基本信息
- 作者: [美] 贝蒂·普林斯(Betty Prince) 戴维·普林斯(David Prince)[瑞典]杨·霍勒 [希腊]弗洛肖斯·齐阿齐斯 [澳]凯瑟琳·马利根 [德]斯塔马蒂斯·卡尔诺斯科斯 [瑞典]斯蒂芬·阿弗桑德
- 译者: 李长乐
- 丛书名: 物联网核心技术丛书
- 出版社:机械工业出版社
- ISBN:9781911041653
- 上架时间:2019-11-4
- 出版日期:2019 年10月
- 开本:16开
- 页码:260
- 版次:1-1
- 所属分类:计算机 > 电子商务与计算机文化 > 综合

编辑推荐
---------------------------从M2M到物联网:架构、技术及应用---------------------------
内容简介
计算机书籍
---------------------------智能物联网的存储器设计与实现---------------------------
本书涵盖了一系列先进的物联网嵌入式存储器实现,阐述了用于物联网设备的超低功耗存储器,讲述了用于医疗电子等特殊应用的塑料电路和聚合物电路;探讨了具有嵌入式存储器的微控制器,用于多种互联网设备的智能控制;详述了用铁电RAM(FeRAM)、电阻式RAM(RRAM)和磁阻式RAM(MRAM)技术制作神经形态存储器,用于收集、处理和表示物联网硬件生成的大量数据。本书还特别介绍了与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的存储器技术,包括嵌入式浮栅和电荷捕获EEPROM/闪存以及FeRAM、FeFET、MRAM和RRAM。
本书特色
为一系列产品应用提供最新的、高度实用的物联网存储器实现方案
基于作者在该领域的丰富经验,将基础科学与物联网存储技术相结合
着重物联网存储器实际和最新的应用
含有大量插图、表格、应用程序和图片
涉及物联网设备中与存储器相关的安全问题
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本书简体中文版由Elsevier(Singapore)Pte Ltd.授权机械工业出版社在中国大陆境内独家出版和发行。本版仅限在中国境内(不包括香港、澳门特别行政区及台湾地区)出版及标价销售。未经许可之出口,视为违反著作权法,将受法律之制裁。
本书封底贴有Elsevier防伪标签,无标签者不得销售。
作译者
---------------------------智能物联网的存储器设计与实现---------------------------
欧阳国忠
中国文化产业突出贡献奖获得者,中国节庆产业杰出人物,中央电视台特邀专家,环球活动网、盛典传播创始人。先后获得“中国优秀品牌专家”、“中国节庆产业十大理论人物”、“学习型企业家”、“中国十大创新传媒新锐人物”、“十大华人创新人物”、“2009中国文化产业突出贡献奖“、“2009北京创意年度金奖”等奖项。先后策划和操作200多个评选、颁奖晚会、文艺演出、论坛、文化考察等大型活动,任总策划、总导演。出版《大活动大营销》、《媒体活动实战报告》、《焦点——对话中国著名电视制片人》、《中国媒体大转折》、《克隆成功》、《刘邦文化万里行》等多部专著。
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作者简介
Jan H鰈ler是爱立信研究院的首席研究员,负责定义、驱动技术以及研究策略,并为该公司提供M2M和物联网领域的相关战略支持。他在约十年前就建立了爱立信在物联网领域的研究,此后一直致力于该方向,并为实现网络化社会中“500亿互连设备”的爱立信愿景而努力。自从1999年加入爱立信研究院后,Jan在战略产品管理和技术管理部门担任多职,领导多个研究计划和研究小组,现担任智能设备互联网协议(IPSO)联盟董事会秘书。
Vlasios Tsiatsis是爱立信研究院的高级研究员,他获得了加州大学洛杉矶分校网络化嵌入式系统方向的博士学位,致力于无线传感器网络的能量管理研究。在爱立信研究院,他将传感器网络专业知识应用于一些与物联网相关的欧盟项目,比如RUNES、SENSEI、IoT-i和CityPulse,还有一些爱立信公司内部的研究项目,主要围绕着机器/人/移动设备对机器通信和物联网服务。Vlasios在物联网技术和部署方面有丰富的理论知识和实践经验,他的研究兴趣包括系统架构,对物联网、语义技术和其相关物联网应用的复杂异构系统的管理,以及对大型物联网部署产生数据的管理。
Catherine Mulligan博士是伦敦帝国理工学院创新与创业团队的研究员,在智慧城市和全球供应链的物联网应用方面有丰富经验,组织了伦敦城市原型艺术节—一个长达六个月的节日,致力于在伦敦实现和创造蓬勃发展的物联网生态系统。Catherine是RCUK数字经济资助计划的两个项目的负责人,这两个项目分别为可持续社会网络+和农村企业调整。除此之外,她与其他人共同负责由EPSRC资助的“释放大数据的价值”和实时云智能保护(CIPART)项目,还兼任帝国理工学院数字城市交流项目的研究员。Catherine在移动通信和ICT行业有长达15年的国际经验,其中有十年在瑞典斯德哥尔摩的爱立信工作。她的工作涉及各种前沿技术,并亲身经历了将创新成功推向市场的复杂过程。她的研究兴趣在于由数字经济驱动的新型经济和商业模式领域,尤其对创造以人为本的智慧/可持续发展城市中技术所发挥的作用感兴趣。
Stamatis Karnouskos是SAP公司的M2M/物联网领域的专家,研究企业系统的集成联网嵌入式设备的附加值。Stamatis在欧盟委员会和行业资助的一些项目中工作超过15年,这些项目涉及工业自动化、智能电网、互联网服务和架构、软件代理、移动电子商务、安全性和移动性等方面。同时,他还在智能设备互联网协议(IPSO)联盟的技术顾问委员会以及欧洲网络与信息安全局(ENISA)的常驻利益相关团体工作。
Stefan Avesand是爱立信研究院的高级软件研究员,主要从事人工智能方面的研究,以及如何将其应用到网络和智能设备中(如预测性维护和爱立信社交物联网概念等)。Stefan在电信领域有15年的工作经验,包括研究和产品开发,也为运营商和制造商工作过。他活跃于物联网领域多年,最近负责管理爱立信研究院中面向运营商的智能家居解决方案的开发工作,并与战略产品管理部门和外部合作伙伴协作以提供如电视、多媒体、能量管理和家庭安全等业务支持。
目录
---------------------------智能物联网的存储器设计与实现---------------------------
译者序
前言
第1章 智慧城市—智能物联网的原型 1
1.1 概述 1
1.2 智慧城市 1
1.3 智能商务—智慧城市的要素 2
1.3.1 智能库存控制 2
1.3.2 智能配送 3
1.3.3 利用人工智能进行智能营销 3
1.4 智能住宅 3
1.5 人—智能互联家居的中心 4
1.5.1 可穿戴电子产品 4
1.5.2 控制电子设备 5
1.6 智能个人交通 5
译者序
---------------------------智能物联网的存储器设计与实现---------------------------
近年来,物联网(IoT)技术得到了广泛的关注,物联网不仅仅涉及计算机,还包括智能手机、家用电器、个人穿戴产品等设备,现今已呈现出万物联网的趋势。在物联网系统的构建过程中,对于低成本的、低功耗的嵌入式存储器的需求变得越来越大。针对多种不同的应用场景,例如智能家居、自动驾驶、穿戴设备等,本书将基础科学与物联网存储技术相结合,给出了最先进并且实用的物联网存储器解决方案。本书还描述了可用于物联网设备的超低功耗存储器,讲述了用于医疗电子等特殊应用的塑料电路和聚合物电路。探讨了可用于智能控制的具有嵌入式存储器的微控制器。物联网中会产生大量数据,本书针对人工智能与深度学习应用,对采用FeRAM、RRAM和MRAM技术的神经形态存储器进行了分析,给出了对物联网硬件产生的大量数据进行收集、处理及深度学习等的方案。针对至关重要的物联网安全性问题,给出了片上安全系统的设计方案。为了节省开发成本,本书讲述的重点内容是与CMOS兼容的存储器技术,包括嵌入式浮栅和电荷捕获EEPROM /闪存以及FeRAM、FeFET、MRAM和RRAM。
本书适合从事电子系统和半导体行业的电气工程师和工程经理阅读。同时,对于对集成电路器件和系统的最新发展感兴趣的研究生和高年级本科生,它也是不可或缺的参考书。
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全书完稿的时候,正是辞旧迎新之时。我看着窗外万家灯火,为处于这样一个充满变革和期待的时代而激动不已。
本书是我的第一本译著,是继学术论文、教材章节以外的一个崭新领域,也是我作为一名高校教师希望以自己的学术积累以及对通信发展的认知与理解,去启发并引导更多的同学投身于全球信息化浪潮的一次新的尝试。
通信行业的发展日新月异,当4G网络还被大众所津津乐道之时,全球范围内对5G技术的研究正如火如荼,而物联网作为未来5G最重要的应用方向之一,在给人们带来便捷与机遇的同时,也正悄然改变着所有人的生活与思维方式。全球化让人们已经不满足简单的机器到机器(M2M)之间的通信,物联网所能实现的任何事物与现实世界中的物体都可以互相连接、通信和交互才是我们所向往的,正如本书作者所言:“M2M向未来物联网的发展和演化仅仅是一个真正互联、智慧和可持续发展世界的开始。”
本书全面而又详实地论述了M2M和物联网通信与服务的关键技术,以及向物联网演进的过程中所要应对的挑战与需求。同时,书中还阐述了主要的国际标准和一些业界的最新研究成果。本书在强调概念的同时,通过范例讲解概念和相关的技术,力求进行深入浅出的阐明和论述。而本书的作者也是长期致力于物联网领域研究的专家,从不同视角为我们勾画出一个完整的物联网技术体系架构。所有这些因素都促使我迫切地翻译出该书,以奉献给国内通信领域的读者,为推动我国物联网行业发展尽自己的绵薄之力。本书既适合国内高等院校用作信息与通信类专业教材,也可以供有意在物联网方向发展的非专业读者作为参考书。
本书的完成得益于许多朋友的帮助。在此,我要特别感谢上海交通大学的王新兵教授和悉尼科技大学的毛国强教授在工作中的探讨,同时也要感谢参与试读和审校的西安电子科技大学车联网国际合作联合实验室的师生们,更要感谢家人对我的无私支持。另外,本书的翻译出版过程中,还得到了机械工业出版社的大力帮助,特此表示衷心的谢意。
本书内容丰富且庞杂,为翻译增加了不少难度。尽管译者始终谨慎动笔,仔细求证,但难免仍会存在疏漏,恳请广大读者批评指正。译者电子邮件:clli@mail.xidian.edu.cn。
李长乐
前言
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物联网(Internet of Things,IoT)是从“机器通信”这一旧有概念演化而来的,它工作在不需要人工干预的环境下,由负责发送和接收数据的专用网络部件组成。物联网概念指的是具有网络连接的日常物品,这些物品可以发送、接收和分析数据。智能物联网不但可以发送、接收和分析数据,并且能够根据数据的分析结果进行干预。我们希望,个别的专用网络能将其知识传递给其他网络,从而提升整个社会范围内网络的功能。
这样的物联网网络无处不在。在零售商店里,早期的条码提供了商品的扫描信息,包括库存、价格以及来源。在高端零售商店,可提供商品状态信息的RFID标签已取代了条形码。例如,酒瓶上的温度监测器可以检测温度,并记录其所经历的最高温度。这些信息可以通过无线电从标签发送到附近的接收器,接收器可以分析库存的状态,并对定价或退货提出建议。这些建议也会被记录在原始的RFID标签上。
还有一些其他可相互通信的系统构成智能网络的例子。可穿戴医疗设备可以采集数据,并定期将数据传输到医疗服务提供者节点,辅助实现对患者的医疗监控和评估。医疗服务提供者节点还可以根据原始输入数据,将推荐的治疗方法反馈到可穿戴设备上,从而实现相关的医疗实践。为了迅速形成成功的新疗法,可采用类似的数据来收集治疗的结果。
另一个例子是智能家居网络。传感器可以检测运动、火灾、烟雾、门锁状态;控制摄像机或音频设备记录以上信息,并依据智能网络控制器发出的指令打开/关闭家用电器。一旦检测到温度升高或烟雾,表示发生了火灾,此时智能家居网络可以打开已安装的喷水灭火系统,同时启动火警,通知消防部门,并向应急人员通报建筑物内人员的存在和位置。通过沿着路缘安装的传感器,“智慧城市”交通管理系统中的网络可以记录汽车的位置,并检测汽车速度,使用嵌入式智能技术来控制交通信号灯,以改善交通流量。如果检测到超速,这些传感器还可以向交通监控器进行标示。作为可以提升人类生活质量的交互式网络,智慧城市将在第1章中进行讨论。
不同的物联网应用对微处理器(MCU)的要求差别很大,并会影响MCU使用的嵌入式非易失性存储器的类型。对不同的应用,嵌入式存储器可能需要考虑的因素包括:待机功率、有源功率、耐久性、编程电压、擦除电压、读写速度和数据保持时间。还可选择使用的嵌入式存储器技术的类型。
人们感兴趣的应用程序包括:用于能量采集的超低功耗MCU、用于电池供电应用的超低功耗MCU、具有非易失性阵列和电源门控的处理器、用于间歇性操作的处理器和通信处理器。汽车网络应用中使用的处理器对嵌入式存储器有不同的要求。第2章讨论了不同物联网应用中处理器及其嵌入式存储器的不同特性。
想要低成本大容量地制造物联网处理器,就需要在标准CMOS逻辑工艺生产线上大批量生产处理器中的存储器。目前,大多数晶圆制造领域具有简单的传统嵌入式闪存宏和EEPROM宏,可作为在其工艺生产线上运行的MCU中的IP。随着对物联网处理器的需求不断增加,已经开发出易于理解的逻辑兼容存储器的新配置。第3章讨论嵌入式浮栅闪存和EEPROM存储器的现状与发展,以及CMOS逻辑兼容的电荷捕获存储器。
对电池供电或能量采集的传感器来说,对存储器和处理器的要求是具有非常低的功耗和非常低的成本。对可穿戴设备,电路必须是柔性的。在没有半导体处理开销的情况下,大批量制造电路可以降低成本,因此在铁电、电荷捕获和电阻存储器的研制中投入了大量工作,这些存储器可以通过喷墨印刷或丝网印刷制成,并且还可以形成逻辑电路。第4章讨论了,为实现物联网中低功耗、低成本的柔性存储器,行业技术所经历的演变过程,并且讨论了由柔性基板上安装的薄硅芯片制成的高性能柔性电路。
位于互联网边缘的局域网(Local Area Network,LAN)可能会使用基于记忆的神经形态计算机,这些计算机目前正处在一个初期水平。使用这些本地智能节点意味着可以分析本地数据,并将结果发送到云端。这可以提供更高级别的数据安全性。第5章讨论了这些基于记忆的神经形态计算机的发展。
由诸多传感器节点收集的大量数据和这些节点的标识数据必须存储到广泛可用的地方,通常存储在构成互联网云的服务器组中。这些服务器中存储器的层次结构对于系统的高效运行至关重要。与云服务器相关的复杂搜索引擎需要达到新的人工智能水平,目前仍处于研发阶段。第6章讨论了一些此类的人工智能系统。
第7章讨论涉及存储器设备的因特网安全的各个方面,还介绍了基于新兴存储器设备(如MRAM和RRAM)的物理不可克隆功能(Physical Unclonable Function,PUF)的使用。
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序言
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序1
我生长在这样一个时代:计算机专业的学生使用Gopher浏览器查看课表,通过固定电话线上2400波特率的调制解调器并使用ANSI文本来操作个人电子布告栏系统(BBS),还可以整夜在USENET上发送新闻和邮件列表。将这些与过去十年里我们所接触的自动化系统和M2M作类比,可以看出,正如20世纪90年代互联网用户数量以令人难以置信的速度激增,而这一幕又重现于21世纪前10年中使用互联网的物体上。
这本书出版的时机很好,正值物联网发展的高峰期,大多数写作在推特和博客中进行。传统IP网络、安全技术和网络基础设施的发展需要多种知识和技术,同样,理解物联网也需要广泛的知识。几十年的图书资料和教学使我们现如今对这些知识都很熟悉,并且幸运的是,我们从互联网和网络服务所获知的大多数知识可以运用到物联网中。然而,物联网技术的许多方面都很新颖,包括使用IPv6协议的低功耗网络、新TLS安全应用、有效的网络传输协议和利用通常理解的数据对象来管理和使用设备。
本书介绍了物联网体系结构和技术概况。系统和网络架构师、管理员和软件开发人员都会发现它很有用,同时,业务和产品经理也可以通过此书接触市场细分和应用,了解成功的物联网产品或服务需求。最后,这些技术概述对于今后想在某个特定领域深入研究,或者想了解涵盖大范围设计模型的架构概览是很有帮助的。很重要的一点是,如果我们不能以一种整体的方式来将信任和安全内置于物联网技术和系统中,我们将不会看到一个单独完整的物联网,而依然是诸多局部互联的物体。
如今可以通过相关技术开发和部署设备及服务来构建物联网,从而服务于整个社会和行业。对我们而言,当前的挑战正是培训人才。
Zach Shelby
物联网业务营销副总裁
ARM公司
序2
对物联网的关注—我9岁就开始学习编程,当时认为计算机非常酷。到15岁时,我受雇去攻击网络,引起一些报纸新闻的关注,开始认为网络也相当酷。我在美国五角大楼任空军中尉时,负责帮助建立阿帕网络(Arpanet),依旧认为网络相当酷。1996年协助设计IPv6协议时,我为PC写了第一份v6协议的实现方案,并且在2001年为一个8位的微处理控制器改写该方案,那时我意识到嵌入式网络酷在何处。最近,我在协助创建和组织IPSO联盟(IP for Smart Objects alliance),并且担任白宫总统创新学者,研究物联网(IoT)和信息物理系统(CPS)时,我发现每一个人开始关注CPS、IoT和M2M是如何改变我们的世界的,这才是真正的酷。
1999年,Scott McNealy曾讽刺道,“无论如何你都没有任何隐私……只能忍受”。恰恰相反,我们不应该去忍受它,而是去应对它。隐私很重要,我们应该努力实践以克服这个问题,而不是继续纠缠在这个问题上。像本书这一类的书籍重在引出与这个新兴智能世界相关的概念和观点,使之成为标准供大家讨论。最近的一份调查显示,美国目前所拥有的互联网连接部件、传感器、控制器、电话和灯泡的总体数量已经超过了美国本土3亿1千1百万的人口数量。如果我们想要了解上述情况,首先需要了解架构设计的权衡与应用的具体实施方案。
从根本来说,使用开放性标准协议,特别是IP协议对物联网和M2M网络的建立是很重要的。Jari Arkko(互联网工程任务组(IETF)的现任主席)已开始致力于“无许可创新”,这样能够创建新型贸易、新系统和新型商业模式而无须征求别人授权许可。正是开放的协议和标准为这些创新打好了基础。Vint Cerf和其他伙伴当时在创造互联网时并没有为YouTube和Facebook制定发展规划,然而,他们的分层网络模型设计和免费许可协议为这种创新创造了条件。
如今,有许多关于物联网的书籍,但是只有很少一部分对互联世界进行了展望性描述并提供将愿景变为现实的必要基础构建模块。本书在介绍资产管理、工业自动化、智能电网、商业楼宇自动化、智慧城市(它与我的总统创新研究项目—智慧美国挑战项目相关,因此我尤其喜欢这个)、参与式感知等方面时,不仅有基础概念介绍,也着重分享了相关具体实例。学会区分每个应用空间的细微差别对理解如何恰当地设计每一个应用是至关重要的。应用中的每一个部分对于时延、安全性、隐私性、确定性、吞吐量和速度等性能都有不同的要求,了解这些不同,对设计合适的系统并成功安装和部署也是十分关键的。本书针对上述内容提供了必要的信息。
作为物联网的一部分,下一代设备将不仅具有感知和记录功能,也将拥有控制能力。无论是车联网、楼宇自动化系统、敏捷的机器人,还是恒温器或者门锁,这些新型的具有互连功能的设备都将对我们的生活产生重大影响。为确保安全和安保,我们将进一步加强控制力和自动化,因此保护控制数据和操作规则相当关键。“蓄意地”保护隐私和安全是必要的,且务必要保证及时性。
媒体评论
---------------------------智能物联网的存储器设计与实现---------------------------
本书涵盖了一系列先进的物联网嵌入式存储器实现,阐述了用于物联网设备的超低功耗存储器,讲述了用于医疗电子等特殊应用的塑料电路和聚合物电路;探讨了具有嵌入式存储器的微控制器,用于多种互联网设备的智能控制;详述了用铁电RAM(FeRAM)、电阻式RAM(RRAM)和磁阻式RAM(MRAM)技术制作神经形态存储器,用于收集、处理和表示物联网硬件生成的大量数据。本书还特别介绍了与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的存储器技术,包括嵌入式浮栅和电荷捕获EEPROM/闪存以及FeRAM、FeFET、MRAM和RRAM。
本书特色
为一系列产品应用提供最新的、高度实用的物联网存储器实现方案
基于作者在该领域的丰富经验,将基础科学与物联网存储技术相结合
着重物联网存储器实际和最新的应用
含有大量插图、表格、应用程序和图片
涉及物联网设备中与存储器相关的安全问题