物联网是一个新生事物和一个新兴产业,“物联网工程”专业是教育部为该战略型新兴产业发展而特别设立的新专业,这本《物联网工程概论》则是该专业综述性导引课程的教材。本书的目的是系统地介绍专业术语、学科内涵以及知识体系,给学生以较为整体的专业认知,从而激发其学习的兴趣;同时,粗线条的概貌描述、深入浅出的名词诠释,也可以作为各种学术团体(如学会和研究会)以及各类科技政策相关的工作人员(如科协、政府科技领域公务人员)了解物联网的入门书,避免工作场合遭遇专业术语时的困惑与茫然。
当相关行业科技人员在思考“物联网是什么?物联网能为我们做什么?我们能为物联网做什么?”的时候,我们物联网工程专业的新生及其家长也带着类似的困惑“物联网是什么?物联网工程专业大学期间要学什么?以后毕业了能干什么?" 。在网络知识异常丰富的今天,面对这种“一问三不知”的困窘, Google、Baidu等著名的搜索引擎竟然也不能给我们太多帮助,因为当前行业内专家对物联网的概念尚未形成定论,教育系统对物联网工程专业属于电子、通信还是计算机尚有所争论。这个时候,一本系统介绍相关内容、澄清困惑的《概论》就显得非常必要。然而,同样是在这个时候,试图通过一本《概论》教材对所有的争论给出一锤定音的结论是不可行、不现实的。在必要和不可行的夹缝里,我们采取了“求同存异”的取舍和“实事求是”的论述,对学术界和产业界大多认同的部分进行系统的分析介绍;而对看法存在分歧的地方,在无关整体概貌时就尽量不提,而在必须讨论的时候,就摆出各类观点请读者自行分析判断。
在上述写作方针的指导下,本书共分8章,第1章、第2章是总体概述性知识,类似于科普文章,不过更为全面严谨,趋向于教科书的叙事方式;第3章至第8章则关注于具体的技术内容。为了让大学一年级没有信息、计算机相关理论基础的学生不至于畏难,采取了深入浅出的科普文章的写作风格,配以图示和简单的示例,使问题的表达更加容易理解。每章主要内容如下:
第1章主要从物联网概念、物联网产业计划出发,分析物联网的发展历史以及物联网与RFID系统、传感网、泛在网等相关名词之间的关联,最后介绍一下当前世界各国的物联网产业规划。
第2章从典型的物联网应用系统出发,以归纳的方法提取出物联网的3个网络层次;并依据网络层次,指出三类关键技术,为后续各章搭建了轮廓结构;最后,以一些经常被问及“是或不是”的典型应用系统为例,分析为什么是物联网,为什么不是物联网。
第3章介绍感知层关键技术;第4章介绍数据传输层关键技术;第5章介绍操作系统尤其是物联网前端的实时操作系统;第6章介绍数据库、数据存储和物联网时代的云计算与海计算的基本概念;第7章介绍物联网的安全与隐私技术;第8章从工程与物联网工程设计的角度,系统分析一个物联网系统的设计过程。
上述章节内容的总体框架如图1所示。图1 本书框架结构
物联网工程概论
前言 在课时安排上,我们建议这门课的课时为30~48课时。对于30课时的安排,如表1所示的第一类安排,不考虑增加课时。然而不同的物联网专业办学依托的学科是不一样的,因此办学特色也不尽相同,这些特色决定了后续课程不尽相同。介绍专业技术的第3、4、6、7、8章,如果后续教学环节设置了相关内容为关键课程,则在概论中以少课时泛泛引导;若因师资或特色限制不能或没必要面面俱到地详细教学相关技术,则在概论中增加一些对技术功能性内容的介绍,文中的技术实例也可以安排实验课程,进行观摩性质的实习实验,以进一步激发学习兴趣。以第7章为例,如果相关专业不再开设“物联网安全与隐私”课程,则需要用8课时的时间,较为详细地讲解一些安全基础知识及物联网中安全问题需要注意到的关键点。表1 建议学时安排章 次计划学时章 次计划学时第1章2第5章4第2章4第6章4+2第3章4+4第7章4+4第4章4+4第8章4+2 本书由王良民、熊书明主编,王良民制定了本书的编写大纲、内容安排及写作风格,编写了第1、2、7、8章;熊书明编写了第3章到第6章;熊书明和王良民负责全书的统稿、组织和审校工作;编者所负责的无线传感网安全与应用研究组的研究生参与了本书的材料收集和内容编写工作,具体分工如下: 李菲参与了第1、2章,茅冬梅、马小龙参与了第3章,姜顺荣参与了第5章,赵玉娟参与了第6章,姜涛、程发、茅冬梅参与了第7章,李晓君参与了第8章。
本书的编者作为电子学会牵头、姚建铨院士任顾问的“全国物联网及相关专业教学指导小组”的委员,参与了该小组的教学研讨活动,很多知识来自该小组的讨论,本书的框架结构是在多次参与这些讨论之后独立思考形成;本书在编写过程中还得到了国家自然科学基金(60703115) 、江苏省自然科学基金和江苏大学教改重点项目(2011JGZD012)的支持,在此对所有提供帮助的组织与机构、领导与同仁表示衷心感谢。
此外需要说明的是,本书属于编写的教材,除整体安排和语言组织之外,多数观点和所有技术内容都非编者所创所著。鉴于很多资料来自网络,而网页间存在大量未曾标明出处的相互转载,因为时间所限、能力所限,作者不能逐一考查出“原作者”,为此本书所附文献的标注引用也许并非相关内容的原作者,这些疏漏或者不正确之处,敬请原作者指出,编者将在后续版本更正,并在相关教学网站上注明。同时,由于编者水平及编书时间所限,书中也必然存在缺点和疏漏之处,期盼各位专家及广大同学及时指出,帮助我们提高。
王良民2011年6月