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基于IPv6的家居物联网开发与应用技术
作者：程卫军 著
出版社：人民邮电出版社
出版时间：2020-11-01
ISBN：9787115550330
定价：¥158.00
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内容简介
本书主要针对家居物联网的开发和应用技术进行了介绍，目的是构建一个基于6LoWPAN的嵌入式物联网技术知识架构和开发案例。本书内容分为3个部分。第 一部分包括第1章~第4章，围绕6LoWPAN及其相关技术（IPv6和IEEE802.15.4）进行了详细介绍；第 二部分包括第5章~第7章，主要对Contiki操作系统、协议栈和RPL路由技术的工作原理与过程进行了分析和阐述；第三部分为第8章，给出了一个低功耗的智能家居物联网应用开发案例。本书可供从事物联网研究与开发应用的工程技术人员参考学习和使用，也可作为高等院校电子、通信、物联网、自动化等高年级本科生或研究生的教材。
作者简介
程卫军2004年毕业于北京邮电大学获工学博士学位，2005年—2006年在北京大学信息科学技术学院从事博士后研究工作，自2007年任现职于中 央民族大学信息工程学院，从事电子与通信技术方面的教学和科学研究工作，专业方向为无线通信与嵌入式技术。
目录
第 1章 家居物联网概述1
1．1 物联网发展概述 1
1．1．1 物联网的出现及其概念 1
1．1．2 物联网的体系结构 2
1．1．3 物联网的发展趋势与前景 4
1．2 家居物联网的发展现状 6
1．3 家居物联网的相关技术 9
1．3．1 嵌入式技术 9
1．3．2 无线通信技术 12
1．3．3 计算机网络技术 17
1．3．4 信息感知与处理技术 18
1．4 家居物联网的未来 19
参考文献 21
第 2章 IPv4与IPv6 22
2．1 IPv4 22
2．1．1 IPv4的地址空间 22
2．1．2 IPv4数据报的格式 24
2．1．3 TCP 25
2．1．4 UDP 27
2．2 IPv6 29
2．2．1 IPv6的特征 29
2．2．2 IPv6报头 30
2．2．3 IPv6地址结构 32
2．2．4 IPv6邻居发现 33
2．2．5 IPv6地址无状态自动配置 34
2．3 IPv4的不足与向IPv6过渡的方案 36
2．3．1 IPv4的不足 36
2．3．2 IPv6 over IPv4 37
2．3．3 IPv6 to IPv4 37
2．3．4 IPv4 over IPv6 38
2．3．5 IPv4 to IPv6 39
参考文献 40
第3章 IEEE 802．15．4 41
3．1 IEEE 802．15．4概述 41
3．2 IEEE 802．15．4设备与工作原理 42
3．3 IEEE 802．15．4拓扑结构 43
3．4 IEEE 802．15．4地址 44
3．5 IEEE 802．15．4协议栈 45
3．5．1 物理层 45
3．5．2 MAC层 47
3．6 IEEE 802．15．4帧结构 49
3．6．1 物理层帧结构 49
3．6．2 MAC层帧结构 49
3．7 IEEE 802．15．4的安全服务 51
3．7．1 帧安全 51
3．7．2 安全模式 52
3．8 基于IEEE 802．15．4的ZigBee技术 52
3．8．1 ZigBee发展概述 53
3．8．2 ZigBee协议栈 53
3．8．3 ZigBee数据帧结构 55
3．8．4 ZigBee的应用 56
参考文献 56
第4章 6LoWPAN技术 57
4．1 6LoWPAN概述 57
4．2 6LoWPAN的发展历程 57
4．3 6LoWPAN的结构 59
4．4 6LoWPAN协议栈 60
4．5 6LoWPAN数据帧结构 63
4．6 6LoWPAN头部压缩 64
4．6．1 无状态头部压缩技术 65
4．6．2 基于上下文的头部压缩技术 67
4．7 6LoWPAN分片与重组 71
4．8 6LoWPAN地址自动配置 71
4．9 6LoWPAN路由与转发 72
4．9．1 Mesh Under路由转发 73
4．9．2 Route Over路由转发 75
4．10 6LoWPAN邻居发现协议 76
4．10．1 IPv6邻居发现协议的不足 76
4．10．2 邻居发现协议的优化 77
4．10．3 新的邻居发现选项 78
4．10．4 流程示例 80
4．11 6LoWPAN实例 80
4．12 6LoWPAN与ZigBee 82
参考文献 82
第5章 Contiki操作系统基础 84
5．1 Contiki系统简介 84
5．2 Contiki操作系统的数据结构 86
5．2．1 进程的数据结构 86
5．2．2 事件的数据结构 90
5．2．3 timer的数据结构 92
5．3 最简应用实例 96
5．3．1 进程开发规范 96
5．3．2 进程框架分析 98
5．3．3 进程的启动、调用和退出过程 101
5．4 系统的调度 113
5．4．1 进程和事件的调度 113
5．4．2 etimer的分析 116
5．5 进程间通信 122
5．5．1 基于用户事件的进程间通信 122
5．5．2 进程间通信与中断的关系 125
参考文献 127
第6章 Contiki协议栈 128
6．1 Contiki的网络协议栈 128
6．1．1 Contiki网络协议栈的系统结构 128
6．1．2 基本数据结构 133
6．2 Rime的结构与实现 141
6．2．1 Rime的结构 141
6．2．2 匿名广播abc的实现 147
6．2．3 polite广播的实现 149
6．3 uIP的结构与实现 150
6．3．1 uIP的结构和接口 150
6．3．2 uIP的分析 153
6．3．3 raw API应用实例和响应函数模板 156
6．3．4 Protosocket模型的uIP实现 159
参考文献 170
第7章 RPL路由协议及Cooja仿真 171
7．1 RPL路由协议概述 171
7．2 RPL路由协议的发展背景 171
7．3 RPL路由协议的基本概念 172
7．3．1 RPL路由协议的基本术语 172
7．3．2 RPL控制消息的功能模块 175
7．4 RPL路由协议的工作原理 179
7．5 RPL路由协议的建立过程 180
7．5．1 上行路由的建立 180
7．5．2 下行路由的建立 183
7．6 RPL路由协议的功能机制 183
7．6．1 Trickle机制 183
7．6．2 修复机制 184
7．6．3 安全机制 184
7．6．4 RPL通信模式 185
7．7 RPL路由协议的目标函数与度量 185
7．7．1 目标函数 185
7．7．2 路由度量 186
7．8 Cooja仿真器 188
7．8．1 Cooja的启动及使用 189
7．8．2 运行一个仿真实例 193
7．9 RPL在Contiki中的实例及仿真 199
7．9．1 RPL的主要函数 199
7．9．2 RPL-UDP Server文件 204
7．9．3 RPL-UDP Client 205
7．9．4 仿真及分析 207
参考文献 209
第8章 基于6LoWPAN的低功耗家居物联网应用 211
8．1 概述 211
8．1．1 智能家居物联网应用系统结构 211
8．1．2 智能家居系统的功能要求 213
8．2 低功耗节点的实现 215
8．2．1 低功耗照明感知节点的实现 215
8．2．2 全功能照明开关节点的实现 228
8．2．3 温度采集节点的实现 231
8．2．4 体重采集节点的实现 237
8．3 边缘节点的实现 243
8．3．1 中心控制器和边缘节点的软硬件结构 243
8．3．2 WSN节点地址 244
8．3．3 SLIP简介 245
8．3．4 SLIP程序分析 245
8．3．5 边缘网关节点程序实现 251
8．4 网络通信测试 257
8．4．1 SLIP测试 257
8．4．2 服务器监控程序测试 258
8．4．3 运行测试 260
参考文献 260
1．1 物联网发展概述 1
1．1．1 物联网的出现及其概念 1
1．1．2 物联网的体系结构 2
1．1．3 物联网的发展趋势与前景 4
1．2 家居物联网的发展现状 6
1．3 家居物联网的相关技术 9
1．3．1 嵌入式技术 9
1．3．2 无线通信技术 12
1．3．3 计算机网络技术 17
1．3．4 信息感知与处理技术 18
1．4 家居物联网的未来 19
参考文献 21
第 2章 IPv4与IPv6 22
2．1 IPv4 22
2．1．1 IPv4的地址空间 22
2．1．2 IPv4数据报的格式 24
2．1．3 TCP 25
2．1．4 UDP 27
2．2 IPv6 29
2．2．1 IPv6的特征 29
2．2．2 IPv6报头 30
2．2．3 IPv6地址结构 32
2．2．4 IPv6邻居发现 33
2．2．5 IPv6地址无状态自动配置 34
2．3 IPv4的不足与向IPv6过渡的方案 36
2．3．1 IPv4的不足 36
2．3．2 IPv6 over IPv4 37
2．3．3 IPv6 to IPv4 37
2．3．4 IPv4 over IPv6 38
2．3．5 IPv4 to IPv6 39
参考文献 40
第3章 IEEE 802．15．4 41
3．1 IEEE 802．15．4概述 41
3．2 IEEE 802．15．4设备与工作原理 42
3．3 IEEE 802．15．4拓扑结构 43
3．4 IEEE 802．15．4地址 44
3．5 IEEE 802．15．4协议栈 45
3．5．1 物理层 45
3．5．2 MAC层 47
3．6 IEEE 802．15．4帧结构 49
3．6．1 物理层帧结构 49
3．6．2 MAC层帧结构 49
3．7 IEEE 802．15．4的安全服务 51
3．7．1 帧安全 51
3．7．2 安全模式 52
3．8 基于IEEE 802．15．4的ZigBee技术 52
3．8．1 ZigBee发展概述 53
3．8．2 ZigBee协议栈 53
3．8．3 ZigBee数据帧结构 55
3．8．4 ZigBee的应用 56
参考文献 56
第4章 6LoWPAN技术 57
4．1 6LoWPAN概述 57
4．2 6LoWPAN的发展历程 57
4．3 6LoWPAN的结构 59
4．4 6LoWPAN协议栈 60
4．5 6LoWPAN数据帧结构 63
4．6 6LoWPAN头部压缩 64
4．6．1 无状态头部压缩技术 65
4．6．2 基于上下文的头部压缩技术 67
4．7 6LoWPAN分片与重组 71
4．8 6LoWPAN地址自动配置 71
4．9 6LoWPAN路由与转发 72
4．9．1 Mesh Under路由转发 73
4．9．2 Route Over路由转发 75
4．10 6LoWPAN邻居发现协议 76
4．10．1 IPv6邻居发现协议的不足 76
4．10．2 邻居发现协议的优化 77
4．10．3 新的邻居发现选项 78
4．10．4 流程示例 80
4．11 6LoWPAN实例 80
4．12 6LoWPAN与ZigBee 82
参考文献 82
第5章 Contiki操作系统基础 84
5．1 Contiki系统简介 84
5．2 Contiki操作系统的数据结构 86
5．2．1 进程的数据结构 86
5．2．2 事件的数据结构 90
5．2．3 timer的数据结构 92
5．3 最简应用实例 96
5．3．1 进程开发规范 96
5．3．2 进程框架分析 98
5．3．3 进程的启动、调用和退出过程 101
5．4 系统的调度 113
5．4．1 进程和事件的调度 113
5．4．2 etimer的分析 116
5．5 进程间通信 122
5．5．1 基于用户事件的进程间通信 122
5．5．2 进程间通信与中断的关系 125
参考文献 127
第6章 Contiki协议栈 128
6．1 Contiki的网络协议栈 128
6．1．1 Contiki网络协议栈的系统结构 128
6．1．2 基本数据结构 133
6．2 Rime的结构与实现 141
6．2．1 Rime的结构 141
6．2．2 匿名广播abc的实现 147
6．2．3 polite广播的实现 149
6．3 uIP的结构与实现 150
6．3．1 uIP的结构和接口 150
6．3．2 uIP的分析 153
6．3．3 raw API应用实例和响应函数模板 156
6．3．4 Protosocket模型的uIP实现 159
参考文献 170
第7章 RPL路由协议及Cooja仿真 171
7．1 RPL路由协议概述 171
7．2 RPL路由协议的发展背景 171
7．3 RPL路由协议的基本概念 172
7．3．1 RPL路由协议的基本术语 172
7．3．2 RPL控制消息的功能模块 175
7．4 RPL路由协议的工作原理 179
7．5 RPL路由协议的建立过程 180
7．5．1 上行路由的建立 180
7．5．2 下行路由的建立 183
7．6 RPL路由协议的功能机制 183
7．6．1 Trickle机制 183
7．6．2 修复机制 184
7．6．3 安全机制 184
7．6．4 RPL通信模式 185
7．7 RPL路由协议的目标函数与度量 185
7．7．1 目标函数 185
7．7．2 路由度量 186
7．8 Cooja仿真器 188
7．8．1 Cooja的启动及使用 189
7．8．2 运行一个仿真实例 193
7．9 RPL在Contiki中的实例及仿真 199
7．9．1 RPL的主要函数 199
7．9．2 RPL-UDP Server文件 204
7．9．3 RPL-UDP Client 205
7．9．4 仿真及分析 207
参考文献 209
第8章 基于6LoWPAN的低功耗家居物联网应用 211
8．1 概述 211
8．1．1 智能家居物联网应用系统结构 211
8．1．2 智能家居系统的功能要求 213
8．2 低功耗节点的实现 215
8．2．1 低功耗照明感知节点的实现 215
8．2．2 全功能照明开关节点的实现 228
8．2．3 温度采集节点的实现 231
8．2．4 体重采集节点的实现 237
8．3 边缘节点的实现 243
8．3．1 中心控制器和边缘节点的软硬件结构 243
8．3．2 WSN节点地址 244
8．3．3 SLIP简介 245
8．3．4 SLIP程序分析 245
8．3．5 边缘网关节点程序实现 251
8．4 网络通信测试 257
8．4．1 SLIP测试 257
8．4．2 服务器监控程序测试 258
8．4．3 运行测试 260
参考文献 260
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