無(wú)線通信包含了眾多的通信技術(shù),為了對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行有效的組織,本書(shū)引進(jìn)了現(xiàn)今熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),并通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通信過(guò)程的分析,將無(wú)線通信技術(shù)分為三個(gè)大環(huán)節(jié)進(jìn)行組織,分別是接觸環(huán)節(jié)的通信技術(shù)、末端網(wǎng)通信技術(shù)、接入網(wǎng)通信技術(shù)。鑒于末端網(wǎng)通信技術(shù)是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)通信研究中zui重要的部分,所以又將末端網(wǎng)通信技術(shù)細(xì)分為了兩個(gè)部分。因此,包括引論在內(nèi),本書(shū)一共分為五個(gè)部分。
第一部分首先簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念,然后著重介紹了本書(shū)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)的理解以及全書(shū)的組織思想。第二部分介紹了接觸環(huán)節(jié)的無(wú)線通信技術(shù),這是為了感知而進(jìn)行的通信,主要包括標(biāo)簽RFID和導(dǎo)航等的通信技術(shù)。第三部分和第四部分是本書(shū)的核心,重點(diǎn)介紹了末端網(wǎng)中所使用的無(wú)線通信技術(shù),包括無(wú)線底層技術(shù)和無(wú)線AdHoc網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。zui后一部分是接入網(wǎng)技術(shù),包括一些主流的無(wú)線接入技術(shù)。鑒于讀者對(duì)互聯(lián)網(wǎng)部分已經(jīng)比較熟悉了,因此不作為本書(shū)的重點(diǎn)。
本書(shū)的特點(diǎn):首先,盡量從物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用角度來(lái)介紹各種無(wú)線通信技術(shù),包括為很多通信技術(shù)都準(zhǔn)備了應(yīng)用案例;其次,以物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)來(lái)組織教材內(nèi)容,盡管可能并不一定準(zhǔn)確,但是可以給用戶(hù)一個(gè)大致的架構(gòu);再次,盡量選取當(dāng)前主要的無(wú)線通信技術(shù),并且以算法介紹為主;zui后,本書(shū)將各種通信基礎(chǔ)知識(shí)分散融入到具體技術(shù)當(dāng)中,可以避免枯燥、盲目的為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)的情況。
本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程中力圖做到概念準(zhǔn)確,語(yǔ)言簡(jiǎn)潔,圖文并茂。本書(shū)可以作為高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生的教材。
第一部分 引 論
第1章 概 述…………………………………………………………………………………… 2
1.1 移動(dòng)計(jì)算……………………………………………………………………………… 2
1.1.1 概念和特點(diǎn)…………………………………………………………………… 2
1.1.2 移動(dòng)計(jì)算的分類(lèi)……………………………………………………………… 3
1.2 物聯(lián)網(wǎng)………………………………………………………………………………… 4
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念…………………………………………………………………… 4
1.2.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………………… 6
1.2.3 USN 體系架構(gòu)及其分析……………………………………………………… 8
1.2.4 物聯(lián)網(wǎng)通信環(huán)節(jié)的劃分……………………………………………………… 10
第2章 物聯(lián)網(wǎng)通信體系分析………………………………………………………………… 13
2.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分析………………………………………………………………… 13
2.1.1 兩大模型的基本異同點(diǎn)……………………………………………………… 13
2.1.2 實(shí)用效果……………………………………………………………………… 13
2.1.3 教學(xué)效果……………………………………………………………………… 14
2.1.4 抽象體系結(jié)構(gòu)的提出………………………………………………………… 14
2.2 從通信角度出發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)分析…………………………………………… 16
2.2.1 通信模式……………………………………………………………………… 16
2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)的通信體系結(jié)構(gòu)……………………………………………………… 17
2.2.3 直接通信模式的分析………………………………………………………… 18
2.2.4 網(wǎng)關(guān)通信模式下的分析……………………………………………………… 21
第3章 無(wú)線通信底層技術(shù)概述……………………………………………………………… 25
3.1 數(shù)字通信模型………………………………………………………………………… 25
3.2 物理層………………………………………………………………………………… 25
3.3 數(shù)據(jù)鏈路層…………………………………………………………………………… 26
3.3.1 概 述………………………………………………………………………… 26
3.3.2 MAC子層相關(guān)算法………………………………………………………… 28
第二部分 接觸環(huán)節(jié)的通信技術(shù)
第4章 射頻標(biāo)簽RFID 技術(shù)………………………………………………………………… 36
4.1 RFID概述…………………………………………………………………………… 36
4.2 RFID工作原理……………………………………………………………………… 37
4.2.1 RFID主要部件……………………………………………………………… 37
4.2.2 RFID工作過(guò)程……………………………………………………………… 39
4.3 RFID通信協(xié)議……………………………………………………………………… 39
4.3.1 RFID通信形式……………………………………………………………… 40
4.3.2 空中接口……………………………………………………………………… 41
4.3.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)……………………………………………………………………… 41
4.4 ISO/IEC18000 6B協(xié)議…………………………………………………………… 41
4.4.1 概 述………………………………………………………………………… 42
4.4.2 部件及工作流程……………………………………………………………… 42
4.4.3 閱讀器到標(biāo)簽的通信………………………………………………………… 43
4.4.4 標(biāo)簽到閱讀器的通信………………………………………………………… 46
4.5 防止沖突算法………………………………………………………………………… 47
4.5.1 純ALOHA 算法…………………………………………………………… 47
4.5.2 時(shí)隙ALOHA 算法………………………………………………………… 48
4.5.3 幀時(shí)隙ALOHA 算法……………………………………………………… 49
4.5.4 TypeA 采用的防沖突機(jī)制………………………………………………… 50
4.5.5 TypeB采用的防沖突機(jī)制………………………………………………… 52
4.5.6 TypeC采用的防沖突機(jī)制………………………………………………… 53
第5章 無(wú)線電導(dǎo)航…………………………………………………………………………… 55
5.1 概 述………………………………………………………………………………… 55
5.2 GPS ………………………………………………………………………………… 56
5.2.1 GPS工作原理……………………………………………………………… 56
5.2.2 GPS組成…………………………………………………………………… 57
5.2.3 GPS通信技術(shù)……………………………………………………………… 60
5.3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)…………………………………………………………………… 64
5.3.1 概 述………………………………………………………………………… 64
5.3.2 北斗一號(hào)……………………………………………………………………… 64
5.3.3 北斗二號(hào)……………………………………………………………………… 67
5.3.4 北斗通信技術(shù)………………………………………………………………… 69
第6章 激光制導(dǎo)……………………………………………………………………………… 73
6.1 概 述………………………………………………………………………………… 73
6.2 激光制導(dǎo)原理………………………………………………………………………… 73
6.2.1 激光波束制導(dǎo)………………………………………………………………… 74
6.2.2 半主動(dòng)尋的制導(dǎo)……………………………………………………………… 74
6.2.3 主動(dòng)尋的制導(dǎo)………………………………………………………………… 75
6.2.4 激光指令制導(dǎo)………………………………………………………………… 75
6.3 激光制導(dǎo)編碼………………………………………………………………………… 75
6.3.1 激光駕束制導(dǎo)的編碼………………………………………………………… 76
6.3.2 激光尋的制導(dǎo)的編碼………………………………………………………… 78
6.4 反激光制導(dǎo)…………………………………………………………………………… 81
6.4.1 制造制導(dǎo)屏障和欺騙………………………………………………………… 81
6.4.2 黑化和鏡面處理……………………………………………………………… 82
6.4.3 模擬干擾……………………………………………………………………… 82
第三部分 末端網(wǎng)通信技術(shù)———無(wú)線通信底層技術(shù)
第7章 超寬帶UWB ………………………………………………………………………… 85
7.1 概 述………………………………………………………………………………… 85
7.2 脈沖無(wú)線電………………………………………………………………………… 86
7.3 多頻帶OFDM ……………………………………………………………………… 88
7.3.1 概 述………………………………………………………………………… 88
7.3.2 物理層………………………………………………………………………… 88
7.3.3 MAC層……………………………………………………………………… 89
第8章 IrDA 紅外連接技術(shù)…………………………………………………………………… 91
8.1 概 述………………………………………………………………………………… 91
8.2 IrDA 協(xié)議�！� 93
8.3 IrLAP工作原理…………………………………………………………………… 94
8.4 其他應(yīng)用協(xié)議………………………………………………………………………… 97
第9章 水下通信……………………………………………………………………………… 98
9.1 概 述………………………………………………………………………………… 98
9.2 水聲網(wǎng)絡(luò)……………………………………………………………………………… 99
9.3 物理層技術(shù)………………………………………………………………………… 100
9.3.1 多址技術(shù)分析……………………………………………………………… 100
9.3.2 水聲通信的調(diào)制…………………………………………………………… 100
9.3.3 水聲通信技術(shù)的發(fā)展……………………………………………………… 104
9.4 MAC層技術(shù)……………………………………………………………………… 104
9.4.1 MACA ……………………………………………………………………… 104
9.4.2 DBTMA 算法……………………………………………………………… 106
第10章 數(shù)據(jù)鏈……………………………………………………………………………… 108
10.1 概 述……………………………………………………………………………… 108
10.2 相關(guān)技術(shù)…………………………………………………………………………… 109
10.2.1 多址接入技術(shù)……………………………………………………………… 109
10.2.2 擴(kuò)頻技術(shù)…………………………………………………………………… 110
10.2.3 數(shù)據(jù)鏈集成………………………………………………………………… 111
10.2.4 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)技術(shù)……………………………………………………… 111
10.3 典型數(shù)據(jù)鏈………………………………………………………………………… 112
10.3.1 Link 16 ………………………………………………………………… 112
10.3.2 其他數(shù)據(jù)鏈………………………………………………………………… 118
第四部分 末端網(wǎng)通信技術(shù)———AdHoc網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)
第11章 AdHoc概念………………………………………………………………………… 124
11.1 AdHoc概述……………………………………………………………………… 124
11.2 自組織網(wǎng)的演化…………………………………………………………………… 125
11.3 自組織網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 126
第12章 AdHoc網(wǎng)絡(luò)………………………………………………………………………… 129
12.1 概 述……………………………………………………………………………… 129
12.2 AdHoc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 130
12.2.1 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 130
12.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………… 130
12.3 AdHoc路由協(xié)議………………………………………………………………… 132
12.3.1 概 述……………………………………………………………………… 132
12.3.2 DSDV 路由算法…………………………………………………………… 135
12.3.3 DSR路由協(xié)議…………………………………………………………… 138
12.3.4 AODV 協(xié)議……………………………………………………………… 141
第13章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………………… 145
13.1 概 述……………………………………………………………………………… 145
13.2 路由算法…………………………………………………………………………… 146
13.2.1 概 述……………………………………………………………………… 146
13.2.2 SPIN 協(xié)議………………………………………………………………… 148
13.2.3 LEACH 協(xié)議……………………………………………………………… 149
13.2.4 PEGASIS協(xié)議…………………………………………………………… 153
13.3 特殊的傳感器網(wǎng)絡(luò)………………………………………………………………… 154
13.3.1 水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………… 154
13.3.2 WSID ……………………………………………………………………… 157
第14章 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………………………… 158
14.1 概 述……………………………………………………………………………… 158
14.1.1 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)概念及特征……………………………………………………… 158
14.1.2 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用…………………………………………………………… 160
14.2 機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及路由技術(shù)…………………………………………………… 161
14.2.1 概 述……………………………………………………………………… 161
14.2.2 PROPHET ……………………………………………………………… 164
14.2.3 CMTS路由算法………………………………………………………… 165
14.3 車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………………… 167
第15章 藍(lán) 牙……………………………………………………………………………… 169
15.1 概 述……………………………………………………………………………… 169
15.2 藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 170
15.3 微微網(wǎng)與散射網(wǎng)…………………………………………………………………… 172
15.4 藍(lán)牙的傳輸技術(shù)…………………………………………………………………… 174
15.4.1 雙 工……………………………………………………………………… 174
15.4.2 跳 頻……………………………………………………………………… 174
15.4.3 無(wú)線鏈路…………………………………………………………………… 175
15.4.4 數(shù)據(jù)包和編址……………………………………………………………… 175
15.4.5 建立連接…………………………………………………………………… 176
15.4.6 連接模式…………………………………………………………………… 177
15.4.7 可靠性保證………………………………………………………………… 178
15.5 散射網(wǎng)的拓?fù)湫纬珊吐酚伤惴ā?179
15.5.1 BTCP算法………………………………………………………………… 179
15.5.2 BlueTrees算法…………………………………………………………… 181
15.5.3 Scatternet Route協(xié)議………………………………………………… 181
15.5.4 BlueStars算法…………………………………………………………… 182
15.5.5 BAODV 算法……………………………………………………………… 182
15.5.6 LARP算法………………………………………………………………… 184
第16章 ZigBee ……………………………………………………………………………… 187
16.1 概 述……………………………………………………………………………… 187
16.2 ZigBee的組網(wǎng)…………………………………………………………………… 188
16.2.1 ZigBee的組成…………………………………………………………… 188
16.2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)………………………………………………… 189
16.2.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)……………………………………………………… 190
16.3 ZigBee體系結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 191
16.3.1 物理層……………………………………………………………………… 191
16.3.2 MAC層…………………………………………………………………… 192
16.3.3 網(wǎng)絡(luò)層……………………………………………………………………… 195
16.3.4 應(yīng)用層……………………………………………………………………… 196
16.4 ZigBee路由……………………………………………………………………… 197
16.4.1 樹(shù)形路由…………………………………………………………………… 197
16.4.2 AODVjr…………………………………………………………………… 199
第17章 其他無(wú)線技術(shù)……………………………………………………………………… 202
17.1 Z Wave ………………………………………………………………………… 202
17.1.1 概 述……………………………………………………………………… 202
17.1.2 網(wǎng)絡(luò)組成…………………………………………………………………… 202
17.1.3 Z Wave體系…………………………………………………………… 203
17.2 MiWi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議……………………………………………………………… 205
17.2.1 概 述……………………………………………………………………… 205
17.2.2 MiWi網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?206
17.2.3 MiWi地址和路由………………………………………………………… 207
第五部分 接入網(wǎng)通信技術(shù)
第18章 無(wú)線光通信………………………………………………………………………… 211
18.1 概 述……………………………………………………………………………… 211
18.2 無(wú)線光通信相關(guān)技術(shù)……………………………………………………………… 212
18.2.1 光調(diào)制技術(shù)………………………………………………………………… 212
18.2.2 信道編碼…………………………………………………………………… 215
18.2.3 復(fù)用技術(shù)…………………………………………………………………… 217
18.3 其他技術(shù)…………………………………………………………………………… 218
18.3.1 衛(wèi)星激光通信……………………………………………………………… 218
18.3.2 燈光上網(wǎng)…………………………………………………………………… 219
第19章 IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)………………………………………………………… 221
19.1 概 述……………………………………………………………………………… 221
19.2 Wifi系統(tǒng)組成…………………………………………………………………… 221
19.3 IEEE802.11協(xié)議………………………………………………………………… 222
19.3.1 協(xié)議�！� 222
19.3.2 DCF工作模式…………………………………………………………… 223
19.3.3 IEEE802.11的CSMA/CA ……………………………………………… 224
第20章 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)…………………………………………………………………… 227
第21章 蜂窩通信…………………………………………………………………………… 235
第22章 衛(wèi)星通信…………………………………………………………………………… 247
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