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*部分首先簡要介紹了物聯網及無線傳感器網絡的相關概念，然后著重介紹了本書對物聯網通信環(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，重點介紹了末端網通信技術，包括有線、無線和無線Ad hoc網絡通信技術。第六部分是接入網技術，包括一些主流的接入技術。數據接入因特網后，往往需要進行一定的處理，鑒于物聯網的數據往往體量巨大，傳統的計算模式難以應對，所以云計算被提上浪潮，可以為物聯網的大數據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網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，本書以物聯網通信環(huán)節(jié)來組織教材內容，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
物聯網工程是當前研究和應用的熱點，是圍繞國家戰(zhàn)略新興產業(yè)設立的新專業(yè)，是一個與產業(yè)啟動和發(fā)展同步的新專業(yè)。而物聯網的通信技術是物聯網非常重要的環(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《高等學校物聯網工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范》，物聯網通信是物聯網工程這一新專業(yè)的核心課程，對于物聯網理論和技術的學習、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這一點。物聯網所采用的通信技術實質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絡。作為長期從事計算機網絡課程教學的教師，作者對計算機網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，計算機網絡的教材已經有很多了，也出現了一些非常優(yōu)秀的教材。有些教材從有經驗的教師視角來看堪稱經典。即便如此，作者在授課過程中以及在回想起自己學習網絡課程的情景時，有時也會感到一絲無奈。計算機網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，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容。
本書貫徹了構建以知識領域、知識單元、知識點形式呈現的知識體系這一思想，專注于物聯網通信這一龐大的領域，借鑒泛在傳感器網絡（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網通信經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網傳輸環(huán)節(jié)中的應用可能性進行分類，將網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絡的體系結構，以使讀者能夠通過具體技術理解物理層、數據鏈路層和網絡層的作用。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物聯網模型5
1.3傳感器網絡8
1.4USN體系結構和層次分析11
1.5物聯網通信環(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網絡體系結構18
2.2通信技術的主要研究內容22
第3章對物聯網通信的分析26
3.1物聯網的通信體系結構26
3.2物聯網中物體的分析27
3.3物聯網通信體系結構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的通信協議41
4.4ISO/IEC 180006B協議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的數據鏈路層120
9.3其他現場總線技術123
第10章RFID閱讀器相關通信技術126
10.1概述126
10.2韋根協議127
10.3IETF SLRRP130
10.4EPCglobal LLRP135
10.5RFID中間件138
10.6RFID網絡相關應用141

第4部分末端網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數據鏈路層149
11.2.1概述149
11.2.2MAC子層相關通信協議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協議棧169
13.3IrLAP工作原理171
13.4其他應用協議174
第14章水下通信176
14.1概述176
14.2水聲網絡協議棧178
14.3物理層調制技術178
14.4MAC層技術182
第15章IEEE 802.15.4185
15.1概述185
15.2IEEE 802.15.4網絡結構185
15.3IEEE 802.15.4協議棧187
15.3.1物理層187
15.3.2MAC層189
第16章數據鏈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組網和集成197
16.3典型數據鏈198
16.3.1Link16198
16.3.2其他數據鏈206

第5部分末端網通信技術Ad Hoc網絡通信技術第17章自組織網絡的概念213
17.1自組織網絡概述213
17.2自組織網絡的演化214
17.3自組織網絡的體系結構216
第18章Ad Hoc網絡219
18.1概述219
18.2Ad Hoc網絡系統結構220
18.3Ad Hoc網絡路由協議223
18.3.1DSDV路由算法226
18.3.2DSR協議231
18.3.3AODV協議235
第19章無線傳感器網絡241
19.1概述241
19.2路由協議242
19.2.1路由協議概述242
19.2.2SPIN協議245
19.2.3LEACH協議247
19.2.4PEGASIS協議251
19.3特殊的傳感器網絡253
第20章機會網絡257
20.1概述257
20.2機會網絡路由技術261
20.2.1機會網絡路由技術概述261
20.2.2PROPHET算法264
20.2.3CMTS算法265
20.3車載自組織網絡267
第21章藍牙269
21.1概述269
21.2藍牙協議體系結構270
21.3微微網與散射網273
21.4藍牙的傳輸技術275
21.5散射網拓撲形成和路由算法281
第22章ZigBee290
22.1概述290
22.2ZigBee的組網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路由協議315
第24章其他無線技術321
24.1ZWave321
24.2MiWi無線網絡協議325

第6部分接入網通信技術第25章有線接入方式331
25.1撥號上網331
25.2非對稱數字用戶線路334
25.3混合光纖同軸電纜網接入337
25.4以太接入網技術339
25.5電力線上網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360
27.1概述及系統組成360
27.2IEEE 802.11協議棧361
27.3相關發(fā)展366
第28章無線Mesh網絡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381
29.34G物理層相關技術383
29.44G數據鏈路層相關技術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)星網實例403

第7部分互聯網數據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海量數據存儲與處理技術419
31.3.1數據的存儲和讀取419
31.3.2海量數據處理技術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分布式數據庫HBase435
參考文獻442

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