無線通信包含了眾多的通信技術,為了對這些技術進行有效的組織,本書引進了現(xiàn)今熱門的物聯(lián)網技術,并通過對物聯(lián)網通信過程的分析,將無線通信技術分為三個大環(huán)節(jié)進行組織,分別是接觸環(huán)節(jié)的通信技術、末端網通信技術、接入網通信技術。鑒于末端網通信技術是當前物聯(lián)網通信研究中zui重要的部分,所以又將末端網通信技術細分為了兩個部分。因此,包括引論在內,本書一共分為五個部分。
第一部分首先簡要介紹了移動計算和物聯(lián)網的相關概念,然后著重介紹了本書對物聯(lián)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)的無線通信技術,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。第三部分和第四部分是本書的核心,重點介紹了末端網中所使用的無線通信技術,包括無線底層技術和無線AdHoc網絡通信技術。zui后一部分是接入網技術,包括一些主流的無線接入技術。鑒于讀者對互聯(lián)網部分已經比較熟悉了,因此不作為本書的重點。
本書的特點:首先,盡量從物聯(lián)網的應用角度來介紹各種無線通信技術,包括為很多通信技術都準備了應用案例;其次,以物聯(lián)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大致的架構;再次,盡量選取當前主要的無線通信技術,并且以算法介紹為主;zui后,本書將各種通信基礎知識分散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的情況。
本書寫作過程中力圖做到概念準確,語言簡潔,圖文并茂。本書可以作為高校計算機專業(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 移動計算……………………………………………………………………………… 2
1.1.1 概念和特點…………………………………………………………………… 2
1.1.2 移動計算的分類……………………………………………………………… 3
1.2 物聯(lián)網………………………………………………………………………………… 4
1.2.1 物聯(lián)網概念…………………………………………………………………… 4
1.2.2 傳感器網絡…………………………………………………………………… 6
1.2.3 USN 體系架構及其分析……………………………………………………… 8
1.2.4 物聯(lián)網通信環(huán)節(jié)的劃分……………………………………………………… 10
第2章 物聯(lián)網通信體系分析………………………………………………………………… 13
2.1 網絡體系結構的分析………………………………………………………………… 13
2.1.1 兩大模型的基本異同點……………………………………………………… 13
2.1.2 實用效果……………………………………………………………………… 13
2.1.3 教學效果……………………………………………………………………… 14
2.1.4 抽象體系結構的提出………………………………………………………… 14
2.2 從通信角度出發(fā)的物聯(lián)網體系結構分析…………………………………………… 16
2.2.1 通信模式……………………………………………………………………… 16
2.2.2 物聯(lián)網的通信體系結構……………………………………………………… 17
2.2.3 直接通信模式的分析………………………………………………………… 18
2.2.4 網關通信模式下的分析……………………………………………………… 21
第3章 無線通信底層技術概述……………………………………………………………… 25
3.1 數字通信模型………………………………………………………………………… 25
3.2 物理層………………………………………………………………………………… 25
3.3 數據鏈路層…………………………………………………………………………… 26
3.3.1 概 述………………………………………………………………………… 26
3.3.2 MAC子層相關算法………………………………………………………… 28
第二部分 接觸環(huán)節(jié)的通信技術
第4章 射頻標簽RFID 技術………………………………………………………………… 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 數據標準……………………………………………………………………… 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 閱讀器到標簽的通信………………………………………………………… 43
4.4.4 標簽到閱讀器的通信………………………………………………………… 46
4.5 防止沖突算法………………………………………………………………………… 47
4.5.1 純ALOHA 算法…………………………………………………………… 47
4.5.2 時隙ALOHA 算法………………………………………………………… 48
4.5.3 幀時隙ALOHA 算法……………………………………………………… 49
4.5.4 TypeA 采用的防沖突機制………………………………………………… 50
4.5.5 TypeB采用的防沖突機制………………………………………………… 52
4.5.6 TypeC采用的防沖突機制………………………………………………… 53
第5章 無線電導航…………………………………………………………………………… 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……………………………………………………………… 60
5.3 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)…………………………………………………………………… 64
5.3.1 概 述………………………………………………………………………… 64
5.3.2 北斗一號……………………………………………………………………… 64
5.3.3 北斗二號……………………………………………………………………… 67
5.3.4 北斗通信技術………………………………………………………………… 69
第6章 激光制導……………………………………………………………………………… 73
6.1 概 述………………………………………………………………………………… 73
6.2 激光制導原理………………………………………………………………………… 73
6.2.1 激光波束制導………………………………………………………………… 74
6.2.2 半主動尋的制導……………………………………………………………… 74
6.2.3 主動尋的制導………………………………………………………………… 75
6.2.4 激光指令制導………………………………………………………………… 75
6.3 激光制導編碼………………………………………………………………………… 75
6.3.1 激光駕束制導的編碼………………………………………………………… 76
6.3.2 激光尋的制導的編碼………………………………………………………… 78
6.4 反激光制導…………………………………………………………………………… 81
6.4.1 制造制導屏障和欺騙………………………………………………………… 81
6.4.2 黑化和鏡面處理……………………………………………………………… 82
6.4.3 模擬干擾……………………………………………………………………… 82
第三部分 末端網通信技術———無線通信底層技術
第7章 超寬帶UWB ………………………………………………………………………… 85
7.1 概 述………………………………………………………………………………… 85
7.2 脈沖無線電………………………………………………………………………… 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…………………………………………………………………… 91
8.1 概 述………………………………………………………………………………… 91
8.2 IrDA 協(xié)議�！� 93
8.3 IrLAP工作原理…………………………………………………………………… 94
8.4 其他應用協(xié)議………………………………………………………………………… 97
第9章 水下通信……………………………………………………………………………… 98
9.1 概 述………………………………………………………………………………… 98
9.2 水聲網絡……………………………………………………………………………… 99
9.3 物理層技術………………………………………………………………………… 100
9.3.1 多址技術分析……………………………………………………………… 100
9.3.2 水聲通信的調制…………………………………………………………… 100
9.3.3 水聲通信技術的發(fā)展……………………………………………………… 104
9.4 MAC層技術……………………………………………………………………… 104
9.4.1 MACA ……………………………………………………………………… 104
9.4.2 DBTMA 算法……………………………………………………………… 106
第10章 數據鏈……………………………………………………………………………… 108
10.1 概 述……………………………………………………………………………… 108
10.2 相關技術…………………………………………………………………………… 109
10.2.1 多址接入技術……………………………………………………………… 109
10.2.2 擴頻技術…………………………………………………………………… 110
10.2.3 數據鏈集成………………………………………………………………… 111
10.2.4 戰(zhàn)術數據鏈組網技術……………………………………………………… 111
10.3 典型數據鏈………………………………………………………………………… 112
10.3.1 Link 16 ………………………………………………………………… 112
10.3.2 其他數據鏈………………………………………………………………… 118
第四部分 末端網通信技術———AdHoc網絡通信技術
第11章 AdHoc概念………………………………………………………………………… 124
11.1 AdHoc概述……………………………………………………………………… 124
11.2 自組織網的演化…………………………………………………………………… 125
11.3 自組織網的體系結構……………………………………………………………… 126
第12章 AdHoc網絡………………………………………………………………………… 129
12.1 概 述……………………………………………………………………………… 129
12.2 AdHoc系統(tǒng)結構………………………………………………………………… 130
12.2.1 移動節(jié)點結構……………………………………………………………… 130
12.2.2 網絡結構…………………………………………………………………… 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 無線傳感器網絡…………………………………………………………………… 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 特殊的傳感器網絡………………………………………………………………… 154
13.3.1 水聲傳感器網絡…………………………………………………………… 154
13.3.2 WSID ……………………………………………………………………… 157
第14章 機會網絡…………………………………………………………………………… 158
14.1 概 述……………………………………………………………………………… 158
14.1.1 機會網絡概念及特征……………………………………………………… 158
14.1.2 機會網絡的應用…………………………………………………………… 160
14.2 機會網絡體系結構及路由技術…………………………………………………… 161
14.2.1 概 述……………………………………………………………………… 161
14.2.2 PROPHET ……………………………………………………………… 164
14.2.3 CMTS路由算法………………………………………………………… 165
14.3 車載自組織網絡…………………………………………………………………… 167
第15章 藍 牙……………………………………………………………………………… 169
15.1 概 述……………………………………………………………………………… 169
15.2 藍牙協(xié)議體系結構………………………………………………………………… 170
15.3 微微網與散射網…………………………………………………………………… 172
15.4 藍牙的傳輸技術…………………………………………………………………… 174
15.4.1 雙 工……………………………………………………………………… 174
15.4.2 跳 頻……………………………………………………………………… 174
15.4.3 無線鏈路…………………………………………………………………… 175
15.4.4 數據包和編址……………………………………………………………… 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 散射網的拓撲形成和路由算法…………………………………………………… 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…………………………………………………………………… 188
16.2.1 ZigBee的組成…………………………………………………………… 188
16.2.2 ZigBee網絡的拓撲結構………………………………………………… 189
16.2.3 ZigBee網絡的組網……………………………………………………… 190
16.3 ZigBee體系結構………………………………………………………………… 191
16.3.1 物理層……………………………………………………………………… 191
16.3.2 MAC層…………………………………………………………………… 192
16.3.3 網絡層……………………………………………………………………… 195
16.3.4 應用層……………………………………………………………………… 196
16.4 ZigBee路由……………………………………………………………………… 197
16.4.1 樹形路由…………………………………………………………………… 197
16.4.2 AODVjr…………………………………………………………………… 199
第17章 其他無線技術……………………………………………………………………… 202
17.1 Z Wave ………………………………………………………………………… 202
17.1.1 概 述……………………………………………………………………… 202
17.1.2 網絡組成…………………………………………………………………… 202
17.1.3 Z Wave體系…………………………………………………………… 203
17.2 MiWi無線網絡協(xié)議……………………………………………………………… 205
17.2.1 概 述……………………………………………………………………… 205
17.2.2 MiWi網絡拓撲…………………………………………………………… 206
17.2.3 MiWi地址和路由………………………………………………………… 207
第五部分 接入網通信技術
第18章 無線光通信………………………………………………………………………… 211
18.1 概 述……………………………………………………………………………… 211
18.2 無線光通信相關技術……………………………………………………………… 212
18.2.1 光調制技術………………………………………………………………… 212
18.2.2 信道編碼…………………………………………………………………… 215
18.2.3 復用技術…………………………………………………………………… 217
18.3 其他技術…………………………………………………………………………… 218
18.3.1 衛(wèi)星激光通信……………………………………………………………… 218
18.3.2 燈光上網…………………………………………………………………… 219
第19章 IEEE802.11無線局域網………………………………………………………… 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 無線Mesh網絡…………………………………………………………………… 227
第21章 蜂窩通信…………………………………………………………………………… 235
第22章 衛(wèi)星通信…………………………………………………………………………… 247
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