邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經(jīng)從炒作轉(zhuǎn)向主流。各組織和各行業(yè)需要從對(duì)象中收集數(shù)據(jù)，并從信息中獲取價(jià)值和洞察。同時(shí)，我們正在將更多的處理工作和功能由數(shù)據(jù)中心向數(shù)據(jù)生成源靠近。一個(gè)具有良好架構(gòu)的系統(tǒng)需要多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，從傳感器物理實(shí)體和能源到基于云的數(shù)據(jù)分析能力。在本書中，我們將討論物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算的整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這里，你將了解每個(gè)組件作為系統(tǒng)的一部分是如何相互連接的。這些組件包括電信和無線電信令、嵌入式系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、邊緣和云框架、整體安全和云機(jī)器學(xué)習(xí)。
讀者對(duì)象
本書面向致力于理解精心設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)和邊緣系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的架構(gòu)師、系統(tǒng)工程師、學(xué)者、項(xiàng)目經(jīng)理、學(xué)生和工程主管。個(gè)人可能在某個(gè)領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，但物聯(lián)網(wǎng)中的每一個(gè)元素都會(huì)影響其他領(lǐng)域。我們還將關(guān)注已成功部署的實(shí)際商業(yè)、工業(yè)用例和技術(shù)。
本書內(nèi)容
第1章對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和邊緣市場(chǎng)進(jìn)行整體介紹，并區(qū)分了炒作與現(xiàn)實(shí)。其中會(huì)定義物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算，然后揭示企業(yè)、商業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的各種用例。在本章的后，我們通過一個(gè)案例研究來分析典型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（硬件-軟件-云）的完整系統(tǒng)架構(gòu)。
第2章提供構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)或邊緣系統(tǒng)所需組件和互連關(guān)系的高層次視圖。本章將說明各個(gè)組件是如何相互連接的，以及它們發(fā)揮的作用。此外，本章將從價(jià)值和貨幣化的角度揭示如何對(duì)物聯(lián)網(wǎng)部署進(jìn)行建模。
數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算中的傳輸路徑始于傳感器和物理設(shè)備。在第3章中，我們將講授各種類型的傳感器以及相關(guān)物理設(shè)備。我們將展示傳感器如何捕獲數(shù)據(jù)和圖像，以及當(dāng)恒定電源不可用時(shí)如何為它們供電。
為了理解無線通信的限制和能力，我們將在第4章探討通信和無線電信令的理論，諸如路徑損耗、射頻干擾、香農(nóng)–哈特利定理和比特率限制等，還將研究射頻頻譜管理和分配。
個(gè)人區(qū)域網(wǎng)包括一些覆蓋距離短、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離很近的設(shè)備和系統(tǒng)。第5章將深入探討各種協(xié)議的廣度和深度，如藍(lán)牙5.1、藍(lán)牙信標(biāo)、尋向技術(shù)和藍(lán)牙5.0網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。我們還將研究其他802.15.4協(xié)議（如Zigbee），后對(duì)Z-Wave進(jìn)行描述。
第6章探討基于TCP/IP的通信在近距離和遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用，研究6LoWPAN、Thread等架構(gòu)和各種802.11Wi-Fi協(xié)議，如802.11ac、802.11p和802.11ah。
遠(yuǎn)程通信是將數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程邊緣移動(dòng)到數(shù)據(jù)中心、客戶和消費(fèi)者所在地的前提條件。第7章全面介紹遠(yuǎn)程協(xié)議，包括4G LTE蜂窩和新的5G蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，還將探討CBRS、LoRa、Sigfox和Multefire等遠(yuǎn)程技術(shù)。我們將深入研究這些技術(shù)是如何工作的，以及它們?cè)跇?gòu)建系統(tǒng)時(shí)提供的功能。
第8章分析構(gòu)建邊緣級(jí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施所需的硬件和軟件組件。這包括對(duì)硬件資源（如處理器架構(gòu)、內(nèi)存、存儲(chǔ)、物理機(jī)箱、環(huán)境適應(yīng)和互連）和軟件組件（如軟件框架、操作系統(tǒng)和中間件）的深入了解。此外，我們還將探討虛擬化和容器在邊緣管理中的應(yīng)用（包括Microsoft Azure IoT edge的示例）。
邊緣系統(tǒng)的常見用途是提供網(wǎng)關(guān)、路由和網(wǎng)絡(luò)安全功能。第9章介紹PAN到WAN橋接的方法、蜂窩網(wǎng)關(guān)功能、路由和流量整形，以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)和VPN等安全方面的知識(shí)。
第10章探討廣域網(wǎng)上邊緣–云協(xié)議的各種方法和特點(diǎn)，如MQTT 5、CoAP、AMQP和HTTP等數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)方法。
在云系統(tǒng)和邊緣系統(tǒng)之間構(gòu)建和分解問題的方法有很多。第11章介紹各種邊緣框架，如EdgeX、OpenFog，以及Lambda架構(gòu)，以構(gòu)建一個(gè)更健壯的系統(tǒng)。
第12章討論如何從傳感器和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中提取有意義的數(shù)據(jù)。無法理解的數(shù)據(jù)是無用的。在這里，我們使用規(guī)則引擎、統(tǒng)計(jì)分析以及各種人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)探索基于邊緣和云的分析。我們將探索如何正確分析問題，并深入研究這些工具的機(jī)制。
安全性對(duì)于強(qiáng)大的企業(yè)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和邊緣解決方案至關(guān)重要。在第13章中，我們從整體的角度來研究安全性。我們關(guān)注從傳感器到云的物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全并進(jìn)行研究。
行業(yè)聯(lián)盟和專業(yè)協(xié)會(huì)提供了許多標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則，這些標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則是將物聯(lián)網(wǎng)和邊緣系統(tǒng)連接在一起所必需的。第14章將介紹許多相關(guān)的行業(yè)團(tuán)體，還將提供一份已完成商業(yè)部署的傳感器、硬件和軟件系統(tǒng)清單（推薦），這些系統(tǒng)已被證明可滿足商業(yè)、企業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的要求。
充分利用本書
本書涉及不同程度的技術(shù)深度和廣度。你可能在一個(gè)或幾個(gè)領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)其他領(lǐng)域知之甚少。別灰心，本書試圖提供技術(shù)的概述，并在可能相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)上的深入探討。
我們精心挑選了一些需要深入研究的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)和邊緣系統(tǒng)一直存在的問題和容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的方面，需要大量的深入研究和理解。
你可以按順序閱讀本書，也可以在不同的章節(jié)之間跳讀，不受章節(jié)順序的影響。
本書討論的順序是從傳感器到近距離通信再到遠(yuǎn)程通信，然后遷移到邊緣和云系統(tǒng)。我們?cè)噲D模擬數(shù)據(jù)如何沿著從傳感器到云端的路徑移動(dòng)。
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本書約定
本書使