物联网通信技术
作者：曾宪武 编著
出版时间：2014年版
内容简介
物联网是互联网的发展与延伸，物联网中所采用的通信技术以承载数据为主。作为数据通信的承载网络，物联网的通信技术具有非常丰富的技术内涵，包含传输、 交换、 有线、 无线、 移动等通信技术的多个方面。本书以物联网的三层结构为主线，以感知控制层、 汇聚层及网络传输层所需的通信承载网为线索，以数据通信基础为前提，讲述了短距离通信技术、 无线传感器网络、 通信网及其交换技术及无线移动通信技术。本书分为5篇，共27章。第1篇为数据通信基础，全面讲述了数据通信的基本原理，是学习物联网通信技术的基础；第2篇为短距离通信技术，其内容包括各种接口及总线技术以及蓝牙、 红外、 超宽带技术；第3篇为无线传感器网络，它是狭义上的物联网的主要组成部分，也是狭义上的物联网通信技术；第4篇为通信网及其交换技术，讲述了通信网、 传输复用技术及其交换技术；第5篇为无线移动通信技术，以现有的2G技术为主，介绍了四种3G技术，为学习物联网的移动互联打下良好的基础。本书可作为物联网工程专业的本科生教材，也可作为相近专业的本科生与研究生教材。
目录
第0章 概述 1
0.1 物联网框架结构 1
0.2 物联网通信系统 2
0.2.1 物联网通信系统基本结构 2
0.2.2 感知控制层与网络传输层通信系统 3
0.2.3 物联网通信技术的发展 4
本章小结 6
习题与思考 7
第1篇 数据通信基础
第1章 通信的基本模型与概念 10
1.1 通信系统模型 10
1.2 模拟通信与数字通信系统模型 10
1.3 通信系统的分类及通信方式 12
1.3.1 通信系统分类 12
1.3.2 通信方式 14
1.4 信息及信息量 15
1.5 数据通信系统中的主要性能指标 17
1.5.1 传输速率 17
1.5.2 差错率 18
1.5.3 信噪比 18
本章小结 18
习题与思考 19
第2章 数据通信基础理论 20
2.1 数据信号分析基础 20
2.1.1 时域分析 20
2.1.2 频域分析 21
2.1.3 傅里叶分析 22
2.2 数据率与频带的关系 23
2.3 交换技术 23
2.3.1 电路交换 24
2.3.2 报文交换 24
2.3.3 分组交换 24
本章小结 25
习题与思考 26
第3章 数据通信中的信道 27
3.1 信道模型及其分类 27
3.1.1 信道模型 27
3.1.2 信道分类 27
3.2 信道容量 29
3.2.1 离散信道的信道容量 29
3.2.2 连续信道的信道容量 30
3.3 有线信道 30
3.3.1 双绞线 31
3.3.2 同轴电缆 31
3.3.3 光纤 32
3.4 无线信道 33
本章小结 34
习题与思考 35
第4章 信源编码 36
4.1 抽样与量化 36
4.1.1 抽样及抽样定理 36
4.1.2 抽样定理 37
4.1.3 量化 38
4.2 脉冲编码调制(PCM) 42
4.2.1 PCM通信系统 42
4.2.2 二进制PCM编码 43
4.3 增量调制(ΔM) 45
本章小结 47
习题与思考 48
第5章 数字基带传输 49
5.1 数字基带信号的波形与编码原则 49
5.1.1 数字基带信号的波形 49
5.1.2 数字基带信号的编码原则 51
5.2 数字基带传输系统 51
5.2.1 数字基带传输系统概述 51
5.2.2 均衡技术 52
5.2.3 眼图 54
本章小结 56
习题与思考 56
第6章 数字调制系统 58
6.1 调制与数字基带信号的调制原理 58
6.1.1 调制解调的基本原理 58
6.1.2 数字调制系统的基本原理 59
6.2 数字振幅调制 60
6.2.1 2ASK 60
6.2.2 多进制振幅调制 62
6.3 数字频率调制 63
6.3.1 2FSK移频键控的基本原理 63
6.3.2 2FSK调制的实现方法 64
6.3.3 2FSK的解调 65
6.3.4 2FSK的特点 67
6.4 数字相位调制 68
6.4.1 二进制绝对移相调制(2PSK) 68
6.4.2 二相相对移相调制(2DPSK) 70
本章小结 72
习题与思考 73
第7章 差错控制技术 74
7.1 差错控制技术概述 74
7.1.1 差错控制的基本原理 74
7.1.2 差错控制编码的特性与能力 75
7.2 差错控制方法 76
7.2.1 自动请求重发(ARQ)方式 77
7.2.2 前向纠错(FEC)方式 78
7.2.3 混合纠错(HEC)方式 78
7.2.4 信息反馈(IRQ)方式 78
7.3 常用检错码 78
7.3.1 奇偶校验码 78
7.3.2 恒比码 79
7.3.3 矩阵校验码 80
7.3.4 正反码 80
7.3.5 线性分组码 81
7.4 循环码 82
7.4.1 循环码的基本概念 82
7.4.2 循环码的编码和译码 84
7.5 卷积码 86
7.5.1 基本原理 86
7.5.2 编码和译码 87
本章小结 88
习题与思考 89
第8章 数据链路传输控制规程 90
8.1 数据链路层的功能及传输控制规程的功能与分类 90
8.1.1 数据链路层的功能 90
8.1.2 传输控制规程的主要功能与分类 91
8.2 面向字符的传输控制规程 92
8.2.1 IBM的BSC规程简介 92
8.2.2 控制字符 92
8.2.3 帧格式 94
8.2.4 数据的透明性与同步 96
8.2.5 数据链路结构及建立 97
8.3 面向比特的传输控制规程 99
8.3.1 HDLC数据链路控制规程 99
8.3.2 HDLC的帧结构 101
8.3.3 HDLC帧类型和功能 103
8.3.4 HDLC操作规程 106
本章小结 108
习题与思考 108
第2篇 短距离通信技术
第9章 短距离有线通信技术 110
9.1 数据终端间的通信及接口特性 110
9.2 EIA RS-232C 111
9.2.1 特性功能 111
9.2.2 RS-232C的短距离通信技术 115
9.3 RS系列接口及各种串行接口性能比较 116
9.3.1 RS-422A、 RS-423及RS-485 116
9.3.2 各种串行接口性能比较 117
9.4 USB串行总线及其应用 118
9.4.1 USB串行总线的特点 118
9.4.2 USB总线体系结构 120
9.4.3 USB系统在物联网中的应用 121
9.4.4 IEEE-1394接口 122
9.5 CAN总线 123
9.5.1 CAN总线的特点 123
9.5.2 CAN总线网络层次与通信协议 124
本章小结 129
习题与思考 129
第10章 短距离无线通信技术 131
10.1 蓝牙技术 131
10.1.1 蓝牙发展现状与技术特点 131
10.1.2 蓝牙系统的构成及工作原理 133
10.1.3 蓝牙协议体系 138
10.1.4 蓝牙的物联网应用案例 141
10.2 红外通信技术 142
10.2.1 红外通信的基本原理 143
10.2.2 红外通信标准与协议 144
10.2.3 红外接口器件 148
10.2.4 红外通信系统在智能电网中的应用 149
10.3 超宽带无线通信技术 151
10.3.1 超宽带无线通信的概念及特点 151
10.3.2 超宽带无线通信的频谱规范及相关标准 154
10.3.3 超宽带无线通信的基本原理 154
10.3.4 UWB典型信道模型 157
10.3.5 UWB的应用 159
本章小结 161
习题与思考 161
第3篇 无线传感器网络
第11章 概述 164
11.1 无线传感器网络的概念与特点 164
11.2 无线传感器网络的关键技术与应用难点 167
11.2.1 WSN的关键技术 167
11.2.2 物联网中无线传感器网络应用的难点 168
本章小结 169
习题与思考 169
第12章 IEEE802.15.4及ZigBee协议规范 170
12.1 IEEE802.15.4标准 170
12.1.1 IEEE802.15.4主要性能 170
12.1.2 IEEE802.15.4物理层 171
12.1.3 MAC层 172
12.2 ZigBee协议规范 175
12.2.1 数据链路层与物理层和MAC层 176
12.2.2 网络层 177
12.2.3 应用规范 179
本章小结 180
习题与思考 180
第13章 无线传感器网络的路由协议 182
13.1 WSN路由协议的特点和性能指标 182
13.1.1 WSN路由协议的特点 182
13.1.2 WSN路由协议的性能指标及分类 183
13.2 能量感知路由 184
13.2.1 能量路由 184
13.2.2 能量多路径路由 185
13.3 查询路由 187
13.3.1 定向扩散路由 187
13.3.2 谣传路由 188
13.4 地理位置路由 190
13.5 可靠路由协议 192
13.5.1 不相交的多路径路由机制 192
13.5.2 ReInForM路由 193
13.5.3 SPEED协议 195
本章小结 197
习题与思考 198
第14章 WSN的MAC协议 199
14.1 基于竞争的MAC协议 199
14.1.1 IEEE802.11 MAC协议 199
14.1.2 S-MAC协议 202
14.1.3 T-MAC协议 204
14.2 基于时分复用的MAC协议 207
14.2.1 基于分簇网络的MAC协议 207
14.2.2 DEANA协议 208
14.2.3 TRAMA协议 208
本章小结 212
习题与思考 212
第15章 WSN的拓扑控制 214
15.1 功率控制 214
15.1.1 基于节点度的算法 215
15.1.2 基于邻近图的算法 216
15.2 层次型拓扑结构控制 217
15.2.1 LEACH算法 217
15.2.2 GAF算法 219
15.3 启发机制 221
15.3.1 STEM算法 221
15.3.2 ASCENT算法 222
本章小结 223
习题与思考 224
第16章 WSN的节点定位 225
16.1 节点定位的概念及基本原理 225
16.1.1 定位的几个相关概念 225
16.1.2 节点定位的基本原理 226
16.1.3 定位算法的分类 228
16.2 距离定位 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 距离无关的定位算法 233
16.3.1 质心算法 233
16.3.2 DV-Hop算法 234
16.3.3 其他距离无关的定位算法 235
本章小结 236
习题与思考 236
第4篇 通信网及其交换技术
第17章 通信网概念及其发展 238
17.1 通信网概述 238
17.1.1 通信网的基本概念 238
17.1.2 通信网的分层结构 241
17.1.3 通信网的分类及通信网的质量要求 244
17.2 通信技术的发展趋势 244
本章小结 246
习题与思考 247
第18章 电话网与SDH传输网 248
18.1 电话网的组成结构 248
18.2 PDH数字传输系统 249
18.2.1 时分复用技术与同步 249
18.2.2 数字复接技术 251
18.2.3 同步复接与异步复接 254
18.3 SDH数字传输系统 255
18.3.1 SDH的基本概念及其特点 255
18.3.2 SDH的节点接口、 速率和帧结构 257
18.3.3 SDH的基本复用映射结构 259
本章小结 261
习题与思考 262
第19章 程控交换与ISDN 263
19.1 数字程控交换技术 263
19.1.1 程控交换的基本概念 263
19.1.2 数字交换网络的基本结构和工作原理 264
19.1.3 数字程控交换机的组成 269
19.1.4 呼叫处理过程 274
19.2 信令系统及No.7信令 277
19.2.1 信令系统 278
19.2.2 信令方式 279
19.2.3 No.7信令系统 282
19.3 综合业务数字网 285
19.3.1 综合业务数字网的演化及其概念与特点 285
19.3.2 ISDN网络功能体系结构 286
19.3.3 ISDN用户—网络接口 287
19.3.4 ISDN的信道类型与接口结构 289
本章小结 290
习题与思考 290
第20章 数据通信网与数据通信交换技术 292
20.1 数据通信网与计算机通信网 292
20.2 数据交换 293
20.2.1 数据交换方式 293
20.2.2 报文交换 294
20.2.3 分组交换 295
20.2.4 分组传输方式 298
20.2.5 帧方式交换 300
20.3 数据通信网 300
20.3.1 数据通信网的分类 300
20.3.2 分组交换网 301
20.3.3 分组交换网的路由选择 303
20.3.4 数据报与虚电路方式的路由选择 306
20.3.5 分组交换流量控制 307
20.4 帧中继网 310
20.4.1 帧中继的基本概念与特点 310
20.4.2 帧中继网络结构和协议及应用 311
20.5 数字数据网（DDN） 313
20.6 ATM通信网 314
20.6.1 ATM的基本原理 315
20.6.2 ATM协议参考模型 317
20.6.3 ATM交换技术 319
本章小结 322
习题与思考 322
第21章 IP通信及IP通信网 324
21.1 TCP/IP协议 324
21.1.1 TCP/IP模型及各层功能 324
21.1.2 IP及辅助协议 325
21.1.3 TCP和UDP协议 332
21.2 IPv6 简介 339
21.2.1 IPv4存在的问题及IPv6的特点 339
21.2.2 IPv6数据报格式 340
21.2.3 IPv6地址体系结构 341
21.3 路由器与IP通信的路由选择协议 343
21.3.1 路由器 343
21.3.2 IP通信的路由选择协议 345
本章小结 346
习题与思考 347
第5篇 无线移动通信技术
第22章 传播特性及多址技术 350
22.1 无线电波传播的方式及其特点 350
22.1.1 无线电波的边界效应 350
22.1.2 无线电波传播的方式 350
22.1.3 无线电波传播的特点 351
22.2 无线电波的传播损耗及效应 352
22.2.1 路径衰耗与慢衰落 352
22.2.2 传输效应 353
22.3 传播路径损耗模型 354
22.3.1 自由空间传播模型 354
22.3.2 室外传播模型 355
22.3.3 室内传播模型 356
22.4 无线通信中的多址技术 356
22.4.1 频分多址与时分多址技术 357
22.4.2 码分多址技术 357
22.4.3 空分多址技术及随机接入多址技术 358
22.5 无线抗衰落及抗干扰技术 359
22.5.1 分集技术 359
22.5.2 多用户检测技术 360
22.5.3 多载波传输技术 360
本章小结 362
习题与思考 362
第23章 移动通信总体结构及相关概念 363
23.1 移动通信的概念和发展过程 363
23.1.1 移动通信的概念及其特点 363
23.1.2 移动通信的发展过程 364
23.2 移动通信的组网技术 365
23.2.1 移动通信网的体制 365
23.2.2 移动通信网的覆盖方式 367
23.2.3 蜂窝网无线区群的组成 368
本章小结 368
习题与思考 369
第24章 GSM数字蜂窝移动通信系统 370
24.1 GSM数字蜂窝移动通信系统结构及其接口 370
24.1.1 系统结构及其组成 370
24.1.2 GSM网络接口 374
24.1.3 GSM移动通信的信道结构 378
24.1.4 频率资源管理与频率有效利用 379
24.1.5 多址接入的容量 381
24.2 GSM移动通信的交换技术及业务 383
24.2.1 通信呼叫建立过程 383
24.2.2 越区切换 384
24.2.3 GSM移动通信系统的业务 385
24.3 GSM移动通信系统的无线传输 388
24.3.1 TDMA/FDMA接入方式 388
24.3.2 信道及其组合 389
24.4 GSM移动通信的接续 394
24.4.1 移动台开机、 小区选择、 位置登记及更新 394
24.4.2 通信链路的建立、 初始信息发送、 鉴权及加密 396
24.4.3 位置更新过程及通信链路的释放 397
24.4.4 移动台的主叫、 被叫流程 398
24.4.5 切换进程 400
本章小结 402
习题与思考 403
第25章 CDMA数字蜂窝移动通信 404
25.1 扩频通信原理 404
25.1.1 扩频理论基础 404
25.1.2 直接序列扩频 405
25.2 CDMA数字蜂窝移动通信结构 406
25.2.1 CDMA数字蜂窝移动通信系统的构成 406
25.2.2 CDMA系统的接口、 信令及相关参数 407
25.2.3 CDMA系统的逻辑信道 409
25.3 CDMA正向信道 411
25.3.1 正向信道的组成 411
25.3.2 正向控制信道 416
25.3.3 正向CDMA业务信道 418
25.4 CDMA反向信道 422
25.4.1 反向信道的组成 422
25.4.2 接入信道 425
25.4.3 反向业务信道 427
25.5 CDMA系统功率控制 428
25.5.1 正向链路的功率控制 428
25.5.2 反向链路的功率控制 429
25.6 CDMA系统的切换 430
25.7 CDMA位置登记及呼叫处理 432
25.7.1 登记注册 432
25.7.2 呼叫处理 434
本章小结 436
习题与思考 436
第26章 第三代移动通信系统 437
26.1 第三代移动通信系统简介 437
26.1.1 概述 437
26.1.2 第三代移动通信系统的特点 437
26.1.3 3G参数 438
26.2 WCDMA 439
26.2.1 UMTS与WCDMA 439
26.2.2 WCDMA系统的组成 440
26.2.3 接口 442
26.3 CDMA2000 442
26.3.1 CDMA2000的特点 442
26.3.2 CDMA2000系统的结构 445
26.3.3 CDMA2000的主要接口 445
26.3.4 空中接口的分层结构 446
26.3.5 CDMA2000的信道分配 447
26.4 TD-SCDMA 449
26.4.1 TD-SCDMA的特点及其空中接口参数 449
26.4.2 TD-SCDMA网络结构 450
26.4.3 系统信道 451
26.5 WiMAX 453
26.5.1 WiMAX标准 453
26.5.2 WiMAX技术特点 454
26.5.3 WiMAX网络架构 454
26.5.4 网络接口 456
本章小结 457
习题与思考 458
参考文献 459