物联网之魂:物联网协议与物联网操作系统
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作者孙昊 王洋 赵帅 杜秀芳 曾凡太
出版社机械工业出版社
ISBN9787111629313
出版时间2018-06
装帧平装
开本16开
定价119元
货号1201901476
上书时间2024-06-28
商品详情
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目录
丛书序序言第1章 网络通信技术1 1.1 数字通信概述1 1.2 数字通信关键技术2 1.3 数字通信OSI模型3 1.4 TCP/IP网络通信协议7 1.4.1 TCP/IP协议7 1.4.2 CoAP协议10 1.4.3 MQTT协议（低带宽）11 1.4.4 AMQP协议（互操作性）11 1.4.5 XMPP协议（即时通信）12 1.4.6 JMS协议13 1.5 UDP协议14 1.6 HTTP协议16 1.6.1 工作原理16 1.6.2 消息结构17 1.6.3 请求方法18 1.6.4 响应头信息19 1.6.5 状态码20 1.6.6 内容类型20 1.7 FTP协议21 1.8 Bluetooth协议23 1.8.1 Bluetooth发展史及优势23 1.8.2 Bluetooth技术25 1.9 ZigBee协议26 1.9.1 ZigBee发展历史27 1.9.2 ZigBee的特点及优势30 1.9.3 ZigBee基本概念30 1.9.4 ZigBee协议栈32 1.10 6LoWPAN低速无线个域网协议33 1.11 LoRa WAN低功耗广域网协议35 1.12 NB-IoT窄带物联网协议41 1.12.1 物联网应用场景和技术特点41 1.12.2 无线通信技术发展过程48 1.12.3 NB-IoT窄带物联网节能原理52 1.12.4 NB-IoT通信系统拓扑结构56 1.12.5 NB-IoT窄带物联网信号收发技术59 1.12.6 NB-IoT窄带物联网小区接入64 1.12.7 NB-IoT连接管理67 1.12.8 NB-IoT数据传输68 1.13 MQTT网络协议71 1.13.1 网络协议比较71 1.13.2 发布和订阅模型72 1.13.3 MQTT协议命令73 1.13.4 MQTT协议参数74 1.14 协议转换77 1.14.1 RS-232/485/CAN转换器77 1.14.2 基于现场总线的协议转换器78 1.14.3 物联网协议转换器——网关79 1.14.4 物联网网关82 1.14.5 物联网网关应用84 1.15 小结85 1.16 习题86第2章 信息交换技术87 2.1 交换技术概述88 2.2 数字程控交换91 2.3 ATM交换92 2.4 以太网交换92 2.5 光交换94 2.6 二层交换——交换机原理94 2.7 三层转发——路由器原理95 2.8 三层交换——三层交换机98 2.9 交换机设计开发103 2.9.1 交换机的层次定位103 2.9.2 交换机的硬件设计104 2.9.3 交换机的软件设计107 2.9.4 测试环节110 2.10 小结110 2.11 习题111第3章 无线Wi-Fi技术112 3.1 Wi-Fi概述112 3.1.1 WLAN无线局域网络概述112 3.1.2 Wi-Fi无线网络起源113 3.2 Wi-Fi基础116 3.2.1 Wi-Fi物理组件117 3.2.2 Wi-Fi服务功能117 3.2.3 Wi-Fi认证和加密120 3.2.4 Wi-Fi基础参数121 3.3 Wi-Fi接入123 3.3.1 Wi-Fi的STA与AP的接入123 3.3.2 Wi-Fi的多AP认证和关联过程125 3.3.3 Wi-Fi漫游过程126 3.4 Wi-Fi管理127 3.4.1 wpa_supplicant程序127 3.4.2 wpa_cli调试工具129 3.5 Wi-Fi模块解析130 3.5.1 Wi-Fi框架分析130 3.5.2 Wi-Fi启动流程133 3.6 Wi-Fi驱动结构142 3.6.1 SDIO驱动142 3.6.2 无线通信芯片142 3.6.3 设备驱动注册144 3.6.4 加载驱动模块154 3.6.5 SDIO设备中断155 3.6.6 Wi-Fi驱动流程156 3.6.7 网络设备注册159 3.7 小结162 3.8 习题163第4章 操作系统概述164 4.1 通用计算机操作系统164 4.2 嵌入式实时操作系统166 4.2.1 嵌入式操作系统的主要特点167 4.2.2 嵌入式操作系统和通用计算机操作系统的区别167 4.2.3 流行嵌入式实时操作系统168 4.3 手机操作系统171 4.3.1 Android 操作系统171 4.3.2 Android App研发基础172 4.3.3 Android App开发文献174 4.3.4 iOS操作系统176 4.4 物联网操作系统178 4.4.1 概述178 4.4.2 特点180 4.4.3 架构182 4.4.4 实例分析192 4.4.5 发展趋势194 4.5 小结195 4.6 习题196第5章 物联网操作系统197 5.1 微软物联网操作系统197 5.2 谷歌物联网操作系统197 5.2.1 谷歌Brillo198 5.2.2 谷歌Android Things199 5.3 ARM物联网操作系统203 5.4 华为物联网操作系统Huawei LiteOS204 5.5 中兴物联网操作系统207 5.6 庆科物联网操作系统MICO211 5.7 小结220 5.8 习题220第6章 嵌入式Linux操作系统221 6.1 uClinux简介221 6.2 RTLinux简介230 6.3 Ostro Linux简介234 6.4 HelloX物联网操作系统237 6.4.1 HelloX物联网操作系统框架分析238 6.4.2 HelloX主要功能239
内容摘要
本书系统地介绍了物联网协议和物联网操作系统的相关内容。第1章阐述了与物联网联系比较紧密的几种网络通信协议；第2章阐述了路由器交换机的原理及其开发要点；第3章对移动互联网Wi-Fi做了详细解析；第4章介绍了操作系统的一般概念；第5章介绍了几种应用于资源受限设备的物联网操作系统；第6章介绍了几种嵌入式实时操作系统；第7章剖析了一种轻量级实时物联网操作系统zephyr，给出较详细的应用开发指导；第8章阐述了比较流行的Ubunto操作系统；第9章详尽地讲解了路由器操作系统的开发流程，为物联网网关、智能路由器及边缘计算服务器的研发打下基础；第10章给出了嵌入式系统底层驱动软件的开发指导。本书适合从事物联网开发的工程技术人员及物联网专业的师生阅读。
精彩内容
沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春 继计算机操作系统、嵌入式操作系统、手机操作系统之后，物联网操作系统进入了起步发展阶段。就目前的现状，物联网操作可以描述为：厂商山头林立、市场虚假繁荣、技术概念老旧、产品良莠不齐。物联网操作系统产生的背景 应用需求催生了物联网操作系统的诞生。边缘计算的兴起，不仅解决了海量数据上云引起的网络阻塞、存储冗余、响应迟缓等问题，也为物联网操作系统的发展提供了机遇。边缘计算（将在丛书的第6卷中展开讲解）是物联网操作系统的重要应用领域之一。 品质微处理器奠定了物联网操作系统的硬件搭载基础。微处理器技术发展快速，32位MCU技术已经成熟，既可以在嵌入式设备终端和网关设备上使用，又可以在传感单元和执行单元上普遍使用。32位微处理器的硬件资源丰富，为物联网操作系统载体奠定了良好的硬件基础。例如，在MCU市场里，ARM完善的生态环境大大推动了物联网操作系统在内的嵌入式软件的发展。其他内嵌网络接口、A/D 转换、通信模块的微处理器芯片也不断出现，物联网操作系统的搭载基础越来越好。 此外，设备端的小型化、低功耗、安全性的趋势，以及通信协议之间的灵活转换、应用层对边缘计算能力的要求、复杂的设备测控软件，这些市场需求成了物联网操作系统产生的必要条件。物联网操作系统的组成框架 物联网操作系统沿用了嵌入式操作系统中的技术，可以将该技术分为两种，一种是实时的，另一种是通用型的。物联网操作系统由内核、通信支持（Wi-Fi/蓝牙、2G、3G、4G、5G、NFC、RS232、PLC等）、外围组件（文件系统、GUI、Java虚拟机、XML文件解析器等）,以及集成开发环境等组成。物联网操作系统的推荐能力 设备管理能力：内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制，可以动态加载存储在外部介质上的设备驱动程序或其他核心模块。只需要开发新的应用程序，就可以满足设备管理需求。 可扩展、可裁剪、可伸缩的架构：因为物联网应用环境具备广谱特性，要求操作系统必须能够扩展，以适应新的应用环境。将物联网操作系统的内核设计成框架结构，定义接口和规范就可以在操作系统内核上增加新的功能和硬件支持。对于资源（内存和CPU）受限的设备，内核软件的大小必须维持在10KB以内，具备基本的任务调度和通信功能即可。高配置的设备（具有边缘计算能力的服务器、具有路由功能的网关），其内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能。这时内核软件的大小可以达到几百KB，甚至MB。内核软件大小的伸缩性通过两个措施来实现，即重新编译和二进制模块选择加载。重新编译需要根据不同的应用目标，选择所需要的功能模块，然后对内核进行重新编译；二进制模块选择加载，需要操作系统配置文件，在内核初始化完成后，会根据配置文件，选择加载所需要的二进制模块。 文件系统、外部存储能力：支持常用的文件系统和外部存储，支持FAT32、NTFS、DCFS等文件系统，支持硬盘、USB Stick、Flash和ROM等常用存储设备。 应用程序动态加载能力：物联网操作系统应提供一组API，供不同应用程序调用，而且这一组API应该根据操作系统所加载的外围模块实时变化。操作系统能够动态地从外部存储介质上按需加载应用程序，其内核和外围模块（GUI、网络等）提供基础支持，而各种各样的行业应用则通过应用程序来实现。 兼容的通信接入能力：支持物联网常用的无线和有线通信功能。比如，支持GPRS、3G、HSPA、4G等公共网络的无线通信功能，同时要支持 ZigBee、NFC、RFID、Wi-Fi、Bluetooth 等近场通信功能，还要支持 Ethernet、CAN、USB 有线网络功能，以及窄带通信技术NB-IoT 和LoRa。 完善的网络协议兼容和转换能力：物联网操作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈，包括对IPv4和IPv6的同时支持。同时也支持丰富的IP协议族，比如Telnet、FTP、IPSec、SCTP等协议，以适用智能终端和高安全、高可靠的应用场合；不同的物理和链路层接口之上的协议之间要能够相互转换，把从一种协议获取到的数据报文转换成另一种协议报文发送出去。 设备的安全保护能力：支持内存保护（VMM等机制）和异常管理等机制，在必要时隔离错误代码。另外一个安全策略就是不开放源代码，或者不开放关键部分的内核源代码。物联网设备中很大一部分小型设备使用 MCU 和资源有限的微处理器，不开放它们的源代码能保护[0]这些小型设备使其不受网络攻击和非法控制，以确保设备安全。 边缘计算能力：物联网设备连续不断地产生海量数据，如何管理和处理这些数据是摆在物联网企业面前的一个难题。边缘计算无疑是解决这个难题的有效技术手段之一。边缘计算是提高响应速度，改善网络阻塞的关键技术。 物联网操作系统的实时性：物联网设备的测量控制，很多关键性动作必须在有限的时间内完成，否则将失去意义。首先是中断响应的实时性，一旦外部中断发生，操作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理；其次是线程或任务调度的实时性，一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪，必须马上得到调
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