物联网接入技术与应用

　　我国物联网产业发展势头强劲，技术发展日新月异。大数据、人工智能和边缘计算等技术在物联网平台上的深度融合，推动了智能物联网的快速发展，接入层是智能物联网层次结构中的重要层次。本书力图体现物联网接入技术在物联网中的重要作用。图文并茂，易读易懂。本书给出大量示意图，尽量采用通俗易懂的语言，帮助读者 好地理解内容。内容全面，案例生动。本书对物联网中常用接入技术的研究背景、形成与发展过程、基本概念、技术特点、具体实现和应用领域等做了详细介绍，涵盖面广，辅以大量我国IT企业有关物联网的技术、标准与案例。循序渐进，层次分明。本书首先介绍物联网和计算机网络的相关概念，能够帮助读者补充相关的基础知识；接下来介绍各种物联网接入技术，力求突出重点，帮助读者掌握不同的物联网接入技术。配备习题，引发思考。本书每章 均配有习题，选择题帮助读者及时巩固各章知识重点，问答题有助于培养读者解决技术难题的能力。

　　吴功宜　南开大学计算机学院教授、博士生导师。曾任南开大学计算机系主任、研究生院常务副院长、信息技术科学学院院长。长期从事计算机网络与信息安全方向的教学与研究工作；编著和出版30余部教材、译著、专著。2000年获南开大学 教师特等奖，2003年获天津市“十五”立功奖章，享受 政府特殊津贴。 吴英　南开大学计算机学院副教授，博士，硕士生导师。主要研究方向为物联网、车联网与网络安全，主持与参加科研项目8项，发表学术论文20余篇。参加编著与出版教材、译著共10部。多年来一直从事计算机网络、物联网导论与软件编程教学工作，获天津市教学成果一等奖一项。

前　言
第1章　物联网基本概念/1
1.1　物联网基础知识/1
1.1.1　物联网的形成与发展/1
1.1.2　物联网的技术特点/3
1.1.3　智能物联网的形成与发展/3
1.2　物联网技术架构/5
1.3　物联网接入层基本概念/7
1.3.1　接入设备的分类/7
1.3.2　接入设备数量与类型的发展
趋势/9
1.3.3　设备接入方式/9
1.3.4　接入技术分类/11
1.3.5　接入层结构特点/11
1.3.6　物联网感知数据的特点/12
习题/13
第2章　数据通信基础/16
2.1　数据通信的基本概念/16
2.1.1　数据传输类型/16
2.1.2　数据通信方式/17
2.1.3　传输介质类型及特征/20
2.1.4　多路复用的基本概念/25
2.2　信息、数据与信号/26
2.2.1　信息、数据与信号的概念/26
2.2.2　接入网中的信息、数据与信号/26
2.2.3　信息编码方法/27
2.2.4　感知信息通过接入网的传输与处理过程/32
2.3　信号编码方法/32
2.3.1　数字信号的编码方法/32
2.3.2　数据传输速率的定义/34
2.4　无线通信的基本概念/35
2.4.1　电磁波谱与通信类型/35
2.4.2　无线电磁波传播的特点/37
2.4.3　信号传输特点对接入频段选择的影响/39
2.4.4　信号频率、信号功率与覆盖
范围/42
2.4.5　无线网络技术的发展/43
2.4.6　无线接入网的特点/44
习题/50
第3章　有线接入技术/53
3.1　以太网/53
3.1.1　以太网的基本概念/53
3.1.2　交换式以太网的工作原理/55
3.1.3　交换式以太网在物联网接入中的应用/57
3.1.4　从层次结构的角度分析以太网
接入/58
3.2　电话交换网与ADSL接入技术/61
3.2.1　ADSL接入的基本概念/61
3.2.2　ADSL在物联网接入中的应用/61
3.2.3　ADSL技术特点/62
3.2.4　ADSL标准/62
3.3　有线电视网与HFC接入技术/63
3.3.1　HFC接入的基本概念/63
3.3.2　HFC在物联网接入中的应用/64
3.3.3　HFC与ADSL技术比较/65
3.4　电力线接入技术/66
3.4.1　电力线接入的基本概念/66
3.4.2　电力线接入的实现方法/66
3.5　光纤接入技术/67
3.5.1　光纤结构与工作原理/67
3.5.2　光纤接入的基本概念/68
3.5.3　FTTx接入的结构特点/69
3.5.4　EPON标准/70
习题/71
第4章　近距离无线接入技术/74
4.1　ZigBee技术与标准/74
4.1.1　ZigBee研究背景/74
4.1.2　ZigBee技术特点/75
4.1.3　ZigBee层次结构/75
4.1.4　ZigBee节点类型与网络拓扑/76
4.1.5　ZigBee应用领域/78
4.2　蓝牙技术与标准/78
4.2.1　蓝牙研究背景/78
4.2.2　蓝牙标准发展过程/80
4.2.3　蓝牙的技术特点/81
4.3　6LoWPAN与IEEE 802.15.4/83
4.3.1　6LoWPAN研究背景/83
4.3.2　6LoWPAN协议的层次结构/84
4.3.3　IEEE 802.15.4协议/85
4.3.4　6LoWPAN应用领域/92
4.4　WBAN与IEEE 802.15.6/92
4.4.1　WBAN研究背景/92
4.4.2　IEEE 802.15.6协议/94
4.4.3　WBAN应用领域/97
4.5　NFC技术与标准/98
4.5.1　NFC技术发展/98
4.5.2　NFC技术特点/99
4.5.3　NFC应用领域/99
4.6　UWB技术与标准/100
4.6.1　UWB技术发展/100
4.6.2　UWB技术特点/101
4.6.3　UWB应用领域/101
习题/102
第5章　Wi-Fi接入技术/105
5.1　Wi-Fi的基本概念/105
5.1.1　Wi-Fi研究背景/105
5.1.2　IEEE 802.11协议标准/106
5.1.3　动态速率调整机制/108
5.1.4　IEEE 802.11标准体系/110
5.1.5　无线信道划分与复用方法/111
5.2　IEEE 802.11组网方法/114
5.2.1　网络拓扑类型/114
5.2.2　基本服务集/114
5.2.3　扩展服务集/115
5.2.4　独立基本服务集/116
5.2.5　Mesh基本服务集/116
5.2.6　基于Wi-Fi的物联网应用
系统/118
5.3　IEEE 802.11漫游管理/119
5.3.1　SSID与BSSID/119
5.3.2　管理帧与漫游管理/120
5.3.3　漫游与重关联/123
5.4　IEEE 802.11接入设备/126
5.4.1　无线网卡/126
5.4.2　无线接入点/128
5.4.3　统一无线网络与无线局域网
控制器/130
5.5　空中Wi-Fi与无人机网/136
5.5.1　无人机网的基本概念/136
5.5.2　空中Wi-Fi与无人机网的
通信/138
习题/140
第6章　NB-IoT接入技术/144
6.1　NB-IoT的基本概念/144
6.1.1　NB-IoT发展过程/144
6.1.2　NB-IoT技术特点/145
6.2　NB-IoT接入网特点/145
6.2.1　NB-IoT网络结构/145
6.2.2　NB-IoT业务模型/148
6.2.3　NB-IoT平台架构/149
6.3　NB-IoT应用领域与开发方法/152
6.3.1　NB-IoT应用领域/152
6.3.2　华为NB-IoT应用开发模式/153
6.3.3　典型NB-IoT应用系统分析/154
6.3.4　NB-IoT商业模式/157
习题/158
第7章　5G云无线接入网技术/161
7.1　5G的基本概念/161
7.1.1　5G技术指标/161
7.1.2　5G应用场景/163
7.1.3　无线接入网技术发展/164
7.2　云无线接入网C-RAN/166
7.2.1　C-RAN基站结构演变/166
7.2.2　C-RAN架构的设计思路/168
7.2.3　C-RAN网络架构/169
7.2.4　C-RAN技术特点/170
7.3　异构云无线接入网H-CRAN/171
7.3.1　H-CRAN的基本概念/171
7.3.2　H-CRAN技术特点/171
7.3.3　H-CRAN网络架构/172
7.4　雾无线接入网F-RAN/173
7.4.1　F-RAN的基本概念/173
7.4.2　F-RAN网络架构/174
习题/175
第8章　无线传感网接入技术/178
8.1　Ad hoc技术/178
8.1.1　Ad hoc研究背景/178
8.1.2　Ad hoc技术特点/180
8.2　无线传感网技术/181
8.2.1　无线传感网研究背景/181
8.2.2　无线传感网结构与工作
原理/183
8.2.3　无线传感网技术特点/185
8.2.4　智能尘埃的研究/186
8.3　无线传感器与执行器网/187
8.3.1　无线传感器与执行器网研究
背景/187
8.3.2　无线传感器与执行器网结构与
工作原理/187
8.3.3　无线传感器与机器人网络/189
8.4　无线多媒体传感网/190
8.4.1　无线多媒体传感网研究背景/190
8.4.2　无线多媒体传感网结构与工作
原理/191
8.5　水下无线传感网/192
8.5.1　水下无线传感网研究背景/192
8.5.2　水下无线传感网结构与工作
原理/193
8.5.3　水下传感器节点类型/194
8.5.4　移动水下传感网研究/195
8.6　地下无线传感网/196
8.6.1　地下无线传感网研究背景/196
8.6.2　地下无线通信的特点/197
8.6.3　地下无线传感网结构与工作
原理/198
8.6.4　地下无线传感网技术特点/200
8.7　无线纳米传感网/201
8.7.1　无线纳米传感网研究背景/201
8.7.2　无线纳米传感网研究/202
习题/203
第9章　现场总线、工业以太网与工业无
线网技术/206
9.1　支撑工业物联网发展的网络技术/206
9.1.1　工业物联网的定义与特征/206
9.1.2　工业4.0的基本概念/207
9.1.3　支撑智能工业的主流网络
技术/210
9.2　现场总线技术/211
9.2.1　工业控制技术的发展/211
9.2.2　现场总线的定义/213
9.2.3　现场总线技术特点/214
9.2.4　典型的现场总线产品与标准/215
9.3　工业以太网技术/218
9.3.1　工业以太网研究背景/218
9.3.2　工业以太网技术特点/222
9.3.3　典型的工业以太网产品与
标准/224
9.3.4　工业以太网HSE分析/226
9.3.5　工业以太网应用示例/229
9.4　工业无线网技术/232
9.4.1　工业无线网研究背景/232
9.4.2　Wireless HART标准/234
9.4.3　ISA100.11a标准/234
9.4.4　WIA-PA标准/237
9.4.5　工业无线网标准的比较/242
习题/243
中英文术语对照表/246
参考答案/257
参考文献/260