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本書圍繞當前主流的無線網(wǎng)絡技術，系統(tǒng)介紹無線網(wǎng)絡技術的原理、應用和相關實驗。全書分12章，包括無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)、蜂窩移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡和空天信息網(wǎng)絡、無線自組織網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線車載網(wǎng)和智能交通、無線體域網(wǎng)、無線室內(nèi)定位、無線家居網(wǎng)、無線網(wǎng)絡安全等內(nèi)容。 本書內(nèi)容新穎，覆蓋全面，突出理論 應用 實踐的特色，電子資源豐富。針對各種無線網(wǎng)絡，本書先闡述原理，然后介紹應用實例，實驗可操作性強，便于讀者學習。 本書可作為網(wǎng)絡工程、物聯(lián)網(wǎng)、計算機、通信、電子、自動化、信息安全等專業(yè)的本科生、碩士生、在職研究生和相關領域工程技術人員的教學用書或計算機網(wǎng)絡網(wǎng)絡實踐等課程的參考書。

全面、系統(tǒng)介紹無線網(wǎng)絡領域各項技術的高等學校教學用書，可滿足總學時32~64學時，其中32~48理論學時，0~24實驗學時，可根據(jù)實際自行調(diào)整。? 內(nèi)容涉及無線通信和網(wǎng)絡仿真基礎、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)、蜂窩移動通信、衛(wèi)星網(wǎng)絡和空天信息網(wǎng)絡、無線自組織網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線車載網(wǎng)、無線體域網(wǎng)、無線室內(nèi)定位、無線家居網(wǎng)、無線網(wǎng)絡安全等。? 深入剖析IEEE 802.11 ac、AODV、IEEE 802.15.4、ZigBee、6LoWPAN、CoAP、RPL、IEEE 802.15.6等典型協(xié)議。? 電子資源包括課件PPT、實驗環(huán)境鏡像、實驗手冊、仿真實例源碼、演示動畫、習題答案、教研網(wǎng)站平臺等，可從出版社網(wǎng)站自行下載。? 30項配套實驗，一部分仿真實驗基于NS2平臺，PC機即可完成，另一部分實測實驗主要基于各種低成本的軟硬件和嵌入式系統(tǒng)。? 可作為網(wǎng)絡工程、物聯(lián)網(wǎng)、計算機、通信、電子、自動化、信息安全等IT專業(yè)的本科生、碩士生、在職研究生、工程技術人員的教學用書或參考書。

前言Foreword
網(wǎng)絡結合了計算機、通信、微電子等技術，是IT領域最重要的分支之一，對人類生活產(chǎn)生了深遠影響。從1969年ARPANET誕生至今，網(wǎng)絡技術不斷發(fā)展演進，逐漸呈現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢: 高速和無線。高速指在光纖等技術支撐下，網(wǎng)絡帶寬和流量日益擴大，而無線則突出泛在性、移動性、靈活性。國內(nèi)高校IT各專業(yè)的本專科生和研究生開設計算機網(wǎng)絡課程已有多年，許多前輩學者如Tanenbaum、Kurose、謝希仁、吳功宜等撰寫的各種經(jīng)典教材已得到廣泛采用。但在計算機網(wǎng)絡課程中以講解有線網(wǎng)絡知識為主，無線網(wǎng)絡一般只占極少部分，或由學生自學。然而，隨著技術的發(fā)展，無線網(wǎng)絡已無處不在，越來越多的終端設備(筆記本電腦、平板電腦、手機、傳感器等)通過無線連接網(wǎng)絡。而突破了線纜束縛之后，無線網(wǎng)絡本身的發(fā)展呈現(xiàn)了多元化特點，從最初的無線局域網(wǎng)擴展到無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、無線體域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、無線自組織網(wǎng)絡、無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線車載網(wǎng)等，未來發(fā)展不可限量。如果不經(jīng)系統(tǒng)學習，廣大同學會對紛繁復雜的無線網(wǎng)絡原理和技術特點等感到困惑。所以，開設一門單獨的無線網(wǎng)絡課程在今天而言已很有必要。目前全國越來越多的高校已陸續(xù)開設本課程，但占全國高校總體比例仍不高。我們希望在廣大同仁的共同努力下，能有更多學校和專業(yè)開設這門課程，能有更多學生修讀這門課程。目前系統(tǒng)介紹無線網(wǎng)絡技術的高校教材較少，希望本書能促進相關教學工作，為專業(yè)課程改革提供幫助。本書針對每種無線網(wǎng)絡技術，內(nèi)容編排循序漸進。先闡述基本概念和原理，接著介紹應用，然后提供實驗示例供操作練習，并附有習題、深度學習和參考文獻。附錄A匯集了部分相關專業(yè)術語。附錄B提供了配套實驗指南，便于教學安排。本書第一版于2011年出版，第二版于2014年出版，迄今已被全國超過150所高校選用。許多教師和同學反饋了大量意見和建議，在此謹致謝意。本次理論內(nèi)容修訂一是結合技術進步，新增了部分內(nèi)容，如4G/5G蜂窩網(wǎng)絡、空天信息網(wǎng)絡、水聲傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等；二是突出教學的針對性，重點剖析了若干主流協(xié)議，如IEEE 802.11ac、IEEE 802.15.4、ZigBee、6LoWPAN、CoAP、RPL、IEEE 802.15.6等。實驗內(nèi)容修訂則盡量為各種不同無線網(wǎng)絡技術都提供相關實驗，考慮實驗環(huán)境、操作可行性、低成本投入等因素，采用仿真 實測的思路，設計了30項配套實驗。一是仿真。通過權威網(wǎng)絡仿真軟件，利用普通PC平臺，進行各種無線網(wǎng)絡實驗，減少場地、設備等的影響。學生還可進一步通過仿真動畫演示功能直觀形象地了解各種無線網(wǎng)絡協(xié)議的原理和功能，強化學習效果。二是實測。選擇部分有代表性的實驗，如無線信號測量、配置管理WiFi、RFID/NFC讀寫、嵌入式系統(tǒng)配置、燒錄傳感器節(jié)點、組建戶外傳感網(wǎng)、室內(nèi)定位等，從板卡、芯片到軟件，類似DIY一般，提供了完整設計和操作過程，以幫助學生提高動手能力。通過學習本書，讀者能了解無線網(wǎng)絡技術的全貌，理解和熟悉各種主流技術的基本原理和功能，接觸和掌握網(wǎng)絡仿真和嵌入式應用系統(tǒng)的設計開發(fā)，為從事網(wǎng)絡工程、網(wǎng)絡管理、物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)等相關領域工作打下良好基礎。本書可作為本科生、碩士生、在職研究生等修讀無線網(wǎng)絡相關課程的教材，內(nèi)容可滿足32～64學時的教學安排。建議安排32～48個理論學時，其中部分內(nèi)容較為深入和前沿(在相應標題上加號，推薦碩士生層次使用)，可根據(jù)學生情況予以節(jié)選。建議安排最多24個實驗學時，具體實驗項目見附錄B，可結合實際自行篩選。本書也可作為計算機網(wǎng)絡等課程的補充參考書，或作為課程設計、畢業(yè)設計、學生科研及工程技術人員開發(fā)工作的參考用書。本書配套電子資源包括PPT課件、習題答案、演示動畫、實驗環(huán)境鏡像、實驗手冊、源碼、實驗說明、結果分析等內(nèi)容，讀者可在清華大學出版社網(wǎng)站免費下載。本書涉及內(nèi)容較多，我們在編寫過程中查閱了大量參考文獻，得到了許多有益的啟示和幫助，在此向這些文獻的作者們表示感謝。讀者可根據(jù)需要查閱這些源文獻，進一步深入學習無線網(wǎng)絡技術和應用的前沿發(fā)展。在本書修訂過程中，蘇成龍、路金明、張超、鄧珂、高子航等同學參與了部分實驗制作、文字繪圖工作。本書的編寫得到了金明、王曉東等老師的幫助和建議。本書的出版得到了浙江省移動網(wǎng)絡應用技術重點實驗室、寧波市科技創(chuàng)新團隊、浙江省高等教育課堂教學改革項目、寧波大學研究生優(yōu)秀示范課程等的支持。作者在此謹致謝意。由于我們學識有限，本書可能存在許多不足，敬請讀者不吝賜教，請將意見和建議發(fā)給jinguang@nbu.edu.cn和jiangxianliang@zju.edu.cn。也歡迎訪問我們的無線網(wǎng)絡技術教學研究平臺(http://www.thinkmesh.net/wireless/)。
金光江先亮于2016歲末

金光，男，中國計算機學會高級會員。畢業(yè)于浙江大學，獲計算機科學與技術專業(yè)博士學位。現(xiàn)為寧波大學教授、研究生導師。長期從事計算機網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等領域的教學科研工作，在《中國計算機學會通訊》、IEEE、Elsevier等國內(nèi)外學術期刊和會議發(fā)表論文多篇。本書緊跟技術進步，不斷完善更新，迄今已被國內(nèi)近200所高校選用。

目錄Contents

第1章從計算機網(wǎng)絡到無線網(wǎng)絡1

1.1計算機網(wǎng)絡技術概述1

1.1.1計算機網(wǎng)絡的功能、發(fā)展、定義和組成1

1.1.2計算機網(wǎng)絡的技術分類6

1.2計算機網(wǎng)絡的協(xié)議體系10

1.3無線通信和無線網(wǎng)絡簡史13

1.4無線網(wǎng)絡分類14

1.5計算機網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡應用16

1.6計算機網(wǎng)絡技術進展18

1.7相關標準化和權威組織20

1.8本書概要23

習題24

深度學習24

參考文獻24第2章無線通信和網(wǎng)絡仿真技術基礎26

2.1無線電頻譜26

2.2無線傳輸介質和方式28

2.3損耗和衰落30

2.4調(diào)制33

2.5擴頻35

2.6復用和多址38

2.7天線40

2.8MIMO43

2.9認知無線電44

2.10可見光通信和激光通信46

2.11無線充電48

2.12網(wǎng)絡仿真技術簡介49

2.13NS2基礎知識52

2.13.1NS2的獲取和安裝52

2.13.2NS2的基本框架52

2.13.3NS2的簡單語法53

2.13.4NS2主要類庫介紹56

2.14用NS2進行無線網(wǎng)絡仿真57

2.15構建網(wǎng)絡仿真環(huán)境和無線信號測量實驗58

習題59

深度學習59

參考文獻59第3章無線局域網(wǎng)61

3.1無線局域網(wǎng)概述61

3.2無線局域網(wǎng)的組成與服務64

3.2.1無線局域網(wǎng)的組成64

3.2.2無線局域網(wǎng)的拓撲結構65

3.2.3無線局域網(wǎng)的服務67

3.3IEEE 802.11協(xié)議體系結構68

3.3.1IEEE 802.11協(xié)議標準簡介68

3.3.2IEEE 802.11ac標準的物理層規(guī)范70

3.3.3IEEE 802.11ac標準的MAC層規(guī)范73

3.3.4IEEE 802.11ad/ah/ax標準78

3.4IEEE 802.11信道分配79

3.4.1集中式管理環(huán)境的信道分配79

3.4.2無協(xié)調(diào)環(huán)境的信道分配80

3.4.3信道分配方案的挑戰(zhàn)81

3.5IEEE 802.11測量及工具81

3.5.1IEEE 802.11測量的參數(shù)和步驟81

3.5.2IEEE 802.11的典型測量工具82

3.6其他無線局域網(wǎng)技術標準84

3.7無線局域網(wǎng)的應用84

3.7.1無線局域網(wǎng)的應用領域84

3.7.2無線局域網(wǎng)應用于公眾圖書館86

3.7.3無線局域網(wǎng)應用于礦山采掘87

3.7.4WiFi雷達和信道狀態(tài)信息感知88

3.8無線局域網(wǎng)的仿真實驗89

3.8.1隱藏節(jié)點問題仿真實驗90

3.8.2暴露節(jié)點問題仿真實驗91

3.9無線局域網(wǎng)的實測實驗92

習題93

深度學習94

參考文獻94第4章無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)和蜂窩通信95

4.1無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)概述95

4.2IEEE 802.16(WiMax)標準96

4.2.1IEEE 802.16簡介96

4.2.2IEEE 802.16的工作特性及關鍵技術97

4.2.3IEEE 802.16協(xié)議體系結構98

4.3IEEE 802.16(WiMax)工作場景99

4.4IEEE 802.20技術標準101

4.4.1IEEE 802.20的發(fā)展歷程101

4.4.2IEEE 802.20的組成與模型101

4.4.3IEEE 802.20的性能和協(xié)議棧103

4.5蜂窩移動通信的2G/3G/4G/5G技術簡介104

4.5.1蜂窩移動通信技術概述105

4.5.22G技術105

4.5.33G技術106

4.5.44G/LTE技術106

4.5.55G技術108

4.6無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)和蜂窩移動通信的應用111

4.7無線城域網(wǎng)和蜂窩移動通信的實驗115

習題116

深度學習117

參考文獻117第5章衛(wèi)星網(wǎng)絡和空天信息網(wǎng)絡118

5.1衛(wèi)星網(wǎng)絡概述118

5.2衛(wèi)星網(wǎng)絡原理124

5.3典型的衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)130

5.4移動衛(wèi)星系統(tǒng)通信標準和網(wǎng)絡設計132

5.5衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用135

5.6衛(wèi)星網(wǎng)絡的發(fā)展前景137

5.7衛(wèi)星網(wǎng)絡的仿真實驗138

5.8空天信息網(wǎng)絡143

習題146

深度學習146

參考文獻146第6章無線自組織網(wǎng)絡148

6.1Ad Hoc網(wǎng)絡概述148

6.2MANET體系結構150

6.3MANET路由協(xié)議151

6.3.1MANET路由概述151

6.3.2MANET路由協(xié)議分類152

6.3.3MANET的典型路由協(xié)議154

6.4MANET的其他技術161

6.5無線網(wǎng)狀網(wǎng)161

6.6Ad Hoc網(wǎng)絡的應用163

6.7MANET的仿真實驗165

習題168

深度學習168

參考文獻168第7章無線傳感器網(wǎng)絡170

7.1傳感器技術簡介170

7.2無線傳感器網(wǎng)絡概述171

7.3無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構173

7.4無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議分析177

7.4.1無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧177

7.4.2無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議研究178

7.4.3定向擴散路由協(xié)議179

7.4.4Sensor MAC協(xié)議183

7.5無線傳感器網(wǎng)絡的應用186

7.5.1無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域186

7.5.2無線傳感器網(wǎng)絡的應用實例189

7.6水聲通信和水下無線傳感器網(wǎng)絡190

7.7無線傳感器網(wǎng)絡的研究進展194

7.8無線傳感器網(wǎng)絡的仿真實驗197

習題199

深度學習200

參考文獻200第8章無線個域網(wǎng)201

8.1無線個域網(wǎng)概述201

8.2無線個域網(wǎng)的關鍵技術203

8.3IEEE 802.15技術標準205

8.3.1IEEE 802.15標準概覽205

8.3.2IEEE 802.15.3標準和無線超寬帶技術205

8.3.3IEEE 802.15.4標準207

8.4無線個域網(wǎng)的協(xié)議209

8.4.1藍牙協(xié)議209

8.4.2ZigBee協(xié)議210

8.5ZigBee的協(xié)議體系結構213

8.6無線個域網(wǎng)的應用215

8.6.1UWB技術的應用215

8.6.2應用ZigBee的超市電子秤系統(tǒng)215

8.7無線個域網(wǎng)的仿真實驗216

8.8無線個域網(wǎng)的實測實驗219

習題220

深度學習221

參考文獻221

第9章物聯(lián)網(wǎng)222

9.1物聯(lián)網(wǎng)概述222

9.2物聯(lián)網(wǎng)的標準化、架構和中間件224

9.3物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術226

9.4物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺229

9.5物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)230

9.6物聯(lián)網(wǎng)的技術協(xié)議232

9.6.1網(wǎng)絡層的6LoWPAN協(xié)議232

9.6.2路由層的低功耗有損網(wǎng)絡路由協(xié)議RPL236

9.6.3物聯(lián)網(wǎng)的傳輸協(xié)議240

9.6.4應用層的受限應用協(xié)議CoAP240

9.6.5MQTT和服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議244

9.7物聯(lián)網(wǎng)的應用245

9.8低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)和窄帶物聯(lián)網(wǎng)248

9.9物聯(lián)網(wǎng)的實驗251

習題253

深度學習253

參考文獻254

第10章無線車載網(wǎng)絡和智能交通255

10.1智能交通系統(tǒng)和無線車載網(wǎng)絡概述255

10.2車內(nèi)網(wǎng)絡255

10.3無線車載網(wǎng)絡的應用分類和要求259

10.4智能交通系統(tǒng)組成、架構標準和應用260

10.5IEEE 802.11p協(xié)議265

10.6無線車載網(wǎng)絡的技術挑戰(zhàn)和研究進展267

10.7無人駕駛汽車簡介273

10.8無線車載網(wǎng)絡的仿真實驗274

習題276

深度學習277

參考文獻277

第11章無線體域網(wǎng)、室內(nèi)定位和家居網(wǎng)278

11.1無線體域網(wǎng)278

11.1.1無線體域網(wǎng)簡介278

11.1.2無線體域網(wǎng)的技術要求279

11.1.3IEEE 802.15.6協(xié)議標準280

11.1.4WBAN的路由、QoS和安全性286

11.2無線室內(nèi)定位288

11.2.1無線室內(nèi)定位概述288

11.2.2無線室內(nèi)定位技術和評價標準289

11.2.3基于無線射頻的室內(nèi)定位應用系統(tǒng)292

11.2.4使用其他技術的無線室內(nèi)定位系統(tǒng)295

11.3無線家居網(wǎng)297

11.3.1無線家居網(wǎng)的組成和特點297

11.3.2無線家居網(wǎng)的典型技術299

11.3.3無線家居網(wǎng)協(xié)議的層次結構300

11.3.4無線家居網(wǎng)的應用示例302

11.4無線室內(nèi)定位的仿真實驗302

11.5無線室內(nèi)定位的實測實驗304

11.6無線體域網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)實驗304

習題305

深度學習305

參考文獻305

第12章無線網(wǎng)絡安全307

12.1網(wǎng)絡安全概述307

12.1.1網(wǎng)絡安全威脅307

12.1.2網(wǎng)絡安全防御技術309

12.2無線網(wǎng)絡安全的簡史310

12.3無線網(wǎng)絡的安全威脅311

12.4無線網(wǎng)絡攻擊的防御方案314

12.5無線局域網(wǎng)的安全技術315

12.6移動自組織網(wǎng)絡的安全技術318

12.7物聯(lián)網(wǎng)的安全和隱私321

12.8無線網(wǎng)絡安全的仿真實驗323

12.9無線網(wǎng)絡安全技術的發(fā)展趨勢326

習題326

深度學習327

參考文獻327

附錄A相關術語縮略語328

附錄B配套實驗指南332