物聯(lián)網(wǎng)開放平臺——平臺架構、關鍵技術與典型應用
定 價:68 元
叢書名:物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應用叢書
- 作者:丁飛
- 出版時間:2017/12/1
- ISBN:9787121330612
- 出 版 社:電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP393.4;TP18
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產業(yè)的第三次浪潮,它將引發(fā)人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時,隨著業(yè)務的發(fā)展,未來物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的發(fā)展將由信息網(wǎng)絡向全面感知和智能應用兩個方向擴展、延伸和突破,形成云、管、端的開放網(wǎng)絡架構。 本書主要介紹物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺的體系結構、關鍵技術和典型應用,主要內容涉及物聯(lián)網(wǎng)的概念和基礎、物聯(lián)網(wǎng)體系的基礎技術、從物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)生態(tài)看開放平臺價值、物聯(lián)網(wǎng)開放平臺架構設計與實現(xiàn)、物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的開源軟件、物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的安全、物聯(lián)網(wǎng)典型應用。
近年來,物聯(lián)網(wǎng)在國內乃至全球都形成了熱潮,被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后,世界信息產業(yè)的第三次浪潮,它將引發(fā)人類社會運行與生活方式的深刻變革。與此同時,未來隨著業(yè)務的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)應用產品的同質化將越來越嚴重,匯聚業(yè)務、統(tǒng)一入口、快速迭代將成為決定應用成敗的關鍵。同時,隨著應用復雜度的上升與產業(yè)鏈的變長,產品定制與實現(xiàn)的難度將越來越大。在這種趨勢下已經(jīng)形成了比較清楚的發(fā)展方向,就是未來物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的發(fā)展將由信息網(wǎng)絡向全面感知和智能應用兩個方向擴展、延伸和突破,形成云、管、端的開放網(wǎng)絡架構。
開放網(wǎng)絡體系的主要特征是業(yè)務云化,其發(fā)展有三個趨勢:第一個趨勢是基礎實施的云化,是以IaaS的方式提供服務的;第二個趨勢是業(yè)務的能力化,是以PaaS的方式提供服務的;第三個趨勢是管理的平臺化,將管理作為一種能力開放,實現(xiàn)自有業(yè)務孵化或開放給合作伙伴,實際上提高了新業(yè)務的生成效率、降低了第三方業(yè)務落地孵化的門檻。比如,未來家庭產業(yè)領域的發(fā)展、交通產業(yè)市場的發(fā)展等,都將是以開放平臺架構來進行業(yè)務孵化和規(guī)模市場發(fā)展的。
物聯(lián)網(wǎng)架構對促進物聯(lián)網(wǎng)健康、規(guī)模發(fā)展具有重要的意義,是研究和關注的焦點,在全球有多個研究項目并且已經(jīng)形成了很多的研究成果。
歐洲IOT-A項目專注于物聯(lián)網(wǎng)架構研究并引起了業(yè)界的較大關注,該項目為期3年,于2013年結束,IoT-A的一個主要成果就是物聯(lián)網(wǎng)架構參考模型。歐盟第七框架計劃(FP7)下的許多項目在各自的研究主題下也都涉及一些物聯(lián)網(wǎng)架構研究。IoT-A并不研究智慧城市、智慧農業(yè)、智慧電網(wǎng)、智慧醫(yī)療等具體應用領域架構,而是從跨應用領域的角度出發(fā)研究物聯(lián)網(wǎng)架構的參考模型。
我國有很多企業(yè)、研究機構、大學都在針對物聯(lián)網(wǎng)架構積極開展研究,如工業(yè)和信息化部電信研究院(CATR)、中國電子科技集團公司(CETC)、無錫物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)研究所CWSN),等等。我國也設立了國家專項項目來推進物聯(lián)網(wǎng)架構研究,如新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)絡(簡稱重大專項三)設立有泛在網(wǎng)(UN)架構研究和整體設計(2009ZX03004-001)和物聯(lián)網(wǎng)總體架構及關鍵技術研究(2011ZX03005-005)兩個課題,并取得了一系列成果;同時,針對M2M、WoT、車聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療等特定領域架構也開展了很多研究。物聯(lián)網(wǎng)架構參考模型可以為具體應用領域物聯(lián)網(wǎng)架構研究提供重要的參考。
本書正是基于此出發(fā),兼顧理論與實踐,向讀者展示物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的架構和設計方法,希望能夠為從業(yè)者、學生等進行具體物聯(lián)網(wǎng)架構設計提供參考和指導。
本書共分為8章,分別是:
第1章介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念和基礎,內容包括:物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用場景;物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)、M2M和CPS的關系;全球物聯(lián)網(wǎng)主要政策和戰(zhàn)略導向。
第2章介紹物聯(lián)網(wǎng)體系基礎技術,內容包括:物聯(lián)網(wǎng)體系結構、傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)參考體系架構,以及四層體系架構;物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層和應用層涉及的基礎技術。
第3章從物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)生態(tài)看開放平臺價值,內容包括:物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展階段、發(fā)展驅動和問題分析;物聯(lián)網(wǎng)平臺型生態(tài)體系價值;物聯(lián)網(wǎng)開放平臺用戶體系、應用產品分類;物聯(lián)網(wǎng)開放平臺服務管理模式;物聯(lián)網(wǎng)平臺生態(tài)發(fā)展策略;業(yè)界主流開放平臺架構方式。
第4章介紹物聯(lián)網(wǎng)開放平臺架構設計與實現(xiàn),內容包括:物聯(lián)網(wǎng)開放平臺總體架構和框架,涉及設備管理平臺DMP、連接管理平臺(CMP)、應用使能平臺(AEP)、資源管理平臺(RMP)、應用中心平臺(ACP)、業(yè)務分析平臺(BAP);針對物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的核心功能規(guī)劃和設計方法。
第5章介紹物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的開源軟件研究,內容包括:開源軟件概述,含開源的概念、開源許可證、開源軟件與商業(yè)軟件對比;企業(yè)服務總線軟件研究,涉及ESB概述、WSO2 ESB,以及其他典型的ESB,并給出了ESB的對比和總結,ESB軟件對平臺建設的意義;復雜事件處理(CEP)軟件研究,涉及CEP概述、典型CEP軟件的對比;Storm、CEP軟件對平臺建設的意義;業(yè)務流程管理(BPM)軟件研究,涉及BPM概述、jBPM、Activiti BPM、Fixflow、典型BPM軟件的對比及小結,以及BPM軟件對平臺建設的意義;消息隊列(MQ)軟件研究,涉及MQ概述、RabbitMQ、MetaQ、ZeroMQ,典型MQ軟件的對比和總結,以及MQ軟件對平臺建設的意義。
第6章介紹物聯(lián)網(wǎng)開放平臺高效通信協(xié)議,內容包括:MQTT,涉及MQTT消息格式、消息列表、協(xié)議流程、MQTT開源實現(xiàn)Mosquitto、MQTT小結;IETF:CoAP,涉及CoAP協(xié)議介紹、協(xié)議棧結構、消息格式、請求與應答、URI方案、業(yè)務發(fā)現(xiàn)、組播機制、安全機制、交叉代理、CoAP小結;LightweightM2M,涉及LWM2M協(xié)議架構、接口設計、資源組織、CoAP承載、LWM2M小結;MQTT、CoAP、LWM2M三種M2M通信協(xié)議比較。
第7章為物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全研究,內容包括:業(yè)界典型開放平臺對比;物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全威脅,涉及物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務及平臺發(fā)展趨勢、物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全威脅、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務安全威脅;物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全方案,涉及業(yè)務平臺安全方案、終端安全方案、能力開放安全保障方案;物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全能力開放及安全服務前景展望,涉及安全能力開放和安全服務前景展望、物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全需求、構建安全能力開放平臺、構建安全服務平臺。
第8章介紹物聯(lián)網(wǎng)典型應用,內容包括:健康醫(yī)療,涉及項目背景、技術方案、遠程慢性病管理服務、家庭遠程管理服務、緊急求助業(yè)務;平安家庭,涉及項目背景、系統(tǒng)架構、業(yè)務功能;公車管理,含項目背景、項目需求、方案架構;智慧交通,涉及項目背景、技術架構、典型業(yè)務;國外物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展,涉及物聯(lián)網(wǎng)的應用分類、信息家電的建設及分類、信息家電產品、公共設施的物聯(lián)網(wǎng)建設、娛樂類物聯(lián)網(wǎng)應用。
自從筆者打算編寫本書之后,國內外許多同行都表達給予了熱烈的鼓勵和支持,并在寫作的過程中也提供給予了很大的幫助,如中國移動的童恩、劉瑋、、劉越、牛亞文、楊宏杰等多位專家在本書編寫過程中提出了很多好的建議并提供了一些實際技術與應用應用案例,在此一并表示感謝。另外,電子工業(yè)出版社的田宏峰編輯在本書的寫作過程中提供了很多出版方面的建議,非常感謝。
本書部分內容獲得了國家科技重大專項新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)(No. 2009ZX03006-007、2010ZX03006-006)、智慧江蘇建設重點示范工程、江蘇省智能家居物聯(lián)網(wǎng)示范工程、江蘇省信息化試點工程、江蘇省高校自然科學研究(No. 17KJB510043)、工信部通信軟科學研究(No. 2017-R-34)和南京郵電大學重點教材建設基金(No. JCGH201710)等科研和產業(yè)化項目的支持,在此表示感謝。
物聯(lián)網(wǎng)所涉及的內容跨越多個學科,而我們的研究和實踐只限于部分方面,因此,本書實際上凝練了很多物聯(lián)網(wǎng)領域從業(yè)者的智慧和見解,在此對這些專家表示衷心的感謝。
本書在寫作過程中,參考了大量的文獻并盡可能地標注了文獻的出處,但仍會掛一漏萬,在此向那些我們引用過卻未能或者無法明確標明文獻出處的作者深表歉意、謝意和敬意。
在編寫過程中,作者盡可能地把物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的最新方向和進展傳遞給讀者,力爭使信息最新和最準確,但由于編者水平有限,書中難免存在錯誤或不足之處,敬請讀者批評指正,反饋郵箱:NJUPT_IOT02@163.com13905181067@139.com。
作 者
2017年11月
丁飛,男,博士,高級工程師,中國移動通信集團江蘇有限公司研發(fā)中心物聯(lián)網(wǎng)牽頭人、網(wǎng)絡專業(yè)組組長。主持或重點參與國家重大專項、國家863計劃、江蘇省物聯(lián)網(wǎng)應用示范工程、智慧江蘇建設重點示范試點工程以及企業(yè)項目共20多項。"智慧交通載具產品體系創(chuàng)新與規(guī)模應用課題研究成果實際應用取得明顯成效。獲國家發(fā)明專利4項,獲得省部級等各類獎項10多項。
第1章 物聯(lián)網(wǎng)概念基礎1
1.1 引言1
1.2 物聯(lián)網(wǎng)是什么1
1.3 物聯(lián)網(wǎng)應用場景3
1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)場景模型3
1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)的技術特征5
1.4 物聯(lián)網(wǎng)與相關概念7
1.4.1 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)7
1.4.2 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡、泛在網(wǎng)8
1.4.3 物聯(lián)網(wǎng)與M2M和CPS的關系10
1.5 物聯(lián)網(wǎng)政策戰(zhàn)略導向11
1.5.1 美國的智慧地球12
1.5.2 歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動計劃12
1.5.3 日本的U-Japan計劃16
1.5.4 韓國的U-Korea戰(zhàn)略17
1.5.5 新加坡的下一代I-Hub計劃17
1.5.6 中國的感知中國18
第2章 物聯(lián)網(wǎng)體系基礎技術19
2.1 引言19
2.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結構19
2.3 感知層21
2.3.1 RFID技術21
2.3.2 WSN23
2.3.3 ZigBee技術25
2.3.4 視頻監(jiān)控31
2.3.5 MEMS技術34
2.3.6 嵌入式技術36
2.4 網(wǎng)絡層37
2.4.1 LoRa37
2.4.2 NB-IoT40
2.4.3 IPv6技術42
2.4.4 TD-LTE網(wǎng)絡46
2.5 應用層47
2.5.1 M2M技術47
2.5.2 通信協(xié)議50
2.5.3 中間件技術53
2.5.4 云計算技術57
2.5.5 數(shù)據(jù)挖掘技術60
第3章 從物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)生態(tài)看開放平臺價值63
3.1 引言63
3.2 物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)現(xiàn)狀分析63
3.2.1 物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展階段63
3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展驅動與問題分析65
3.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺型生態(tài)體系價值66
3.3.1 Apple與Google帶來的啟示66
3.3.2 開放平臺商業(yè)服務與價值67
3.4 物聯(lián)網(wǎng)平臺用戶體系69
3.5 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺應用產品分類70
3.6 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺服務管理模式71
3.6.1 物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)業(yè)務模型71
3.6.2 業(yè)務模式72
3.7 物聯(lián)網(wǎng)平臺生態(tài)發(fā)展策略74
3.7.1 產品開發(fā)原理74
3.7.2 產品合作流程74
3.7.3 業(yè)務集群化75
3.8 業(yè)界其他開放平臺架構方式76
3.8.1 Jasper Wireless76
3.8.2 Verizon nPhase77
3.8.3 Baidu Inside79
第4章 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺架構設計與實現(xiàn)82
4.1 引言82
4.2 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺總體架構82
4.3 設備管理平臺87
4.3.1 感知外設遠程管理87
4.3.2 傳感網(wǎng)管理90
4.4 連接管理平臺92
4.4.1 終端通信狀態(tài)查詢92
4.4.2 終端用戶支撐系統(tǒng)信息查詢93
4.4.3 通信管理使用鑒權93
4.4.4 限制終端使用通信業(yè)務94
4.4.5 模擬位置更新94
4.4.6 向終端發(fā)送測試短信94
4.4.7 終端通信故障快速診斷95
4.4.8 終端自動監(jiān)控規(guī)則95
4.5 應用使能平臺95
4.5.1 開發(fā)社區(qū)96
4.5.2 開發(fā)環(huán)境98
4.5.3 測試環(huán)境99
4.6 應用中心平臺101
4.6.1 商品管理101
4.6.2 店鋪管理103
4.6.3 營銷服務104
4.6.4 交易管理104
4.6.5 積分管理106
4.6.6 代金券管理107
4.6.7 客服服務108
4.6.8 計費結算108
4.6.9 統(tǒng)計分析108
4.7 資源管理平臺109
4.7.1 執(zhí)行環(huán)境109
4.7.2 接口適配層110
4.7.3 運行控制臺110
4.7.4 服務模式111
4.8 業(yè)務分析平臺112
4.8.1 數(shù)據(jù)管理112
4.8.2 數(shù)據(jù)處理113
4.8.3 數(shù)據(jù)分析114
4.8.4 任務引擎115
第5章 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺開源軟件研究116
5.1 引言116
5.2 開源軟件概述117
5.2.1 開源的概念117
5.2.2 開源許可證117
5.2.3 開源軟件與商業(yè)軟件的對比118
5.3 企業(yè)服務總線(ESB)軟件研究119
5.3.1 ESB概述119
5.3.2 WSO2 ESB123
5.3.3 其他的典型ESB128
5.3.4 典型的ESB軟件對比及小結133
5.3.5 ESB軟件對平臺建設的意義135
5.4 復雜事件處理(CEP)軟件研究136
5.4.1 CEP概述136
5.4.2 典型CEP軟件的對比137
5.4.3 Storm138
5.4.4 CEP軟件對平臺建設的意義142
5.5 業(yè)務流程管理(BPM)軟件研究142
5.5.1 BPM概述142
5.5.2 jBPM145
5.5.3 Activiti BPM148
5.5.4 Fixflow151
5.5.5 典型BPM軟件的對比及小結153
5.5.6 BPM軟件對平臺建設的意義155
5.6 消息隊列(MQ)軟件研究155
5.6.1 MQ概述155
5.6.2 RabbitMQ157
5.6.3 MetaQ160
5.6.4 ZeroMQ164
5.6.5 典型MQ軟件的對比及小結167
5.6.6 MQ軟件對平臺建設的意義168
5.7 本章小結169
第6章 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺高效通信協(xié)議研究170
6.1 引言170
6.2 IBM MQTT170
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 協(xié)議流程187
6.2.5 MQTT開源實現(xiàn)Mosquitto189
6.2.6 MQTT小結193
6.3 IETF:CoAP193
6.3.1 協(xié)議介紹193
6.3.2 協(xié)議棧結構194
6.3.3 消息格式194
6.3.4 請求與應答196
6.3.5 URI方案198
6.3.6 業(yè)務發(fā)現(xiàn)199
6.3.7 組播機制199
6.3.8 安全機制200
6.3.9 交叉代理201
6.3.10 CoAP小結201
6.4 OMA-LightweightM2M201
6.4.1 協(xié)議架構202
6.4.2 接口設計202
6.4.3 資源組織207
6.4.4 CoAP承載208
6.4.5 LWM2M小結210
6.5 協(xié)議比較210
6.6 本章小結211
第7章 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全研究212
7.1 引言212
7.2 物聯(lián)網(wǎng)平臺安全威脅213
7.2.1 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務及平臺發(fā)展趨勢213
7.2.2 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全威脅214
7.2.3 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務安全威脅220
7.3 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全方案230
7.3.1 業(yè)務平臺安全方案230
7.3.2 終端安全方案236
7.3.3 能力開放安全保障方案239
7.4 物聯(lián)網(wǎng)開放平臺安全能力開放及安全服務前景展望241
第8章 物聯(lián)網(wǎng)典型應用245
8.1 引言245
8.2 健康醫(yī)療245
8.2.1 項目背景245
8.2.2 技術方案245
8.2.3 遠程慢性病管理服務247
8.2.4 家庭遠程管理服務247
8.2.5 緊急救助業(yè)務248
8.3 平安家庭249
8.3.1 項目背景249
8.3.2 系統(tǒng)架構249
8.3.3 業(yè)務功能250
8.4 公車管理251
8.4.1 項目背景251
8.4.2 項目需求252
8.4.3 方案架構253
8.5 智慧交通255
8.5.1 項目背景255
8.5.2 技術架構256
8.5.3 典型業(yè)務257
8.6 國外物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展259
8.6.1 物聯(lián)網(wǎng)的應用分類259
8.6.2 信息家電的建設及分類260
8.6.3 信息家電產品260
8.6.4 公共設施的物聯(lián)網(wǎng)建設262
8.6.5 娛樂類物聯(lián)網(wǎng)應用263
參考文獻266