《图解物联网》--阅读笔记

第1 章物联网的基础知识1
1.1 物联网入门……2
1.1.1 物联网……2
1.1.2 物联网的相关动向……2
1.2 物联网所实现的世界……3
1.2.1 “泛在网络”社会……3
1.2.2 “物”的互联网连接……4
1.2.3 机器对机器通信所实现的事……5
1.2.4 物联网实现的世界……6
column 蓬勃发展的标准化活动……8
1.3 实现物联网的技术要素……9
1.3.1 设备……9
1.3.2 传感器……13
1.3.3 网络……15
1.3.4 物联网服务……17
1.3.5 数据分析……20

第2 章物联网的架构23
2.1 物联网的整体结构……24
2.1.1 整体结构……24
2.1.2 网关……25
2.1.3 服务器的结构……27
2.2 采集数据……28
2.3 接收数据……30
2.3.1 数据接收服务器的作用……30
2.3.2 HTTP 协议……30
column REST API……31
2.3.3 WebSocket……32
2.3.4 MQTT……33

• MQTT（MQ Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是近年来出现的一种新型协议，物联网领域会将其作为标准协议。
• MQTT 是一种能实现一对多通信（人们称之为发布或订阅型）的协议。它由3 种功能构成，分别是中介（broker）、发布者（publisher）和 订阅者（subscriber）。
• 借助于中介的发布/ 订阅型通信，MQTT 就能实现物联网服务与多台设备之间的通信。另外，MQTT 还实现了轻量型协议。因此它还能在网络带宽低、可靠性低的环境下运行；又因为消息孝协议机制简单，所以在硬件资源（设备、CPU 和内存等）受限的条件下也能运行，可以说是为物联网量身定做的协议。

2.3.5 数据格式……40
column 图像、语音、视频数据的处理……43
2.4 处理数据……44
2.4.1 处理服务器的作用……44
2.4.2 批处理……44
2.4.3 流处理……47
2.5 存储数据……49
2.5.1 数据库的作用……49
2.5.2 数据库的种类和特征……50
2.6 控制设备……54
2.6.1 发送服务器的作用……54
2.6.2 使用HTTP 发送数据……54
2.6.3 使用WebSocket 发送数据……55
2.6.4 使用MQTT 发送数据……55

• 首先设备作为订阅者，向MQTT 中介进行订阅。然后，发送服务器则是发布者，同样向中介进行发布。这样一来，发送服务器只需要把确定的数据加在主题上发送就行了，发送服务器和设备都不需要知道彼此的地址。只要知道中介的地址，就能够实现通信。一旦订阅者断开，中介就会负责在断开时发送通知，并在重新连接时再次发送数据。

事例：面向植物工厂的环境控制系统……56

第3 章物联网设备……59
3.1 设备——通向现实世界的接口……60
3.1.1 为什么要学习设备的相关知识……60
3.1.2 连通性带来的变化……60
3.2 物联网设备的结构……63
3.2.1 基本结构……63
3.2.2 微控制器主板的类型和选择方法……68

微控制器的开发流程

1. 把微控制器主板嵌入到自制电路中
2. 在PC上编写用于微控制器的程序
3. 从PC端把程序写入微控制器
4. 确认运行情况

几个具有代表性的微控制器

• Raspberry Pi 2 model B 开始，Raspberry Pi 的CPU 就是四核处理器了，并宣布支持Windows 10
• Beagle Bone Black（BBB）是德州仪器公司主持开发的一款搭载了ARM 处理器的单板计算机。这块主板的惊人之处在于平衡了微控制器主板和PC 的性能。
• 英特尔Edison，它搭载了具备双核双线程的英特尔Atom CPU，以及100 MHz 的微控制器英特尔Quark。这个主板的亮点在于彻底地改善了专为物联网设备设置的规格。

微控制器和单板计算机比较

英特尔Edison 作为面向物联网设备开发的微控制器主板，不仅标准安装了Wi-Fi 和蓝牙，还全面涵盖了原型设计和商品化，其存在感越来越强烈

column 开源硬件的兴起……80
3.3 连接“云”与现实世界……80
3.3.1 与全球网络相连接……80

有两种让设备连接到网络的方式，一种是由设备本身直接连接全球网络，另一种是在本地区域内使用网关来连接全球网络

3.3.2 与网关设备的通信方式……81
3.3.3 有线连接……82

• 以太网
• 串行通信
• USB

3.3.4 无线连接……84

• Wi-Fi：和蓝牙4.0相比，Wi-Fi 耗电量高，所以不适合那些需要长时间进行通信的设备。
• 3G/LTE：设备上需要配备用来插入SIM 卡的插槽；会持续产生接入费用
• 蓝牙：BLE（蓝牙低能耗，Bluetooth Low Energy）技术，可以实现靠一枚纽扣电池连续运行数年。蓝牙4.2 宣布支持IPv6/6LoWPAN，设备可以通过网关直接连接互联网。蓝牙正逐渐占据物联网通信协议中的主要地位。
• IEEE 802.15.4/ZigBee：使用2.4 GHz 频段的近距离无线通信标准。其特征是虽然传输速度低，但是与Wi-Fi 相比，其耗电量较少。
• 易能森：无需维修

3.3.5 获得电波认证……89
3.4 采集现实世界的信息……89
3.4.1 传感器是什么……89
3.4.2 传感器的机制……90

利用物理特性的传感器

• 用输出电压的变化来表示环境的变化。力觉传感器，光学传感器，温度传感器
• 用输出电流的变化来表示环境的变化。光电二极管

利用几何变异的传感器

-测距传感器利用与障碍物间的几何学关系来测算距离

3.4.3 传感器的利用过程……94

传感器普遍特性

• 毫伏级的微弱信号
• 输出的是含有一定噪声的模拟信号

3.4.4 放大传感器的信号……95
3.4.5 把模拟信号转换成数字信号……96
3.4.6 传感器的校准……98
3.4.7 如何选择传感器……100
3.5 反馈给现实世界……103
3.5.1 使用输出设备时的重要事项……103
3.5.2 驱动的作用……104
3.5.3 制作正确的电源……107
3.5.4 把数字信号转换成模拟信号……108
3.6 硬件原型设计……110
3.6.1 原型设计的重要性……110
3.6.2 硬件原型设计的注意事项……111
3.6.3 硬件原型设计的工具……114
挑战制作电路板－…115
3.6.4 原型制作结束之后……116

第4 章先进的感测技术……119
4.1 逐步扩张的传感器世界……120
4.2 先进的感测设备……120
X 目录
4.2.1 RGB-D 传感器……122
4.2.2 自然用户界面……129
4.3 先进的感测系统……132
4.3.1 卫星定位系统……133
4.3.2 准天顶卫星……144
4.3.3 IMES……145
4.3.4 使用了Wi-Fi 的定位技术……147
4.3.5 Beacon……150
4.3.6 位置信息和物联网的关系……152
第5 章物联网服务的系统开发……153
5.1 物联网和系统开发……154
5.1.1 物联网系统开发的问题……154
5.1.2 物联网系统开发的特征……155
5.2 物联网系统开发的流程……157
5.2.1 验证假设阶段……158
5.2.2 系统开发阶段……159
5.2.3 维护应用阶段……159
收益共享……160
5.3 物联网服务的系统开发案例……161
5.3.1 楼层环境监控系统……161
5.3.2 节能监控系统……164
5.4 物联网服务开发的重点……166
5.4.1 设备……167
5.4.2 处理方式设计……175
5.4.3 网络……183
5.4.4 安全性……185
5.4.5 应用与维护……192
5.5 面向物联网服务的系统开发……195
目录XI
第6 章物联网与数据分析……197
6.1 传感器数据与分析……198
6.2 可视化……200
6.3 高级分析……207
6.3.1 高级分析的基喘…207
机器学习和数据挖掘……216
6.3.2 用分析算法来发现和预测……216
6.3.3 预测……217
6.4 分析所需要的要素……221
6.4.1 数据分析的基础架构……221
6.4.2 CEP……224
6.4.3 Jubatus……225
分析的难度……227
第7 章物联网与可穿戴设备……229
7.1 可穿戴设备的基喘…230
7.1.1 物联网和可穿戴设备的关系……230
7.1.2 可穿戴设备市抄…233
7.1.3 可穿戴设备的特征……237
7.2 可穿戴设备的种类……239
7.2.1 可穿戴设备的分类……239
7.2.2 眼镜型……243
7.2.3 手表型……248
7.2.4 饰品型……250
7.2.5 按照目的来选择……253
7.3 可穿戴设备的应用……261
7.3.1 可穿戴设备的方便之处……261
7.3.2 消费者应用情景……262
XII 目录
7.3.3 用于企业领域……265
硬件开发的近期动向……268
第8 章物联网与机器人……271
8.1 由设备到机器人……272
8.1.1 机器人——设备的延续……272
8.1.2 机器人的实用范围正在扩大……273
8.1.3 构建机器人系统的关键……274
8.2 利用机器人专用中间件……275
8.2.1 机器人专用中间件的作用……275
8.2.2 RT 中间件……276
8.2.3 ROS……278
8.3 连接到云端的机器人……280
8.3.1 云机器人……280
8.3.2 UNR-PF……281
8.3.3 RoboEarth……284
8.4 物联网和机器人的未来……287
后记……289
参考文献……291
作者……296