物聯網通信技術

第0章  概述                     1  
 0.1  物聯網框架結構                     1  
 0.2  物聯網通信系統                     2
  0.2.1  物聯網通信系統基本結構                     2
  0.2.2  感知控制層與網絡傳輸層通信系統                     3
  0.2.3  物聯網通信技術的發(fā)展                     4  
 本章小結                     6  
 習題與思考                     7
第1篇  數據通信基礎
第1章  通信的基本模型與概念                     10  
 1.1  通信系統模型                     10  
 1.2  模擬通信與數字通信系統模型                     10  
 1.3  通信系統的分類及通信方式                     12
  1.3.1  通信系統分類                     12
  1.3.2  通信方式                     14  
 1.4  信息及信息量                      15  
 1.5  數據通信系統中的主要性能指標                     17
  1.5.1  傳輸速率                     17
  1.5.2  差錯率                     18
  1.5.3  信噪比                     18  
 本章小結                     18  
 習題與思考                     19
第2章  數據通信基礎理論                     20  
 2.1  數據信號分析基礎                     20
  2.1.1  時域分析                     20
  2.1.2  頻域分析                     21
  2.1.3  傅里葉分析                     22  
 2.2  數據率與頻帶的關系                     23  
 2.3  交換技術                     23
  2.3.1  電路交換                     24
  2.3.2  報文交換                     24
  2.3.3  分組交換                     24  
 本章小結                     25  
 習題與思考                     26
第3章  數據通信中的信道                     27  
 3.1  信道模型及其分類                     27
  3.1.1  信道模型                     27
  3.1.2  信道分類                     27  
 3.2  信道容量                     29
  3.2.1  離散信道的信道容量                     29
  3.2.2  連續(xù)信道的信道容量                     30  
 3.3  有線信道                     30
  3.3.1  雙絞線                     31
  3.3.2  同軸電纜                     31
  3.3.3  光纖                     32  
 3.4  無線信道                     33  
 本章小結                     34  
 習題與思考                     35
第4章  信源編碼                     36  
 4.1  抽樣與量化                     36
  4.1.1  抽樣及抽樣定理                     36
  4.1.2  抽樣定理                     37
  4.1.3  量化                     38  
 4.2  脈沖編碼調制(PCM)                     42
  4.2.1  PCM通信系統                     42
  4.2.2  二進制PCM編碼                     43  
 4.3  增量調制(ΔM)                     45  
 本章小結                     47  
 習題與思考                     48
第5章  數字基帶傳輸                     49  
 5.1  數字基帶信號的波形與編碼原則                     49
  5.1.1  數字基帶信號的波形                     49
  5.1.2  數字基帶信號的編碼原則                     51  
 5.2  數字基帶傳輸系統                     51
  5.2.1  數字基帶傳輸系統概述                     51
  5.2.2  均衡技術                     52
  5.2.3  眼圖                     54  
 本章小結                     56  
 習題與思考                     56
第6章  數字調制系統                     58  
 6.1  調制與數字基帶信號的調制原理                     58
  6.1.1  調制解調的基本原理                     58
  6.1.2  數字調制系統的基本原理                     59  
 6.2  數字振幅調制                     60
  6.2.1  2ASK                     60
  6.2.2  多進制振幅調制                     62  
 6.3  數字頻率調制                     63
  6.3.1  2FSK移頻鍵控的基本原理                     63
  6.3.2  2FSK調制的實現方法                     64
  6.3.3  2FSK的解調                     65
  6.3.4  2FSK的特點                     67  
 6.4  數字相位調制                     68
  6.4.1  二進制絕對移相調制(2PSK)                     68
  6.4.2  二相相對移相調制(2DPSK)                     70  
 本章小結                     72  
 習題與思考                     73
第7章  差錯控制技術                     74  
 7.1  差錯控制技術概述                     74
  7.1.1  差錯控制的基本原理                     74
  7.1.2  差錯控制編碼的特性與能力                     75  
 7.2  差錯控制方法                     76
  7.2.1  自動請求重發(fā)(ARQ)方式                     77
  7.2.2  前向糾錯(FEC)方式                     78
  7.2.3  混合糾錯(HEC)方式                     78
  7.2.4  信息反饋(IRQ)方式                     78  
 7.3  常用檢錯碼                     78
  7.3.1  奇偶校驗碼                     78
  7.3.2  恒比碼                     79
  7.3.3  矩陣校驗碼                     80
  7.3.4  正反碼                     80
  7.3.5  線性分組碼                     81  
 7.4  循環(huán)碼                     82
  7.4.1  循環(huán)碼的基本概念                     82
  7.4.2  循環(huán)碼的編碼和譯碼                     84  
 7.5  卷積碼                     86
  7.5.1  基本原理                     86
  7.5.2  編碼和譯碼                     87  
 本章小結                     88  
 習題與思考                     89
第8章  數據鏈路傳輸控制規(guī)程                     90  
 8.1  數據鏈路層的功能及傳輸控制規(guī)程的功能與分類                     90
  8.1.1  數據鏈路層的功能                     90
  8.1.2  傳輸控制規(guī)程的主要功能與分類                     91  
 8.2  面向字符的傳輸控制規(guī)程                     92
  8.2.1  IBM的BSC規(guī)程簡介                     92
  8.2.2  控制字符                     92
  8.2.3  幀格式                     94
  8.2.4  數據的透明性與同步                     96
  8.2.5  數據鏈路結構及建立                     97  
 8.3  面向比特的傳輸控制規(guī)程                     99
  8.3.1  HDLC數據鏈路控制規(guī)程                     99
  8.3.2  HDLC的幀結構                     101
  8.3.3  HDLC幀類型和功能                     103
  8.3.4  HDLC操作規(guī)程                     106  
 本章小結                     108  
 習題與思考                     108
第2篇  短距離通信技術
第9章  短距離有線通信技術                     110  
 9.1  數據終端間的通信及接口特性                     110  
 9.2  EIA RS-232C                     111
  9.2.1  特性功能                     111
  9.2.2  RS-232C的短距離通信技術                     115  
 9.3  RS系列接口及各種串行接口性能比較                     116
  9.3.1  RS-422A、 RS-423及RS-485                     116
  9.3.2  各種串行接口性能比較                     117  
 9.4  USB串行總線及其應用                     118
  9.4.1  USB串行總線的特點                     118
  9.4.2  USB總線體系結構                     120
  9.4.3  USB系統在物聯網中的應用                     121
  9.4.4  IEEE-1394接口                     122  
 9.5  CAN總線                     123
  9.5.1  CAN總線的特點                     123
  9.5.2  CAN總線網絡層次與通信協議                     124  
 本章小結                     129  
 習題與思考                     129
第10章  短距離無線通信技術                     131  
 10.1  藍牙技術                     131
  10.1.1  藍牙發(fā)展現狀與技術特點                     131
  10.1.2  藍牙系統的構成及工作原理                     133
  10.1.3  藍牙協議體系                     138
  10.1.4  藍牙的物聯網應用案例                     141  
 10.2  紅外通信技術                     142
  10.2.1  紅外通信的基本原理                     143
  10.2.2  紅外通信標準與協議                     144
  10.2.3  紅外接口器件                     148
  10.2.4  紅外通信系統在智能電網中的應用                     149  
 10.3  超寬帶無線通信技術                     151
  10.3.1  超寬帶無線通信的概念及特點                     151
  10.3.2  超寬帶無線通信的頻譜規(guī)范及相關標準                     154
  10.3.3  超寬帶無線通信的基本原理                     154
  10.3.4  UWB典型信道模型                     157
  10.3.5  UWB的應用                     159  
 本章小結                     161  
 習題與思考                     161
第3篇  無線傳感器網絡
第11章  概述                     164  
 11.1  無線傳感器網絡的概念與特點                     164  
 11.2  無線傳感器網絡的關鍵技術與應用難點                     167
  11.2.1  WSN的關鍵技術                     167
  11.2.2  物聯網中無線傳感器網絡應用的難點                     168  
 本章小結                     169   
 習題與思考                     169
第12章  IEEE802.15.4及ZigBee協議規(guī)范                     170  
 12.1  IEEE802.15.4標準                     170
  12.1.1  IEEE802.15.4主要性能                     170
  12.1.2  IEEE802.15.4物理層                     171
  12.1.3  MAC層                     172  
 12.2  ZigBee協議規(guī)范                     175
  12.2.1  數據鏈路層與物理層和MAC層                     176
  12.2.2  網絡層                     177
  12.2.3  應用規(guī)范                     179  
 本章小結                     180  
 習題與思考                     180
第13章  無線傳感器網絡的路由協議                     182  
 13.1  WSN路由協議的特點和性能指標                     182
  13.1.1  WSN路由協議的特點                     182
  13.1.2  WSN路由協議的性能指標及分類                     183  
 13.2  能量感知路由                     184
  13.2.1  能量路由                     184
  13.2.2  能量多路徑路由                     185  
 13.3  查詢路由                     187
  13.3.1  定向擴散路由                     187
  13.3.2  謠傳路由                     188  
 13.4  地理位置路由                     190  
 13.5  可靠路由協議                     192
  13.5.1  不相交的多路徑路由機制                     192
  13.5.2  ReInForM路由                     193
  13.5.3  SPEED協議                     195  
 本章小結                     197  
 習題與思考                     198
第14章  WSN的MAC協議                     199  
 14.1  基于競爭的MAC協議                     199
  14.1.1  IEEE802.11 MAC協議                     199
  14.1.2  S-MAC協議                     202
  14.1.3  T-MAC協議                     204  
 14.2  基于時分復用的MAC協議                     207
  14.2.1  基于分簇網絡的MAC協議                     207
  14.2.2  DEANA協議                     208
  14.2.3  TRAMA協議                     208  
 本章小結                     212  
 習題與思考                     212
第15章  WSN的拓撲控制                     214  
 15.1  功率控制                     214
  15.1.1  基于節(jié)點度的算法                     215
  15.1.2  基于鄰近圖的算法                     216  
 15.2  層次型拓撲結構控制                     217
  15.2.1  LEACH算法                     217
  15.2.2  GAF算法                     219  
 15.3  啟發(fā)機制                     221
  15.3.1  STEM算法                     221
  15.3.2  ASCENT算法                     222  
 本章小結                     223  
 習題與思考                     224
第16章  WSN的節(jié)點定位                     225  
 16.1  節(jié)點定位的概念及基本原理                     225
  16.1.1  定位的幾個相關概念                     225
  16.1.2  節(jié)點定位的基本原理                     226
  16.1.3  定位算法的分類                     228  
 16.2  距離定位                     228
  16.2.1  TOA定位                     229
  16.2.2  TDOA定位                     229
  16.2.3  AOA定位                     230
  16.2.4  RSSI定位                     231  
 16.3  距離無關的定位算法                     233
  16.3.1  質心算法                     233
  16.3.2  DV-Hop算法                     234
  16.3.3  其他距離無關的定位算法                     235  
 本章小結                     236  
 習題與思考                     236
第4篇  通信網及其交換技術
第17章  通信網概念及其發(fā)展                     238  
 17.1  通信網概述                     238
  17.1.1  通信網的基本概念                     238
  17.1.2  通信網的分層結構                     241
  17.1.3  通信網的分類及通信網的質量要求                     244  
 17.2  通信技術的發(fā)展趨勢                     244  
 本章小結                     246  
 習題與思考                     247
第18章  電話網與SDH傳輸網                     248  
 18.1  電話網的組成結構                     248  
 18.2  PDH數字傳輸系統                     249
  18.2.1  時分復用技術與同步                     249
  18.2.2  數字復接技術                     251
  18.2.3  同步復接與異步復接                     254  
 18.3  SDH數字傳輸系統                     255
  18.3.1  SDH的基本概念及其特點                     255
  18.3.2  SDH的節(jié)點接口、 速率和幀結構                     257
  18.3.3  SDH的基本復用映射結構                     259  
 本章小結                     261  
 習題與思考                     262
第19章  程控交換與ISDN                     263  
 19.1  數字程控交換技術                     263
  19.1.1  程控交換的基本概念                     263
  19.1.2  數字交換網絡的基本結構和工作原理                     264
  19.1.3  數字程控交換機的組成                     269
  19.1.4  呼叫處理過程                     274  
 19.2  信令系統及No.7信令                     277
  19.2.1  信令系統                     278
  19.2.2  信令方式                     279
  19.2.3  No.7信令系統                     282  
 19.3  綜合業(yè)務數字網                     285
  19.3.1  綜合業(yè)務數字網的演化及其概念與特點                     285
  19.3.2  ISDN網絡功能體系結構                     286
  19.3.3  ISDN用戶—網絡接口                     287
  19.3.4  ISDN的信道類型與接口結構                     289  
 本章小結                     290  
 習題與思考                     290
第20章  數據通信網與數據通信交換技術                     292  
 20.1  數據通信網與計算機通信網                     292  
 20.2  數據交換                     293
  20.2.1  數據交換方式                     293
  20.2.2  報文交換                     294
  20.2.3  分組交換                     295
  20.2.4  分組傳輸方式                     298
  20.2.5  幀方式交換                     300  
 20.3  數據通信網                     300
  20.3.1  數據通信網的分類                     300
  20.3.2  分組交換網                     301
  20.3.3  分組交換網的路由選擇                     303
  20.3.4  數據報與虛電路方式的路由選擇                     306
  20.3.5  分組交換流量控制                     307  
 20.4  幀中繼網                     310
  20.4.1  幀中繼的基本概念與特點                     310
  20.4.2  幀中繼網絡結構和協議及應用                     311  
 20.5  數字數據網（DDN）                     313  
 20.6  ATM通信網                     314
  20.6.1  ATM的基本原理                     315
  20.6.2  ATM協議參考模型                     317
  20.6.3  ATM交換技術                     319  
 本章小結                     322  
 習題與思考                     322
第21章  IP通信及IP通信網                     324  
 21.1  TCP/IP協議                     324
  21.1.1  TCP/IP模型及各層功能                     324
  21.1.2  IP及輔助協議                     325
  21.1.3  TCP和UDP協議                     332  
 21.2  IPv6 簡介                     339
  21.2.1  IPv4存在的問題及IPv6的特點                     339
  21.2.2  IPv6數據報格式                     340
  21.2.3  IPv6地址體系結構                     341  
 21.3  路由器與IP通信的路由選擇協議                     343
  21.3.1  路由器                     343
  21.3.2  IP通信的路由選擇協議                     345  
 本章小結                     346  
 習題與思考                     347
第5篇  無線移動通信技術
第22章  傳播特性及多址技術                     350  
 22.1  無線電波傳播的方式及其特點                     350
  22.1.1  無線電波的邊界效應                     350
  22.1.2  無線電波傳播的方式                     350
  22.1.3  無線電波傳播的特點                     351  
 22.2  無線電波的傳播損耗及效應                     352
  22.2.1  路徑衰耗與慢衰落                     352
  22.2.2  傳輸效應                     353  
 22.3  傳播路徑損耗模型                     354
  22.3.1  自由空間傳播模型                     354
  22.3.2  室外傳播模型                     355
  22.3.3  室內傳播模型                     356  
 22.4  無線通信中的多址技術                     356
  22.4.1  頻分多址與時分多址技術                     357
  22.4.2  碼分多址技術                     357
  22.4.3  空分多址技術及隨機接入多址技術                     358  
 22.5  無線抗衰落及抗干擾技術                     359
  22.5.1  分集技術                     359
  22.5.2  多用戶檢測技術                     360
  22.5.3  多載波傳輸技術                     360  
 本章小結                     362  
 習題與思考                     362
第23章  移動通信總體結構及相關概念                     363  
 23.1  移動通信的概念和發(fā)展過程                     363
  23.1.1  移動通信的概念及其特點                     363
  23.1.2  移動通信的發(fā)展過程                     364  
 23.2  移動通信的組網技術                     365
  23.2.1  移動通信網的體制                     365
  23.2.2  移動通信網的覆蓋方式                     367
  23.2.3  蜂窩網無線區(qū)群的組成                     368  
 本章小結                     368  
 習題與思考                     369
第24章  GSM數字蜂窩移動通信系統                     370  
 24.1  GSM數字蜂窩移動通信系統結構及其接口                     370
  24.1.1  系統結構及其組成                     370
  24.1.2  GSM網絡接口                     374
  24.1.3  GSM移動通信的信道結構                     378
  24.1.4  頻率資源管理與頻率有效利用                     379
  24.1.5  多址接入的容量                     381  
 24.2  GSM移動通信的交換技術及業(yè)務                     383
  24.2.1  通信呼叫建立過程                     383
  24.2.2  越區(qū)切換                     384
  24.2.3  GSM移動通信系統的業(yè)務                     385  
 24.3  GSM移動通信系統的無線傳輸                     388
  24.3.1  TDMA/FDMA接入方式                     388
  24.3.2  信道及其組合                     389  
 24.4  GSM移動通信的接續(xù)                     394
  24.4.1  移動臺開機、 小區(qū)選擇、 位置登記及更新                     394
  24.4.2  通信鏈路的建立、 初始信息發(fā)送、 鑒權及加密                     396
  24.4.3  位置更新過程及通信鏈路的釋放                     397
  24.4.4  移動臺的主叫、 被叫流程                     398
  24.4.5  切換進程                     400  
 本章小結                     402  
 習題與思考                     403
第25章  CDMA數字蜂窩移動通信                     404  
 25.1  擴頻通信原理                     404
  25.1.1  擴頻理論基礎                     404
  25.1.2  直接序列擴頻                     405  
 25.2  CDMA數字蜂窩移動通信結構                     406
  25.2.1  CDMA數字蜂窩移動通信系統的構成                     406
  25.2.2  CDMA系統的接口、 信令及相關參數                     407
  25.2.3  CDMA系統的邏輯信道                     409  
 25.3  CDMA正向信道                     411
  25.3.1  正向信道的組成                     411
  25.3.2  正向控制信道                     416
  25.3.3  正向CDMA業(yè)務信道                     418  
 25.4  CDMA反向信道                     422
  25.4.1  反向信道的組成                     422
  25.4.2  接入信道                     425
  25.4.3  反向業(yè)務信道                     427  
 25.5  CDMA系統功率控制                     428
  25.5.1  正向鏈路的功率控制                     428
  25.5.2  反向鏈路的功率控制                     429  
 25.6  CDMA系統的切換                     430  
 25.7  CDMA位置登記及呼叫處理                     432
  25.7.1  登記注冊                     432
  25.7.2  呼叫處理                     434  
 本章小結                     436  
 習題與思考                     436
第26章  第三代移動通信系統                     437  
 26.1  第三代移動通信系統簡介                     437
  26.1.1  概述                     437
  26.1.2  第三代移動通信系統的特點                     437
  26.1.3  3G參數                     438  
 26.2  WCDMA                     439
  26.2.1  UMTS與WCDMA                     439
  26.2.2  WCDMA系統的組成                     440
  26.2.3  接口                     442  
 26.3  CDMA2000                     442
  26.3.1  CDMA2000的特點                     442
  26.3.2  CDMA2000系統的結構                     445
  26.3.3  CDMA2000的主要接口                     445
  26.3.4  空中接口的分層結構                     446
  26.3.5  CDMA2000的信道分配                     447  
 26.4  TD-SCDMA                     449
  26.4.1  TD-SCDMA的特點及其空中接口參數                     449
  26.4.2  TD-SCDMA網絡結構                     450
  26.4.3  系統信道                     451  
 26.5  WiMAX                     453
  26.5.1  WiMAX標準                     453
  26.5.2  WiMAX技術特點                     454
  26.5.3  WiMAX網絡架構                     454
  26.5.4  網絡接口                     456  
 本章小結                     457  
 習題與思考                     458
參考文獻                     459