物聯網與短距離無線通信技術（第3版）

目 錄
第1章 概述 1
1.1　物聯網概述 1
1.1.1　物聯網的概念 1
1.1.2　物聯網的發展 2
1.1.3　物聯網的系統結構 4
1.1.4　物聯網的關鍵技術 6
1.2　物聯網通信 9
1.2.1　移動通信 10
1.2.2　寬帶無線接入 13
1.2.3　短距離無線通信 18
1.2.4　無線傳感器網絡 19
1.3　短距離無線通信技術概覽 21
1.3.1　藍牙 21
1.3.2　Wi-Fi 23
1.3.3　IrDA 24
1.3.4　ZigBee 24
1.3.5　RFID 25
1.3.6　NFC 26
1.3.7　UWB 27
1.3.8　60 GHz技術與太赫茲無線通信技術 28
1.3.9　Z-Wave 28
1.3.10　小結 29
1.4　本章小結 30
思考與練習 31
第2章 藍牙無線通信技術 32
2.1　藍牙技術概述 32
2.1.1　藍牙技術發展概況 32
2.1.2　藍牙的技術特點 33
2.1.3　藍牙系統組成 35
2.2　藍牙協議體系結構 36
2.2.1　藍牙核心協議 37
2.2.2　電纜替換協議（RFCOMM） 40
2.2.3　電話傳送控制協議 40
2.2.4　選用協議 40
2.2.5　主機控制器接口（HCI）功能規範 41
2.3　藍牙協議子集及應用規範 42
2.3.1　通用接入協議子集 42
2.3.2　串口協議子集 44
2.3.3　服務發現應用協議子集 46
2.4　藍牙組網與藍牙路由機制 47
2.4.1　藍牙網絡拓撲結構 47
2.4.2　藍牙路由機制 47
2.5　藍牙技術的應用 50
2.6　本章小結 52
思考與練習 53
第3章 ZigBee無線通信技術 54
3.1　ZigBee技術概述 54
3.1.1　ZigBee發展概況 54
3.1.2　ZigBee技術的特點 55
3.1.3　ZigBee的應用目標 56
3.2　ZigBee協議棧 57
3.2.1　ZigBee協議架構及其特點 57
3.2.2　ZigBee協議棧體系安全 61
3.2.3　安全密鑰 63
3.3　ZigBee組網技術 63
3.3.1　ZigBee網絡層 63
3.3.2　ZigBee網絡節點的結構 63
3.3.3　組建網絡 64
3.4　ZigBee路由協議分析 65
3.4.1　網絡層地址分配機制 65
3.4.2　ZigBee的路由協議 66
3.5　基於ZigBee的無線傳感器網絡 67
3.5.1　基於ZigBee的無線傳感器網絡的結構 68
3.5.2　基於ZigBee的無線傳感器網絡的工作模式 69
3.6　ZigBee的應用 70
3.7　本章小結 74
思考與練習 75
第4章 WLAN無線通信技術 76
4.1 WLAN概述 76
4.1.1 WLAN的技術標準 76
4.1.2 WLAN的技術特點 79
4.1.3 WLAN的網絡拓撲結構 80
4.2 WLAN的物理層技術 81
4.2.1 IEEE 802.11 81
4.2.2 IEEE 802.11b 82
4.2.3 IEEE 802.11a/g 83
4.2.4 IEEE 802.11n 84
4.2.5 IEEE 802.11ac 84
4.2.6 IEEE 802.11ax 84
4.3 WLAN的MAC層技術 85
4.3.1 CSMA/CA 86
4.3.2 DCF與PCF 86
4.3.3 MLO 87
4.4 WLAN網絡安全技術 88
4.4.1 鏈路認證 88
4.4.2 WLAN的數據加密 88
4.4.3 密鑰管理及身份認證 91
4.5 WLAN的應用及其與其他技術的比較 93
4.5.1 WLAN的應用 93
4.5.2 WLAN與其他技術的比較 95
4.6 本章小結 97
思考與練習 98
第5章 IrDA無線通信技術 99
5.1 IrDA概述 99
5.1.1 IrDA的技術特點 99
5.1.2 IrDA的發展概述 100
5.2 IrDA技術標準 101
5.2.1 紅外物理層（IrPHY）規範 101
5.2.2 紅外鏈路建立協議（IrLAP）層 104
5.3 基於IrDA協議棧的紅外通信 105
5.3.1 IrDA協議棧 105
5.3.2 核心協議層 106
5.3.3 可選協議層 109
5.4 IrDA的應用 110
5.5 本章小結 111
思考與練習 111
第6章 RFID無線通信技術 112
6.1 RFID基礎 112
6.1.1 射頻基礎 112
6.1.2 自動識別技術概述 115
6.2 RFID的基本原理 119
6.2.1 RFID的工作原理 119
6.2.2 RFID系統的組成 121
6.2.3 RFID技術的特點 124
6.2.4 RFID技術的標準 124
6.3 RFID的關鍵技術 126
6.3.1 RFID系統的天線 126
6.3.2 防碰撞技術 129
6.3.3 安全與隱私問題 131
6.4 RFID技術的應用 133
6.4.1 RFID技術的應用背景 134
6.4.2 RFID技術的重要參數 134
6.4.3 RFID技術的典型應用 135
6.4.4 RFID技術和發展趨勢 136
6.5 本章小結 137
思考與練習 137
第7章 NFC無線通信技術 138
7.1 NFC概述 138
7.1.1 NFC的概念 138
7.1.2 NFC的發展 139
7.1.3 NFC的技術特點 140
7.2 NFC的技術原理 141
7.2.1 工作原理 141
7.2.2 技術標準 142
7.2.3 工作模式 144
7.3 NFC的安全問題 146
7.3.1 鏈路層安全 146
7.3.2 應用層安全 147
7.4 NFC的應用與發展前景 148
7.4.1 NFC的應用 148
7.4.2 NFC的發展前景 150
7.5 本章小結 151
思考與練習 151
第8章 UWB無線通信技術 152
8.1 UWB技術概述 152
8.1.1 UWB技術的產生與發展 152
8.1.2 UWB的技術特點 154
8.1.3 UWB的信道傳播特征 155
8.2 UWB的關鍵技術 156
8.2.1 UWB的脈沖成形技術 156
8.2.2 UWB的調制與多址技術 158
8.2.3 UWB接收器的關鍵技術 159
8.3 UWB系統方案 161
8.3.1 單頻帶UWB系統 162
8.3.2 多頻帶UWB系統 163
8.4 UWB技術的標準化 164
8.5 UWB技術的應用及研究方向 164
8.5.1 UWB技術的應用 164
8.5.2 UWB的研究方向 166
8.6 本章小結 167
思考與練習 168
第9章 60 GHz和太赫茲無線通信技術 169
9.1 60 GHz無線通信技術概述 170
9.1.1 60 GHz無線通信技術的特點 170
9.1.2 60 GHz無線通信的優勢 172
9.1.3 60 GHz無線通信技術的發展現狀 173
9.2 60 GHz無線通信的標準化 176
9.2.1 標準化概況 176
9.2.2 IEEE 802.15.3c標準簡介 177
9.2.3 ECMA-387簡介 180
9.3 60 GHz無線通信關鍵技術 180
9.4 60 GHz無線通信的應用 182
9.5 THz無線通信技術概述 184
9.5.1 THz無線通信技術發展概況 184
9.5.2 THz無線通信技術的特點 185
9.6 THz無線通信的關鍵技術 186
9.6.1 THz固態超外差接收器 186
9.6.2 THz波調制器 187
9.6.3 THz天線 187
9.6.4 THz信道建模與信道估計 189
9.6.5 THz波束成形和波束跟蹤 189
9.6.6 THz智能表面 190
9.7 THz無線通信技術的應用場景 191
9.7.1 THz無線通信技術在B5G/6G移動通信網絡中的應用 191
9.7.2 THz無線通信技術在無線數據中心中的應用 192
9.7.3 THz無線通信技術在空間通信網絡中的應用 193
9.8 本章小結 193
思考與練習 194
第10章 可見光通信技術 195
10.1　可見光通信概述 195
10.1.1　可見光通信的基本原理 195
10.1.2　可見光通信的性質 196
10.1.3　可見光通信的發展現狀 197
10.2　短距離可見光通信的標準化 199
10.2.1　VLC光譜與網絡結構 199
10.2.2　物理層 200
10.2.3　媒介訪問控制（MAC）層 201
10.3　可見光通信的關鍵技術 201
10.3.1　信道建模 202
10.3.2　陣列光源的布局設計 202
10.3.3　信道編碼技術 202
10.3.4　調制復用技術 203
10.3.5　均衡技術 203
10.3.6　分集接收技術 203
10.4　可見光通信的應用 204
10.5　本章小結 207
思考與練習 207
第11章 Ad hoc網絡無線通信技術 208
11.1　Ad hoc網絡概述 208
11.1.1　Ad hoc網絡的起源與發展 208
11.1.2　Ad hoc網絡的特點 209
11.1.3　Ad hoc網絡的體系結構 210
11.1.4　Ad hoc網絡的關鍵技術 212
11.2　Ad hoc網絡的MAC層協議 213
11.2.1　信道接入的公平性 214
11.2.2　隱藏終端與暴露終端問題 214
11.2.3　MAC層協議中的跨層設計 216
11.2.4　節能MAC層協議 216
11.2.5　MAC層協議的QoS保證 217
11.3　Ad hoc網絡的路由協議 218
11.3.1　Ad hoc網絡的單播路由協議 218
11.3.2　Ad hoc網絡的多播路由協議 221
11.4　Ad hoc網絡的QoS研究 222
11.4.1　QoS概述 222
11.4.2　Ad hoc網絡的QoS服務模型 225
11.4.3　Ad hoc網絡的QoS信令 225
11.5　Ad hoc網絡的應用 226
11.5.1　Ad hoc網絡的應用領域 226
11.5.2　無線自組織傳感網絡 227
11.5.3　車載Ad hoc網絡 228
11.5.4　無人機Ad hoc網絡 229
11.6　本章小結 231
思考與練習 232
參考文獻 233