《智慧城市：物联网体系架构及应用》 - 台灣·大書城 - 张学记 - 电子工业出版社

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『簡體書』智慧城市：物联网体系架构及应用

書城自編碼： 2190696
分類：簡體書→大陸圖書→管理→管理信息系统
作者：张学记
國際書號(ISBN)： 9787121206535
出版社：电子工业出版社
出版日期： 2013-12-01
版次： 1
頁數/字數： /255000

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內容簡介：

本书全面、系统、客观地介绍了有关物联网的历史溯源、体系架构及其相关技术和应用领域等内容。作者创新性地提出了在我国“新型城镇化”建设与大发展中，构建“物联网体系架构运营平台”，形成“物联网现代信息服务业”与“物联网终端产业集群”，同时，给出了物联网运营商的愿景。除此之外，本书综述了物联网的感知层、网络层和应用层的相关技术。本书最后还提出了一系列具有独立知识产权的物联网产业集群综合应用。
本书深入浅出，理论与实践相结合，是一本帮助读者理清物联网理念，了解物联网应用技术和产业覆盖范围的参考书，适合对物联网感兴趣的读者阅读。

關於作者：

张学记，世界著名传感器件专家。俄罗斯工程院外籍院士，“国家千人计划”特聘教授，博士生导师，北京科技大学化学与生物工程学院院长，南京理工大学环境与生物工程学院院长，中国科学院客座教授，兼任中国人民解放军总医院（301）临床生化部副主任。1989年本科毕业于武汉大学化学系，1994年于武汉大学获博士学位。1995—1999年分别为斯洛文尼亚国立化学研究所、瑞士联邦理工学院（ETH）化学传感器中心、美国新墨西哥州立大学化学系博士后。1999年起，历任（美国）世界精密公司研究员、化学部部长、副总、首席科学家、高级副总裁，南佛罗里达大学化学系兼职副教授、兼职教授。2009年入选中组部“千人计划”回国。现任《American Journal of Biomedical Sciences》主编，《Frontiers in Bioscience》副主编，《Archives of Medical Science》副主编及《Nature Reviews, Clinical Oncology（Chinese Edition）》，《Sensors》等15个国际期刊编委。曾任美国海湾中美协会主席，美国NIH基金、美国NSF基金、美国国防部科研基金、美国化学会石油研究基金（ACSPRF）、欧盟科学基金评委，美国中小企业创新奖和新加坡国家科技奖评委。美国宇航局、欧洲宇航局科技顾问，佛罗里达（USF）纳米研究中心学术委员会委员，国际华人自由基生物学与自由基医学学会主席。美国化学会、美国科学会、美国神经科学会和国际自由基生物学与自由基医学学会会员。中国国家自然科学基金委评委，中国国家自然科学奖评委，中国生物化学与分子生物学学会临床应用生物化学与分子生物学分会理事，中国自由基生物学与自由基医学专业委员会委员，生命分析化学国家重点实验室学术委员会委员。近年来，主持或参与美国NIH、NSF、NASA、国防部，北约，能源部和欧洲宇航局，中国自然科学基金等研究课题多项。已在国际一流刊物发表论文150余篇，专利32项，分别在Elsevier、Springer、化学工业出版社出版中英文专著4部，研究工作被引用近4000次，H指数为39。开发新仪器和传感器30余项，在全球100多个国家得到广泛应用。多次担任国际学术会议学术委员会委员、分会主席，在国际学术会议作大会报告或专题学术报告60多次。

第1章　概述 1
1.1　物联网的溯源 2
1.2　物联网的定义 7
1.3　物联网的组成 10
1.3.1感知层 11
1.3.2网络层 12
1.3.3应用层 13
1.4　物联网的应用领域 14
1.4.1智慧家居 16
1.4.2智慧医疗 17
1.4.3智慧安防 18
1.4.4智慧环保 18
1.4.5智慧交通 19
1.4.6智慧农业 20
1.4.7智慧物流 21
1.4.8智慧校园 21
1.4.9智慧电网 22
1.5　相关概念 23
1.5.1Internet 23
1.5.2Machine to Machine（M2M） 24
1.5.3Wireless Sensor Network（WSN） 25
1.5.4Cyber Physical System（CPS） 27
1.5.5泛在网络 28
1.6　小结 29
第2章　物联网赢在中国 31
2.1　物联网的分类 32
2.1.1非经营属性的物联网 33
2.1.2市场经营属性的物联网 34
2.2　“物联网”中国创造的机遇 35
2.3　我国物联网政策 36
2.4　我国物联网的发展现状 38
2.4.1江苏：打造无锡物联网产业创新集群 39
2.4.2北京：中关村建设中国物联网产业中心 40
2.4.3广东：抢占物联网产业发展高地 41
2.4.4上海、福建：推进物联网示范工程建设 41
2.4.5四川：积极发展物联网产业 42
2.4.6山东：数十个行业牵手物联网 42
2.4.7重庆：筹建国内首个物联网产业园 42
2.5　物联网在中国的标准化工作设想 43
2.5.1ITU-T物联网标准进展 44
2.5.2ETSI物联网标准进展 45
2.5.33GPP3GPP2物联网标准 45
2.5.4IEEE物联网标准 46
2.5.5中国物联网标准进展 46
2.6　我国推进物联网产业发展时需要注意的问题 48
2.7　小结 49
第3章　物联网体系架构 51
3.1　商业模式“物联网现代信息服务业”简介 52
3.2　物联网产业发展行动方案目标的愿景 53
3.3　商业模式物联网运营市场内涵 54
3.4　产业发展方案建设目标 55
3.4.1物联网体系架构及运营平台的规划、设计与建设 56
3.4.2物联网科技与产业的规划、设计与建设 57
3.5　物联网体系架构顶层设计基本结构简介 58
3.5.1政务物联网平台的主要功能 60
3.5.2工业物联网平台与商务物联网平台的主要功能 61
3.5.3商业模式物联网平台与物联网综合信息港的主要功能 62
3.6　智慧城市商业模式及物联网综合信息港基本结构 62
3.7　物联网体系架构项目组织与开发建设方法 64
3.8　小结 67
第4章　物联网的感知层 69
4.1　RFID技术 70
4.1.1RFID的历史 70
4.1.2RFID的组成 71
4.1.3RFID的分类 73
4.1.4RFID的应用 75
4.1.5RFID的标准化 76
4.1.6RFID的未来 78
4.2　传感器技术 79
4.2.1传感器概述 79
4.2.2智能网络化传感单元 81
4.2.3IEEE 1451标准 84
4.2.4传感器技术的发展 88
4.3　地理信息系统 88
4.3.1GPS 定位 88
4.3.2移动蜂窝基站定位 90
4.3.3基于位置的服务 91
4.4　移动智能终端 92
4.4.1个人数字助理（PDA） 92
4.4.2车载设备 93
4.4.3智能移动电话 94
4.4.4DVB-H 96
4.5　小结 98
第5章　物联网的网络层 101
5.1　互联网 102
5.1.1互联网相关协议 102
5.1.2接入技术 103
5.1.3网络应用技术 104
5.1.4IPv6技术 105
5.2　无线宽带网络 107
5.2.1无线城域网 108
5.2.2无线局域网 112
5.2.3无线个域网 115
5.3　无线低速网络 117
5.3.1蓝牙 117
5.3.2ZigBee 120
5.3.3蓝牙和ZigBee的混合系统应用 124
5.4　移动通信网络 124
5.4.1Femto技术 125
5.4.23G家庭网关技术 127
5.4.3LTE技术 128
5.5　下一代无线网络——泛在无线环境 132
5.5.1NGMN的网络发展愿景 133
5.5.2MUSE的泛在网络愿景 134
5.5.3UCWW的无线泛在网络愿景 136
5.5.4泛在无线环境UCWW的CBM方案 138
5.5.5下一代无线网络的美好愿景 140
5.6　小结 141
第6章　物联网的应用软件技术 143
6.1　基于服务器和客户端的应用程序 144
6.1.1Web服务器 145
6.1.2应用服务器 146
6.2　基于Java的Web应用程序设计 148
6.2.1Struts 148
6.2.2Spring 150
6.2.3Hibernate 152
6.3　OSGi服务平台 155
6.4　搜索引擎Lucene 157
6.5　基于多智能体的应用程序 159
6.5.1P2P模式和智能体技术 160
6.5.2JADE 162
6.5.3JADEX 165
6.6　规则引擎 166
6.6.1Jess 168
6.6.2Drools 168
6.7　移动终端开发技术 170
6.7.1HTML5脚本语言 171
6.7.2jQuery移动终端脚本语言 175
6.7.3Sencha Touch 2移动开发框架 177
6.7.4Android 179
6.8　Java Card 182
6.8.1Java Card 2.0 184
6.8.2Java Card 3.0 186
6.9　小结 187
第7章　物联网的云应用软件 189
7.1　什么是云计算 190
7.1.1云计算的服务模式 192
7.1.2云计算的应用 195
7.2　物联网中的云数据存储服务 196
7.2.1云存储的结构模型 197
7.2.2云存储的组成 198
7.2.3云存储数据即服务 199
7.3　物联网中的云应用组件 200
7.3.1HDFS分布式文件存储格式 204
7.3.2MapReduce计算模型 208
7.3.3HBase-No-SQL的开源实现 211
7.3.4Hive 215
7.3.5Flume 219
7.4　小结 222
第8章　物联网产业集群综合应用 225
8.1　智慧城市能源需求侧物联网 226
8.1.1智能家居 228
8.1.2国内外现状 230
8.1.3市场分析和社会价值 232
8.1.4系统设计总体架构 234
8.1.5能源需求侧解决方案 235
8.1.6能源需求侧物联网网络层和网络服务管理应用层 240
8.1.7能源需求侧物联网的创新性 241
8.2　智慧城市消防物联网 244
8.2.1国内外现状 246
8.2.2市场分析和社会价值 247
8.2.3系统设计总体架构 250
8.2.4智慧城市消防物联网解决方案 253
8.2.5智慧城市消防物联网网络层 256
8.2.6消防物联网网络服务管理应用层 257
8.2.7消防物联网的创新性 262
8.3　智慧医疗物联网 263
8.3.1个体域智慧医疗系统 264
8.3.2国内外现状 265
8.3.3系统设计总体架构 266
8.3.4区域协同医疗及养老院物联网运营平台 270
8.3.5商品药品安全追溯物联网 272
8.4　智慧城市静态交通泊车与车辆牌照监管物联网 277
8.5　低空航空器ADS-M空中监管物联网 282
8.6　分布式新能源物联网 285
8.7　小结 290
附录A　作者相关资料 291
A.1　物联网相关专利列表（2013.10） 292
A.2　物联网相关论文列表（Scopus，2013.10） 293
附录B　主要参考文献 297
后记 307

內容試閱：

序一
从感知中国到物联网
2009年，温家宝在江苏提出了“感知中国”以后，国家传感信息中心在无锡成立。2010年，政府工作报告明确将物联网定位为国家战略性新兴产业。2012年，工信部发布《物联网“十二五”发展规划》，强调“物联网已成为当今世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一”。2013年，国务院正式发布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，提出了我国已将物联网作为战略性新兴产业的一项重要组成内容。
如今，物联网已经成为学术界、工业界和政府发展信息产业的关键字。在学术界，国家对基于物联网尤其是RFID的基础研究进行了大量的投入，但是这些研究机构都是以一个部门为基本单位，缺乏合作。在工业界，各个行业分别提出了物联网建设，导致大量的重复投入。由于没有相关的标准，对经济和社会的发展没有起到物联网初始愿景的作用。
本书由南京理工大学国家“千人计划”物联网研究中心相关人员撰写，该中心创新性地提出了智慧城市物联网体系架构运营平台，目标是构建物联网现代信息服务业与物联网终端产业集群，促进物联网相关产业和相关应用在中国的发展。同时作者提出，通过物联网体系架构及运营平台的建设，构筑我国“物联网运营商”及现代服务业；在发展我国物联网应用市场与应用技术、转变经济发展方式、调整经济结构中起到巨大作用，实现我国物联网应用市场高端发展的战略；推动物联网终端产业集群建设，使我国物联网产业的规划与发展赶上世界先进国家。
本书有助于读者了解物联网理念、技术、应用领域等相关内容。相信本书的出版能够让读者更深入地了解物联网的相关知识，从而加入研究物联网的队伍中来，为推动物联网技术及产业的发展奉献自己的一份力量。
南京理工大学校长　王晓锋
2013年8月3日
序二
物联网体系架构运营平台
根据十八大精神，积极落实我国经济“调结构、扩内需、促增长”能力提升计划，以及《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》（国发〔2013〕7号），南京理工大学按照“国家急需、世界一流”的要求，发挥学校多学科、多功能的优势，集聚国家“千人计划”一批拔尖创新人才，有效整合资源，构建协同创新的新模式与新机制，在物联网体系架构运营平台、物联网终端与软件体系中，取得了三十多项国家发明专利等标志性成果。同时，南京理工大学联合清华大学、北京中科院软件中心有限公司等单位，组成协同创新团队。本书由该团队相关人员撰写，战略性地提出了在我国“新型城镇化”建设与大发展中，构建我国的“物联网体系架构运营平台”，在我国形成“物联网现代信息服务业”与“物联网终端产业集群”。构建我国物联网体系架构运营平台的意义深远，这是我国经济总需求中拓展的新经济市场方向，即新兴的“物联网现代信息服务业”市场；是体现当今世界知识经济、技术密集型产业、低碳环保经济发展潮流，并且对我国经济社会具有全局带动和重大引领作用的产业项目之一；是在“电信运营平台”、“移动通信运营平台”、“有线电视运营平台”所形成的运营商的基础上诞生的我国“物联网运营商”现代信息服务新兴“行业”。通过我国“物联网运营商”现代信息服务业，将有力地推动我国“物联网终端产业集群”的大发展。
我国城镇数量众多，在“新型城镇化”建设与发展中，具有得天独厚的、巨大的“物联网现代信息服务业”市场，而且可以通过“物联网体系架构运营平台”的构建来推进节约、安全、环保、和谐型城镇化建设。
在我国“新型城镇化”建设中，构建我国的“物联网体系架构运营平台”，有助于我国社会主义市场经济结构的协调与发展，能有效带动各类型金融资本投资我国“物联网现代信息服务业”与“物联网终端产业集群”平台，具有提升我国经济“调结构、扩内需、促增长”的巨大作用。
本书特别指出要构建我国物联网体系架构运营平台，该平台是我国自主创新形成的“物联网现代信息服务业”与“物联网终端产业集群”。我国具备构建物联网体系架构运营平台的政治环境、社会环境、市场环境、技术支撑环境，以及经济运行环境等优势。因此，应该发挥我国社会主义市场经济结构优势，使我国物联网现代产业健康发展。
本书对物联网进行了比较全面、系统的介绍，最后还提出了一系列具有独立知识产权的物联网产业集群综合应用，希望本书能为物联网研究者以及对物联网感兴趣的人士带来帮助。
苏州大学特聘教授，国家“千人计划”专家　许伟刚
2013年8月
前言
物联网被看做继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，将成为未来带动中国经济发展的主要生力军。2009年，在美国总统奥巴马与工商业领袖举办的圆桌会议上，IBM首席执行官首次提出了“智慧地球”（Smart Earth）的构想，同年，欧盟发布了物联网研究战略路线图（Internet of Things Strategic Research Roadmap）。在我国，物联网同样得到了高度重视，在2010年“两会”期间物联网已经被写入政府工作报告，确立为国家五大战略性新兴产业之一。2012年年底，胡锦涛视察了国家软件与集成电路公共服务平台物联网产业研究院（CAID），对物联网相关创新表示肯定，提出“科技服务经济，成果造福人民”，强调物联网产业应注重于应用。2013年2月，国务院正式出台《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，该文件的出台，必将掀起新一轮的物联网热潮。
本书创新性地提出了中国物联网的概念，该理念不同于国外物联网（Internet of Things）的概念，是属于“中国创造”范畴。在中国特有的政治环境、社会环境、市场环境、技术支撑环境及经济运行环境下，中国物联网将被建设成带动我国核心经济区率先规划发展的“物联网现代信息服务业”，从而组建我国“物联网运营商”。物联网运营商是继电信运营商、有线电视运营商、移动通信运营商后，在我国即将诞生的新兴的服务于现代信息服务业的第四大运营商。我国物联网产业的规划与发展，具备赶上世界先进国家重大历史的机遇。
物联网运营商是通过与政府合作，组织产业内的设备提供商、运营商、系统集成商、软件开发商，在各方平等互利的前提下与各公共事业部门搭建公共平台，并以平台为基础设施，以信息服务为产品，面向社会提供服务的行业实体。
构建我国物联网运营平台及组建物联网运营商，面向我国城市公共领域重大基础设施的智能化建设，形成我国物联网现代信息服务业与物联网信息终端制造业，才是我国物联网产业发展的主要战略。一个新兴的物联网现代信息服务业不仅能促进大量的人员就业，而且还能推动我国成为创新型国家，为国民经济发展再造新优势。
本书作者根据多年的研发经验及近30项物联网相关发明专利抛砖引玉，希望给读者一些启迪和帮助。本书第1章主要介绍了物联网的理念及其历史溯源，简单阐述了物联网的三层架构（感知层、网络层和应用层），并介绍了物联网在各个应用领域发挥的作用。第2章主要阐述了物联网的经营形式、物联网在中国的发展现状和前景，以及物联网在中国的标准化工作设想，从而提出了物联网运营商的概念。第3章介绍了南京理工大学物联网体系架构的基本组成、主要功能、智慧城市商业模式及物联网综合信息港等内容。第4～6章分别详细描述了物联网三层架构中的相关技术。第7章介绍了云计算的相关内容。第8章给出了物联网在产业集群中的综合应用，例如在消防、医疗、交通、家居等方面的具体实现愿景，具体包括能源需求侧物联网、智慧城市消防物联网、智慧医疗物联网、智慧城市静态交通泊车与车辆牌照监管物联网、低空航空器ADS-M空中监管物联网、分布式新能源物联网。
希望本书能够对关心物联网产业发展的各级领导和行政监管部门、高校物联网及相关专业的师生及投资人士有所帮助。由于笔者水平及时间有限，加上物联网产业的飞速发展，技术日新月异，书中难免会有局限和诸多不足之处，欢迎专家和读者不吝指正。

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