[套装书]物联网导论+智能物联网的存储器设计与实现（2册）

作者
[印度]拉杰·卡马尔（Raj Kamal）[美] 贝蒂·普林斯（Betty Prince） 戴维·普林斯（David Prince）
丛书名
物联网工程专业规划教材
出版社
机械工业出版社
ISBN
9782002119355
简要
简介
内容简介书籍计算机书籍 ---------------------------物联网导论--------------------------- 本书是一本独特的物联网入门教材。从物联网的架构、设计原则、数据分析三个角度介绍物联网的基本知识和概念；从物联网中系统硬件和原型构建的角度，介绍如何设计和选择物联网中各个部分的组件，以构建安全的物联网。本书内容系统、案例丰富，适合作为高校物联网入门课程的教材，也适合作为物联网技术人员的参考书籍。 ---------------------------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
目录



---------------------------物联网导论---------------------------


译者序
前　言
致　谢
第1章　物联网概述 /1
1.1　物联网 /1
1.1.1　物联网的定义 /2
1.1.2　物联网的愿景 /2
1.1.3　智能和超级互联设备 /3
1.2　物联网概念框架 /4
1.3　物联网体系结构视图 /6
1.4　物联网背后的技术 /9
1.4.1　服务器端技术 /10
1.4.2　物联网系统的主要组件 /10
1.4.3　物联网的开发工具和开源框架 /12
1.4.4　API和设备接口组件 /12
1.4.5　平台和集成工具 /13
1.5　物联网的资源 /14
1.5.1　流行的物联网开发板 /14
1.5.2　RFID的作用和物联网应用程序 /15
1.5.3　无线传感网 /15
1.6　M2M通信 /16
1.6.1　M2M到IoT /16
1.6.2　M2M体系结构 /17
1.6.3　软件和开发工具 /17
1.7　物联网的实例 /19
1.7.1　可穿戴智能手表 /19
1.7.2　智能家居 /20
1.7.3　智慧城市 /20
关键概念 /22
学习效果 /22
习题 /23
第2章　连接设备设计原则 /26
2.1　概述 /27
2.2　IoT/M2M系统、层和设计标准 /29
2.2.1　为IoT/M2M改进的OSI模型 /29
2.2.2　ITU-T参考模型 /30
2.2.3　ETSI M2M域和高级功能 /32
2.3　通信技术 /34
2.3.1　无线通信技术 /34
2.3.2　有线通信技术 /39
2.3.3　通信技术比较 /41
2.4　网关数据增强、数据融合和设备管理 /43
2.4.1　网关数据管理和融合 /44
2.4.2　设备管理网关 /46
2.5　设计简易性与经济实用性 /48
关键概念 /48
学习效果 /49
习题 /49
第3章　Web连接设计原则 /54
3.1　概述 /54
3.2　连接设备的Web通信协议 /57
3.2.1　受约束的应用协议 /59
3.2.2　轻量级机器对机器通信协议 /61
3.2.3　JSON格式 /63
3.2.4　标签长度值格式 /65
3.2.5　MIME /65
3.3　连接设备的消息通信协议 /67
3.3.1　术语 /67
3.3.2　通信协议 /69
3.3.3　XMPP /73
3.4　使用网关、SOAP、REST、HTTP RESTful和WebSocket连接设备网络的Web连接 /76
3.4.1　通信网关 /77
3.4.2　HTTP请求和响应方法 /77
3.4.3　SOAP /78
3.4.4　REST和RESTful HTTP Web应用程序 /79
3.4.5　WebSocket /81
关键概念 /84
学习效果 /84
习题 /85
第4章　因特网连接原则 /89
4.1　概述 /90
4.2　因特网连接 /91
4.3　基于因特网的通信 /92
4.3.1　网际协议 /93
4.3.2　6LoWPAN /97
4.3.3　TCP/IP套件 /98
4.4　物联网IP寻址 /102
4.4.1　IP地址 /102
4.4.2　IPv6地址 /105
4.5　媒体访问控制 /105
4.6　应用层协议：HTTP、HTTPS、FTP、Telnet及其他 /107
4.6.1　HTTP和HTTPS端口 /107
4.6.2　其他端口 /109
关键概念 /111
学习效果 /111
习题 /112
第5章　数据获取、组织、处理和分析 /115
5.1　概述 /115
5.2　数据采集和存储 /118
5.2.1　数据生成 /118
5.2.2　数据获取 /119
5.2.3　数据验证 /120
5.2.4　存储数据分类 /120
5.2.5　事件的汇编软件 /120
5.2.6　数据存储 /120
5.2.7　数据中心管理 /121
5.2.8　服务器管理 /121
5.2.9　空间存储 /121
5.3　数据组织 /123
5.3.1　数据库 /123
5.3.2　查询处理 /125
5.3.3　SQL /126
5.3.4　NoSQL /126
5.3.5　提取、转换和加载 /127
5.3.6　关系时间序列服务 /127
5.3.7　实时和智能 /127
5.4　事务、业务流程、集成和企业系统 /129
5.4.1　在线事务和处理 /129
5.4.2　业务流程 /130
5.4.3　商业智能 /130
5.4.4　分布式业务流程 /131
5.4.5　复杂的应用整合和面向服务的体系结构 /132
5.4.6　集成和企业系统 /133
5.5　分析 /134
5.5.1　分析阶段 /135
5.5.2　事件分析 /138
5.5.3　内存数据处理和分析 /138
5.5.4　实时分析管理 /139
5.5.5　使用IoT/M2M中的大数据进行分析 /139
5.5.6　大数据分析 /139
5.5.7　数据分析架构和栈 /140
5.6　知识获取、管理和存储过程 /142
关键概念 /144
学习效果 /144
习题 /146
第6章　云平台数据收集、存储和计算 /149
6.1　概述 /149
6.2　用于数据收集、存储和计算的云计算范式 /150
6.2.1　云计算范式 /152
6.2.2　云部署模型 /154
6.3　一切即服务和云服务模式 /156
6.4　Xively、Nimbits和其他平台的物联网云服务 /157
6.4.1　Xively进行物联网云数据的收集、存储和计算服务 /158
6.4.2　Nimbits进行物联网云数据的收集、存储和计算服务 /161
6.4.3　公有云物联网平台 /167
关键概念 /168
学习效果 /168
习题 /169
第7章　传感器、交互式传感、RFID和无线传感网 /172
7.1　概述 /173
7.2　传感器技术 /173
7.2.1　感知现实世界 /173
7.2.2　传感器示例 /180
7.3　交互式传感、工业物联网和汽车物联网 /187
7.3.1　工业物联网 /187
7.3.2　汽车物联网 /189
7.4　执行器 /191
7.5　传感器数据通信协议 /193
7.6　射频识别技术 /197
7.6.1　RFID物联网系统 /197
7.6.2　EPCglobal体系结构框架 /200
7.6.3　RFID物联网 /201
7.7　无线传感网技术 /203
7.7.1　WSN概念 /203
7.7.2　WSN体系结构 /204
7.7.3　WSN协议 /207
7.7.4　WSN基础设施建立 /208
7.7.5　WSN节点安全通信 /209
7.7.6　WSN物联网应用 /210
关键概念 /212
学习效果 /212
习题 /213
第8章　IoT/M2M嵌入式设备原型设计 /217
8.1　概述 /217
8.2　嵌入式计算基础 /219
8.2.1　嵌入式软件 /219
8.2.2　集成开发环境 /220
8.2.3　嵌入式硬件单元 /220
8.3　用于原型设计的嵌入式平台 /224
8.3.1　Arduino /224
8.3.2　Intel Galileo /227
8.3.3　Intel Edison /229
8.3.4　树莓派 /229
8.3.5　BeagleBone /231
8.3.6　mBed /232
8.3.7　计算系统（手机和平板电脑） /234
8.4　物体常连到因特网/云 /236
8.4.1　物体连接 /236
8.4.2　因特网连接 /236
关键概念 /238
学习效果 /239
习题 /239
第9章　物联网应用软件原型与设计 /242
9.1　概述 /243
9.2　嵌入式设备软件原型设计 /246
9.2.1　嵌入式设备编程平台Arduino /247
9.2.2　读取传感器与设备输入 /252
9.2.3　嵌入式设备平台Galileo、树莓派、BeagleBone和mBed的编程 /262
9.2.4　联网的嵌入式设备平台编程 /264
9.3　设备、网关、因特网和Web/云服务软件开发 /270
9.3.1　将软件栈用于预期的完整解决方案 /270
9.3.2　Eclipse IoT栈的Java端到端IoT解决方案 /271
9.4　在线API和Web API的原型设计 /283
9.4.1　在应用程序或服务开发中使用大量混合API /284
9.4.2　REST方法实现API /287
9.4.3　WebSocket实现API /287
关键概念 /290
学习效果 /290
习题 /291
第10章　物联网隐私、安全和漏洞解决方案 /295
10.1　概述 /296
10.2　漏洞、安全要求和威胁分析 /298
10.2.1　隐私 /298
10.2.2　物联网的漏洞 /298
10.2.3　安全要求 /300
10.2.4　威胁分析 /301
10.3　用例和误用案例 /302
10.4　物联网安全层析成像和分层攻击者模型 /304
10.4.1　安全层析成像 /304
10.4.2　分层攻击者模型 /304
10.5　身份管理、建立、访问控制和安全消息通信 /306
10.5.1　身份管理和建立 /307
10.5.2　访问控制 /307
10.5.3　消息完整性 /309
10.5.4　消息不可否认性 /309
10.5.5　消息可用性 /310
10.6　物联网安全模型、配置文件和协议 /311
关键概念 /313
学习效果 /313
习题 /314
第11章　物联网业务模式和应用流程 /318
11.1　概述 /319
11.2　业务模式和业务模式创新 /319
11.2.1　业务模式 /320
11.2.2　业务模式创新 /323
11.3　物联网中的价值创造 /325
11.4　物联网业务模型场景 /327
关键概念 /328
学习效果 /328
习题 /329
第12章　物联网案例 /331
12.1　概述 /332
12.2　设计层、设计复杂度和使用云PaaS进行设计 /334
12.2.1　开发和部署期间的设计层和阶段 /334
12.2.2　物联网原型、产品开发和部署中的设计复杂度级别 /335
12.2.3　工具、项目和平台 /337
12.2.4　平台即服务连接云 /337
12.3　建筑、供应链和客户监测中的IoT/IIoT应用 /342
12.3.1　案例研究：联网的ATM机房监测项目 /342
12.3.2　案例研究：联网的RFID供应链监测项目 /345
12.3.3　案例研究：物联网应用/服务项目中的客户监测 /346
12.4　网联车及其应用和服务 /350
12.4.1　网联车 /350
12.4.2　基于汽车零部件预测的汽车维修服务和重新规划制造流程 /352
12.4.3　配备半自动辅助驾驶系统的特斯拉汽车 /354
12.5　物联网应用于智能家居、智慧城市、智能环境监测和智慧农业 /355
12.5.1　智能家居 /355
12.5.2　智慧城市 /358
12.5.3　智能环境监测 /362
12.5.4　智慧农业 /367
12.6　案例研究：智能城市路灯控制和监测 /370
关键概念 /377
学习效果 /378
习题 /380
习题答案 /385
参考文献 /387
缩写和首字母缩略词 /390
索引 /396



---------------------------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
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



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