物聯(lián)網(wǎng):架構(gòu) 技術(shù)及應(yīng)用(原書第2版)
定 價:99 元
叢書名:計算機(jī)科學(xué)叢書
- 作者:[希]弗洛肖斯·齊阿齊斯,[德]斯塔馬蒂斯·卡爾諾斯科斯,[瑞典]楊·霍勒,[英]大衛(wèi)·博
- 出版時間:2021/10/1
- ISBN:9787111691822
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP18
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書由長期從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研發(fā)的技術(shù)和商業(yè)專家撰寫,多視角呈現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的全貌。第2版涵蓋技術(shù)領(lǐng)域的新進(jìn)展、各標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)盟的新發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的新案例,并新增一章專門討論安全問題。全書首先分析物聯(lián)網(wǎng)的全球背景,包括技術(shù)和商業(yè)驅(qū)動因素;然后介紹物聯(lián)網(wǎng)解決方案的技術(shù)細(xì)節(jié),包括安全性、隱私和信任,以及新的架構(gòu)和參考模型;zui后介紹物聯(lián)網(wǎng)解決方案的實(shí)現(xiàn)案例,涉及資產(chǎn)管理、工業(yè)自動化、智能電網(wǎng)、智慧城市、參與式感知、無人駕駛等方面。本書為該領(lǐng)域的技術(shù)人員和管理人員提供了全面指南,同時也適合高等院校物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生參考。
概述
從消費(fèi)者解決方案到工業(yè)規(guī)模的解決方案,物聯(lián)網(wǎng)正在迅速成為我們?nèi)粘I畹囊徊糠。因此,人們對物?lián)網(wǎng)的興趣日益增長,尤其是如何基于廣泛的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)來創(chuàng)建可靠的、實(shí)際的解決方案。另外,公司和政府正在尋求在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都可行的解決方案以及設(shè)計和實(shí)施這些解決方案的適當(dāng)框架。
連接的設(shè)備(即連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備)的數(shù)量正在增長,并且隨著人們購買的設(shè)備數(shù)量的增加,有望繼續(xù)呈指數(shù)增長。根據(jù)2017年11月的愛立信移動使用報告[2],自本書第1版出版以來,在全球范圍內(nèi),手機(jī)使用量增長了近20%(從2013年的67億增至2018年的約80億)。根據(jù)同一份報告,目前有70億個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(短程和廣域;IoT設(shè)備是指除了PC、筆記本電腦、平板電腦、移動電話和固定電話之外的采用不同通信技術(shù)的連接設(shè)備),到2023年,將會有200億個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其中通信技術(shù)的比例分別為12%(廣域)和88%(短程)。多年來,終端用戶也開始以越來越快的速度使用多種設(shè)備(例如,平板電腦、電子書閱讀器、手機(jī)、數(shù)字電視)。同時,考慮到住宅和公司建筑物中的連接設(shè)備,移動設(shè)備使用數(shù)達(dá)到數(shù)百億,這些移動設(shè)備利用公共和私人基礎(chǔ)設(shè)施跨城市、地區(qū)和國家實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。例如,在公共交通中將使用數(shù)百萬個此類連接設(shè)備,以改善面向民眾的服務(wù)和進(jìn)行信息傳遞。這種提高的效率有望幫助減少碳排放并圍繞物聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)建的數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)新。這種爆炸性增長不僅在通信行業(yè)而且在更廣泛的全球經(jīng)濟(jì)中都是前所未有的。
除此之外,物聯(lián)網(wǎng)解決方案和服務(wù)在未來會扮演更廣泛的角色。聯(lián)合國人居署的《世界城市報告》 指出:2015年,全球約54%的人口居住在城市而不是農(nóng)村地區(qū);到2050年,這一比例預(yù)計將上升到66%。因此,城市和國家的基礎(chǔ)設(shè)施必須做出相應(yīng)的調(diào)整,從道路和照明到地鐵/通勤火車和各類能源管道等。大部分基礎(chǔ)設(shè)施將配備傳感器和執(zhí)行器,以實(shí)現(xiàn)更有效的管理,并且所有與基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的設(shè)備都將連接到大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和管理系統(tǒng),其數(shù)據(jù)需要被有效地捕獲、分析和可視化以便應(yīng)用于智慧城市的可持續(xù)發(fā)展中。
可以預(yù)見的空前的設(shè)備數(shù)量,再加上許多機(jī)器對機(jī)器(M2M)應(yīng)用程序的垂直特性,使實(shí)施基于這些技術(shù)的解決方案面臨一系列的挑戰(zhàn),對于處理數(shù)百億個附加連接設(shè)備的流量負(fù)載,傳統(tǒng)電信平臺的部署和運(yùn)營成本將高得驚人。此外,由于應(yīng)用M2M技術(shù)的案例的特殊性,每個孤島解決方案中都出現(xiàn)了零散的生態(tài)系統(tǒng)。這些行業(yè)動態(tài)對于希望開發(fā)M2M應(yīng)用程序或服務(wù)的個人和公司來說,會使從支持各種設(shè)備和計費(fèi)的混合,到處理整個價值鏈上的結(jié)算和傭金變得困難。因此,了解如何應(yīng)對這些變化是公司、城市和政府的關(guān)鍵需求。
本書為希望了解當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)的讀者提供了詳盡而全面的分析。當(dāng)2012~2013年編寫本書的第1版時,M2M和物聯(lián)網(wǎng)的概念正在爭奪世界和市場份額。M2M是一個已建立但規(guī)模很小的細(xì)分市場,其關(guān)注的是到達(dá)遠(yuǎn)程機(jī)器的簡單集成通信解決方案,而物聯(lián)網(wǎng)則是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的學(xué)術(shù)研究與RFID和相關(guān)識別技術(shù)的學(xué)術(shù)/工業(yè)研究及發(fā)展的融合。
在第1版中,我們旨在區(qū)分這些術(shù)語并展示物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展一個由涵蓋這些術(shù)語的IoT融合的世界。五年后,我們完成的第2版中僅包括關(guān)于術(shù)語M2M及其技術(shù)的少量痕跡。市場幾乎成倍增長,如果沒有令人信服的宣傳和基于IoT的產(chǎn)品,那么市場上每個重要的IT廠商都很難順利發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)也從幾乎是由愛好者或熱心人驅(qū)動的周末項目社區(qū)發(fā)展為傳統(tǒng)行業(yè)(例如制造業(yè)、汽車業(yè)和公用事業(yè))的主要工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。這主要是通過使用新的通信技術(shù)和云服務(wù)對M2M進(jìn)行升級,并將其擴(kuò)展到每個可以想象的企業(yè)中來實(shí)現(xiàn)的。這一點(diǎn)可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和RAMI 4.0的創(chuàng)建以及大量的工業(yè)實(shí)踐成果來證明。
本書第1版已被廣泛閱讀、引用并在各國大學(xué)中用作教科書。但是,自2014年出版以來,各種新的技術(shù)進(jìn)步意味著現(xiàn)在是更新內(nèi)容的合適時機(jī)了。
本書結(jié)構(gòu)
部分概述物聯(lián)網(wǎng)的全球背景,包括技術(shù)和商業(yè)驅(qū)動因素。
第1章概述物聯(lián)網(wǎng)的市場和技術(shù)驅(qū)動因素,以此作為本書的動機(jī)。
第2章概述物聯(lián)網(wǎng)的起源和前景、作為技術(shù)集合的主要特征和功能,以及IoT要解決的一些類型的問題,包括基于既定趨勢的驅(qū)動因素。
第3章概述物聯(lián)網(wǎng)的市場驅(qū)動力、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、價值鏈和業(yè)務(wù)模型示例。
第4章介紹架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的一些主要功能元素,以及關(guān)于IoT標(biāo)準(zhǔn)化的思考。
第二部分介紹物聯(lián)網(wǎng)解決方案的技術(shù)構(gòu)建塊,包括安全性、隱私和信任,以及的架構(gòu)和參考模型。
第5章概述技術(shù)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)賴以構(gòu)建的基礎(chǔ),包括設(shè)備和設(shè)備網(wǎng)關(guān)、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理、商業(yè)流程、云技術(shù)、機(jī)器智能和分布式賬本。
第6章描述提供針對惡意行為者的安全性所需的基本機(jī)制,并概述物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的許多潛在威脅,提出了一些采用分層方法的緩解方案。除了討論對構(gòu)建可信賴的IoT應(yīng)用程序和系統(tǒng)至關(guān)重要的安全和隱私方面的內(nèi)容之外,還對主要標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)指定的安全機(jī)制進(jìn)行了概述,并著眼于物聯(lián)網(wǎng)安全的未來發(fā)展。
第7章介紹標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織、聯(lián)盟和技術(shù)社區(qū)維護(hù)的架構(gòu)的構(gòu)成。本章并沒有全面討論開發(fā)部分和整個架構(gòu)的可能實(shí)現(xiàn)方法,而是試圖討論關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)不同方面的主要組織和團(tuán)體。
第8章介紹與當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的架構(gòu)參考模型(ARM),即IoT-A(IoT ARM)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)參考架構(gòu)(IIRA)。 IoT-A 提供信息技術(shù)(IT)參考架構(gòu),而IIRA提供相應(yīng)的操作技術(shù)(OT)。
第9章概述開發(fā)實(shí)際技術(shù)解決方案時需要考慮的設(shè)計約束。
第三部分介紹IoT解決方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)案例。
第10章討論資產(chǎn)管理應(yīng)用,該應(yīng)用可以遠(yuǎn)程跟蹤和管理庫存。通常,這種功能涉及定期收集資產(chǎn)的準(zhǔn)確位置和狀態(tài)以改進(jìn)業(yè)務(wù)流程(例如防止缺貨)或降低風(fēng)險(例如減少物品丟失)。
第11章介紹工業(yè)環(huán)境中的新方法,可通過大量智能的、小型的、聯(lián)網(wǎng)的、嵌入式的設(shè)備以高粒度形式創(chuàng)建系統(tǒng)智能,這與將智能集中在行業(yè)解決方案中少數(shù)大型或小型應(yīng)用上的傳統(tǒng)方法相反。
第12章介紹智能電網(wǎng)的應(yīng)用案例。智能電網(wǎng)是當(dāng)前改變電力系統(tǒng)的一場革命,IT的飛速發(fā)展正越來越多地反映到電網(wǎng)及其相關(guān)運(yùn)營的多個基礎(chǔ)設(shè)施層中,物聯(lián)網(wǎng)在電網(wǎng)的監(jiān)控和管理及其利益相關(guān)者之間的交互中發(fā)揮了新的作用。
第13章介紹商業(yè)建筑和物聯(lián)網(wǎng)的使用。樓宇自動化系統(tǒng)的目的通常是減少能源和維護(hù)成本,增加控制、舒適性、可靠性以及維護(hù)人員和租戶的易用性,而物聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)樓宇自動化中起著越來越重要的作用。
第14章介紹智慧城市,它是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一個新興且日益重要的領(lǐng)域,包括如何應(yīng)用傳感器和相關(guān)的IoT系統(tǒng)并將其鏈接到其他模式(例如開放數(shù)據(jù)計劃)中。
第15章介紹參與式感知(Participatory Sensing,PS),即城市、公民、以人為本的感知或社會感知。這是公民參與的一種形式,目的是捕獲城市周圍的環(huán)境和日常生活數(shù)據(jù)。本章涵蓋這些場景的一些示例。
第16章介紹關(guān)于自動駕駛汽車的新技術(shù),并討論它們通過所謂的IoT交互如何對新興的信息物理系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。
第17章概述物流管理中的主要角色和參與者,簡要介紹所涉及的主要技術(shù),并概述食品運(yùn)輸?shù)氖纠龍鼍埃谠搱鼍爸,傳統(tǒng)的物流技術(shù)(RFID、條形碼、EPCIS等)中引入了感應(yīng)、本地處理和潛在的本地驅(qū)動等IoT技術(shù)。
第18章簡要介紹物聯(lián)網(wǎng)的未來。
附錄概述歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)M2M的架構(gòu)和接口。自2012年ETSI工作結(jié)束以來,由于架構(gòu)和接口規(guī)范已合并到oneM2M規(guī)范中并不斷發(fā)展,因此附錄的內(nèi)容僅具有歷史意義。
V. Tsiatsis
S. Karnouskos
J. H?ller
D. Boyle
C. Mulligan
2018年11月
譯者序
第2版序言
第1版序言一
第1版序言二
前言
致謝
作者簡介
部分 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景
第1章 為什么選擇物聯(lián)網(wǎng) 2
第2章 物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展 6
2.1 引言 6
2.2 物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn) 6
2.2.1 簡要背景 7
2.2.2 簡單的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案概述 7
2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)的未來 8
2.3 全球環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng) 11
2.3.1 規(guī)則改變者 12
2.3.2 基礎(chǔ)科技發(fā)展趨勢 13
2.3.3 信息和通信技術(shù)發(fā)展趨勢 14
2.3.4 期望能力 16
2.3.5 物聯(lián)網(wǎng)的啟發(fā) 17
2.3.6 障礙和擔(dān)憂 18
2.4 用例示例 19
2.5 思維方式的轉(zhuǎn)變 21
第3章 物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)視角 23
3.1 引言 23
3.1.1 信息市場 23
3.2 定義 23
3.2.1 全球價值鏈 23
3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)與價值鏈 24
3.2.3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 24
3.3 價值鏈概述 24
3.4 物聯(lián)網(wǎng)價值鏈?zhǔn)纠? 25
3.5 物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 26
3.5.1 信息驅(qū)動的全球價值鏈 28
3.6 國際驅(qū)動的全球價值鏈和全球信息壟斷 31
3.7 物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式創(chuàng)新 32
3.7.1 當(dāng)前示例 32
3.7.2 業(yè)務(wù)對業(yè)務(wù)模型 32
3.7.3 數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)模型 33
3.7.4 新的數(shù)據(jù)市場模型 33
3.7.5 SLA安全集成 34
3.8 結(jié)論 34
第4章 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)視角 35
4.1 構(gòu)建架構(gòu) 35
4.2 需求及主要設(shè)計原則 36
4.3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)概要 39
4.4 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化的思考 43
第二部分 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和架構(gòu)
第5章 技術(shù)基礎(chǔ) 48
5.1 設(shè)備和網(wǎng)關(guān) 48
5.1.1 概述 48
5.1.2 基本設(shè)備 50
5.1.3 網(wǎng)關(guān) 52
5.1.4 高級設(shè)備 54
5.1.5 總結(jié)與展望 54
5.2 局域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 55
5.2.1 網(wǎng)絡(luò)需求 55
5.2.2 廣域網(wǎng) 58
5.2.3 低功率廣域網(wǎng) 60
5.2.4 局域網(wǎng) 62
5.3 機(jī)器智能 66
5.3.1 機(jī)器智能在物聯(lián)網(wǎng)中的作用 66
5.3.2 機(jī)器智能概述 68
5.3.3 對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)使用機(jī)器智能時的注意事項 70
5.3.4 物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器智能框架 71
5.3.5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分析框架 74
5.3.6 結(jié)論 75
5.4 分布式云和邊緣計算 75
5.4.1 新的軟件交付模型 75
5.4.2 云基礎(chǔ) 76
5.4.3 邊緣計算 79
5.4.4 思考和結(jié)論 80
5.5 數(shù)據(jù)管理 81
5.5.1 概述 81
5.5.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流管理 82
5.5.3 對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的思考 85
5.5.4 結(jié)論 86
5.6 物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)流程 86
5.6.1 概述 86
5.6.2 物聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)系統(tǒng)的集成 87
5.6.3 物聯(lián)網(wǎng)中的分布式商業(yè)流程 89
5.6.4 思考 90
5.6.5 結(jié)論 91
5.7 分布式賬本和應(yīng)用 91
5.7.1 分布式賬本技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)所有權(quán) 92
第6章 安全 94
6.1 引言 94
6.2 基本原理 94
6.2.1 加密 95
6.2.2 身份驗證 96
6.3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨的威脅 97
6.3.1 拒絕服務(wù)攻擊 97
6.3.2 女巫攻擊 98
6.3.3 隱私攻擊 98
6.3.4 漏洞攻擊 99
6.3.5 物理攻擊 99
6.4 減少對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的威脅 100
6.4.1 應(yīng)用層和物理攻擊 100
6.4.2 傳輸層 100
6.4.3 網(wǎng)絡(luò)層 101
6.4.4 數(shù)據(jù)鏈路層/媒體訪問控制層 101
6.4.5 物理層 101
6.5 架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的安全性 101
6.5.1 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 101
6.5.2 3GPP和低功耗廣域網(wǎng) 102
6.6 物聯(lián)網(wǎng)安全 103
6.6.1 工業(yè)自動化和機(jī)器人技術(shù)的安全性 103
6.6.2 汽車系統(tǒng)的安全性 103
6.6.3 智慧城市的安全性 104
6.7 物聯(lián)網(wǎng)的隱私性 104
6.8 安全的未來發(fā)展 104
第7章 架構(gòu)及前沿技術(shù) 106
7.1 引言 106
7.2 國際電信聯(lián)盟 106
7.3 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 107
7.3.1 概述 107
7.3.2 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作組 108
7.3.3 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組架構(gòu)分支 111
7.4 OMA 117
7.5 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu) 121
7.6 工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型 121
7.7 萬維網(wǎng)聯(lián)盟 123
7.8 開放地理空間信息聯(lián)盟 125
7.9 GS1架構(gòu)和技術(shù) 126
7.9.1 GS1識別 126
7.9.2 GS1捕獲 127
7.9.3 GS1共享 128
7.9.4 EPCIS架構(gòu)和技術(shù) 129
7.10 其他相關(guān)的前沿技術(shù) 130
7.10.1 oneM2M 130
7.10.2 開放連接基金會 131
7.10.3 電氣和電子工程師協(xié)會 131
7.10.4 國際電工委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 132
7.10.5 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新聯(lián)盟 132
7.10.6 國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所CPS公共工作組 133
7.11 結(jié)論 133
第8章 架構(gòu)參考模型 135
8.1 引言 135
8.2 參考模型和架構(gòu) 135
8.3 物聯(lián)網(wǎng)參考模型 137
8.3.1 物聯(lián)網(wǎng)域模型 137
8.3.2 信息模型 143
8.3.3 功能模型 147
8.3.4 通信模型 150
8.3.5 安全、隱私、信任和防護(hù)模型 150
8.4 物