从创意到原型:物联网应用快速开发--详细介绍

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 当前位置:本科及研究生教材 信息技术,电子 信息技术,电子 信息技术,电子 从创意到原型:物联网应用快速开发
   
从创意到原型:物联网应用快速开发
作者:董玮
书名:从创意到原型:物联网应用快速开发
定价:¥ 56 元
光盘: 
丛书名:  物联网工程专业系列教材
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开本: 16K
标准书号: 978-7-03-061010-2
字数(千): 525
页数: 356
出版日期: 2019-6-28
发行号: TP-8217.0101
装帧: 平装
点击热度: 287
最新印刷日期:    
 
编辑推荐
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获奖情况
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图书介绍
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  本书共分8章,内容涉及物联网“端­管­云”全链路开发流程。第1章介绍物联网发展现状、应用架构、典型应用;第2、3章分别从硬件平台和操作系统的角度介绍物联网设备端开发;第4章介绍基于TinyLink系统的物联网设备端快速开发;第5、6章分别介绍物联网应用中常用的低功耗短距离以及长距离通信技术;第7、8章分别介绍目前主流的物联网云平台和物联网云­端一体开发平台。
  本书适合作为高等院校计算机、通信、物联网工程等专业高年级本科生、研究生的教学用书,也适合作为物联网专业开发人员的技术参考用书。
 
前言
...........................................................................................................................................
  物联网的概念由来已久,但其大规模实际应用则是近年来的事情。十几年前,我接触并研究传感网,经历了传感网到物联网发展过程中核心技术的巨大变化。目前,物联网硬件平台的异构性进一步加剧,工业界开始主导物联网操作系统领域,低功耗广域网的飞速发展使得物联网设备接入因特网不再困难,各大企业纷纷推出物联网云平台,物联网云­端一体化的趋势日益明显。
  尽管物联网技术在飞速发展,但从应用开发的角度来看,用户想要开发一个完整的物联网应用仍不容易,他需要熟悉并掌握物联网设备端、云端、移动端中各种不同的技术。这些技术所需要的开发环境、工具链成熟度各不相同,从而给应用开发带来巨大挑战。
物联网领域中多种新技术的出现,以及物联网应用开发的困难性,使我觉得有必要撰写一本物联网开发方面的教材。愿望大都是美好的,但实施过程中往往会遇到很多选择和困难,本书的撰写也不例外。
  首先是重原理还是重实践的选择。从本书的书名看,应该是重实践。但如果太偏重实践而忽略原理介绍,知识点的组织将变得十分零散,教师上课就无法围绕知识点展开,学习者也无法系统地掌握物联网各种关键技术。所以,本书借鉴了经典教材Computer Networks(Andrew S. Tanenbaum)的写法:每章先介绍基本原理,再介绍现有技术,最后是案例开发。介绍完基本原理之后,对各种技术的介绍就会更加简洁,也容易看出各种不同技术的相似点和不同点。案例开发部分则尽量自成一体,使得工程开发人员也可以跳过前面部分快速上手。
  其次是全面性还是针对性的选择。物联网产业链长,开发技术多。硬件平台有TelosB、Arduino、树莓派、BeagleBone等;操作系统有TinyOS、Contiki OS、Huawei liteOS、AliOS Things、Android Things等;通信技术有ZigBee、蓝牙、NFC、红外、可见光、NB­IoT、LoRa、SigFox等;物联网云平台更是有亚马逊AWS IoT、微软Azure IoT、中国移动OneNet、阿里云IoT、华为OceanConnect等。每一个方面都可以单独出一本教材。但是,一个完整的物联网应用恰恰包括了物联网硬件、操作系统、通信协议、云平台以及移动端等各个方面。本书的内容涵盖了典型物联网应用架构的四个方面:物联网设备硬件及软件、通信协议、物联网云平台、移动/应用端。在每个方面只选取了最具代表性的几个技术做了详细介绍。我们希望读者通过对这些技术的深入理解,能够举一反三,快速学习并掌握其他相关技术。
  最后是新颖性还是基础性的选择。新颖性无论是对一篇论文还是一本书都十分重要。本书介绍了目前物联网领域比较新的技术,如Huawei liteOS、AliOS Things、NB­IoT、LoRa、微软Azure IoT和阿里云IoT的IoT Studio开发平台等。此外,在与学术研究相关的章节中,专门介绍了最新的学术研究前沿。基础性的知识也同样重要。引用Tanenbaum教授的话,某类技术非常优美,虽然现在没被使用,但有可能在未来解决某个关键问题。所以我们既要学习当前流行的各种技术,也要学习很多设计优美、在未来可能大有用处的技术。因此,本书也介绍了TinyOS、Contiki OS、基于802.15.4的传感网协议中重要的基础性知识,包括其中组件化编程的思想、轻量级线程的设计、低功耗MAC的设计等。
  变与不变是一个领域微妙的两面。不变,领域就没有生机;经常变,领域就没有知识的沉淀。研究了十多年的传感网/物联网,我经常在思考,物联网到底是重在系统,还是网络,或是感知与信号处理?什么是物联网专业的特长?在写完本书之后,我自己的一个体会就是,系统、网络、感知等方面都是物联网不可或缺的要素。对物联网从业者来说,熟悉并了解上述每个方面固然重要,但更重要的是怎样去更好地理解各种不同的应用场景,怎样去选择并定制各种不同的技术,怎样去提高快速开发并实现一个完整的物联网应用的能力。
  本书面向的读者
  本书适合作为高等院校计算机、通信、物联网工程等专业的高年级本科生、研究生的教学用书,也适合作为物联网专业开发人员的技术参考用书。
  本书的内容组织
  如图1所示,本书共分8章内容,涉及物联网“端­管­云”全链路开发流程。第1章介绍物联网发展现状、应用架构、典型应用;第2、3章分别从硬件平台和操作系统的角度介绍物联网设备端开发;第4章介绍基于TinyLink系统的物联网设备端快速开发;第5、6章分别介绍物联网应用中常用的低功耗短距离以及长距离通信技术;第7、8章分别介绍目前主流的物联网云平台和物联网云­端一体开发平台。
  本书配套的电子材料
  本书配备丰富的电子材料,包括课程讲义、案例示例代码、参考答案、案例开发视频教程等。为方便读者学习,其中,案例开发视频教程及部分内容的详细讲解在书中以二维码的形式呈现。其他材料读者可向本书责任编辑索取,发送E­mail至56813984@qq.com。
致谢
  要在短时间内深入了解本书涉及的许多新技术,特别是要基于这些技术做实际案例的开发着实不易。为此,自我从2018年8月决定编写教材以来的半年内,浙江大学物联网系统与网络(EmNets)课题组的学生都花费了大量的时间和精力准备素材,在此对他们的努力表示感谢。他们是:蔡振宇、曹晨红、陈共龙、程志浩、管高扬、靖远、李博睿、李惠康、林宇翔、刘汶鑫、吕嘉美、宋心怡、王一卉、张甲栋、张文照。
  还要感谢阿里云IoT事业部的支持,在过去的一年多时间里,课题组与阿里云IoT事业部同为阿里巴巴­浙江大学前沿技术联合研究中心(AZFT)物联网实验室的成员,双方在物联网平台方面的合作与交流也是本书许多重要内容的来源。此外,需要特别感谢科学出版社的赵丽欣女士,没有她的大力支持,这本书不会这么快和读者见面。
  由于编者知识有限,加之时间仓促,书中难免存在疏漏,恳请读者批评指正。

                                                           董  玮
                                                          2019年3月
 
图书目录
...........................................................................................................................................
第1章  物联网概述    1
1.1  物联网的定义和发展趋势    1
1.2  物联网的应用架构及挑战    2
1.2.1  应用架构    2
1.2.2  机遇及挑战    3
1.3  物联网典型应用    4
1.3.1  智慧城市——鸿山物联网小镇    4
1.3.2  智慧校园——CMU Living Lab    7
1.3.3  空气质量监测——Mosaic    11
1.4  物联网相关学术研究及前沿问题    15
1.4.1  相关学术研究领域    15
1.4.2  物联网的关注点及其前沿挑战问题    17
1.5  总结与展望    23
习题    23
参考文献    24
第2章  物联网硬件平台    25
2.1  概述    25
2.1.1  简介    25
2.1.2  平台组成    27
2.2  关键特性    27
2.2.1  成本与体积    27
2.2.2  能耗    28
2.2.3  运算速度和内存大小    29
2.2.4  接口类型    30
2.2.5  安全性    39
2.3  常见的硬件平台    40
2.3.1  传感器节点平台    40
2.3.2  Arduino系列硬件平台    42
2.3.3  树莓派系列硬件平台    48
2.4  案例开发——室内环境监测    51
2.4.1  基于Arduino UNO的开发    52
2.4.2  基于树莓派3B的开发    55
2.5  学术研究前沿    58
2.6  总结    59
习题    59
参考文献    61
第3章  物联网操作系统    63
3.1  概述    63
3.1.1  简介    63
3.1.2  系统构成    64
3.2  关键特性    65
3.2.1  编程模型    65
3.2.2  调度方式    68
3.2.3  I/O操作方式    69
3.2.4  内存分配    70
3.2.5  软件更新    71
3.2.6  网络服务    72
3.2.7  系统安全    72
3.3  典型物联网操作系统    75
3.3.1  TinyOS    76
3.3.2  Contiki OS    82
3.3.3  AliOS Things    91
3.4  案例开发——物联网防盗节点(增强版)    95
3.4.1  基于TinyOS的开发    96
3.4.2  基于Contiki OS的开发    99
3.4.3  基于AliOS Things的开发    101
3.5  学术研究前沿    105
3.6  总结与展望    105
习题    106
参考文献    109
第4章  基于TinyLink的软硬件一体开发    111
4.1  概述    111
4.2  TinyLink使用说明    114
4.2.1  开发流程    114
4.2.2  功能描述    117
4.2.3  API说明    119
4.3  TinyLink开发实例    121
4.3.1  功能使用    122
4.3.2  功能扩充    126
4.4  TinyLink实现机理    127
4.4.1  TinyLink系统框架    127
4.4.2  硬件生成系统    128
4.4.3  软件生成系统    129
4.5  远程实验室uDevice Center    130
4.5.1  uDevice Center简介    130
4.5.2  uDevice Center与TinyLink的集成    131
4.5.3  开发示例    132
4.6  案例开发——物联网防盗节点(增强版)    135
4.6.1  使用默认功能开发    135
4.6.2  指定硬件平台开发    138
4.6.3  使用推荐系统开发    139
4.6.4  增加新外设并开发    140
4.7  其他相关工作    143
4.8  总结与展望    145
习题    145
参考文献    147
第5章  低功耗短距离协议    149
5.1  概述    149
5.1.1  简介    149
5.1.2  典型协议    150
5.2  关键特性    153
5.2.1  通信距离    155
5.2.2  频段    155
5.2.3  数据率    156
5.2.4  安全性    156
5.2.5  非技术特性    157
5.3  代表性协议    157
5.3.1  基于IEEE 802.15.4的传感网协议    157
5.3.2  蓝牙低功耗协议(BLE)    178
5.4  案例开发——智能灯泡远程控制系统    191
5.4.1  案例描述    191
5.4.2  开发步骤    191
5.5  学术研究前沿    195
5.6  总结与展望    196
习题    196
参考文献    197
第6章  低功耗广域网    199
6.1  概述    199
6.1.1  简介    199
6.1.2  典型协议    201
6.2  关键特性    202
6.2.1  通信距离    202
6.2.2  功耗    203
6.2.3  数据率    205
6.2.4  频段的分配与使用    206
6.2.5  基站部署    207
6.2.6  非技术特性    207
6.3  代表性协议    207
6.3.1  NB­IoT    207
6.3.2  LoRaWAN    227
6.4  案例开发——智能垃圾桶    238
6.4.1  案例描述    238
6.4.2  开发步骤    238
6.5  学术研究前沿    242
6.6  总结与展望    242
习题    243
参考文献    244
第7章  物联网云平台    245
7.1  概述    245
7.2  主要功能    248
7.2.1  设备连接    249
7.2.2  设备管理    257
7.2.3  IFTTT与规则引擎    259
7.2.4  时序数据库与流计算    264
7.2.5  安全认证    265
7.2.6  无服务器计算    267
7.2.7  边缘计算    269
7.3  典型物联网云平台    271
7.3.1  Amazon AWS IoT    271
7.3.2  Microsoft Azure IoT    272
7.3.3  阿里云 IoT    274
7.4  案例开发——语音控制智能电灯    277
7.4.1  案例描述    277
7.4.2  开发步骤    278
7.5  总结    293
习题    293
参考文献    295
第8章  物联网云­端一体开发    296
8.1  概述    296
8.2  主要功能    297
8.2.1  设备端开发    297
8.2.2  云服务开发    301
8.2.3  Web应用/移动应用开发    303
8.2.4  集成与简化    306
8.3  典型开发平台    312
8.3.1  TinyLink 2.0    312
8.3.2  IoT Studio    316
8.4  案例开发——智能教室座位使用统计系统    331
8.4.1  基于TinyLink 2.0的开发    332
8.4.2  基于IoT Studio的开发    335
8.4.3  基于TinyLink + IoT Studio的开发    338
8.5  总结    340
习题    341
参考文献    342
 
 
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