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出版者:高等教育齣版社

作者:杜德昌

出品人:

頁數:120

译者:

出版時間:2007-3

價格:14.00元

裝幀:

isbn號碼:9787040210361

叢書系列:

圖書標籤:

• 電工技術
• 電子技術
• 技能訓練
• 實訓
• 電路分析
• 電工基礎
• 電子基礎
• 應用技術
• 職業教育
• 實操技能

《現代物聯網感知與通信技術前沿》 內容簡介： 本書深入探討瞭構建智能化、互聯化社會的基石——物聯網（IoT）感知與通信技術的核心理念、最新發展和實際應用。在信息爆炸和技術飛速迭代的時代，物聯網已不再是遙不可及的概念，而是滲透到我們生活方方麵麵的關鍵支撐。從智慧傢居的便捷操控，到工業4.0的自動化生産，再到智慧城市的精細管理，無不依賴於高效、可靠的感知節點和無縫、泛在的通信網絡。本書旨在為讀者提供一個係統、全麵、前沿的物聯網技術知識體係，激發對該領域深入研究和創新的熱情。 第一部分：物聯網感知技術——讓世界“知曉” 物聯網的核心在於“感知”，即將物理世界的各類信息轉化為可供識彆、處理和傳輸的數字信號。本部分將詳細剖析物聯網感知技術的多元化構成與前沿探索。 傳感器技術： 基礎原理與分類： 詳細介紹各類傳感器的工作原理，包括但不限於電阻式、電容式、壓電式、磁阻式、光學式、聲學式、化學式等。我們將深入講解溫度傳感器（熱敏電阻、熱電偶、RTD）、濕度傳感器（電容式、電阻式）、壓力傳感器（應變片、壓阻式）、光傳感器（光敏電阻、光電二極管、光電三極管）、氣體傳感器（半導體式、電化學式、催化燃燒式）、位移傳感器（LVDT、編碼器、超聲波）、加速度傳感器（MEMS）、陀螺傳感器等。 MEMS技術： 聚焦微機電係統（MEMS）在傳感器領域的革命性影響，闡述其微納加工工藝、集成化設計以及在微型化、低功耗傳感器上的應用，如加速度計、陀螺儀、壓力傳感器等，它們是智能手機、可穿戴設備和無人機的關鍵組件。 新型傳感材料與技術： 探索柔性電子、可穿戴傳感器、生物傳感器、納米傳感器等新興方嚮。例如，基於石墨烯、碳納米管等新型材料的傳感器，以及用於健康監測、環境檢測的特定功能傳感器。 傳感器的標定與校準： 強調傳感器準確性的重要性，講解數據采集、標定麯綫的建立、誤差分析以及動態校準技術。 信號處理與數據融閤： 前端信號調理： 講解放大、濾波（低通、高通、帶通、帶阻）、阻抗匹配等技術，以優化傳感器原始信號的質量，減少噪聲乾擾。 模數轉換（ADC）： 介紹不同類型的ADC（SAR、Sigma-Delta、Flash等）及其在傳感器數據采集中的應用，重點關注分辨率、采樣率和功耗的權衡。 數據融閤算法： 深入研究如何整閤來自多個不同類型傳感器的數據，以獲得更全麵、更準確的感知信息。例如，卡爾曼濾波及其變種在狀態估計中的應用；基於貝葉斯理論的傳感器融閤；以及機器學習方法（如支持嚮量機、神經網絡）在數據融閤中的潛力。 特徵提取與降維： 討論如何從海量原始傳感器數據中提取關鍵特徵，並運用PCA、t-SNE等技術進行數據降維，以便於後續的分析和傳輸。 低功耗設計與嵌入式係統： 傳感器節點的功耗挑戰： 分析傳感器節點能量受限的根本原因，以及功耗對物聯網係統可靠性和續航能力的影響。 超低功耗（ULP）設計： 介紹休眠模式、喚醒機製、事件驅動設計、動態電壓頻率調整（DVFS）等低功耗技術。 嵌入式處理器的選擇與優化： 討論針對物聯網應用的嵌入式處理器（如ARM Cortex-M係列、RISC-V架構）的特點，以及軟件層麵的功耗優化策略。 能量采集技術： 探討太陽能、熱能、動能、射頻能量采集等技術，以期實現傳感器節點的自給自足供能，延長其工作壽命。 第二部分：物聯網通信技術——讓連接“無處不在” 感知到的信息需要通過通信網絡進行傳遞和交換，以實現物聯網的互聯互通。本部分將聚焦物聯網通信技術的演進、多樣性與前沿發展。 短距離無綫通信技術： Wi-Fi (IEEE 802.11係列)： 詳述Wi-Fi的演進，包括Wi-Fi 4 (802.11n)、Wi-Fi 5 (802.11ac)、Wi-Fi 6 (802.11ax)及其在物聯網場景下的優化（如MU-MIMO、OFDMA）。 Bluetooth (BLE)： 重點介紹低功耗藍牙（BLE）的特性，如低功耗、組網能力、廣播機製，以及其在可穿戴設備、智能傢居、資産追蹤等領域的廣泛應用。 Zigbee & Thread： 深入分析基於IEEE 802.15.4標準的Zigbee和Thread協議，強調其低功耗、低速率、自組網（Mesh Networking）的特性，以及在智能傢居、工業自動化中的優勢。 NFC & RFID： 介紹近場通信（NFC）和射頻識彆（RFID）技術，分析其工作原理、通信距離、應用場景（如支付、門禁、身份識彆、倉儲管理）。 長距離、低功耗廣域網（LPWAN）技術： LoRa & LoRaWAN： 詳述LoRa（Long Range）調製技術和LoRaWAN（Long Range Wide Area Network）協議棧，突齣其遠距離傳輸、低功耗、低數據速率的特點，以及在智慧農業、智慧城市、資産追蹤等場景下的應用。 NB-IoT & LTE-M： 介紹基於蜂窩網絡的窄帶物聯網（NB-IoT）和LTE Cat-M1（LTE-M），分析其利用現有蜂窩基礎設施的優勢，以及在海量設備連接、低功耗需求場景下的性能特點。 Sigfox： 討論Sigfox作為一種全球性的、專用的LPWAN技術，其特點和應用範圍。 中距離通信技術： 6LoWPAN： 介紹6LoWPAN（IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks）技術，如何將IPv6協議棧適配到低功耗、低帶寬的物聯網網絡中。 Matter Protocol： 重點探討Matter協議，作為由CSA（Connectivity Standards Alliance）主導開發的，旨在為智能傢居設備提供統一互操作性標準的新興技術，分析其在促進跨品牌設備協同工作方麵的意義。 5G及未來通信在物聯網中的角色： 5G的演進與物聯網： 探討5G技術（eMBB, URLLC, mMTC）如何滿足不同物聯網應用的需求，特彆是其高帶寬、低時延和海量連接能力。 麵嚮物聯網的5G切片： 講解網絡切片技術如何為不同物聯網應用提供定製化的網絡服務。 未來通信展望： 簡要展望6G及更遠期的通信技術對物聯網的潛在影響，如全息通信、感知通信一體化等。 網絡協議與安全： IP協議族在物聯網中的應用： 討論IPv6、TCP/IP、UDP等協議在物聯網通信中的作用。 MQTT & CoAP： 深入研究輕量級消息隊列遙測傳輸（MQTT）和受限應用協議（CoAP）等物聯網專用應用層協議，分析其在資源受限設備上的優勢。 物聯網安全挑戰與對策： 強調物聯網安全的重要性，探討數據加密、身份認證、訪問控製、入侵檢測等安全機製，以及基於TLS/DTLS、IPsec等的安全通信解決方案。 第三部分：物聯網應用與係統集成——讓技術“落地” 本書的最終目標是展示如何將先進的感知與通信技術融閤，構建齣解決實際問題的物聯網應用。 典型物聯網應用場景剖析： 智慧傢居： 從智能照明、溫控、安防到傢電互聯，解析其感知與通信技術棧。 智慧工業（工業4.0）： 講解工業傳感器、PLC、SCADA與物聯網的結閤，實現生産過程監控、預測性維護、柔性製造。 智慧農業： 介紹土壤監測、環境感知、精準灌溉、智能養殖等應用。 智慧城市： 涵蓋智能交通、智能電網、環境監測、智能安防、智能水務等。 智慧醫療： 探討遠程監護、可穿戴健康設備、智能醫療器械的應用。 物聯網平颱與雲服務： 物聯網平颱的角色： 介紹各類物聯網平颱（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT, 阿裏雲IoT）的功能，包括設備管理、數據采集、規則引擎、應用開發等。 邊緣計算在物聯網中的應用： 探討邊緣計算如何將數據處理能力推嚮網絡邊緣，降低延遲，減少帶寬消耗，並提高數據隱私性。 係統集成與互操作性： 標準化與互操作性挑戰： 分析不同廠商、不同技術之間的互操作性問題。 開放標準與協議的重要性： 強調推動物聯網生態係統發展所需的開放標準和協議。 案例研究與實踐經驗： 通過精選的真實世界案例，展示感知與通信技術在具體項目中的集成、部署和優化過程。 分享在物聯網項目實施中可能遇到的挑戰和成功經驗。 結論與未來展望： 本書在係統梳理物聯網感知與通信技術的基礎上，著重強調瞭技術融閤、低功耗設計、網絡安全以及實際應用的重要性。物聯網的發展正以前所未有的速度改變著世界，掌握這些核心技術，不僅是理解未來趨勢的關鍵，也是參與和塑造智能化社會的重要能力。本書力求通過深入淺齣的講解和前沿技術的介紹，為讀者提供一個堅實的理論基礎和廣闊的實踐視野，共同迎接和推動物聯網時代的到來。

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