[套装书]智能物联网的存储器设计与实现+从M2M到物联网：架构、技术及应用（2册）

. 本书概述了物联网（IoT）和M2M（机器到机器）通信及服务的背景知识和整体愿景，包括主要标准、关键技术，还讲述了从设备的物理仪器到用于收集数据的云基础设施。此外，本书讨论了如何导出信息和知识并将其集成到企业过程，以及系统架构和管理需求。同时，本书还举出了许多实际的服务案例来说明如何持续和高效地开发和实现物联网和M2M通信技术。本书旨在让读者学会如何选择和结合M2M技术去设计和实现完整的端到端的解决方案。
本书由物联网和机器到机器通信领域的技术和业务专家联合编写，适合高校从事物联网和无线通信方向的研究生，以及工业界相关专业人员（如通信和网络工程师、解决方案架构师、系统集成人员、系统管理者）参考阅读。

.David Boyle是伦敦帝国理工学院电气与电子工程系的研究员，也是光学和半导体器件研究小组的一员，在数字经济实验室工作，研究兴趣为应用复杂传感、激励和控制系统（信息物理系统）、数据分析和数字经济的交叉研究。David在2009年获得了爱尔兰利默里克大学电子与计算机工程专业的博士学位，在2005年获得了计算机工程专业学士学位（荣誉学位）。他的工作成果得到了国际性的认可与奖励，并出版在一些领先的技术期刊中，包括IEEE工业电子汇刊（TIE）和工业信息汇刊（TII）。他积极参与了许多国际会议的技术委员会和组织委员会工作，尤其是欧洲设计自动化与测试会议（DATE）和ACM嵌入式网络传感器系统会议，均为相关领域的顶级会议。在进入帝国理工学院之前，David在爱尔兰廷德尔国家研究院微系统中心无线传感器网络和微电子应用集成小组以及爱尔兰科克大学学院的嵌入式系统研究小组工作，主要负责开发“绿色”无线传感器网络以实现可持续进行的结构健康监测。更早之前，他在法国电信研发部门—Orange实验室工作，致力于城市M2M服务的端到端服务质量研究，也是西班牙马德里理工大学电信工程高等技术学院（ETSIT UPM）的访问博士后学者。
译者简介
李长乐，西安电子科技大学教授，博士生导师，车联网国际合作联合实验室主任，国际电气电子工程师学会（IEEE）高级会员。2005年6月毕业于西安电子科技大学通信与信息系统专业，取得工学博士学位，毕业后留校任教，在综合业务网理论及关键技术（ISN）国家重点实验室工作至今。曾于2006年至2009年分别在加拿大蒙克顿大学和日本国家信息通信技术研究院（NICT）进行无线通信领域的博士后研究工作。入选西安电子科技大学首届“优秀青年教师支持计划”，被评为2009年度优秀留学回国人员并获得留学回国人员创新基金资助，并作为主要成员参加陕西省首批三秦学者团队。
长期从事无线通信网络技术方面的研究工作，在相关领域期刊及国际会议发表学术论文逾百篇，刊出专书章节（Book Chapter）两章。申请国家发明专利逾30项以及日本专利2项、美国专利2项。主持科研项目多项，包括国家自然科学基金项目3项、教育部留学回国人员科研启动基金项目以及与企业、研究所技术合作项目多项，参加国家科技重大专项项目4项。参与完成的科研成果分别于2006年、2013年获得陕西省科学技术奖一等奖。
西安电子科技大学“先进交通技术”团队负责人，带领团队与业界合作成立先进交通技术联合实验室及专业型硕士研究生创新实践基地，并依托ISN国家重点实验室与国外高校、跨国企业联合建立“车联网国际合作联合实验室”，致力于为现代社会智能交通系统提供技术支持和解决方案。

1.6.1　智能汽车概述 5
1.6.2　驾驶辅助系统 5
1.6.3　发动机处理器 6
1.6.4　车身处理器 7
1.6.5　信息娱乐处理器 7
1.6.6　自动驾驶汽车 7
1.7　智能交通网络 7
1.7.1　智能公共运输网络 7
1.7.2　个人汽车交通管理 8
1.7.3　智能高速公路 8
1.8　智能能源网络 9
1.8.1　智能电表 9
1.8.2　智能电网 9
1.9　智能互联楼宇 10
1.9.1　智能办公楼 10
1.9.2　智能工厂 11
1.9.3　智能医院 11
1.9.4　智能公共建筑 12
1.10　想法 12
参考文献 12
第2章　智能物联网存储器应用 14
2.1　简介 14
2.2　各种非易失性嵌入式存储器特性的比较 15
2.2.1　嵌入式EEPROM、闪存和熔丝器件 15
2.2.2　嵌入式新兴存储器在MCU中的应用 16
2.2.3　嵌入式非易失性存储器在各种应用中的必要属性 17
2.3　支持能量采集、具有嵌入式存储器的超低功耗MCU电路 19
2.3.1　采用能量采集的超低功耗MCU简介 19
2.3.2　支持能量采集、具有嵌入式闪存的超低功耗MCU 20
2.3.3　支持能量采集、具有嵌入式FeRAM存储器的超低功耗MCU 20
2.3.4　支持能量采集、具有嵌入式RRAM存储器的超低功耗MCU 21
2.3.5　支持能量采集电源管理的超低功耗MCU 22
2.4　超低功耗电池供电的闪存MCU 22
2.4.1　超低功耗电池供电的闪存MCU简介 22
2.4.2　具有嵌入式闪存的超低功耗电池供电的闪存MCU 23
2.4.3　具有嵌入式RRAM的超低功耗电池供电MCU 23
2.4.4　具有嵌入式FeRAM的超低功耗电池供电MCU 24
2.5　使用新兴存储器实现非易失性逻辑的非易失性MCU 26
2.5.1　使用FeRAM的非易失性逻辑阵列 26
2.5.2　使用MTJ MRAM的非易失性逻辑阵列 28
2.5.3　用于非易失性逻辑阵列的RRAM处理器 30
2.6　存储器传感器标签的通信协议 34
2.6.1　射频识别标签 34
2.6.2　近场通信 34
2.6.3　基于蓝牙的信标和传感器节点 36
2.6.4　具有Wi-Fi的物联网设备 38
2.6.5　具有USB连接功能的物联网设备 39
2.6.6　单线连接 40
2.6.7　ZigBee接口 40
2.6.8　ANT接口 40
2.7　可穿戴医疗设备 40
2.7.1　可穿戴医疗设备概述 40
2.7.2　使用FeRAM存储器的微型助听器 41
2.7.3　使用CB-RAM存储器的人体传感器节点平台 41
2.7.4　以存储为主使用MRAM的医疗保健系统 42
2.7.5　具有NFC和嵌入式eFeRAM存储器的可穿戴生物监测 42
2.7.6　使用FeRAM并配备ECG处理器的可穿戴医疗保健系统 43
2.8　低功耗电池供电的医疗设备和系统 45
2.8.1　低功耗电池供电医疗设备概述 45
2.8.2　使用eFlash的低功耗电池供电医疗设备 45
2.8.3　使用嵌入式新兴存储器的低功耗电池供电医疗设备 48
2.8.4　医疗系统的安全性 49
2.9　汽车网络应用 50
2.9.1　汽车应用概述 50
2.9.2　早期的高级汽车驾驶员辅助系统 52
2.9.3　最近的高级驾驶员辅助系统 54
2.9.4　汽车导航和定位 54
2.9.5　发动机盖下的应用 55
2.9.6　用于发动机盖下应用的MONOS存储器 56
2.9.7　汽车信息娱乐系统 57
2.9.8　安全汽车 57
2.9.9　汽车车身处理器 58
2.10　智能电网和数码智能电表 58
2.10.1　智能电表市场概述 58
2.10.2　具有嵌入式闪存的智能电表芯片 58
2.10.3　具有大容量嵌入式闪存的智能电表芯片 58
2.11　消费者家庭系统和网络 61
2.11.1　远程控制 61
2.11.2　环境传感器 62
2.11.3　家庭网络系统 62
2.12　具有嵌入式存储器的电机控制芯片 62
2.12.1　使用嵌入式存储器的小型系统电机控制 62
2.12.2　使用嵌入式MONOS存储器的多电机控制 63
2.12.3　使用嵌入式NV FeRAM的电机控制 63
2.13　高级应用中的智能芯片卡 63
2.14　用于物联网的大数据服务器中 存储器的层次结构分析 64
参考文献 66
第3章　用于智能物联网的嵌入式闪存和EEPROM 73
3.1　智能物联网eFlash和eEEPROM简介 73
3.1.1　智能物联网eFlash和eEEPROM 73
3.1.2　物联网中嵌入式闪存的应用需求 74
3.2　用于物联网的单层多晶硅浮栅eFlash/EEPROM单元 75
3.2.1　物联网应用中的单层多晶硅浮栅eFlash/EEPROM概述 75
3.2.2　早期的单层多晶硅浮栅EEPROM 75
3.2.3　用于特殊应用的单层多晶硅EEPROM单元 79
3.2.4　多次可编程单层多晶硅嵌入式非易失性存储器 81
3.2.5　最近的单层多晶硅全CMOS嵌入式EEPROM器件 85
3.2.6　高压CMOS中的单层多晶硅eNVM 87
3.3　使用多个单层多晶硅CMOS逻辑晶体管的嵌入式闪存单元 88
3.4　浮栅嵌入式闪存的分栅技术 92
3.4.1　早期的分栅嵌入式闪存浮栅技术 92
3.4.2　分栅存储器的发布、外设和特定应用的浮栅分栅存储器 96
3.4.3　小于50nm的先进分栅浮栅技术 102
3.5　堆叠闪存和处理器TSV集成 104
3.6　OTP/MTP嵌入式Flash单元和熔丝 104
3.7　具有堆叠栅极结构的双层多晶硅闪存 106
3.8　电荷捕获嵌入式闪存 109
3.8.1　早期的嵌入式电荷捕获存储器概述 109
3.8.2　嵌入式40nm电荷捕获（MONOS）闪存MCU 111
3.8.3　嵌入式28nm电荷捕获（MONOS）闪存MCU 113
3.8.4　嵌入式应用的专用1T-MONOS 闪存宏 115
3.8.5　FinFET SG-MONOS 116
3.8.6　嵌入式电荷捕获（SONOS）NOR闪存 117
3.8.7　高压CMOS中的嵌入式2TSONOS NVM 119
3.8.8　自对准氮化逻辑NVM 120
3.8.9　p沟道SONOS嵌入式闪存 121
3.8.10　低能耗应用中的电荷捕获嵌入式闪存 122
3.8.11　DT BE-SONOS性能的阻挡氧化物和隧道氧化物 122
3.8.12　新型嵌入式电荷捕获存储器 123
3.9　分栅CT eFlash纳米晶体存储 127
3.10　新型嵌入式闪存 129
参考文献 130
第4章　薄膜聚合物和柔性存储器 136
4.1　概述 136
4.2　有机铁电存储器 136
4.2.1　有机铁电存储器的特性和特点 136
4.2.2　可印刷铁电嵌入式存储器 140
4.2.3　薄膜铁电存储器的物联网应用 144
4.3　聚合物铁电隧道结 145
4.4　具有柔性基板的聚合物电阻式RAM的类型和特性 146
4.4.1　具有柔性基板的聚合物电阻式RAM概述 146
4.4.2　基于聚对二甲苯-C的电阻式RAM 146
4.4.3　Cu原子开关 147
4.4.4　柔性基板上的无机薄膜电阻式RAM 150
4.4.5　IZO和IGZO电阻式RAM存储器 152
4.4.6　具有柔性基板的其他聚合物电阻式RAM 153
4.5　柔性基片上的电荷捕获纳米粒子（NP）存储器 159
4.5.1　柔性基片上的电荷捕获NP存储器概述 159
4.5.2　具有柔性衬底的碳纳米管电荷捕获存储器 159
4.5.3　喷墨印刷纳米粒子存储器 160
4.5.4　柔性基板上的其他纳米粒子电荷捕获存储器 161
4.6　将常规存储器芯片转移到柔性基板上 163
4.6.1　使用SOI基片转移硅片 164
4.6.2　使用底层空腔创建薄芯片 165
4.6.3　用于在柔性基板上组装硅芯片的扇出型晶圆级封装 166
参考文献 170
第5章　使用新兴NV存储器件的神经形态计算 175
5.1　神经形态系统中电阻式RAM和铁电RAM的概述 175
5.2　各种电阻式RAM用作神经形态系统中的突触 175
5.2.1　金属氧化物电阻式RAM作为突触 175
5.2.2　导电桥RRAM作为突触 178
5.2.3　相变存储器作为突触 179
5.2.4　PCMO RRAM作为突触 179
5.2.5　可同时增强和抑制的RRAM 180
5.2.6　其他具有模拟特性的非易失性存储器 181
5.3　3D神经形态存储器 182
5.3.1　作为密集TSV 3D结构的神经形态架构 182
5.3.2　3D垂直RRAM作为连接神经元的突触 182
5.4　RRAM作为突触器件的建模和表征 186
5.5　脉冲神经网络、STDP、增强和抑制 187
5.5.1　脉冲神经网络简介 187
5.5.2　混合RRAM/CMOS STDP神经形态系统 187
5.5.3　记忆突触和神经元系统 191
5.5.4　新型RRAM突触的应用 193
5.6　使用铁电RAM技术的神经网络系统 195
5.6.1　使用铁电存储器突触的神经网络电路 195
5.6.2　在神经网络电路中使用FeMEM 196
5.6.3　神经形态电路中的铁电隧道结 197
5.7　使用相变存储器的早期神经形态计算机 198
5.8　神经形态系统设计和应用中的电阻式RAM 201
5.8.1　用于神经形态计算的突触器件的设计 201
5.8.2　在各种神经形态计算应用中使用RRAM 202
5.8.3　用于神经形态计算的大型RRAM阵列设计 202
5.8.4　RRAM相对于SRAM交叉阵列在矩阵乘法中的优势 204
5.9　使用聚合物和柔性存储器的神经形态存储器 204
参考文献 207
第6章　大数据搜索引擎和深度计算机 210
6.1　大数据搜索引擎和深度计算机概述 210
6.2　使用各种新兴非易失性存储器制作的内容可寻址存储器 210
6.2.1　使用电阻式RAM的三元CAM 211
6.2.2　使用磁存储器制作的CAM 212
6.2.3　使用其他新兴存储器的CAM 214
6.3　大型搜索引擎和人工神经网络的构成 214
6.3.1　使用RRAM的大型搜索引擎的查找表 214
6.3.2　使用STT MRAM的大型人工神经网络 216
6.4　深度学习系统中的存储器问题 218
6.4.1　SRAM和RRAM突触阵列的分区问题 218
6.4.2　极限学习机架构的RRAM可变性问题 220
6.4.3　受限玻耳兹曼机中RRAM存储器的问题 220
6.4.4　使用存储器突触的大型神经网络 222
6.5　物联网的深度神经网络 225
6.5.1　物联网深层神经网络的类型 225
6.5.2　含噪声数据的深度神经网络 226
6.5.3　用于语音和视觉识别的深度神经网络 227
6.5.4　其他应用的深度神经网络 231
参考文献 232
第7章　物联网安全问题中的存储器 234
7.1　物联网安全问题中的存储器简介 234
7.2　用作物理不可克隆功能的存储器 234
7.2.1　RRAM用于物理不可克隆功能 235
7.2.2　用作物理不可克隆功能的MRAM 241
7.2.3　用作物理不可克隆功能的闪存 244
7.2.4　用作物理不可克隆功能的其他存储器 244
7.3　基于片上存储器的安全系统 245
7.3.1　片上安全系统简介 245
7.3.2　物理安全密钥和TAG的存储 245
7.3.3　安全系统中的人脸和特征检测 247
7.3.4　嵌入式系统的安全性 248
参考文献 248


---------------------------从M2M到物联网：架构、技术及应用---------------------------


出版者的话
译者序
译者简介
序1
序2
致谢
作者简介
第一部分　从M2M到物联网的前景展望
第1章　引言与内容结构2
1.1　引言2
1.2　本书的内容结构3
第2章　从M2M到物联网—愿景6
2.1　引言6
2.2　从M2M到物联网6
2.2.1　背景简介6
2.2.2　M2M通信7
2.2.3　物联网9
2.3　M2M向物联网的演进—全球背景12
2.3.1　改变规则的因素13
2.3.2　科学技术的整体趋势15
2.3.3　信息通信技术的发展趋势15
2.3.4　物联网的意义20
2.3.5　发展障碍与问题21
2.4　用例22
2.5　不同的特征25
第3章　从M2M到物联网——市场视角27
3.1　引言27
3.2　相关定义28
3.2.1　全球价值链28
3.2.2　生态系统与价值链28
3.2.3　产业结构29
3.3　M2M价值链29
3.4　物联网价值链30
3.5　新兴的物联网产业结构33
3.6　国际化驱动下的全球价值链和全球信息垄断40
3.7　总结40
第4章　从M2M到物联网——架构综述41
4.1　架构创建41
4.2　主要设计准则和功能需求42
4.3　物联网架构框架46
4.4　标准考量51
第二部分　物联网技术与架构
第5章　M2M和物联网技术基础54
5.1　设备和网关54
5.1.1　引言54
5.1.2　基本设备56
5.1.3　网关58
5.1.4　高级设备59
5.1.5　总结与展望60
5.2　局域网和广域网61
5.2.1　网络化需求61
5.2.2　广域网65
5.2.3　局域网67
5.3　数据管理72
5.3.1　引言72
5.3.2　管理M2M数据73
5.3.3　M2M数据考虑因素76
5.3.4　总结78
5.4　物联网中的业务流程78
5.4.1　引言78
5.4.2　物联网与企业系统集成79
5.4.3　物联网中的分布式业务流程81
5.4.4　考虑83
5.4.5　总结84
5.5　一切皆服务（XaaS）84
5.6　M2M和物联网分析86
5.6.1　引言86
5.6.2　目的及考虑88
5.6.3　分析架构89
5.6.4　方法论91
5.7　知识管理96
5.7.1　数据、信息和知识96
5.7.2　知识管理参考架构97
5.7.3　检索层99
第6章　物联网架构现状100
6.1　引言100
6.2　现状100
6.2.1　欧洲电信标准协会M2M/oneM2M100
6.2.2　国际电信联盟—电信部门观点108
6.2.3　互联网工程任务组架构部分109
6.2.4　开放地理空间联盟架构112
第7章　架构参考模型115
7.1　引言115
7.2　参考模型和架构115
7.3　物联网参考模型118
7.3.1　物联网域模型118
7.3.2　信息模型125
7.3.3　功能模型130
7.3.4　通信模型133
7.3.5　安全、隐私、信任、安保模型134
第8章　物联网参考架构137
8.1　引言137
8.2　功能视图137
8.2.1　设备和应用功能组138
8.2.2　通信功能组138
8.2.3　物联网服务功能组139
8.2.4　虚拟实体功能组140
8.2.5　物联网进程管理功能组141
8.2.6　服务组织功能组142
8.2.7　安全功能组142
8.2.8　管理功能组143
8.3　信息视图144
8.3.1　信息描述144
8.3.2　信息流程和生命周期144
8.3.3　信息处理147
8.4　部署及操作视图151
8.5　其他相关架构视图155
第9章　实际设计的约束条件156
9.1　引言156
9.2　技术设计的局限性—硬件方面156
9.3　数据表示和可视化160
9.4　交互及远程控制160
第三部分　物联网应用实例
第10章　资产管理163
10.1　引言163
10.2　预期效益163
10.3　M2M时代的电子维护164
10.4　M2M时代的危险物品管理166
10.5　总结168
第11章　工业自动化169
11.1　基于面向服务架构的设备集成169
11.2　SOCRADES：实现企业与物联网整合171
11.3　IMC-AESOP：从物联网到物联云173
11.4　总结175
第12章　智能电网176
12.1　引言176
12.2　智能测量179
12.3　智能家居180
12.4　智慧能量城市183
12.5　总结185
第13章　商业楼宇自动化186
13.1　引言186
13.2　案例研究：第一阶段——商业楼宇自动化现状187
13.2.1　背景187
13.2.2　技术概述188
13.2.3　价值链189
13.3　案例研究：第二阶段——商业楼宇自动化前景190
13.3.1　商业楼宇自动化的演进190
13.3.2　背景191
13.3.3　技术概述192
13.3.4　商业楼宇自动化价值链的演进193
第14章　智慧城市195
14.1　引言195
14.2　智慧城市—必要性195
14.3　智慧城市—有效定义196
14.4　智慧城市—案例196
14.5　作用、角色、参与197
14.6　交通和物流—物联网的视角197
14.6.1　交通运输的物理基础设施200
14.6.2　交通和物流的信息市场203
14.7　总结205
第15章　参与式感知206
15.1　引言206
15.2　作用、角色、参与206
15.2.1　集体设计和调查207
15.2.2　公众贡献207
15.2.3　个人使用和表达207
15.3　参与式感知过程207
15.4　技术概述208
15.5　早期场景209
15.6　近期趋势210
15.6.1　民间记者211
15.6.2　被动参与211
15.7　现代实例211
第16章　总结与展望214
缩略词216
参考文献219
索引228

.　　2016除夕于悉尼
　　

.　　
　　
　　文艺复兴以来，源远流长的科学精神和逐步形成的学术规范，使西方国家在自然科学的各个领域取得了垄断性的优势；也正是这样的优势，使美国在信息技术发展的六十多年间名家辈出、独领风骚。在商业化的进程中，美国的产业界与教育界越来越紧密地结合，计算机学科中的许多泰山北斗同时身处科研和教学的最前线，由此而产生的经典科学著作，不仅擘划了研究的范畴，还揭示了学术的源变，既遵循学术规范，又自有学者个性，其价值并不会因年月的流逝而减退。
　　近年，在全球信息化大潮的推动下，我国的计算机产业发展迅猛，对专业人才的需求日益迫切。这对计算机教育界和出版界都既是机遇，也是挑战；而专业教材的建设在教育战略上显得举足轻重。在我国信息技术发展时间较短的现状下，美国等发达国家在其计算机科学发展的几十年间积淀和发展的经典教材仍有许多值得借鉴之处。因此，引进一批国外优秀计算机教材将对我国计算机教育事业的发展起到积极的推动作用，也是与世界接轨、建设真正的世界一流大学的必由之路。
　　机械工业出版社华章公司较早意识到“出版要为教育服务”。自1998 年开始，我们就将工作重点放在了遴选、移译国外优秀教材上。经过多年的不懈努力，我们与Pearson，McGraw-Hill，Elsevier，MIT，John Wiley & Sons，Cengage 等世界著名出版公司建立了良好的合作关系， 从他们现有的数百种教材中甄选出Andrew S. Tanenbaum，Bjarne Stroustrup，Brian W. Kernighan，Dennis Ritchie，Jim Gray，Afred V. Aho，John E. Hopcroft，Jeffrey D. Ullman，Abraham Silberschatz，William Stallings，Donald E. Knuth，John L. Hennessy，Larry L. Peterson 等大师名家的一批经典作品，以“计算机科学丛书”为总称出版，供读者学习、研究及珍藏。大理石纹理的封面，也正体现了这套丛书的品位和格调。
　　“计算机科学丛书”的出版工作得到了国内外学者的鼎力相助，国内的专家不仅提供了中肯的选题指导，还不辞劳苦地担任了翻译和审校的工作；而原书的作者也相当关注其作品在中国的传播，有的还专门为其书的中译本作序。迄今，“计算机科学丛书”已经出版了近两百个品种，这些书籍在读者中树立了良好的口碑，并被许多高校采用为正式教材和参考书籍。其影印版“经典原版书库”作为姊妹篇也被越来越多实施双语教学的学校所采用。
　　权威的作者、经典的教材、一流的译者、严格的审校、精细的编辑，这些因素使我们的图书有了质量的保证。随着计算机科学与技术专业学科建设的不断完善和教材改革的逐渐深化，教育界对国外计算机教材的需求和应用都将步入一个新的阶段，我们的目标是尽善尽美，而反馈的意见正是我们达到这一终极目标的重要帮助。华章公司欢迎老师和读者对我们的工作提出建议或给予指正，我们的联系方法如下：
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