本书系统深入地介绍了物联网的基本概念、体系结构、感知层和网络层相关的通信技术。



        全书共12章，分为三大部分：第一部分讲述物联网的基本知识，包括第1章物联网概述和第2章物联网体系架构；第二部分讲述感知层通信技术，包括第3章工业控制网络技术、第4章短距离无线通信技术和第5章无线传感器网络；第三部分讲述网络层通信技术，包括第6章接入网技术、第7章无线局域网技术、第8章电话通信网技术、第9章移动通信技术、第10章传送网技术、第11章虚拟专用网技术和第12章计算机网络技术。每章后都配有思考题。



        本书注重选材，内容翔实，层次清楚，编写方法新颖，既可作为高等学校物联网专业以及信息、通信、电子、计算机、工程管理等专业本科生的教材，也可作为从事物联网研究的专业技术人员、管理人员，特别是从事物联网研究和设置的人员的参考书。

        早在1995年，比尔•盖茨在他的《未来之路》一书中写到对未来的描述时，有这样一段话：“你不会忘记带走遗留在办公室或教室里的网络连接用品，它将不仅仅是你随身携带的一个小物件，或是购买的一个用具，而且是你进入一个新的、媒介生活方式的通行证。”这也许就是比尔•盖茨心中所想象的网络世界能给人们的生活带来的变化，这个大胆的设想在那个年代只能是一个“梦想”，因为那个年代的计算机水平和网络水平远远不具备能实现比尔•盖茨梦想的条件，然而他的梦想超越了时代，引领社会朝着一个新的目标发展。

1998年，在美国统一代码委员会（Uniform Code Council，UCC）支持下，美国麻省理工学院的研究人员创造性地提出将Internet与射频标识（RFID）技术有机结合，通过将物品贴上电子标识牌，实现物品与Internet的连接，即可在任何时间、任何地点，实现对任何物品的识别与管理。这就是早期“物联网”的概念。



        通俗地讲，物联网就是用新一代的信息通信技术（ICT）将分布在不同地点的物体互连起来，使得相互之间的物体能够像人与人一样相互通信，以增强物体智能化。



        美国未来学家阿尔文•托夫勒说过：谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界。物联网将从生活、生产、社会、经济、政治、军事、科技等方方面面影响人们的生活和整个世界。它为人们带来无法想象的便利和服务的同时，也存在着信息和隐私等安全方面的隐患。



        物联网通信技术解决的是具有智能的物体在局域或者广域范围内信息传递，让分布在不同地域的物体能够协同工作的问题。



        本书共12章，分为三大部分：第一部分讲述物联网的基本知识，包括第1章物联网概述和第2章物联网体系架构；第二部分讲述感知层通信技术，包括第3章工业控制网络技术、第4章短距离无线通信技术和第5章无线传感器网络；第三部分讲述网络层通信技术，包括第6章接入网技术、第7章无线局域网技术、第8章电话通信网技术、第9章移动通信技术、第10章传送网技术、第11章虚拟专用网技术和第12章计算机网络技术。对物联网涉及的各种通信技术，本书并不试图面面俱到，只介绍主流的通信技术，包括目前只有理论意义，但对今后的网络发展会产生重大影响的技术。



        本书由屈军锁任主编，负责全书的组织、审核，并编写第1～3章、第5～10章和第12章；高佛设任副主编，负责编写第4章和第11章。



        本书的基本定位是作为高等学校物联网、传感网、通信、信息、电子等专业的本科教材或教学参考书，当然也可作为相关从业人员的培训教材。



        本书的编写得到了很多老师、同仁和亲友的帮助与支持，杨武军对部分章节的稿件提出了修改意见。本书的编写和出版得到了中国铁道出版社的大力支持，很多同志花费了不少时间与精力。作者在此对以上人士表示衷心的感谢。



        由于编者水平有限，而物联网又是一个多学科交叉融合、发展迅速的新兴技术领域，因此，书中难免存在不妥和疏漏之处，殷切希望广大同行、读者批评指正。
                                                         编  者  

                                                     2011年9月

 

1章  物联网概述 1

1.1  物联网的发展历程 2

1.2  物联网的定义及其相关概念 6

1.2.1  物联网概念的提出 6

1.2.2  物联网概念辨析 7

1.2.3  物联网的本质 10

1.2.4  物联网与传感网 12

1.2.5  物联网与M2M 14

1.2.6  物联网与泛在网 15

1.3  物联网应用发展及面临的问题 16

1.3.1  物联网时代生活场景 17

1.3.2  物联网应用 19

1.3.3  物联网应用发展模式 21

1.3.4  物联网产业链 22

1.3.5  物联网商业模式分析 23

1.3.6  物联网面临的挑战 25

习题 26

第2章  物联网体系架构 27

2.1  概述 28

2.1.1  物联网应用场景 28

2.1.2  物联网的特点 29

2.1.3  物联网的组成结构 30

2.1.4  物联网的业务种类 33

2.1.5  物联网体系架构 34

2.2  感知层 39

2.2.1  感知层功能 39

2.2.2  感知层相关技术 40

2.3  网络层 42

2.3.1  网络层功能 42

2.3.2  网络层相关技术 43

2.4  应用层 47

2.4.1  应用层功能 47

2.4.2  应用层相关技术 48

2.5  数据融合与智能技术 48

2.6  物联网保障体系 49

2.6.1  物联网政策 50

2.6.2  物联网法规 55

2.6.3  物联网标准 58

2.6.4  物联网安全 71

2.6.5  物联网运营管理 79

2.7  物联网的运营 79

2.7.1  业务平台 80

2.7.2  物联网业务平台体系结构 81

2.7.3  运营管理平台 82

2.8  物联网服务质量 83

2.9  物联网系统管理概述 84

2.10  物联网安全管理 85

2.10.1  物联网安全 85

2.10.2  数据安全策略 86

2.10.3  与安全相关的技术特点 88

2.11  物联网通用设计原则 89

习题 90

第3章  工业控制网络技术 91

3.1  工业控制网络概述 92

3.1.1  工业控制网络的产生和发展 92

3.1.2  工业控制网络的特点分析 93

3.2  工业控制网络技术 95

3.2.1  集散控制系统 95

3.2.2  现场总线 99

3.2.3  工业以太网 106

习题 110

第4章  短距离无线通信技术 111

4.1  蓝牙技术 112

4.1.1  蓝牙网络拓扑结构 112

4.1.2  蓝牙协议体系 113

4.1.3  蓝牙数据包 115

4.1.4  蓝牙地址 117

4.1.5  蓝牙状态 118

4.1.6  蓝牙关键技术 120

4.2  ZigBee技术 124

4.2.1  ZigBee技术特点 125

4.2.2  ZigBee网络的组成 126

4.2.3  ZigBee网络的协议栈框架结构 127

4.2.4  ZigBee网络的路由协议 133

4.3  超宽带技术 135

4.3.1  UWB的定义 135

4.3.2  UWB的实现方式 136

4.3.3  UWB的技术特点 137

4.4  其他短距离无线通信技术比较 138

习题 140

第5章  无线传感器网络技术 141

5.1  无线传感器网络概述 142

5.2  无线传感器结点结构 143

5.3  无线传感器网络体系结构 145

5.4  传感器网络特征 145

5.5  无线传感器网络的关键技术 147

5.6  无线传感器网络应用 152

习题 154

第6章  接入网技术 155

6.1  接入网的基本概念 156

6.1.1  接入网的发展背景 156

6.1.2  接入网的定义和界定 156

6.1.3  接入网的主要功能和协议参考模型 158

6.1.4  接入网的主要接口 159

6.1.5  接入网的分类 160

6.2  宽带有线接入网技术 160

6.2.1  ADSL接入网 160

6.2.2  光纤接入网 162

6.2.3  HFC接入网 166

6.3  宽带无线接入网技术 167

6.3.1  3.5 GHz固定无线接入 167

6.3.2  LMDS接入技术 169

习题 170

第7章  无线局域网技术 171

7.1  无线局域网概述 172

7.2  无线局域网的技术要点 172

7.3  无线局域网的组成 173

7.4  无线局域网的拓扑结构 174

7.5  无线LAN体系结构 174

7.5.1  IEEE 802.11无线LAN标准 174

7.5.2  分层 176

7.6  IEEE 802.11标准中的物理层 177

7.6.1  物理层的传输介质与传输速率 177

7.6.2  无线LAN扩展频谱技术 178

7.7  IEEE 802.11标准中的MAC子层 181

7.7.1  IEEE 802.11 MAC帧格式 181

7.7.2  MAC层工作原理 182

7.7.3  MAC帧传输举例 185

习题 186

第8章  电话通信网技术 187

8.1  通信网的基本概念 188

8.1.1  通信系统的基本模型 188

8.1.2  通信网的定义和构成 190

8.1.3  通信网的类型 193

8.1.4  通信网的拓扑结构 194

8.1.5  通信网的业务 195

8.2  电话网的基本概念 196

8.2.1  电话网的构成要素 196

8.2.2  电话网的特点 197

8.3  电话网的网络结构 198

8.3.1  电话网的等级结构 198

8.3.2  国内长途电话网 200

8.3.3  本地电话网 201

8.3.4  国际电话网 204

8.4  路由选择 205

8.4.1  路由的概念及分类 205

8.4.2  路由选择 206

8.4.3  固定等级制选路规则 207

8.4.4  其他选路方法简介 208

习题 210

第9章  移动通信技术 211

9.1  移动通信的基本概念及发展历史 212

9.1.1  移动通信的基本概念 212

9.1.2  移动通信的发展历史 213

9.2  基本技术和网络结构 214

9.2.1  移动通信网的系统构成 214

9.2.2  移动通信网的覆盖方式 215

9.2.3  移动通信网中的基本技术 216

9.3  GSM 220

9.3.1  系统网络结构及接口 221

9.3.2  移动通信网中的几种号码 223

9.3.3  信道类型及时隙结构 224

9.3.4  呼叫接续与移动性管理 226

9.4  通用分组无线业务（GPRS） 230

9.4.1  概述 230

9.4.2  GPRS的主要特点 231

9.4.3  GPRS的业务 232

9.4.4  GPRS总体结构、接入接口和参考点 233

9.4.5  GPRS的协议 236

9.4.6  空中接口的信道构成 237

9.4.7  GPRS的路由管理 237

9.5  CDMA系统 238

9.5.1  CDMA系统概述 239

9.5.2  CDMA网络结构及信道类型 240

9.5.3  CDMA系统的关键技术 241

9.5.4  呼叫处理及移动性管理 243

9.6  第三代移动通信系统 245

9.6.1  第三代移动通信系统概述 245

9.6.2  第三代移动通信的标准化 246

9.6.3  3G的关键技术 252

9.7  卫星移动通信系统 255

习题 256

第10章  传送网技术 257

10.1  传输介质 258

10.1.1  基本概念 258

10.1.2  传输介质的分类 258

10.2  多路复用 262

10.2.1  基带传输系统 262

10.2.2  频分复用传输系统 262

10.2.3  时分复用传输系统 263

10.2.4  波分复用传输系统 264

10.2.5  PDH系统简介 265

10.3  SDH传送网 266

10.3.1  SDH简介 266

10.3.2  帧结构 267

10.3.3  SDH传送网的分层模型 270

10.3.4  SDH传送网的基本网络单元 271

10.3.5  SDH传送网的结构 272

10.4  光传送网 273

10.4.1  背景 273

10.4.2  OTN的分层结构 274

10.4.3  OTN的帧结构 275

10.4.4  光传送网的结构 277

10.5  软交换技术 278

10.5.1  软交换技术背景 278

10.5.2  软交换的网络体系结构 279

10.5.3  软交换接口与协议 281

习题 281

第11章  虚拟专用网技术 283

11.1  VPN概述 284

11.1.1  VPN的特征 284

11.1.2  VPN的优点 285

11.1.3  VPN分类 285

11.2  VPN涉及的基本概念 286

11.3  VPN的实现技术 287

11.3.1  隧道协议 287

11.3.2  隧道技术 288

11.3.3  L2TP技术 289

11.3.4  GRE技术 295

11.3.5  MPLS技术 298

11.4  VPN中的安全措施 304

11.5  QoS技术 306

习题 310

第12章  计算机网络技术 311

12.1  计算机网络概述 312

12.2  计算机局域网 313

12.2.1  计算机局域网体系结构 313

12.2.2  Ethernet 315

12.2.3  网络互连设备 319

12.3  Internet基本概念 322

12.3.1  Internet结构及协议模型 322

12.3.2  IP编址方式 325

12.3.3  域名系统 328

12.4  IP 330

12.4.1  IP分组格式 330

12.4.2  IP的分片与重装 331

12.5  传输层协议 332

12.5.1  传输层端口 332

12.5.2  用户数据报协议 333

12.5.3  传输控制协议 333

12.6  Internet工作过程 338

12.6.1  路由协议 339

12.6.2  分组在路由器上的转发 342

习题 343

参考文献 345

无