本書內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)—物理世界的M2M通信——案例分析和研究挑戰(zhàn)；M2M通信的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)；M2M流量和模型；大規(guī)模M2M網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際分布編碼；M2M通信中IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)的效率評估等。
數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可能是現(xiàn)代社會中技術(shù)的最普遍形式。最初開發(fā)用于人與人之間的通信，現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信正越來越多地用于連接不需要人類監(jiān)督或互動的智能電子設(shè)備。這種數(shù)據(jù)通信，恰當(dāng)?shù)孛麨椤皺C(jī)器端對端（M2M）”或“機(jī)器型通信”，已在許多領(lǐng)域應(yīng)用，包括但不限于智能電力和智能電網(wǎng)、電子醫(yī)療、交通管理、安全和安保以及城市自動化。大多數(shù)情況下這些設(shè)備被互聯(lián)成為龐大的網(wǎng)絡(luò)，這個龐大的網(wǎng)絡(luò)通常就是指“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)使得我們可以對日常生活的許多方面（包括辦公室和家庭）進(jìn)行智能監(jiān)控、報告和控制。因此，M2M通信技術(shù)將影響和改變目前的能源生產(chǎn)、傳輸和配送系統(tǒng)、交通系統(tǒng)以及人類每天使用的其他的系統(tǒng)和物品。
M2M通信的規(guī)模巨大，預(yù)計通過M2M驅(qū)動的設(shè)備數(shù)量到2020年將達(dá)到200～500億臺，幾乎超過迄今為止在通信技術(shù)領(lǐng)域完成的任何項(xiàng)目。因此，需要研究這一令人激動的新領(lǐng)域發(fā)展的各個方面，并進(jìn)一步從理論和實(shí)踐上加強(qiáng)對M2M通信系統(tǒng)的理解。
本書內(nèi)容可分為3個部分，每部分側(cè)重于M2M技術(shù)的不同方面。
本書第1~3章綜述了M2M通信、架構(gòu)和流量建模的通用觀點(diǎn)。第1章由Jiafu Wan、Min Chen和Victor C.M.Leung編寫，探討M2M通信的共性方面，勾勒出這種新技術(shù)給予設(shè)計者和應(yīng)用開發(fā)者的問題和挑戰(zhàn)，并提供了一些案例研究，以突出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信和M2M通信技術(shù)之間的差異。第2章由Dejan Drajic＇、Nemanja Ognjanovic＇和Srdjan Krcˇo編寫，概述了M2M通信不同架構(gòu)的解決方案，并對當(dāng)前對各個方面的標(biāo)準(zhǔn)化給出建議，還介紹了歐盟發(fā)起的框架計劃7中設(shè)備擴(kuò)展LTE項(xiàng)目（EXALTED）的概況。該項(xiàng)目的目標(biāo)是將M2M通信與正迅速在全球獲得認(rèn)可的4G蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)——LTE集成。第3章由Markus Laner、Navid Nikaein、Dejan Drajic＇、Philipp Svoboda、Milica Popovic＇和Srdjan Krcˇo編寫，介紹了M2M流量表征和建模最新結(jié)果的深入研究，這是本領(lǐng)域先進(jìn)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)發(fā)展的前提條件。
第4~7章重點(diǎn)關(guān)注一些通信技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)或促進(jìn)M2M通信。第4章由Yuexing Peng、Yonghui Li、Mohammed Atiquzzaman和Lei Shu編寫，描述了前向糾錯（Forward Error Correction,FEC）編碼設(shè)計的實(shí)際方案，它允許聚類、多端協(xié)同和分布式turbo編碼以及解碼。第5章由Chao Ma、Jianhua He、Hsiaohwa Chen和Zuoyin Tang編寫，研究在多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中相當(dāng)流行的IEEE 802.15.4低數(shù)據(jù)速率無線體域網(wǎng)（Low Data Rate Wireless Personal Area Network，LRWPAN）標(biāo)準(zhǔn)在M2M通信中使用的有效性，特別關(guān)注隱藏終端的影響、幀碰撞以及由于噪聲的幀損壞。第6章由Lei Zheng和Lin Cai編寫，論述了M2M網(wǎng)絡(luò)中使用802.15.4兼容設(shè)備的作用和問題，重點(diǎn)關(guān)注通信的可靠性和多重隨機(jī)效應(yīng)的影響，包括影子、衰減和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�。�?章由Burak Kantarci和Hussein T.Mouftah編寫，重點(diǎn)關(guān)注能源效率及其多面性，詳細(xì)討論了涉及海量接入控制、資源分配、中繼、路由和休眠調(diào)度的問題。同時，還介紹了大量M2M設(shè)備中可能的供電方式（能量收集）及其在綠色通信M2M網(wǎng)絡(luò)中的作用。
第8~10章介紹有關(guān)M2M通信的應(yīng)用。第8章由Melike ErolKantarci和Hussein T.Mouftah編寫，討論了在智能電網(wǎng)以及某些應(yīng)用情況下，使用M2M通信所帶來的挑戰(zhàn)，并從其是否適合智能電網(wǎng)應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)，概述了眾多無線通信技術(shù)。第9章由Nasim Beigi Mohammadi、Jelena Miic＇、Vojislav B.Miic＇和Hamzeh Khazaei編寫，從安全方面論述了智能電網(wǎng)中的M2M通信，提出了一種有效的入侵探測系統(tǒng)以應(yīng)付多種可能的攻擊。第10章由Symeon Papavassiliou、Chrysa Papagianni、Salvatore Distefano、Giovanni Merlino和Antonio Puliafito編寫，提出了通過使用志愿者計算模型的框架，利用M2M通信的能力來實(shí)現(xiàn)另一種新興的計算模式——云計算中手機(jī)群智感知的應(yīng)用。
總體來說，這些章節(jié)不僅可以讓讀者了解本領(lǐng)域已有的工作，同時也為進(jìn)一步研究M2M通信技術(shù)的各個方面奠定了基礎(chǔ)，特別是其架構(gòu)和架構(gòu)方案、現(xiàn)有系統(tǒng)的升級路徑、性能相關(guān)問題以及安全性。讀者將因此能夠更好地解決有關(guān)M2M通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中相關(guān)的設(shè)計、部署和運(yùn)行問題。
Jelena Miic＇,加拿大安大略省多倫多市瑞爾森大學(xué)計算機(jī)科學(xué)教授。在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是無線體域網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、性能評估和安全等方面發(fā)表了100余篇索引論文和140余篇國際會議論文。擔(dān)任IEEE Transactions on Vehicular Technology，IEEE Network、 Computer Networks、 Ad Hoc Networks、 Wiley Security and Communication Networks，Ad Hoc & Sensor Wireless Networks等期刊的編委。IEEE高級會員、ACM會員。
Vojislav B.Miic＇，加拿大安大略省多倫多市瑞爾森大學(xué)計算機(jī)科學(xué)教授。1993年于塞爾維亞貝爾格萊德大學(xué)獲計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。他的研究興趣包括無線網(wǎng)絡(luò)的性能評估以及系統(tǒng)和軟件工程。曾撰寫、與人合著圖書6本，參與編寫圖書18本，在期刊和著名國際會議上發(fā)表論文超過220篇。擔(dān)任IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems、 IEEE Transactions on Cloud Computing、 Ad Hoc Networks、 PeertoPeer Networks and Applications、 International Journal of Parallel、 Emergent and Distributed Systems的編委。IEEE高級會員、ACM和AIS會員。
譯者序
前言
主編簡介
貢獻(xiàn)者
第1章網(wǎng)絡(luò)—物理世界的M2M通信——案例分析和研究挑戰(zhàn)
1.1簡介
1.2幾個相關(guān)術(shù)語：IoT、WSNs、M2M和CPS
1.2.1IoT、WSNs、M2M和CPS簡介
1.2.2IoT、WSNs、M2M和CPS之間的相關(guān)性
1.3M2M通信：案例研究
1.3.1M2M應(yīng)用塊
1.3.2M2M用于歷史文物保存
1.3.3M2M用于制造系統(tǒng)
1.3.4M2M用于家庭網(wǎng)絡(luò)
1.3.4.1家庭網(wǎng)絡(luò)
1.3.4.2健康監(jiān)測系統(tǒng)
1.3.4.3智能電網(wǎng)
1.4M2M通信的問題和挑戰(zhàn)
1.4.1節(jié)能MAC協(xié)議
1.4.2具有多射頻接口終端的MAC協(xié)議
1.4.3跨層設(shè)計
1.4.4M2M網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制
1.5M2M通信演化：從M2M到CPS
1.5.1M2M和CPS的比較
1.5.2使用WSN定位的多個無人駕駛車輛
1.5.3CTS輔助車輛左轉(zhuǎn)
1.5.4CPS設(shè)計的問題和挑戰(zhàn)
參考文獻(xiàn)
第2章M2M通信的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)
2.13GPP MTC架構(gòu)
2.2ETSI的M2M架構(gòu)
2.2.1系統(tǒng)架構(gòu)和域
2.2.2ETSI SC框架和參考點(diǎn)
2.2.3資源
2.2.43GPP和ETSI
2.3EXALTED系統(tǒng)架構(gòu)
2.3.1ND中的組件
2.3.2DD中的組件
參考文獻(xiàn)
第3章M2M流量和模型
3.1簡介
3.2M2M流量建模
3.2.13GPP、ETSI和IEEE的M2M流量建�；顒�
3.2.1.1IEEE 802.16p的M2M活動
3.2.1.2ETSI的M2M活動
3.2.1.33GPP提出的M2M流量模型
3.2.2M2M業(yè)務(wù)建�？蚣�
3.3M2M流量對當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)（HSDPA）的影響
3.4總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章大規(guī)模M2M網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際分布編碼
4.1簡介
4.2相關(guān)工作
4.2.1基于單用戶的協(xié)同編碼
4.2.2基于多用戶的協(xié)同編碼
4.2.3建議的編碼方案
4.3信號模型
4.4靈活的GMSJC
4.4.1GMSJC的過程
4.4.2GMSJC碼字的結(jié)構(gòu)
4.4.3DN上GMSJC的解碼
4.5性能分析
4.5.1基于距離頻譜的誤碼概率性能分析
4.5.2基于PEP的空間分集性能分析
4.5.3能效性能分析
4.6性能評估
4.6.1模擬系統(tǒng)和參考方案
4.6.2模擬結(jié)果
4.6.3能效分析
4.7結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
第5章M2M通信中IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)的效率評估
5.1簡介
5.2信道接入方案
5.3模型假設(shè)
5.3.1場景1
5.3.2場景2
5.4系統(tǒng)模型
5.4.1幀丟失概率
5.4.2幀碰撞概率
5.5數(shù)值結(jié)果與性能分析
5.6結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第6章無線M2M通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性
6.1簡介
6.2智能電網(wǎng)中通信對DR的影響
6.2.1DR控制策略
6.2.2通信錯誤的影響
6.3無線通信網(wǎng)絡(luò)的模型和分析
6.3.1系統(tǒng)模型
6.3.1.1可靠性指標(biāo)
6.3.1.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由
6.3.1.3MAC協(xié)議
6.3.1.4無線信道模型
6.3.2鏈路可靠性分析
6.3.2.1中斷概率
6.3.2.2鏈路可靠性
6.3.2.3鏈路中斷概率的近似
6.3.3網(wǎng)絡(luò)級可靠性分析
6.3.3.1單跳網(wǎng)絡(luò)中的可靠性
6.3.3.2多跳網(wǎng)絡(luò)中的可靠性
6.4模型驗(yàn)證與應(yīng)用
6.4.1模型驗(yàn)證
6.4.2模型應(yīng)用：最大覆蓋范圍
6.5總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章高能效M2M網(wǎng)絡(luò)
7.1簡介
7.2高能效的大規(guī)模訪問控制和資源分配
7.2.1高能效大規(guī)模訪問控制
7.2.2大規(guī)模訪問管理中的最優(yōu)功率和資源配置
7.3M2M網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能中繼
7.4M2M網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能報告
7.4.1高能效集中報告
7.4.2高能效分布報告
7.5M2M網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能路由
7.5.1節(jié)能路由
7.5.2節(jié)能和QoS保證路由
7.5.3節(jié)能路由和信道調(diào)度
7.5.4節(jié)能和重發(fā)感知路由
7.6M2M網(wǎng)絡(luò)中的高效率休眠調(diào)度
7.7M2M設(shè)備域中的能量收集
7.7.1能量收集類型
7.7.2能量收集的挑戰(zhàn)和當(dāng)前解決方案
7.7.3基于射頻的能量收集應(yīng)用
7.8M2M網(wǎng)絡(luò)中的能源效率和安全
7.9綠色通信語境下的M2M網(wǎng)絡(luò)能源效率
7.10小結(jié)和討論
7.11詞匯表
參考文獻(xiàn)
第8章智能電網(wǎng)中的M2M通信
8.1簡介
8.2智能電網(wǎng)基礎(chǔ)
8.2.1發(fā)電
8.2.2輸電和配電
8.2.3消費(fèi)
8.3智能電網(wǎng)中M2M通信的挑戰(zhàn)
8.3.1可擴(kuò)展性
8.3.2能源效率
8.3.3安全性
8.3.4可靠性
8.3.5標(biāo)準(zhǔn)化
8.3.6服務(wù)差異化
8.3.7頻譜使用
8.3.8移動性
8.3.9數(shù)據(jù)處理和計算
8.4用于M2M通信的無線通信技術(shù)
8.4.1蜂窩M2M通信
8.4.2IEEE 802.16/WIMAX
8.4.3IEEE 802.11/WiFi
8.4.4IEEE 802.15.4/ZigBee
8.4.5無線HART
8.4.6ISA100.11a
8.4.7Zwave
8.4.8Wavenis
8.4.9IEEE 802.15.4a/超寬帶（UWB）
8.4.10IEEE 802.22/CR
8.5智能電網(wǎng)中M2M通信的使用案例
8.5.1智能電網(wǎng)中的認(rèn)知M2M
8.5.2智能電網(wǎng)中的Web服務(wù)
8.5.3智能電網(wǎng)中的家庭能源管理系統(tǒng)
8.6總結(jié)和懸而未決的問題
參考文獻(xiàn)
第9章智能電網(wǎng)中M2M通信的入侵探測系統(tǒng)
9.1簡介
9.2智能電網(wǎng)NAN中的 M2M通信
9.2.1NAN技術(shù)
9.2.2NAN組件
9.2.3可擴(kuò)展性
9.2.4路由
9.2.5NAN 中M2M通信的安全和隱私
9.2.6蟲洞攻擊
9.2.7入侵探測系統(tǒng)
9.3NANIDS
9.3.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和IDS設(shè)計
9.3.2探測機(jī)制
9.3.3最短路徑長度估計
9.3.4模擬場景
9.4模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
9.5結(jié)論和未來的工作
參考文獻(xiàn)
第10章通過志愿者計算和移動群智感知的M2M交互范例
10.1簡介
10.2針對云上MCS的M2M通信
10.2.1M2M參考架構(gòu)
10.2.2M2M通信及針對MCS應(yīng)用的志愿者貢獻(xiàn)模型
10.3案例分析：MCS社交應(yīng)用
10.4結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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