物联网系统架构设计与边缘计算(原书第2版)电子书

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第1章 物联网和边缘计算的定义及用例

1.1 物联网的历史

1.2 物联网的潜力

1.3 物联网的定义

1.3.1 工业和制造业

1.3.2 消费者

1.3.3 零售、金融和营销

1.3.4 医疗保健

1.3.5 运输业和物流业

1.3.6 农业和环境

1.3.7 能源产业

1.3.8 智慧城市

1.3.9 军事和政府

1.4 使用案例和部署示意

1.4.1 案例研究——远程和缓医疗

1.4.2 用例回顾

1.5 小结

第2章 物联网架构和核心物联网模块

2.1 相连的生态系统

2.1.1 物联网、机器对机器与SCADA

2.1.2 网络的价值、梅特卡夫定律和贝克斯特伦定律

2.1.3 物联网和边缘架构

2.1.4 架构师的作用

2.2 第一部分——传感和电源

2.3 第二部分——数据通信

2.4 第三部分——边缘计算

2.5 第四部分——计算、分析和机器学习

2.6 第五部分——物联网中的威胁与安全

2.7 小结

第3章 传感器、终端和电力系统

3.1 传感设备

3.1.1 热电偶和温度传感器

3.1.2 霍尔效应传感器和电流传感器

3.1.3 光电传感器

3.1.4 PIR传感器

3.1.5 激光雷达和主动传感系统

3.1.6 MEMS传感器

3.2 高性能物联网终端

3.2.1 视觉系统

3.2.2 传感器融合

3.2.3 输出设备

3.3 功能示例（整合在一起）

3.3.1 功能示例——TI SensorTag CC2650

3.3.2 传感器到控制器

3.4 能源和电源管理

3.4.1 电源管理

3.4.2 能量收集

3.4.3 储能

3.5 小结

第4章 通信和信息论

4.1 通信理论

4.1.1 射频能量和理论范围

4.1.2 射频干扰

4.2 信息论

4.2.1 比特率限制和香农–哈特利定理

4.2.2 误码率

4.2.3 窄带通信与宽带通信

4.3 无线电频谱

4.4 小结

第5章 基于WPAN的非IP协议

5.1 802.15标准

5.2 蓝牙

5.2.1 蓝牙的历史

5.2.2 蓝牙5通信进程和拓扑

5.2.3 蓝牙5栈

5.2.4 BR/EDR操作

5.2.5 低功耗蓝牙技术角色

5.2.6 BLE运算

5.2.7 蓝牙配置文件

5.2.8 BR/EDR安全

5.2.9 信标

5.2.10 蓝牙5的范围和速度增强

5.2.11 蓝牙网状网

5.2.12 蓝牙5.1技术

5.3 IEEE 802.15.4

5.3.1 IEEE 802.15.4架构

5.3.2 IEEE 802.15.4拓扑结构

5.3.3 IEEE 802.15.4地址模式和数据包结构

5.3.4 IEEE 802.15.4启动序列

5.3.5 IEEE 802.15.4安全性

5.4 Zigbee

5.4.1 Zigbee的历史

5.4.2 Zigbee概述

5.4.3 Zigbee PHY和MAC（与IEEE 802.15.4的区别）

5.4.4 Zigbee协议栈

5.4.5 Zigbee寻址和数据包结构

5.4.6 Zigbee网状路由

5.4.7 Zigbee安全性

5.5 Z-Wave

5.5.1 Z-Wave概述

5.5.2 Z-Wave协议栈

5.5.3 Z-Wave寻址

5.5.4 Z-Wave拓扑和路由

5.6 小结

第6章 基于IP的WPAN和WLAN

6.1 TCP/IP

6.2 具有IP的WPAN——6LoWPAN

6.3 IEEE 802.11协议和WLAN

6.3.1 IEEE 802.11协议集及比较

6.3.2 IEEE 802.11架构

6.3.3 IEEE 802.11频谱分配

6.3.4 IEEE 802.11调制和编码技术

6.3.5 IEEE 802.11 MIMO

6.3.6 IEEE 802.11数据包结构

6.3.7 IEEE 802.11操作

6.3.8 IEEE 802.11安全性

6.3.9 IEEE 802.11ac

6.3.10 IEEE 802.11p车联网

6.3.11 IEEE 802.11ah

6.3.12 6LoWPAN拓扑

6.3.13 6LoWPAN协议栈

6.3.14 网状网寻址和路由

6.3.15 报头压缩和分段

6.3.16 邻居发现

6.3.17 6LoWPAN安全性

6.4 具有IP的WPAN——Thread

6.4.1 Thread架构及拓扑

6.4.2 Thread协议栈

6.4.3 Thread路由

6.4.4 Thread寻址

6.4.5 邻居发现

6.5 小结

第7章 远程通信系统和协议

7.1 蜂窝连接

7.1.1 管理模式和标准

7.1.2 蜂窝接入技术

7.1.3 3GPP用户设备类别

7.1.4 4G LTE频谱分配和频段

7.1.5 4G LTE拓扑和架构

7.1.6 4G LTE E-UTRAN协议栈

7.1.7 4G LTE地理区域、数据流和切换过程

7.1.8 4G LTE数据包结构

7.1.9 Cat-0、Cat-1、Cat-M1和NB-IoT

7.1.10 Multefire、CBRS和蜂窝网络频谱共享

7.1.11 5G

7.2 LoRa和LoRaWAN

7.2.1 LoRa物理层

7.2.2 LoRaWAN MAC层

7.2.3 LoRaWAN拓扑结构

7.2.4 LoRaWAN总结

7.3 Sigfox

7.3.1 Sigfox物理层

7.3.2 Sigfox MAC层

7.3.3 Sigfox协议栈

7.3.4 Sigfox拓扑结构

7.4 小结

第8章 边缘计算

8.1 边缘的用途和定义

8.2 边缘用例

8.3 边缘硬件架构

8.3.1 处理器

8.3.2 动态随机存取内存和易失性内存

8.3.3 存储和非易失性内存

8.3.4 低速I/O

8.3.5 高速I/O

8.3.6 硬件辅助和协同处理

8.3.7 引导和安全模块

8.3.8 边缘计算硬件示例

8.3.9 防护等级

8.4 操作系统

8.4.1 操作系统选择要点

8.4.2 典型引导过程

8.4.3 操作系统调优

8.5 边缘平台

8.5.1 虚拟化

8.5.2 容器

8.6 边缘计算用例

8.6.1 环境计算

8.6.2 合成传感

8.7 小结

第9章 边缘路由和网络

9.1 边缘的TCP/IP网络功能

9.1.1 路由功能

9.1.2 PAN到WAN的桥接

9.1.3 故障切换和带外管理

9.2 边缘级的网络安全

9.2.1 VLAN

9.2.2 VPN

9.2.3 流量整形和QoS

9.2.4 安全功能

9.2.5 指标和分析

9.3 软件定义网络

9.3.1 SDN架构

9.3.2 传统的网络连接

9.3.3 SDN的好处

9.4 小结

第10章 边缘–云协议

10.1 协议

10.2 MQTT

10.2.1 MQTT发布–订阅

10.2.2 MQTT架构细节

10.2.3 MQTT状态转换

10.2.4 MQTT数据包结构

10.2.5 MQTT数据类型

10.2.6 MQTT通信格式

10.2.7 MQTT 3.1.1工作示例

10.3 MQTT-SN

10.3.1 MQTT-SN架构和拓扑结构

10.3.2 透明网关和聚合网关

10.3.3 网关广播和发现

10.3.4 MQTT和MQTT-SN的区别

10.3.5 选择MQTT代理

10.4 约束应用协议

10.4.1 CoAP架构细节

10.4.2 CoAP消息格式

10.4.3 CoAP使用示例

10.5 其他协议

10.5.1 STOMP

10.5.2 AMQP

10.6 协议总结与比较

10.7 小结

第11章 云和雾拓扑

11.1 云服务模型

11.1.1 NaaS

11.1.2 SaaS

11.1.3 PaaS

11.1.4 IaaS

11.2 公有云、私有云和混合云

11.2.1 私有云

11.2.2 公有云

11.2.3 混合云

11.3 OpenStack云架构

11.3.1 Keystone：身份和服务管理

11.3.2 Glance：镜像服务

11.3.3 Nova计算

11.3.4 Swift：对象存储

11.3.5 Neutron：网络服务

11.3.6 Cinder：块存储

11.3.7 Horizon

11.3.8 Heat：编排（选读）

11.3.9 Ceilometer：计量监控（选读）

11.4 物联网云架构的限制

11.5 雾计算

11.5.1 用于雾计算的Hadoop原理

11.5.2 雾、边缘、云和薄雾计算比较

11.5.3 OpenFog参考架构

11.5.4 EdgeX

11.5.5 Amazon Greengrass和Lambda

11.5.6 雾拓扑

11.6 小结

第12章 云和边缘中的数据分析与机器学习

12.1 物联网基础数据分析

12.1.1 顶层云管道

12.1.2 规则引擎

12.1.3 数据获取——流、处理和数据湖

12.1.4 复杂事件处理

12.1.5 Lambda架构

12.1.6 行业用例

12.2 物联网中的机器学习

12.2.1 人工智能和机器学习里程碑简史

12.2.2 机器学习模型

12.2.3 分类

12.2.4 回归

12.2.5 随机森林

12.2.6 贝叶斯模型

12.2.7 卷积神经网络

12.2.8 循环神经网络

12.2.9 物联网的训练与推理

12.3 物联网数据分析和机器学习比较与评估

12.4 小结

第13章 物联网与边缘网络安全

13.1 网络安全术语

13.1.1 攻击和威胁术语

13.1.2 防范术语

13.2 物联网网络攻击分析

13.2.1 Mirai

13.2.2 震网病毒

13.2.3 连锁反应

13.3 物理及硬件安全

13.3.1 RoT

13.3.2 密钥管理和可信平台模块

13.3.3 处理器和内存空间

13.3.4 存储安全

13.3.5 物理安全

13.4 shell安全性

13.5 密码使用

13.5.1 对称加密

13.5.2 非对称加密

13.5.3 散列加密法（身份验证和签名）

13.5.4 公钥基础设施

13.5.5 网络堆栈——传输层安全性

13.6 软件定义边界

13.7 物联网中的区块链和加密货币

13.7.1 比特币（基于区块链）

13.7.2 IOTA和有向无环图信任模型

13.8 政府法规及干预

13.8.1 美国国会法案——2017年物联网网络安全改进法案

13.8.2 其他政府机构

13.9 物联网安全最佳实践

13.9.1 全面的安全

13.9.2 安全检查清单

13.10 小结

第14章 联盟和协会

14.1 PAN协会

14.1.1 蓝牙技术联盟

14.1.2 Thread联盟

14.1.3 Zigbee联盟

14.1.4 其他

14.2 协议协会

14.2.1 开放连接基金会和Allseen联盟

14.2.2 绿洲协会

14.2.3 对象管理组

14.2.4 OMA规范工程联盟

14.2.5 其他

14.3 WAN联盟

14.3.1 Weightless技术联盟

14.3.2 LoRa联盟

14.3.3 互联网工程任务组

14.3.4 Wi-Fi联盟

14.4 雾及边缘计算协会

14.4.1 OpenFog组织

14.4.2 Eclipse基金会和EdgeX Foundry

14.5 伞式组织

14.5.1 工业互联网协会

14.5.2 IEEE物联网

14.5.3 其他

14.6 美国政府物联网和安全实体

14.7 工商业物联网与边缘计算

14.7.1 工商业传感器和MEMS厂商

14.7.2 硅片、微处理器和器件厂家

14.7.3 PAN网络通信公司

14.7.4 WAN技术公司

14.7.5 边缘计算及解决方案公司

14.7.6 操作系统、中间件和软件公司

14.7.7 云提供商

14.8 小结