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*部分首先簡要介紹了物聯(lián)網(wǎng)及無線傳感器網(wǎng)絡的相關概念，然后著重介紹了本書對物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)的理解，以及全書的組織思想。第二部分介紹了接觸環(huán)節(jié)的通信技術，這是為了感知而進行的通信，主要包括標簽RFID和導航等的通信技術。第三部分至第五部分是本書的核心，重點介紹了末端網(wǎng)通信技術，包括有線、無線和無線Ad hoc網(wǎng)絡通信技術。第六部分是接入網(wǎng)技術，包括一些主流的接入技術。數(shù)據(jù)接入因特網(wǎng)后，往往需要進行一定的處理，鑒于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)往往體量巨大，傳統(tǒng)的計算模式難以應對，所以云計算被提上浪潮，可以為物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)處理提供有利的支持，所以*后一部分介紹了云計算的相關概念，并介紹了一個云計算軟件平臺Hadoop。本書的*個特點是盡量從物聯(lián)網(wǎng)的角度來介紹各種通信技術，包括為很多通信技術都準備了應用的案例。其次，本書以物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)來組織教材內(nèi)容，盡管可能并不一定準確，但是可以給用戶一個較為清晰的架構。另外，本書盡量選取當前主要的通信技術，并且以算法介紹為主。*后，本書將各種通信基礎知識融入到具體技術當中，可以避免枯燥、盲目的為了學習而學習。

前言
物聯(lián)網(wǎng)工程是當前研究和應用的熱點，是圍繞國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)設立的新專業(yè)，是一個與產(chǎn)業(yè)啟動和發(fā)展同步的新專業(yè)。而物聯(lián)網(wǎng)的通信技術是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的環(huán)節(jié)，屬于基礎設施，相應的課程也就顯得非常重要。根據(jù)教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會于2012年發(fā)布的《高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范》，物聯(lián)網(wǎng)通信是物聯(lián)網(wǎng)工程這一新專業(yè)的核心課程，對于物聯(lián)網(wǎng)理論和技術的學習、理解和應用起著不可替代的支撐作用。本書就是針對這個新專業(yè)的教學需要而編寫的。
然而，寫一部新教材非常困難，而寫出一部針對新專業(yè)的、有特色的好教材更加困難，除了需要精心的投入和淵博的學識外，還需要有自己獨特的思考。本書希望通過作者獨特的思考和全力的投入來實現(xiàn)這一點。物聯(lián)網(wǎng)所采用的通信技術實質(zhì)上并不是全新的技術，而是典型的新瓶裝舊酒，很多技術都來自計算機網(wǎng)絡。作為長期從事計算機網(wǎng)絡課程教學的教師，作者對計算機網(wǎng)絡相關技術和教學有一定的理解，但是在授課過程中也深深地體會到了一些困難。
目前，計算機網(wǎng)絡的教材已經(jīng)有很多了，也出現(xiàn)了一些非常優(yōu)秀的教材。有些教材從有經(jīng)驗的教師視角來看堪稱經(jīng)典。即便如此，作者在授課過程中以及在回想起自己學習網(wǎng)絡課程的情景時，有時也會感到一絲無奈。計算機網(wǎng)絡涉及的知識和概念太多、太龐雜了，在典型的分層思想指導下，不管從上而下還是從下而上的組織形式，每一層都涉及很多概念和知識點。學完每一層，腦袋中往往只是又裝入了一堆技術而已。作者之所以對網(wǎng)絡體系有了一定的認識，是通過在反復授課的過程中不斷地思考，將各種技術相互關聯(lián)，以及與同行不斷交流才獲得的。而希望學生能夠在學完這門課程后就立即對計算機網(wǎng)絡有很好的理解是困難的。因此，本書不采用分層組織的思想，而嘗試從另一個角度來組織教材內(nèi)容。
本書貫徹了構建以知識領域、知識單元、知識點形式呈現(xiàn)的知識體系這一思想，專注于物聯(lián)網(wǎng)通信這一龐大的領域，借鑒泛在傳感器網(wǎng)絡（USN）高層架構的思想，構建了通信技術應用環(huán)節(jié)這一概念。本書分析并選擇了目前物聯(lián)網(wǎng)通信經(jīng)常采用的典型通信技術作為知識單元，對通信技術中涉及的各種概念、機制和算法進行講解，形成知識點。具體來講，就是把多種常見的通信技術按照在物聯(lián)網(wǎng)傳輸環(huán)節(jié)中的應用可能性進行分類，將網(wǎng)絡的相關知識點融入具體的通信技術介紹中。當然，本書首先還是介紹了計算機網(wǎng)絡的體系結構，以使讀者能夠通過具體技術理解物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層的作用。本書力圖通過這種安排，使讀者能夠從另一個角度學習網(wǎng)絡體系結構。
這樣的組織方式與以往的通信技術課程的框架并不一致，但是，讀者可以在每個知識單元了解相應的通信技術利用的機制、采用的算法以及所需功能的實現(xiàn)方法，再通過體系層次分析來體會這種通信技術的架構，最后通過相關的應用案例了解這種技術可能的應用場景，從而可以比較全面地理解和掌握每個知識單元的內(nèi)容。
以上就是本書的出發(fā)點。
基于這個出發(fā)點，本書將通信技術的知識點融入相關的通信技術介紹中，這樣可以減輕讀者的學習壓力。對于具體的通信技術，并不是在其第一次出現(xiàn)就全面展開講解，而是逐步滲透、細化、總結、改進。作者希望能夠通過這種安排使讀者加深印象，逐步深入，使學習過程比較順利。
另外，本書注重各種技術所依據(jù)的思想和機制，因此，在講解上側重于引導，只介紹最基本的理論和技術，引導讀者通過拓展閱讀了解技術細節(jié)。因此，對于大多數(shù)通信技術，本書不過多地介紹其幀/報文格式。
在講解一些技術和算法時，作者加入了自己的思考、定位和分析，以幫助讀者加深對這些技術和算法的理解。
本書的出版得到了十三五江蘇省高等學校重點教材項目的資助和清華大學出版社的大力支持，并得到了許多專家學者的指導，在此表示衷心感謝。最后也要感謝家人的理解和支持。
限于作者的學識和時間，書中難免存在不足和疏漏，懇請讀者提出寶貴意見。

作者
2019年6月〖1〗〖1〗

目錄
第1部分引論
第1章概述3
1.1概念3
1.2物聯(lián)網(wǎng)模型5
1.3傳感器網(wǎng)絡8
1.4USN體系結構和層次分析11
1.5物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)的劃分15
1.6本書的組織思想17
第2章通信知識的回顧18
2.1網(wǎng)絡體系結構18
2.2通信技術的主要研究內(nèi)容22
第3章對物聯(lián)網(wǎng)通信的分析26
3.1物聯(lián)網(wǎng)的通信體系結構26
3.2物聯(lián)網(wǎng)中物體的分析27
3.3物聯(lián)網(wǎng)通信體系結構29
3.3.1通信模式29
3.3.2直接通信模式30
3.3.3網(wǎng)關通信模式31

第2部分接觸環(huán)節(jié)的通信技術第4章RFID技術37
4.1RFID概述37
4.2RFID的工作原理39
4.3RFID的通信協(xié)議41
4.4ISO/IEC 180006B協(xié)議42
4.4.1概述43
4.4.2部件及通信流程43
4.4.3閱讀器到標簽的通信44
4.4.4標簽到閱讀器的通信47
4.5防止沖突算法49
4.5.1純ALOHA算法49
4.5.2時隙ALOHA算法50
4.5.3幀時隙ALOHA算法51
4.5.4Type A的防沖突算法52
4.5.5Type B的防沖突算法54
4.5.6Type C的防沖突算法55
〖1〗〖1〗第5章無線電導航57
5.1概述57
5.2GPS58
5.2.1GPS的工作原理58
5.2.2GPS組成59
5.2.3GPS的通信技術61
5.3北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)68
5.3.1概述68
5.3.2北斗一號70
5.3.3北斗二號、三號系統(tǒng)組成及工作機制74
5.3.4北斗通信技術74
第6章激光制導79
6.1概述79
6.2激光制導原理79
6.3激光制導編碼82
6.3.1激光波束制導的編碼83
6.3.2激光尋的制導的編碼85
6.4反激光制導89

第3部分末端網(wǎng)通信技術有線通信技術第7章串行接口通信95
7.1概述95
7.2RS232串行接口標準96
7.3其他串口技術98
第8章USB總線103
8.1USB概述103
8.2USB組成104
8.3USB的通信106
8.3.1USB的層次結構106
8.3.2USB傳輸方式107
8.3.3USB傳輸技術108
8.4USB的發(fā)展110
第9章現(xiàn)場總線113
9.1概述113
9.2CAN總線115
9.2.1CAN概述115
9.2.2CAN總線通信117
9.2.3CAN的數(shù)據(jù)鏈路層120
9.3其他現(xiàn)場總線技術123
第10章RFID閱讀器相關通信技術126
10.1概述126
10.2韋根協(xié)議127
10.3IETF SLRRP130
10.4EPCglobal LLRP135
10.5RFID中間件138
10.6RFID網(wǎng)絡相關應用141

第4部分末端網(wǎng)通信技術無線通信底層技術第11章無線通信底層技術概述147
11.1物理層147
11.2數(shù)據(jù)鏈路層149
11.2.1概述149
11.2.2MAC子層相關通信協(xié)議151
第12章超寬帶159
12.1概述159
12.2脈沖無線電161
12.3多頻帶OFDM163
第13章IrDA紅外通信技術167
13.1概述167
13.2IrDA協(xié)議棧169
13.3IrLAP工作原理171
13.4其他應用協(xié)議174
第14章水下通信176
14.1概述176
14.2水聲網(wǎng)絡協(xié)議棧178
14.3物理層調(diào)制技術178
14.4MAC層技術182
第15章IEEE 802.15.4185
15.1概述185
15.2IEEE 802.15.4網(wǎng)絡結構185
15.3IEEE 802.15.4協(xié)議棧187
15.3.1物理層187
15.3.2MAC層189
第16章數(shù)據(jù)鏈193
16.1概述193
16.2相關技術194
16.2.1多址接入技術194
16.2.2擴頻技術196
16.2.3組網(wǎng)和集成197
16.3典型數(shù)據(jù)鏈198
16.3.1Link16198
16.3.2其他數(shù)據(jù)鏈206

第5部分末端網(wǎng)通信技術Ad Hoc網(wǎng)絡通信技術第17章自組織網(wǎng)絡的概念213
17.1自組織網(wǎng)絡概述213
17.2自組織網(wǎng)絡的演化214
17.3自組織網(wǎng)絡的體系結構216
第18章Ad Hoc網(wǎng)絡219
18.1概述219
18.2Ad Hoc網(wǎng)絡系統(tǒng)結構220
18.3Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議223
18.3.1DSDV路由算法226
18.3.2DSR協(xié)議231
18.3.3AODV協(xié)議235
第19章無線傳感器網(wǎng)絡241
19.1概述241
19.2路由協(xié)議242
19.2.1路由協(xié)議概述242
19.2.2SPIN協(xié)議245
19.2.3LEACH協(xié)議247
19.2.4PEGASIS協(xié)議251
19.3特殊的傳感器網(wǎng)絡253
第20章機會網(wǎng)絡257
20.1概述257
20.2機會網(wǎng)絡路由技術261
20.2.1機會網(wǎng)絡路由技術概述261
20.2.2PROPHET算法264
20.2.3CMTS算法265
20.3車載自組織網(wǎng)絡267
第21章藍牙269
21.1概述269
21.2藍牙協(xié)議體系結構270
21.3微微網(wǎng)與散射網(wǎng)273
21.4藍牙的傳輸技術275
21.5散射網(wǎng)拓撲形成和路由算法281
第22章ZigBee290
22.1概述290
22.2ZigBee的組網(wǎng)291
22.3ZigBee體系結構293
22.4ZigBee路由算法296
22.4.1ClusterTree算法296
22.4.2AODVjr算法298
第23章6LoWPAN302
23.1概述302
23.26LoWPAN的網(wǎng)絡結構和體系結構305
23.36LoWPAN的工作308
23.4路由算法312
23.4.1路由算法分類312
23.4.2RPL路由協(xié)議315
第24章其他無線技術321
24.1ZWave321
24.2MiWi無線網(wǎng)絡協(xié)議325

第6部分接入網(wǎng)通信技術第25章有線接入方式331
25.1撥號上網(wǎng)331
25.2非對稱數(shù)字用戶線路334
25.3混合光纖同軸電纜網(wǎng)接入337
25.4以太接入網(wǎng)技術339
25.5電力線上網(wǎng)342
25.6光纖接入技術345
第26章無線光通信349
26.1概述349
26.2光通信相關技術351
26.3特殊無線光通信357
第27章IEEE 802.11無線局域網(wǎng)360
27.1概述及系統(tǒng)組成360
27.2IEEE 802.11協(xié)議棧361
27.3相關發(fā)展366
第28章無線Mesh網(wǎng)絡369
28.1概述369
28.2WMN結構370
28.3WMN路由372
28.3.1概述372
28.3.2RMAODV373
28.3.3基于樹的路由協(xié)議375
28.3.4混合路由模式377
第29章蜂窩通信379
29.1概述379
29.2LTE系統(tǒng)381
29.34G物理層相關技術383
29.44G數(shù)據(jù)鏈路層相關技術389
第30章衛(wèi)星通信394
30.1概述394
30.2IPoS協(xié)議396
30.3衛(wèi)星通信相關技術398
30.4路由算法401
30.5衛(wèi)星網(wǎng)實例403

第7部分互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的應用層通信第31章云計算技術411
31.1概述411
31.2虛擬化技術416
31.3海量數(shù)據(jù)存儲與處理技術419
31.3.1數(shù)據(jù)的存儲和讀取419
31.3.2海量數(shù)據(jù)處理技術421
31.3.3其他424
第32章Hadoop426
32.1概述426
32.2資源管理系統(tǒng)YARN427
32.2.1YARN的架構427
32.2.2YARN的工作流程429
32.3分布式文件系統(tǒng)HDFS430
32.3.1HDFS的架構430
32.3.2讀文件的流程432
32.3.3寫文件的流程432
32.4MapReduce433
32.5分布式數(shù)據(jù)庫HBase435
參考文獻442

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