物联网理论与技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:杨刚//沈沛意//郑春红

出品人:

页数:202

译者:

出版时间:2010-9

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787030289179

丛书系列:

图书标签:

• 科学出版社
• 物联网
• 传感器
• 无线通信
• 嵌入式系统
• 云计算
• 大数据
• 边缘计算
• 安全
• 应用
• 协议

《智能感知与协同网络：构建万物互联的未来》 内容概要 本书致力于深入探讨构成未来智能生活基石的感知技术与网络通信的融合之道，从基础理论到前沿应用，勾勒出一幅万物互联的宏伟蓝图。我们将首先聚焦于构成感知网络的“触角”——各类传感器与传感技术，理解其工作原理、性能指标以及在不同场景下的选择与部署。随后，我们将穿越信息的“神经网络”——通信技术，深入剖析从经典到新兴的通信协议栈，理解它们如何承载海量数据的传输与交换。在此基础上，本书将重点阐述感知与网络的深度融合，探讨如何通过智能化的网络架构与管理，实现数据的有效汇聚、分析与决策。最后，我们将目光投向广阔的应用领域，从智慧城市、智能制造到智慧医疗、环境监测，展示这些前沿技术如何切实改变我们的生活与工作方式，并对未来发展趋势进行前瞻性展望。 第一篇：智能感知，世界的“耳目” 第一章：传感器技术概览 本章将为读者打开通往微观世界的大门，介绍构成现代感知网络的“传感器”这一核心要素。我们将从传感器的基本概念出发，深入理解其工作原理——如何将物理世界中的各种信号（如温度、压力、光照、声音、运动等）转化为可被电子设备识别和处理的电信号。我们将详细介绍各类主流传感器的工作原理，例如： 电阻式传感器： 探讨材料电阻随外界环境变化（如温度、湿度、应力）而改变的原理，以电阻温度计（RTD）、应变片、湿敏电阻为例，阐述其在温度测量、形变感知、湿度监测中的应用。 电容式传感器： 分析电介质的介电常数或极板间距变化导致电容值改变的原理，重点介绍电容式触摸屏、液位传感器、位移传感器等，揭示其在人机交互、非接触测量领域的优势。 电感式传感器： 讲解线圈电感量随磁性材料位置或数量变化而改变的原理，以接近传感器、磁性编码器为例，说明其在金属探测、位置检测中的应用。 压电式传感器： 深入理解某些晶体材料在受压或受力时产生电荷的压电效应，以及反向压电效应，介绍其在加速度计、麦克风、超声波换能器等领域的应用。 光学传感器： 涵盖光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、CCD/CMOS图像传感器等，分析它们如何将光信号转换为电信号，以及在光照检测、图像采集、条形码扫描等方面的广泛用途。 化学传感器： 介绍利用化学反应或物理吸附引起传感器性能变化（如电导率、电势）来检测特定化学物质的原理，如气体传感器、pH传感器等，强调其在环境监测、食品安全领域的关键作用。 生物传感器： 探讨将生物识别元件（如酶、抗体、DNA）与换能器结合，用于检测生物分子或生物过程的原理，例如血糖仪、DNA测序仪等，展望其在医疗诊断和生命科学研究中的巨大潜力。 同时，本章还将探讨传感器的关键性能指标，如灵敏度、精度、分辨率、响应时间、稳定性、迟滞、线性度等，并讲解如何根据具体的应用需求进行传感器的选型与优化。 第二章：传感器网络与数据采集 传感器本身是信息的源头，但其价值的体现离不开数据的有效采集与汇聚。本章将聚焦于传感器网络的构建与数据采集技术。 传感器网络架构： 介绍不同规模和拓扑结构的传感器网络，从单点采集到分布式多节点网络，以及星型、总线型、环型、网状型等网络拓扑的特点与适用场景。 数据采集流程： 详细阐述从传感器输出原始信号，到信号调理（放大、滤波、阻抗匹配）、模数转换（ADC），再到数据存储与传输的完整流程。我们将探讨不同的模数转换技术（如逐次逼近型、Σ-Δ型、双斜率型）及其对精度和速度的影响。 信号调理技术： 深入讲解滤波器（低通、高通、带通、带阻）在去除噪声、隔离干扰方面的作用，以及放大器的选择与设计原则。 多传感器协同： 探讨如何通过多传感器融合（如卡尔曼滤波、粒子滤波）来提高数据的准确性、鲁棒性和完整性，弥补单一传感器的不足。例如，融合GPS、IMU和轮速传感器来更精确地估计车辆的位置和姿态。 嵌入式数据处理： 介绍在传感器节点或边缘设备上进行初步数据处理的必要性与方法，如数据压缩、特征提取、异常值检测，以减少网络传输负担，提高响应速度。 第二篇：协同网络，信息的“血脉” 第三章：通信协议栈与网络接入 当感知层的数据产生后，就需要通过通信网络进行传输。本章将深入剖析支持万物互联的通信协议栈，并探讨不同的网络接入方式。 OSI模型与TCP/IP模型： 回顾网络通信的经典模型，理解各层的功能与划分，为后续的学习打下坚实基础。 局域网技术： 介绍以太网（Ethernet）、Wi-Fi（IEEE 802.11系列）等在短距离、高带宽通信中的应用，分析其在本地设备互联中的重要性。 广域网技术： 探讨蜂窝网络（2G/3G/4G/5G）在移动通信中的演进，以及其在广域连接中的作用。特别会介绍5G技术在低延迟、高带宽、海量连接方面的突破，为海量设备互联提供支持。 低功耗广域网（LPWAN）： 重点介绍LoRa、NB-IoT、Sigfox等为满足低功耗、长距离通信需求而设计的技术，分析它们在物联网场景（如智能抄表、资产追踪）中的独特优势。 通信协议的演进： 介绍从传统的TCP/IP协议到专为物联网设计的轻量级协议，如MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）、CoAP（Constrained Application Protocol）。我们将深入分析MQTT的发布/订阅模式，以及CoAP的RESTful设计，理解它们如何优化资源受限设备之间的通信。 网络安全基础： 探讨在通信过程中保证数据安全与隐私的重要性，介绍加密、认证、访问控制等基本安全机制。 第四章：数据传输与网络管理 高效、可靠的数据传输是实现智能感知与协同网络的生命线。本章将聚焦于数据在网络中的传输机制以及网络的管理策略。 路由与寻址： 介绍IP寻址、MAC寻址等基本概念，以及在复杂网络环境中如何进行数据包的路由与转发。 拥塞控制与流量管理： 探讨网络拥塞的成因及其对性能的影响，介绍TCP拥塞控制算法（如慢启动、拥塞避免）和流量整形技术，以保证网络的稳定性与吞吐量。 网络质量服务（QoS）： 讲解如何通过优先级调度、资源预留等技术，为不同应用提供差异化的服务，确保关键业务（如实时视频、控制信号）的时延与可靠性。 移动性管理： 探讨在设备移动过程中如何维持网络连接的连续性，介绍移动IP、切换等技术。 网络虚拟化与SDN： 介绍软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等新兴技术，如何通过集中控制和灵活的资源调度，提高网络的管理效率和适应性。 网络监测与故障诊断： 介绍网络监测工具（如SNMP、NetFlow）和故障诊断方法，以确保网络的稳定运行，并及时发现和解决问题。 第三篇：融合与赋能，智能应用的催化剂 第五章：边缘计算与数据分析 感知数据需要被及时、有效地处理和分析，才能转化为有价值的信息。本章将深入探讨边缘计算的理念及其在物联网中的应用。 边缘计算的概念与架构： 解释边缘计算的定义，即在数据源附近进行数据处理，而不是将其全部上传到云端。介绍从云到边缘的计算架构，以及边缘节点的功能和部署方式。 边缘计算的优势： 阐述边缘计算在降低延迟、节省带宽、提高隐私保护、增强系统可靠性等方面的显著优势。 数据预处理与特征提取： 介绍在边缘节点上进行数据清洗、降噪、去重、特征工程等操作，以减轻云端负担，提高分析效率。 轻量级机器学习模型： 探讨如何将机器学习模型部署到边缘设备上，实现实时推理和本地决策。介绍适合边缘设备的模型优化技术（如模型量化、剪枝）。 数据协同与分布式处理： 探讨在多个边缘节点之间进行数据共享与协同处理的方法，以及分布式机器学习的挑战与机遇。 案例分析： 以智能安防（实时人脸识别）、工业自动化（设备状态预测）、智能交通（交通流量实时分析）等场景为例，说明边缘计算如何赋能实时决策和智能响应。 第六章：云平台与大数据处理 虽然边缘计算能够处理一部分数据，但海量数据的存储、深度分析以及全局视图的构建仍然离不开强大的云平台。 物联网云平台架构： 介绍物联网云平台的典型组成部分，包括设备管理、数据接入、数据存储、数据处理、应用开发、安全与认证等模块。 大数据处理技术： 探讨Hadoop、Spark等分布式大数据处理框架，及其在处理海量、多源异构数据方面的能力。 数据存储与管理： 介绍关系型数据库、NoSQL数据库（如时间序列数据库、文档数据库）在物联网数据存储中的应用，以及数据湖、数据仓库的概念。 数据挖掘与模式识别： 讲解如何利用数据挖掘技术（如聚类、分类、关联规则挖掘）从海量数据中发现隐藏的模式和规律。 人工智能与深度学习在云端： 介绍如何利用云端强大的计算资源，训练和部署复杂的深度学习模型，以实现更高级别的智能分析，如图像识别、自然语言处理、预测性维护等。 数据可视化与报告： 探讨如何通过数据可视化工具（如Tableau, Grafana）将分析结果以直观的方式呈现给用户，并生成定制化的报告。 第四篇：应用探索与未来展望 第七章：智慧城市的应用实践 本章将聚焦于物联网技术在城市管理与服务中的实际应用，展现其如何提升城市运行效率和居民生活品质。 智能交通系统： 介绍基于传感器的交通流量监测、信号灯智能调控、停车位检测与引导、车联网（V2X）通信等，以缓解交通拥堵，提高出行效率。 智能能源管理： 探讨智能电表、智能电网、分布式能源管理系统（如太阳能、风能），以及基于物联网的能源调度优化，实现节能减排。 智慧安防与应急响应： 介绍智能监控、入侵检测、火灾烟雾报警、环境气体监测等，以及通过物联网实现警力与应急资源的快速调度。 智慧环卫与垃圾管理： 讲解基于传感器的垃圾桶满溢监测、垃圾车路径优化、环境空气质量监测等，提升城市卫生水平。 智能公共服务： 探讨智慧照明、智能水务（漏损检测）、智能井盖监测等，提升公共基础设施的智能化水平。 第八章：智能制造与工业互联网 本章将深入探讨物联网技术如何赋能制造业的转型升级，构建智能工厂和工业互联网。 设备互联与状态监控： 介绍如何通过传感器和通信技术，实现对生产设备的状态实时监控、故障预警和远程诊断。 预测性维护： 讲解如何利用传感器数据和大数据分析，预测设备故障，从而提前进行维护，减少非计划停机时间。 生产过程优化： 探讨通过对生产数据的实时分析，优化生产参数，提高生产效率、产品质量和资源利用率。 供应链协同： 介绍如何通过物联网技术实现供应链各环节的信息共享和协同，提高物流效率和响应速度。 数字孪生（Digital Twin）： 探讨创建物理实体的数字孪生模型，实现对生产过程的模拟、优化和预测。 质量追溯与管理： 介绍如何通过物联网技术实现产品全生命周期的质量追溯，提升产品质量管理水平。 第九章：智慧医疗与健康监测 物联网技术在改善医疗服务、提高健康管理水平方面展现出巨大的潜力。 远程医疗与健康监测： 介绍可穿戴健康设备（如智能手表、健康追踪器）采集生理数据，通过网络传输到云端进行分析，实现远程健康监测和预警。 智能病房与医院管理： 探讨智能床位监测、患者生命体征监测、药品管理、设备定位等，提高医院运营效率和患者护理水平。 医疗设备互联与管理： 介绍医疗设备之间的互联互通，实现数据共享和协同诊断，以及对医疗设备的远程监控和维护。 辅助诊断与个性化治疗： 探讨如何利用大数据和人工智能技术，辅助医生进行疾病诊断，并为患者提供更精准的个性化治疗方案。 老年人与慢性病患者的关怀： 介绍针对老年人和慢性病患者的智能监护系统，提供跌倒检测、紧急呼叫、用药提醒等服务。 第十章：未来展望与挑战 本书的最后一章将对物联网技术未来的发展趋势进行前瞻性分析，并探讨其发展过程中可能面临的挑战。 人工智能的深度融合： 展望AI与物联网结合的进一步深化，实现更高级别的自主决策和智能控制。 5G/6G与超连接： 探讨下一代通信技术为物联网带来的更大可能性，如万物皆可连，超低时延的应用场景。 区块链在物联网中的应用： 介绍区块链技术如何为物联网提供更安全、透明、可信的数据管理和身份验证机制。 人机交互的革新： 展望自然语言处理、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等技术与物联网的融合，带来更自然、沉浸式的人机交互体验。 隐私与安全挑战： 深入探讨海量数据带来的隐私泄露风险，以及物联网设备安全漏洞的潜在威胁，并提出应对策略。 标准化与互操作性： 分析当前物联网领域缺乏统一标准的现状，以及如何推动标准化建设，实现不同厂商、不同设备之间的互联互通。 伦理与社会影响： 探讨物联网技术发展可能带来的社会伦理问题，如就业结构变化、数字鸿沟加剧等，并呼吁负责任的技术发展。 通过对本书内容的系统学习，读者将能够全面理解智能感知与协同网络是如何构建万物互联的未来，并为投身于这一激动人心的新兴领域打下坚实的基础。

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我是在工作压力特别大的时候开始读这本厚厚的书的，坦白说，一开始的阅读体验并不算轻松愉快。这本书的理论深度着实不浅，某些章节深入到非常底层的网络通信机制和加密算法，对于我这种偏应用层的工程师来说，理解起来需要反复咀嚼，甚至需要配合外部的资料进行交叉验证。我记得有一个关于时间同步和授时的章节，作者用了整整十页的篇幅去详细推导一个复杂的公式，虽然其严谨性毋庸置疑，但在快节奏的工作环境下，确实让人感到吃力。不过，一旦咬牙坚持下来，你会发现这种扎实的理论基础是如何为后续的高级话题铺路的。作者对每一个技术名词的定义都非常精确，没有丝毫含糊不清的地方，这对于希望建立完整知识体系的人来说是极其宝贵的财富。它更像是一部教科书而非一本轻松读物，它不迁就读者的理解速度，而是要求读者主动去适应它所设定的知识高度。我最大的感受是，这本书在构建知识壁垒方面做得非常成功，它筛选掉那些浮于表面的介绍，直指问题的核心与本质。读完之后，我对于很多业界流行的“黑科技”都能从原理层面进行批判性思考，而不是盲目跟风了。

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这本书的案例分析部分简直是神来之笔，它将前面铺垫的所有晦涩难懂的理论知识，一下子拉回到了生动可感的现实世界。我特别喜欢它对智能制造和智慧农业的剖析。在智能制造那一章，作者没有用过于理想化的模型，而是详细拆解了一个传统工厂如何逐步引入物联网传感器、如何构建数据采集层、以及如何通过数据分析优化生产流程中的瓶颈。书中提供的那些流程图和数据流向图，画得极其细致，甚至连数据在不同设备间传输的延迟和丢包率的估算都考虑进去了，这对于真正想做系统集成和项目落地的技术人员来说，简直是操作手册级别的参考。而对于智慧农业，作者则展示了如何利用低功耗广域网（LPWAN）技术，在广袤的农田中实现对土壤湿度和气候的精细化管理，以及如何利用机器学习模型来预测病虫害的爆发，这种跨学科的融合展示得非常自然流畅。读到这里，我甚至觉得这本书不仅仅是一本技术书，更像是一本行业变革的路线图，它清晰地指出了未来十年技术将在哪些垂直领域发挥最大的价值。

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坦白讲，我是一个对技术文档的“可读性”要求非常高的人，因为如果一本书读起来像是在啃石头，效率会大打折扣。然而，这本书在语言风格上做到了令人称奇的平衡。它在描述复杂技术概念时，会不时穿插一些作者个人的思考和行业观察，这些“花絮”使得整体阅读体验变得非常人性化。比如，在讨论标准化协议的演进时，作者插入了一段关于不同厂商生态竞争的历史回顾，这让读者能更宏观地理解为什么某些技术最终胜出，而另一些则被边缘化。这种叙事手法，使得冰冷的技术讨论有了一层温情的解读。此外，作者对于术语的使用非常克制，如果必须使用缩写词，都会在第一次出现时给出完整名称的解释，并且在附录中还有一个详尽的术语表，这对于偶尔跳跃式阅读的读者非常友好。总的来说，这本书的“阅读体验”被精心设计过，它既能满足硬核技术人员对深度的追求，也顾及到了希望全面了解这个领域的学习者对流畅度的需求，实属难得的佳作。

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这本书的装帧设计很有意思，封面采用了一种磨砂质感的深蓝色调，搭配着银色的线条勾勒出的抽象电路板图案，初看上去就给人一种专业而又不失未来感的印象。我本来是带着一点点技术书籍的刻板印象去翻阅的，没想到开篇的引言部分，作者就用了一种非常文学化的笔触，描绘了“万物互联”的宏大愿景，将枯燥的技术概念与我们日常生活中的场景巧妙地融合在一起，比如清晨自动调节亮度的窗帘，或者家中实时监控的能源使用情况。这让初次接触这个领域的读者也能迅速被吸引进去，而不是一开始就被密集的术语轰炸。再往后看，内容组织结构也体现出作者的用心，从基础的网络协议到具体传感器的选型，再到后端的云计算和数据分析，脉络清晰，层层递进。尤其是关于边缘计算那一章的阐述，作者没有简单罗列技术名词，而是通过几个生动的案例，说明了为什么在数据源头进行处理比单纯依赖云端更加高效和安全。我特别欣赏它在理论深度和实际应用之间的平衡把握，既能让你理解背后的原理，又能告诉你这个技术在现实中是如何落地生根的。这本书的排版也十分舒服，字体大小适中，图表清晰明了，即便是需要长时间阅读，眼睛也不会感到很累。总而言之，从视觉到内容的引导，这本书都展现出了一种高水准的专业素养和对读者的尊重。

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这本书在安全与隐私保护方面的论述，占据了相当大的篇幅，并且这一点让我感到非常满意，因为很多同类书籍往往在这一点上草草了事。作者显然深知，物联网的广泛部署意味着前所未有的安全风险敞口。书中不仅系统地介绍了从设备认证到数据传输加密的各种安全技术，更重要的是，它探讨了在资源受限的终端设备上实现这些安全机制的挑战与权衡。例如，对于资源极其有限的传感器节点，如何平衡计算能力与加密强度？作者提供了一个非常深入的对比分析，推荐了在不同约束条件下适用的安全框架。更让我印象深刻的是，它还涉及了物联网设备生命周期中的安全管理，包括固件的空中升级（OTA）机制中的防篡改措施，以及设备退役后的数据销毁规范。这些细节的处理，体现了作者极强的责任心和对行业痛点的精准把握。阅读这部分内容时，我感觉自己像是在接受一次顶级的网络安全培训，收获远超我的预期。

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