物联网被称为世界信息产业的第三次浪潮,它将引发人类社会运行与生活方式的深刻变革。与此同时,随着业务的发展,未来物联网产业的发展将由信息网络向全面感知和智能应用两个方向扩展、延伸和突破,形成“云、管、端”的开放网络架构。 本书主要介绍物联网开发平台的体系结构、关键技术和典型应用,主要内容涉及物联网的概念和基础、物联网体系的基础技术、从物联网产业生态看开放平台价值、物联网开放平台架构设计与实现、物联网开放平台的开源软件、物联网开放平台的安全、物联网典型应用。
丁飞,男,博士,高级工程师,中国移动通信集团江苏有限公司研发中心物联网牵头人、网络专业组组长。主持或重点参与国家重大专项、国家863计划、江苏省物联网应用示范工程、智慧江苏建设重点示范试点工程以及企业项目共20多项。"智慧交通载具产品体系创新与规模应用”课题研究成果实际应用取得明显成效。获国家发明专利4项,获得省部级等各类奖项10多项。
第1章 物联网概念基础 1
1.1 引言 1
1.2 物联网是什么 1
1.3 物联网应用场景 3
1.3.1 物联网场景模型 3
1.3.2 物联网的技术特征 5
1.4 物联网与相关概念 7
1.4.1 物联网与互联网 7
1.4.2 物联网与传感器网络、泛在网 8
1.4.3 物联网与M2M和CPS的关系 10
1.5 物联网政策战略导向 11
1.5.1 美国的“智慧地球” 12
1.5.2 欧洲“物联网行动”计划 12
1.5.3 日本的“U-Japan”计划 16
1.5.4 韩国的“U-Korea”战略 17
1.5.5 新加坡的“下一代I-Hub”计划 17
1.5.6 中国的“感知中国” 18
第2章 物联网体系基础技术 19
2.1 引言 19
2.2 物联网体系结构 19
2.3 感知层 21
2.3.1 RFID技术 21
2.3.2 WSN 23
2.3.3 ZigBee技术 25
2.3.4 视频监控 31
2.3.5 MEMS技术 34
2.3.6 嵌入式技术 36
2.4 网络层 37
2.4.1 LoRa 37
2.4.2 NB-IoT 40
2.4.3 IPv6技术 42
2.4.4 TD-LTE网络 46
2.5 应用层 47
2.5.1 M2M技术 47
2.5.2 通信协议 50
2.5.3 中间件技术 53
2.5.4 云计算技术 57
2.5.5 数据挖掘技术 60
第3章 从物联网产业生态看开放平台价值 63
3.1 引言 63
3.2 物联网产业现状分析 63
3.2.1 物联网产业发展阶段 63
3.2.2 物联网发展驱动与问题分析 65
3.3 物联网平台型生态体系价值 66
3.3.1 Apple与Google带来的启示 66
3.3.2 开放平台商业服务与价值 67
3.4 物联网平台用户体系 69
3.5 物联网开放平台应用产品分类 70
3.6 物联网开放平台服务管理模式 71
3.6.1 物联网生态业务模型 71
3.6.2 业务模式 72
3.7 物联网平台生态发展策略 74
3.7.1 产品开发原理 74
3.7.2 产品合作流程 74
3.7.3 业务集群化 75
3.8 业界其他开放平台架构方式 76
3.8.1 Jasper Wireless 76
3.8.2 Verizon nPhase 77
3.8.3 Baidu Inside 79
第4章 物联网开放平台架构设计与实现 82
4.1 引言 82
4.2 物联网开放平台总体架构 82
4.3 设备管理平台 87
4.3.1 感知外设远程管理 87
4.3.2 传感网管理 90
4.4 连接管理平台 92
4.4.1 终端通信状态查询 92
4.4.2 终端用户支撑系统信息查询 93
4.4.3 通信管理使用鉴权 93
4.4.4 限制终端使用通信业务 94
4.4.5 模拟位置更新 94
4.4.6 向终端发送测试短信 94
4.4.7 终端通信故障快速诊断 95
4.4.8 终端自动监控规则 95
4.5 应用使能平台 95
4.5.1 开发社区 96
4.5.2 开发环境 98
4.5.3 测试环境 99
4.6 应用中心平台 101
4.6.1 商品管理 101
4.6.2 店铺管理 103
4.6.3 营销服务 104
4.6.4 交易管理 104
4.6.5 积分管理 106
4.6.6 代金券管理 107
4.6.7 客服服务 108
4.6.8 计费结算 108
4.6.9 统计分析 108
4.7 资源管理平台 109
4.7.1 执行环境 109
4.7.2 接口适配层 110
4.7.3 运行控制台 110
4.7.4 服务模式 111
4.8 业务分析平台 112
4.8.1 数据管理 112
4.8.2 数据处理 113
4.8.3 数据分析 114
4.8.4 任务引擎 115
第5章 物联网开放平台开源软件研究 116
5.1 引言 116
5.2 开源软件概述 117
5.2.1 开源的概念 117
5.2.2 开源许可证 117
5.2.3 开源软件与商业软件的对比 118
5.3 企业服务总线(ESB)软件研究 119
5.3.1 ESB概述 119
5.3.2 WSO2 ESB 123
5.3.3 其他的典型ESB 128
5.3.4 典型的ESB软件对比及小结 133
5.3.5 ESB软件对平台建设的意义 135
5.4 复杂事件处理(CEP)软件研究 136
5.4.1 CEP概述 136
5.4.2 典型CEP软件的对比 137
5.4.3 Storm 138
5.4.4 CEP软件对平台建设的意义 142
5.5 业务流程管理(BPM)软件研究 142
5.5.1 BPM概述 142
5.5.2 jBPM 145
5.5.3 Activiti BPM 148
5.5.4 Fixflow 151
5.5.5 典型BPM软件的对比及小结 153
5.5.6 BPM软件对平台建设的意义 155
5.6 消息队列(MQ)软件研究 155
5.6.1 MQ概述 155
5.6.2 RabbitMQ 157
5.6.3 MetaQ 160
5.6.4 ZeroMQ 164
5.6.5 典型MQ软件的对比及小结 167
5.6.6 MQ软件对平台建设的意义 168
5.7 本章小结 169
第6章 物联网开放平台高效通信协议研究 170
6.1 引言 170
6.2 IBM MQTT 170
6.2.1 概要 170
6.2.2 消息格式 171
6.2.3 消息列表 177
6.2.4 协议流程 187
6.2.5 MQTT开源实现―Mosquitto 189
6.2.6 MQTT小结 193
6.3 IETF:CoAP 193
6.3.1 协议介绍 193
6.3.2 协议栈结构 194
6.3.3 消息格式 194
6.3.4 请求与应答 196
6.3.5 URI方案 198
6.3.6 业务发现 199
6.3.7 组播机制 199
6.3.8 安全机制 200
6.3.9 交叉代理 201
6.3.10 CoAP小结 201
6.4 OMA-LightweightM2M 201
6.4.1 协议架构 202
6.4.2 接口设计 202
6.4.3 资源组织 207
6.4.4 CoAP承载 208
6.4.5 LWM2M小结 210
6.5 协议比较 210
6.6 本章小结 211
第7章 物联网开放平台安全研究 212
7.1 引言 212
7.2 物联网平台安全威胁 213
7.2.1 物联网业务及平台发展趋势 213
7.2.2 物联网开放平台安全威胁 214
7.2.3 物联网业务安全威胁 220
7.3 物联网开放平台安全方案 230
7.3.1 业务平台安全方案 230
7.3.2 终端安全方案 236
7.3.3 能力开放安全保障方案 239
7.4 物联网开放平台安全能力开放及安全服务前景展望 241
第8章 物联网典型应用 245
8.1 引言 245
8.2 健康医疗 245
8.2.1 项目背景 245
8.2.2 技术方案 245
8.2.3 远程慢性病管理服务 247
8.2.4 家庭远程管理服务 247
8.2.5 紧急救助业务 248
8.3 平安家庭 249
8.3.1 项目背景 249
8.3.2 系统架构 249
8.3.3 业务功能 250
8.4 公车管理 251
8.4.1 项目背景 251
8.4.2 项目需求 252
8.4.3 方案架构 253
8.5 智慧交通 255
8.5.1 项目背景 255
8.5.2 技术架构 256
8.5.3 典型业务 257
8.6 国外物联网业务发展 259
8.6.1 物联网的应用分类 259
8.6.2 信息家电的建设及分类 260
8.6.3 信息家电产品 260
8.6.4 公共设施的物联网建设 262
8.6.5 娱乐类物联网应用 263
参考文献 266
近年来,物联网在国内乃至全球都形成了热潮,被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮,它将引发人类社会运行与生活方式的深刻变革。与此同时,未来随着业务的发展,物联网应用产品的同质化将越来越严重,汇聚业务、统一入口、快速迭代将成为决定应用成败的关键。同时,随着应用复杂度的上升与产业链的变长,产品定制与实现的难度将越来越大。在这种趋势下已经形成了比较清楚的发展方向,就是未来物联网产业的发展将由信息网络向全面感知和智能应用两个方向扩展、延伸和突破,形成“云、管、端”的开放网络架构。
开放网络体系的主要特征是业务云化,其发展有三个趋势:第一个趋势是基础实施的云化,是以IaaS的方式提供服务的;第二个趋势是业务的能力化,是以PaaS的方式提供服务的;第三个趋势是管理的平台化,将管理作为一种能力开放,实现自有业务孵化或开放给合作伙伴,实际上提高了新业务的生成效率、降低了第三方业务落地孵化的门槛。比如,未来家庭产业领域的发展、交通产业市场的发展等,都将是以开放平台架构来进行业务孵化和规模市场发展的。
物联网架构对促进物联网健康、规模发展具有重要的意义,是研究和关注的焦点,在全球有多个研究项目并且已经形成了很多的研究成果。
欧洲IOT-A项目专注于物联网架构研究并引起了业界的较大关注,该项目为期3年,于2013年结束,IoT-A的一个主要成果就是物联网架构参考模型。欧盟第七框架计划(FP7)下的许多项目在各自的研究主题下也都涉及一些物联网架构研究。IoT-A并不研究智慧城市、智慧农业、智慧电网、智慧医疗等具体应用领域架构,而是从跨应用领域的角度出发研究物联网架构的参考模型。
我国有很多企业、研究机构、大学都在针对物联网架构积极开展研究,如工业和信息化部电信研究院(CATR)、中国电子科技集团公司(CETC)、无锡物联网产业研究所CWSN),等等。我国也设立了国家专项项目来推进物联网架构研究,如新一代宽带无线移动通信网络(简称重大专项三)设立有“泛在网(UN)架构研究和整体设计”(2009ZX03004-001)和“物联网总体架构及关键技术研究”(2011ZX03005-005)两个课题,并取得了一系列成果;同时,针对M2M、WoT、车联网、智慧医疗等特定领域架构也开展了很多研究。物联网架构参考模型可以为具体应用领域物联网架构研究提供重要的参考。
本书正是基于此出发,兼顾理论与实践,向读者展示物联网开放平台的架构和设计方法,希望能够为从业者、学生等进行具体物联网架构设计提供参考和指导。
本书共分为8章,分别是:
第1章介绍物联网的概念和基础,内容包括:物联网的概念与应用场景;物联网与互联网、传感网、泛在网、M2M和CPS的关系;全球物联网主要政策和战略导向。
第2章介绍物联网体系基础技术,内容包括:物联网体系结构、传统物联网参考体系架构,以及四层体系架构;物联网感知层、网络层和应用层涉及的基础技术。
第3章从物联网产业生态看开放平台价值,内容包括:物联网产业发展阶段、发展驱动和问题分析;物联网平台型生态体系价值;物联网开放平台用户体系、应用产品分类;物联网开放平台服务管理模式;物联网平台生态发展策略;业界主流开放平台架构方式。
第4章介绍物联网开放平台架构设计与实现,内容包括:物联网开放平台总体架构和框架,涉及设备管理平台DMP、连接管理平台(CMP)、应用使能平台(AEP)、资源管理平台(RMP)、应用中心平台(ACP)、业务分析平台(BAP);针对物联网开放平台的核心功能规划和设计方法。
第5章介绍物联网开放平台的开源软件研究,内容包括:开源软件概述,含开源的概念、开源许可证、开源软件与商业软件对比;企业服务总线软件研究,涉及ESB概述、WSO2 ESB,以及其他典型的ESB,并给出了ESB的对比和总结,ESB软件对平台建设的意义;复杂事件处理(CEP)软件研究,涉及CEP概述、典型CEP软件的对比;Storm、CEP软件对平台建设的意义;业务流程管理(BPM)软件研究,涉及BPM概述、jBPM、Activiti BPM、Fixflow、典型BPM软件的对比及小结,以及BPM软件对平台建设的意义;消息队列(MQ)软件研究,涉及MQ概述、RabbitMQ、MetaQ、ZeroMQ,典型MQ软件的对比和总结,以及MQ软件对平台建设的意义。
第6章介绍物联网开放平台高效通信协议,内容包括:MQTT,涉及MQTT消息格式、消息列表、协议流程、MQTT开源实现—Mosquitto、MQTT小结;IETF:CoAP,涉及CoAP协议介绍、协议栈结构、消息格式、请求与应答、URI方案、业务发现、组播机制、安全机制、交叉代理、CoAP小结;LightweightM2M,涉及LWM2M协议架构、接口设计、资源组织、CoAP承载、LWM2M小结;MQTT、CoAP、LWM2M三种M2M通信协议比较。
第7章为物联网开放平台安全研究,内容包括:业界典型开放平台对比;物联网开放平台安全威胁,涉及物联网业务及平台发展趋势、物联网开放平台安全威胁、物联网业务安全威胁;物联网开放平台安全方案,涉及业务平台安全方案、终端安全方案、能力开放安全保障方案;物联网开放平台安全能力开放及安全服务前景展望,涉及安全能力开放和安全服务前景展望、物联网开放平台安全需求、构建安全能力开放平台、构建安全服务平台。
第8章介绍物联网典型应用,内容包括:健康医疗,涉及项目背景、技术方案、远程慢性病管理服务、家庭远程管理服务、紧急求助业务;平安家庭,涉及项目背景、系统架构、业务功能;公车管理,含项目背景、项目需求、方案架构;智慧交通,涉及项目背景、技术架构、典型业务;国外物联网业务发展,涉及物联网的应用分类、信息家电的建设及分类、信息家电产品、公共设施的物联网建设、娱乐类物联网应用。
自从笔者打算编写本书之后,国内外许多同行都表达给予了热烈的鼓励和支持,并在写作的过程中也提供给予了很大的帮助,如中国移动的童恩、刘玮、、刘越、牛亚文、杨宏杰等多位专家在本书编写过程中提出了很多好的建议并提供了一些实际技术与应用应用案例,在此一并表示感谢。另外,电子工业出版社的田宏峰编辑在本书的写作过程中提供了很多出版方面的建议,非常感谢。
本书部分内容获得了国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”(No. 2009ZX03006-007、2010ZX03006-006)”、智慧江苏建设重点示范工程、江苏省智能家居物联网示范工程、江苏省信息化试点工程、江苏省高校自然科学研究(No. 17KJB510043)、工信部通信软科学研究(No. 2017-R-34)和南京邮电大学重点教材建设基金(No. JCGH201710)等科研和产业化项目的支持,在此表示感谢。
物联网所涉及的内容跨越多个学科,而我们的研究和实践只限于部分方面,因此,本书实际上凝练了很多物联网领域从业者的智慧和见解,在此对这些专家表示衷心的感谢。
本书在写作过程中,参考了大量的文献并尽可能地标注了文献的出处,但仍会挂一漏万,在此向那些我们引用过却未能或者无法明确标明文献出处的作者深表歉意、谢意和敬意。
在编写过程中,作者尽可能地把物联网技术发展的最新方向和进展传递给读者,力争使信息最新和最准确,但由于编者水平有限,书中难免存在错误或不足之处,敬请读者批评指正,反馈邮箱:NJUPT_IOT02@163.com13905181067@139.com。
作 者
2017年11月
这本书的封面设计相当吸引人,采用了科技蓝和银灰色调,点缀着象征数据流动的抽象线条,整体风格既专业又不失现代感。书脊上的字体清晰,书名《物联网开放平台》几个大字非常醒目,副标题“平台架构、关键技术与典型应用”则提供了内容的明确指引。我特别喜欢它封面上那种简洁而有力的视觉语言,仿佛预示着书中将要揭示的那个庞大而精密的物联网世界。翻开书页,纸张的质感也很好,厚实而光滑,印刷清晰,阅读起来非常舒适。第一眼看到书的目录,就被其内容的广度和深度所吸引。从基础概念的梳理,到架构设计的详解,再到核心技术的剖析,最后落脚于实际的应用案例,整个逻辑线索非常清晰,层层递进,让人有一种想要一口气读完的冲动。尤其是看到“平台架构”这一章节,包含了微服务、容器化、分布式通信等前沿技术,这让我对接下来的内容充满了期待,希望能从中学习到如何构建一个稳定、可扩展的物联网开放平台。
评分读了这本书的第三章,关于数据采集与传输的关键技术,简直让我醍醐灌顶。作者对MQTT、CoAP、HTTP等主流协议的讲解深入浅出,不仅列举了它们的优缺点,还结合实际场景进行了对比分析,这对于我这种正在物联网项目一线摸爬滚打的开发者来说,简直是雪中送炭。我之前在选择通信协议时,常常陷入纠结,不知道哪种最适合我的应用场景。但这本书里通过详细的图示和案例,清晰地阐述了不同协议在延迟、带宽、功耗等方面的权衡,让我瞬间豁然开朗。特别是关于边缘计算的章节,作者介绍了几种主流的边缘计算框架,并分析了它们在数据预处理、本地决策等方面的能力,这对于优化物联网系统的整体性能至关重要。我以前总觉得边缘计算是概念,现在看了这本书,才知道原来已经有如此成熟的技术方案,并且这些技术能够极大地提升物联网设备的响应速度和数据处理效率,减少对云端的依赖。
评分这本书的整体内容给我的感觉是,它并非仅仅停留在技术概念的堆砌,而是真正站在了物联网平台的实践者角度,去思考如何设计、构建和运维一个成功的平台。作者在讨论平台架构时,非常注重模块化和可插拔性,强调了微服务设计理念在物联网平台中的应用,这让我明白了一个好的物联网平台应该具备怎样的灵活性和可扩展性。此外,在数据安全和隐私保护方面,书中也给了相当篇幅的介绍,包括端到端的加密、身份认证、访问控制等,这对于在物联网领域日益受到重视的安全问题,提供了非常有价值的参考。我尤其喜欢作者在讨论平台运维时的一些心得体会,比如如何进行故障监控、性能优化、版本升级等,这些都是在实际工作中非常宝贵的一点经验。
评分我不得不说,这本书对于理解物联网开放平台的“开放”二字,有着非常深刻的阐释。作者在探讨平台架构时,反复强调了API设计、SDK支持以及开发者生态的重要性。它不仅仅是关于技术细节,更是关于如何构建一个能够吸引开发者、促进生态繁荣的平台。书中对标准协议和开放数据格式的推崇,也让我看到了物联网未来互联互通的希望。通过阅读,我不仅学习到了如何构建一个技术上先进的物联网平台,更理解了如何从商业和生态的角度去思考平台的价值。例如,在介绍平台与第三方应用的集成时,作者详细讲解了如何通过开放的API接口,让不同的应用和服务能够便捷地接入平台,实现数据共享和功能互补。这让我意识到,一个真正成功的物联网开放平台,其价值往往体现在它能够赋能多少外部创新。
评分这本书的案例分析部分是我最看重的内容之一,因为理论再好,如果不能落地,那也只是空中楼阁。作者选取了智慧城市、智能制造、智慧农业等几个具有代表性的物联网应用领域,对每个领域的典型平台架构和技术实现进行了详尽的介绍。我尤其对智慧城市部分的案例印象深刻,它详细描述了一个城市级物联网平台的建设过程,包括传感器网络的部署、海量数据的汇聚与分析、以及基于这些数据进行的城市管理优化,如智能交通调度、环境监测预警等。这些案例不仅仅是简单的罗列,作者更是深入剖析了每个案例背后的技术挑战,以及平台是如何巧妙地解决这些挑战的。例如,在智慧农业案例中,书中讨论了如何利用低功耗广域网技术实现大规模农田的传感器监测,并结合机器学习算法预测作物生长状况,这让我看到了物联网在赋能传统行业方面的巨大潜力。
评分这次购物体验太烂了!
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评分不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错不错
评分东西很不错,值得购买,推荐一下!
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评分抄的还是有些水平,薄薄的,其实没写到重点,既通信与网络的结合,太肤浅了
评分一本写的超烂的技术书!用了半个下午翻完,几乎没有收获,看着像剪刀党编的书,很多章节位置都不对。京东的服务没问题,书不行。
评分从京东买了这么多次书,第一次抽时间来给个差评:
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