物联网概论(微课版)

从典型应用场景入手的物联网入门教材
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叶云 (作者) 978-7-115-61719-4

关于本书的内容有任何问题,请联系 刘尉

1.双高院校骨干教师编写;
2.模块化编写模式,场景化教学内容(智慧城市、智慧物流、智慧农业、智能家居、智能安防、智慧医疗);
2.案例引入,使教学过程具有趣味性;
3.理实一体,注重实训。

内容摘要

本书采用模块化教材编写思路,由6个模块构成,分别从智慧城市、智慧物流、智慧农业、智能家居、智能安防和智慧医疗6个典型的物联网行业应用入手,以物联网的3个层次为主线,较为全面地介绍了物联网所涵盖的相关知识与技术。
本书在每个模块开始时制定了清晰的学习目标、思维导图及模块概述,在每一节的知识中结合职业能力培养要求引入了丰富的拓展知识,在每个模块的最后提供了知识巩固习题和拓展实训练习。
本书可作为高校物联网、计算机和通信等相关专业的教材,也可作为其他专业的选修课教材,亦适合对物联网感兴趣的各类读者参考阅读。

前言

物联网是对新一代信息技术的高度集成和综合运用,被国家列为五大新兴战略性产业之一。物联网技术是支撑“网络强国”等国家战略的重要基础,在推动国家产业结构升级和优化过程中发挥着重要作用。党的二十大报告指出,加快发展物联网,建设高效顺畅的流通体系,降低物流成本;加快发展数字经济,促进数字经济和实体经济深度融合,打造具有国际竞争力的数字产业集群。在国家“十四五”发展规划中,明确划定了云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实7个数字经济重点产业。
物联网是一门多学科交叉和融合的技术,涉及的知识与技术繁杂。本书作为一本物联网技术的导论性教材,创新性地从6个典型的物联网行业应用切入,以物联网的感知、网络、应用3个层次为主线,通俗易懂地介绍了物联网的基础知识、识别技术、感知技术、通信技术、安全体系,以及物联网与前沿技术的关系。
本书综合考虑学生素质和能力的培养、实际工作的需求和模块化教材的编写要求,内容由6个模块构成。模块1“通过智慧城市进入物联网的世界”以综合性的智慧城市为例,介绍了物联网的概念、发展和技术概述。模块2“通过智慧物流认识物联网识别技术”以运用大量识别技术的智慧物流为例,介绍了电子产品代码以及自动识别、RFID等技术。模块3“通过智慧农业认识物联网感知技术”以运用大量感知技术的智慧农业为例,介绍了传感器、3S、视频监控、嵌入式系统等感知技术。模块4“通过智能家居认识物联网通信技术”以运用大量通信技术的智能家居为例,介绍了有线接入网、无线接入网、移动通信网络、量子通信等技术。模块5“通过智能安防认识物联网安全”以智能安防为例,介绍了信息安全、物联网安全等知识。模块6“通过智慧医疗认识物联网与前沿技术的关系”以智慧医疗为例,介绍了物联网与云计算、大数据、人工智能的关系。
本书提供配套的电子课件、习题答案等资源,读者可在人邮教育社区(https://www. ryjiaoyu.com)网站注册、登录后下载。同时,本书配有重点知识的微课视频,读者扫描书中二维码即可观看。
本书由叶云、赵小娟、罗移祥负责统稿。模块1及2.1节、3.1节、4.1节、5.1节、6.1节由叶云编写,模块2(2.1节除外)由赵小娟编写,模块3(3.1节除外)、模块4(4.1节除外)由卜新华编写,模块5(5.1节除外)由郭艾寅编写,模块6(6.1节除外)由符气叶编写。
由于物联网技术发展迅速,以及编者的水平所限,书中难免有不当之处,敬请读者批评指正。

目录

模块1 通过智慧城市进入物联网的世界 1
【学习目标】 1
【思维导图】 1
【模块概述】 2
1.1 智慧城市 2
1.1.1 智慧城市概述 2
1.1.2 智慧城市体系架构 4
1.1.3 智慧城市中的物联网应用体系 5
1.1.4 拓展知识:全球智慧城市盘点,我国多城市陆续斩获世界智慧城市领域的“奥斯卡” 6
1.2 物联网的概念与发展 8
1.2.1 物联网的概念 9
1.2.2 物联网的发展 10
1.2.3 拓展知识:比尔·盖茨的疯狂构想和前卫实践 13
1.3 物联网技术概述 14
1.3.1 物联网技术特征 15
1.3.2 物联网层次划分 17
1.3.3 物联网关键技术 19
1.3.4 拓展知识:中国近年物联网发展规划 21
【知识巩固】 22
【拓展实训】 23
【学习评价】 23

模块2 通过智慧物流认识物联网识别技术 24
【学习目标】 24
【思维导图】 24
【模块概述】 24
2.1 智慧物流 25
2.1.1 智慧物流概述 25
2.1.2 智慧物流的主要内容 26
2.1.3 智慧物流案例 29
2.1.4 拓展知识:2021年全球智慧物流峰会企业观点 31
2.2 电子产品代码 32
2.2.1 EPC概述 33
2.2.2 EPC系统架构 34
2.2.3 EPC编码体系 35
2.2.4 拓展知识:带你了解国际上的物品编码 36
2.3 自动识别技术 38
2.3.1 自动识别技术概述 38
2.3.2 光学字符识别技术 39
2.3.3 生物识别技术 41
2.3.4 卡识别技术 44
2.3.5 条形码技术 47
2.3.6 拓展知识:脑机接口——正在走来的脑神经识别技术 51
2.4 RFID技术 52
2.4.1 射频识别系统概述 52
2.4.2 RFID基本原理 54
2.4.3 RFID电子标签及其分类 57
2.4.4 RFID电子标签编码标准 60
2.4.5 拓展知识:RFID技术的创新研究 64
【知识巩固】 66
【拓展实训】 67
【学习评价】 67

模块3 通过智慧农业认识物联网感知技术 68
【学习目标】 68
【思维导图】 68
【模块概述】 69
3.1 智慧农业 69
3.1.1 智慧农业概述 69
3.1.2 智慧农业的主要内容 70
3.1.3 智慧农业案例 73
3.1.4 拓展知识:未来农业的八大“黑科技” 75
3.2 传感器 76
3.2.1 传感器概述 76
3.2.2 传感器工作原理 79
3.2.3 无线传感器网络 84
3.2.4 拓展知识:实现元宇宙,需要什么传感器? 87
3.3 3S技术 89
3.3.1 3S技术概述 89
3.3.2 遥感技术 90
3.3.3 卫星定位技术 92
3.3.4 地理信息系统 94
3.3.5 拓展知识:大国重器——北斗导航 96
3.4 视频监控技术 98
3.4.1 视频监控技术概述 98
3.4.2 物联网与视频监控 99
3.4.3 视频监控的主要设备 100
3.4.4 拓展知识:人工智能助力视频监控,不只是看清楚那么简单 103
3.5 嵌入式系统 104
3.5.1 嵌入式系统概述 104
3.5.2 嵌入式系统与物联网 105
3.5.3 嵌入式微处理器 106
3.5.4 嵌入式操作系统 109
3.5.5 嵌入式开发工具 110
3.5.6 拓展知识:边缘计算与嵌入式系统 112
【知识巩固】 113
【拓展实训】 114
【学习评价】 115

模块4 通过智能家居认识物联网通信技术 116
【学习目标】 116
【思维导图】 116
【模块概述】 117
4.1 智能家居 117
4.1.1 智能家居概述 117
4.1.2 智能家居的主要内容 119
4.1.3 智能家居案例 120
4.1.4 拓展知识:未来智能家居中最炫的10种“黑科技” 124
4.2 有线接入网 127
4.2.1 有线接入网概述 127
4.2.2 铜线接入技术 128
4.2.3 光网络技术 131
4.2.4 拓展知识:有线接入网的发展趋势 135
4.3 无线接入网 137
4.3.1 无线接入网概述 137
4.3.2 蓝牙技术 138
4.3.3 ZigBee技术 140
4.3.4 NB-IoT技术 143
4.3.5 LoRa技术 145
4.3.6 UWB技术 149
4.3.7 60GHz无线通信技术 150
4.3.8 WLAN 152
4.3.9 WiMAX 154
4.3.10 拓展知识:可见光通信——隐身于光波中的密码 155
4.4 移动通信网络 156
4.4.1 移动通信概述 156
4.4.2 第二代移动通信 159
4.4.3 第三代移动通信 160
4.4.4 第四代移动通信 161
4.4.5 第五代移动通信 162
4.4.6 拓展知识:星链网络 163
4.5 量子通信 164
4.5.1 量子通信概述  165
4.5.2 量子通信发展现状 166
4.5.3 量子通信原理 167
4.5.4 量子通信工作方案 168
4.5.5 量子通信发展方向 168
4.5.6 拓展知识:薛定谔猫 168
【知识巩固】 169
【拓展实训】 171
【学习评价】 171

模块5 通过智能安防认识物联网安全 172
【学习目标】 172
【思维导图】 172
【模块概述】 172
5.1 智能安防 173
5.1.1 智能安防概述 173
5.1.2 智能安防的主要内容 174
5.1.3 智能安防案例 176
5.1.4 拓展知识:安防变得智能后,你的生活发生了哪些改变? 180
5.2 信息安全基础 181
5.2.1 信息安全概述 181
5.2.2 信息安全威胁 182
5.2.3 密码学基础 184
5.2.4 拓展知识:密钥和密码有什么区别? 185
5.3 物联网安全概述 185
5.3.1 物联网安全威胁举例 186
5.3.2 物联网安全面临的挑战 187
5.3.3 物联网安全与互联网安全 189
5.3.4 拓展知识:物联网成信息安全“重灾区” 190
5.4 物联网信息安全体系 191
5.4.1 物联网安全层次模型 192
5.4.2 物联网感知层安全 193
5.4.3 物联网网络层安全 194
5.4.4 物联网应用层安全 196
5.4.5 物联网安全策略 196
5.4.6 拓展知识:物联网未来的9个主要
安全挑战 197
【知识巩固】 199
【拓展实训】 200
【学习评价】 200

模块6 通过智慧医疗认识物联网与前沿技术的关系 201
【学习目标】 201
【思维导图】 201
【模块概述】 201
6.1 智慧医疗 202
6.1.1 智慧医疗概述 202
6.1.2 智慧医疗功能分类 203
6.1.3 智慧医疗案例 204
6.1.4 拓展知识:你不知道的医学界“黑科技” 208
6.2 物联网与云计算 209
6.2.1 云计算概述 209
6.2.2 云计算技术 211
6.2.3 物联网与云计算的关系 212
6.2.4 拓展知识:我国云计算市场的“四朵云” 212
6.3 物联网与大数据 213
6.3.1 大数据概述 214
6.3.2 大数据技术 217
6.3.3 物联网与大数据的关系 218
6.3.4 拓展知识:截至2021年的32个
物联网的统计数据 219
6.4 物联网与人工智能 220
6.4.1 人工智能概述 221
6.4.2 人工智能研究领域 221
6.4.3 物联网与人工智能的关系 226
6.4.4 拓展知识:ChatGPT——变革与风险 227
【知识巩固】 228
【拓展实训】 229
【学习评价】 230

参考文献 231

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作者介绍

叶云,广东轻工职业技术学院副教授,华南农业大学农业电气化与自动化博士,农业资源环境博士后,信息系统项目管理师,2019年获评首批“广东省百名博士博士后创新人物”称号。现任农业农村部“科创中国”农业信息与智能装备产业服务团专家,智慧农业科技公司联合创始人。主要研究领域为农业信息技术、环境监测技术等。

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