel、Motorola和Sony等知名大公司正在进行UWB无线设备的开发和推广。
UWB技术是一种与其他技术有很大区别的无线通信技术,它将为无线局域网(LAN)和个人局域网(PAN)的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。UWB技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题,具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低以及能提供厘米级定位精度等优点。UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用。
UWB的超宽带与其他的“窄带”或者“宽带”相比,主要有两方面的区别:一是超宽的带宽,在美国联邦通信委员会(FCC)的所定义中,其带宽比中心频率高25%或者大于1.5GHz,这一带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。二是超宽带典型的用于无载波应用方式。传统的“窄带”和“宽带”都是采用无线电频率(RF)载波来传送信号的,频率范围为从基带到系统被允许使用的实际载波频率。与之相反,UWB的实现方式是能够直接地调制一个大的激增和下降时间的“脉冲”,这样所产生的波形占据了几个GHz的宽带。
UWB无线通信技术与现有的无线通信技术有着本质的区别。现有的无线电技术所使用的通信载波是连续的电波,几乎所有的无线通信包括移动电话、无线局域网通信都是这样的,即用某种调制方式将信号加载在连续的电波上。与此相比,UWB无线通信产品可以发送大量的非常短、非常快的能量脉冲。这些脉冲都是经过精确计时的,每个只有数毫微秒长,脉冲可以覆盖非常广泛的区域。脉冲的发送时间是根据一种复杂的编码而改变的,脉冲本身既可以代表数字通信中的0,也可以代表1。UWB超宽带技术在无线通信的创新性、利益性方面具有很大的潜力,在商业多媒体设备、家庭和个人网络方面,可极大地提高了一般消费者和专业人员的适应性和满意度。因此,一些有眼光的工业界人士都在全力开发超宽带技术及其产品,相信这一超宽带技术不仅为低端用户所喜欢,而且在一些高端技术领域,如雷达跟踪、精确定位和无线通信方面也具有广阔的前景。
从时域上看,超宽带系统有别于传统的通信系统。一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制的,而UWB则是利用起、落点的时域脉冲直接实现信号的调制,超宽带的传输把调制信号过程放在一个非常宽的频带上进行,而且以这一过程中所持续的时间来决定宽带所占据的频率访问。由于UWB的发射功率有限,进而限制了其传输距离。相关资料表明,UWB信号的有效传输距离在10m以内,因此民用UWB普遍定位于个人局域网范畴。
从频域上看,超宽带有别于传统的窄带和宽带,其频带更宽。窄带是指相对宽带(信号带宽与中心频率之比)小于1%,相对带宽为1%N25%时称为宽带,相对带宽大于25%且中心频率大于500MHz时称为超宽带。UWB与传统通信系统相比,其工作原理迥异,因此UWB具有传统通信系统无法比拟的技术特点,如系统结构的实现比较简单、数据传输速度快、功耗低、安全性好、多径分辨能力强、定位精确、工程简单以及造价便宜等。
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