基于IP的物联网架构、技术与应用PDF电子书下载

第1部分架构 1

第1章什么是智能物件 1

1.1智能物件从何而来？ 2

1.1.1嵌入式系统 3

1.1.2普适计算 5

1.1.3移动通信 6

1.1.4遥测技术及机器间通信 7

1.1.5无线传感器网络和泛在传感器网络 8

1.1.6移动计算 9

1.1.7计算机网络 9

1.2对智能物件的挑战 10

1.2.1节点级挑战 10

1.2.2网络级挑战 11

1.2.3标准化 13

1.2.4互通性 14

1.3小结 14

第2章IP协议架构 17

2.1引言 17

2.2从NCP到TCP/IP 17

2.3基本的TCP/IP架构设计原则 18

2.4跨层优化的关键问题 21

2.5IP分层对智能物件网络至关重要的原因 22

2.6小结 23

第3章智能物件为什么要采用IP协议 25

3.1互通性 26

3.2一个发展中的通用架构 27

3.3架构的稳定性和普遍性 28

3.4可扩展性 29

3.5配置和管理 29

3.6痕迹小 30

3.7还有什么其他选择？ 31

3.8为什么网关不好？ 31

3.8.1固有的复杂性 32

3.8.2灵活性和可扩展性的缺失 32

3.9小结 32

第4章用于智能物件网络和物联网的IPv6协议 33

4.1引言 33

4.2IPv4地址空间的耗尽 35

4.3NATIPv4地址枯竭的一个（临时）解决方案 39

4.4架构讨论 39

4.5小结 41

第5章路由 43

5.1IP网络中的路由 43

5.1.1IP路由和Qos 43

5.1.2IP路由和网络可靠性 44

5.2LLN中的路由特性 46

5.3二层路由vs三层路由 48

5.4小结 51

第6章传输协议 53

6.1UDP 53

6.1.1尽力而为的数据报传送 53

6.1.2UDP头 54

6.2TCP 54

6.2.1可靠的流传送 55

6.2.2TCP头 56

6.2.3TCP选项字段 57

6.2.4往返时间估算 58

6.2.5流量控制 58

6.2.6拥塞控制 58

6.2.7TCP状态 59

6.3用于智能物件的UDP 61

6.4用于智能物件的TCP 61

6.5小结 62

第7章服务发现 63

7.1IP网络中的服务发现 63

7.2服务发现协议 64

7.2.1SLP 64

7.2.2ZeroconfRendezvous和Bonjour 65

7.2.3UPnP 66

7.3小结 67

第8章智能物件的安全性 69

8.1安全的3个属性 69

8.1.1保密性 70

8.1.2完整性 70

8.1.3可用性 70

8.2通过隐匿实现安全 71

8.3加密 71

8.4智能物件的安全机制 73

8.4.1智能物件的安全策略 73

8.4.2链路层加密 74

8.5IP体系架构上的安全机制 74

8.5.1IPSec 74

8.5.2TLS 75

8.6小结 75

第9章智能物件Web服务 77

9.1Web服务基本概念 78

9.1.1常见数据格式 79

9.1.2表象化状态转变 80

9.2智能物件Web服务的基本性能 82

9.2.1实现的复杂度 83

9.2.2性能 84

9.3一个智能物件Web服务的例子——PACHUBE 86

9.3.1交互模型 88

9.3.2Pachube数据格式 88

9.3.3HTTP请求 89

9.3.4HTTP返回代码 89

9.3.5验证和安全 90

9.3.6触发器 90

9.4小结 91

第10章智能物件网络连接模型 93

10.1引言 93

10.2自治型智能物件网络模型 93

10.3物联网 94

10.4扩展Inteet 94

10.5小结 97

第2部分技术 99

第11章智能物件的硬件和软件 99

11.1硬件 99

11.1.1通信设备 100

11.1.2微控制器 101

11.1.3传感器与制动器 102

11.1.4电源 103

11.1.5展望：片上系统、印制电路和电子黏土 104

11.2智能物件软件部分 105

11.2.1智能物件的操作系统 106

11.2.2多线程编程与事件驱动编程的比较 110

11.2.3内存管理 112

11.2.4展望：宏编程、Java 113

11.3能量管理 114

11.3.1无线能量管理机制 115

11.3.2异步负载循环 116

11.3.3同步负载循环 117

11.3.4无线开启时间示例 118

11.4小结 118

第12章智能物件的通信机制 121

12.1智能物件的通信模式 121

12.1.1一对一通信 122

12.1.2一对多通信 122

12.1.3多对一通信 123

12.2物理通信标准 124

12.3IEEE802154标准 125

12.3.1 802154地址 126

12.3.2 802154物理层 127

12.3.3媒体访问控制（MAC）层 128

12.3.4 802154的帧格式 129

12.3.5功耗 129

12.4IEEE80211和WiFi 130

12.4.1网络拓扑和结构 131

12.4.2物理层 131

12.4.3媒体访问控制（MAC）层 132

12.4.4低功耗WiFi 133

12.5电力线通信PLC） 134

12.5.1物理层 135

12.5.2MAC层 135

12.5.3功耗 135

12.6小结 136

第13章UIP——轻量的IP协议栈 137

13.1运行原则 138

13.1.1输入处理 139

13.1.2输出处理 142

13.1.3定期处理 143

13.1.4数据分组转发 143

13.2uIP内存缓冲器管理 143

13.3uIP应用程序接口 144

13.4uIP协议实现 146

13.4.1IP分段重组 147

13.4.2TCP 147

13.4.3校验和计算 148

13.5内存占用空间 148

13.6小结 149

第14章标准化 151

14.1引言 151

14.2IETF 151

14.2.1IETF的目标 152

14.2.2IETF组织结构 153

14.2.3IETF标准化过程 153

14.2.4IETF标准化过程 155

14.2.5IAB 156

14.3和智能物件IP有关的工作组 157

14.3.1基于低功耗无线个域网的IPv6工作组 158

14.3.2ROLL工作组 160

14.4小结 163

第15章智能物件网络中使用lpv6——技术复习 165

15.1智能物件网络中使用IPv6? 165

15.2Iv6包的头 166

15.2.1IPv6固定的头 166

15.2.2扩展头 167

15.2.3逐跳选项头 168

15.2.4路由头 168

15.2.5分片头 169

15.2.6目的地选项头 170

15.2.7无下一个头 171

15.3IPv6寻址架构 171

15.3.1单播、任播和多播的概念 171

15.3.2IPv6地址的表示 171

15.3.3单播地址 172

15.3.4任播地址 174

15.3.5多播地址 174

15.4IPv6中的ICMP协议 176

15.4.1ICMPv6错误消息 176

15.4.2ICMP信息消息 177

15.5邻居发现协议 177

15.5.1邻居请求消息 178

15.5.2邻居通告消息 179

15.5.3路由器通告消息 179

15.5.4路由器请求消息 182

15.5.5重定向消息 182

15.5.6邻居不可到达检测（NUD） 182

15.6负载平衡 183

15.7IPv6自动配置 183

15.7.1创建链路本地地址 183

15.7.2无状态自动配置过程 184

15.7.3IPv6中无状态地址自动配置的隐私扩展 186

15.8DHCPv6 187

15.8.1有状态自动配置 187

15.8.2无状态DHCP 187

15.9IPv6服务质量 188

15.9.1Diffserv模型 188

15.9.2IntServ模型 189

15.10IPv4骨干网络上的IPv6 189

15.11IPv6多播 191

15.12小结 192

第16章6LoWPAN适配层 193

16.1术语 193

16.2 6LoWPAN适配层 194

16.2.1网状寻址头 195

16.2.2分片 197

16.2.3 6LoWPAN头压缩 198

16.2.4无状态配置 207

16.3小结 208

第17章智能物件网络中的RPL路由 209

17.1简介 209

17.2什么是低功耗有损网络？ 209

17.3路由需求 210

17.4智能物件网络中的路由度量 212

17.4.1聚集路由度量与记录路由度量 213

17.4.2本地度量与全局度量 213

17.4.3路由度量／限制通用头 213

17.4.4节点状态和属性目标 213

17.4.5节点能源目标 214

17.4.6跳数目标 214

17.4.7吞吐量目标 214

17.4.8延迟目标 214

17.4.9链路可靠性目标 214

17.4.10链路颜色属性 215

17.5目标功能 215

17.6RPL：为智能物件网络设计的新的路由协议 217

17.6.1协议综述 217

17.6.2多个DODAG的使用和RPL实例的概念 219

17.6.3RPL消息 221

17.6.4RPLDODAG创建过程 223

17.6.5DODAG内部以及DODAG间的节点的移动 225

17.6.6使用DAO消息沿着DODAG填充路由表 226

17.6.7RPL中的回路避免和回路检测机制 229

17.6.8全局和本地修复 231

17.6.9RPL路由邻接性 234

17.6.10RPL定时器管理 235

17.6.11模拟结果 236

17.7小结 241

第18章IP智能物件联盟 243

18.1IPSO联盟的任务和目标 243

18.2IPSO联盟 244

18.3IPSO联盟的关键活动之一：互通性测试 245

18.4小结 247

第19章非IP智能物件技术 249

19.1ZigBee 249

19.1.1ZigBee设备类型 250

19.1.2ZigBee协议栈的分层 250

19.1.3物理层和MAC层 251

19.1.4网络层 251

19.1.5应用支撑子层 252

19.1.6应用框架层 252

19.1.7网络设置 253

19.1.8ZigBee正在向IP迁移 253

19.2ZWave 254

19.3小结 254

第3部分应用 255

第20章智能电网 255

20.1简介 255

20.2术语 259

20.3核心网格监视和控制 259

20.3.1应用案例1：二次变电站的监控 259

20.3.2应用案例2：变电站状态检修 261

20.3.3应用案例3：线路动态评分 262

20.3.4技术特点与挑战 262

20.4智能计量（NAN） 265

20.4.1应用和案例 265

20.4.2网络特征和技术挑战 266

20.5HAN 267

20.5.1应用和案例 267

20.5.2网络特征和技术挑战 270

20.5.3技术挑战的总结 271

20.6小结 272

第21章工业自动化 273

21.1机遇 273

21.2挑战 275

21.3使用案例 276

21.3.1状态监测 277

21.3.2无线控制 278

21.3.3移动办公 279

21.4小结 280

第22章智能城市与城市网络 281

22.1介绍 281

22.2城市环境监测 282

22.2.1城市生态环境监测 282

22.2.2自然灾害检测和预报 284

22.2.3技术特点和挑战 285

22.3社会性网络 286

22.3.1基于Web的社会化网络服务的扩展 287

22.3.2监测老人和孩子 288

22.3.3技术特点和挑战 289

22.4智能交通系统 290

22.4.1交通监测和控制 291

22.4.2自动收费／罚款系统 293

22.4.3技术特点和挑战 294

22.5小结 294

第23章家庭自动化 297

23.1简介 297

23.2主要应用及案例 298

23.2.1照明控制 298

23.2.2安全性和保密性 298

23.2.3舒适性和便捷性 299

23.2.4能源管理 299

23.2.5远程家庭管理 300

23.2.6老年人生活自理与辅助 300

23.3技术挑战和网络特征 300

23.3.1拓扑类型和流量矩阵 301

23.3.2设备数量 301

23.3.3移动程度 301

23.3.4健壮性和可靠性 301

23.3.5服务质量的要求 302

23.3.6电池操控 302

23.3.7运行环境 302

23.3.8安全性 302

23.3.9安装和设置的简便性 303

23.4小结 303

第24章楼宇自动化 305

24.1BAS参考模型 305

24.2新兴楼宇自动化应用 306

24.2.1入驻和撤离 307

24.2.2能源管理 307

24.2.3需求响应 307

24.2.4防火防烟 307

24.2.5疏散 308

24.3现有楼宇自动化系统 308

24.4楼宇自动化中传感器和制动器的特性 310

24.4.1区域控制 311

24.4.2片区控制 312

24.4.3楼宇控制 312

24.5新兴的基于智能物件的BAS 313

24.5.1新兴的传感器、制动器和协议 313

24.5.2基于IP的企业层协议 314

24.6小结 314

第25章建筑物健康监测 315

25.1简介 315

25.2主要应用和案例 317

25.3技术挑战 318

25.3.1自动配置 318

25.3.2多播支持 318

25.3.3路由 319

25.3.4网络拓扑 319

25.3.5网络可扩展性 319

25.3.6移动性 319

25.3.7链路和设备特性 319

25.3.8流量特征 320

25.3.9服务质量 320

25.3.10安全 320

25.3.11部署环境 320

25.4数据采集与分析 320

25.5未来的应用与展望 321

25.6小结 321

第2章集装箱跟踪 323

26.1GECommerceGuard 323

26.2IBMSecureTradeLane 325

26.3小结 326

参考文献 327