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(píng)估等。
數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可能是現(xiàn)代社會(huì)中技術(shù)的最普遍形式。最初開(kāi)發(fā)用于人與人之間的通信，現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信正越來(lái)越多地用于連接不需要人類監(jiān)督或互動(dòng)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(duì)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(dòng)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(gè)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(duì)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(bào)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(jì)通過(guò)M2M驅(qū)動(dòng)的設(shè)備數(shù)量到2020年將達(dá)到200～500億臺(tái)，幾乎超過(guò)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(dòng)的新領(lǐng)域發(fā)展的各個(gè)方面，并進(jìn)一步從理論和實(shí)踐上加強(qiáng)對(duì)M2M通信系統(tǒng)的理解。
本書內(nèi)容可分為3個(gè)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(jì)者和應(yīng)用開(kāi)發(fā)者的問(wèn)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(duì)當(dāng)前對(duì)各個(gè)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(jì)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(cuò)（Forward Error Correction,FEC）編碼設(shè)計(jì)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(gè)無(wú)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(wú)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(wèn)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)洹５?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(wèn)題。同時(shí)，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(lái)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(wú)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(cè)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(guò)使用志愿者計(jì)算模型的框架，利用M2M通信的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)另一種新興的計(jì)算模式——云計(jì)算中手機(jī)群智感知的應(yīng)用。
總體來(lái)說(shuō)，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(shí)也為進(jìn)一步研究M2M通信技術(shù)的各個(gè)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(jí)路徑、性能相關(guān)問(wèn)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(jì)、部署和運(yùn)行問(wèn)題。
Jelena Miic＇,加拿大安大略省多倫多市瑞爾森大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是無(wú)線體域網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、性能評(píng)估和安全等方面發(fā)表了100余篇索引論文和140余篇國(guó)際會(huì)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(jí)會(huì)員、ACM會(huì)員。
Vojislav B.Miic＇，加拿大安大略省多倫多市瑞爾森大學(xué)計(jì)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(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。他的研究興趣包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)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(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文超過(guò)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(jí)會(huì)員、ACM和AIS會(huì)員。
譯者序
前言
主編簡(jiǎn)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(jiǎn)介
1.2幾個(gè)相關(guān)術(shù)語(yǔ)：IoT、WSNs、M2M和CPS
1.2.1IoT、WSNs、M2M和CPS簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)
1.3.4.3智能電網(wǎng)
1.4M2M通信的問(wèn)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(jì)
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(gè)無(wú)人駕駛車輛
1.5.3CTS輔助車輛左轉(zhuǎn)
1.5.4CPS設(shè)計(jì)的問(wèn)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(jiǎn)介
3.2M2M流量建模
3.2.13GPP、ETSI和IEEE的M2M流量建模活動(dòng)
3.2.1.1IEEE 802.16p的M2M活動(dòng)
3.2.1.2ETSI的M2M活動(dòng)
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(duì)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(jiǎn)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(hào)模型
4.4靈活的GMSJC
4.4.1GMSJC的過(guò)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(píng)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(píng)估
5.1簡(jiǎn)介
5.2信道接入方案
5.3模型假設(shè)
5.3.1場(chǎng)景1
5.3.2場(chǎng)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(wú)線M2M通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性
6.1簡(jiǎn)介
6.2智能電網(wǎng)中通信對(duì)DR的影響
6.2.1DR控制策略
6.2.2通信錯(cuò)誤的影響
6.3無(wú)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(wú)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(jí)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(jiǎn)介
7.2高能效的大規(guī)模訪問(wèn)控制和資源分配
7.2.1高能效大規(guī)模訪問(wèn)控制
7.2.2大規(guī)模訪問(wèn)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(bào)告
7.4.1高能效集中報(bào)告
7.4.2高能效分布報(bào)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(yǔ)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(jiǎn)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(dòng)性
8.3.9數(shù)據(jù)處理和計(jì)算
8.4用于M2M通信的無(wú)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(wú)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(wèn)題
參考文獻(xiàn)
第9章智能電網(wǎng)中M2M通信的入侵探測(cè)系統(tǒng)
9.1簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)
9.3NANIDS
9.3.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和IDS設(shè)計(jì)
9.3.2探測(cè)機(jī)制
9.3.3最短路徑長(zhǎng)度估計(jì)
9.3.4模擬場(chǎng)景
9.4模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果
9.5結(jié)論和未來(lái)的工作
參考文獻(xiàn)
第10章通過(guò)志愿者計(jì)算和移動(dòng)群智感知的M2M交互范例
10.1簡(jiǎn)介
10.2針對(duì)云上MCS的M2M通信
10.2.1M2M參考架構(gòu)
10.2.2M2M通信及針對(duì)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)
書單推薦
