第1章 网络—物理世界的M2M通信——案例分析和研究挑战 1
1.1 简介 2
1.2 几个相关术语：IoT、WSNs、M2M和CPS 3
1.2.1 IoT、WSNs、M2M和CPS简介 3
1.2.2 IoT、WSNs、M2M和CPS之间的相关性 6
1.3 M2M通信：案例研究 7
1.3.1 M2M应用块 7
1.3.2 M2M用于历史文物保存 8
1.3.3 M2M用于制造系统 8
1.3.4 M2M用于家庭网络 9
1.3.4.1 家庭网络 9
1.3.4.2 健康监测系统 10
1.3.4.3 智能电网 11
1.4 M2M通信的问题和挑战 11
1.4.1 节能MAC协议 12
1.4.2 具有多射频接口终端的MAC协议 13
1.4.3 跨层设计 13
1.4.4 M2M网络的安全机制 14
1.5 M2M通信演化：从M2M到CPS 14
1.5.1 M2M和CPS的比较 15
1.5.2 使用WSN定位的多个无人驾驶车辆 16
1.5.3 CTS辅助车辆左转 17
1.5.4 CPS设计的问题和挑战 19
参考文献 20
第2章 M2M通信的架构和标准 24
2.1 3GPP MTC架构 25
2.2 ETSI的M2M架构 30
2.2.1 系统架构和域 30
2.2.2 ETSI SC框架和参考点 33
2.2.3 资源 35
2.2.4 3GPP和ETSI 35
2.3 EXALTED系统架构 36
2.3.1 ND中的组件 39
2.3.2 DD中的组件 40
参考文献 41
第3章 M2M流量和模型 42
3.1 简介 43
3.2 M2M流量建模 44
3.2.1 3GPP、ETSI和IEEE的M2M流量建模活动 45
3.2.1.1 IEEE 802.16p的M2M活动 45
3.2.1.2 ETSI的M2M活动 45
3.2.1.3 3GPP提出的M2M流量模型 46
3.2.2 M2M业务建模框架 48
3.3 M2M流量对当代网络（HSDPA）的影响 57
3.4 总结 60
参考文献 61
第4章 大规模M2M网络的实际分布编码 64
4.1 简介 65
4.2 相关工作 67
4.2.1 基于单用户的协同编码 67
4.2.2 基于多用户的协同编码 68
4.2.3 建议的编码方案 68
4.3 信号模型 69
4.4 灵活的GMSJC 71
4.4.1 GMSJC的过程 72
4.4.2 GMSJC码字的结构 73
4.4.3 DN上GMSJC的解码 74
4.5 性能分析 77
4.5.1 基于距离频谱的误码概率性能分析 77
4.5.2 基于PEP的空间分集性能分析 80
4.5.3 能效性能分析 81
4.6 性能评估 83
4.6.1 模拟系统和参考方案 83
4.6.2 模拟结果 84
4.6.3 能效分析 86
4.7 结论 88
致谢 88
参考文献 88
第5章 M2M通信中IEEE 802.15.4网络的效率评估 94
5.1 简介 95
5.2 信道接入方案 96
5.3 模型假设 97
5.3.1 场景1 97
5.3.2 场景2 97
5.4 系统模型 98
5.4.1 帧丢失概率 98
5.4.2 帧碰撞概率 99
5.5 数值结果与性能分析 103
5.6 结论 108
参考文献 108
第6章 无线M2M通信网络的可靠性 110
6.1 简介 111
6.2 智能电网中通信对DR的影响 112
6.2.1 DR控制策略 112
6.2.2 通信错误的影响 113
6.3 无线通信网络的模型和分析 117
6.3.1 系统模型 117
6.3.1.1 可靠性指标 118
6.3.1.2 网络拓扑结构和路由 118
6.3.1.3 MAC协议 118
6.3.1.4 无线信道模型 119
6.3.2 链路可靠性分析 120
6.3.2.1 中断概率 120
6.3.2.2 链路可靠性 121
6.3.2.3 链路中断概率的近似 121
6.3.3 网络级可靠性分析 123
6.3.3.1 单跳网络中的可靠性 123
6.3.3.2 多跳网络中的可靠性 124
6.4 模型验证与应用 125
6.4.1 模型验证 125
6.4.2 模型应用：最大覆盖范围 130
6.5 总结 131
参考文献 132
第7章 高能效M2M网络 134
7.1 简介 135
7.2 高能效的大规模访问控制和资源分配 137
7.2.1 高能效大规模访问控制 137
7.2.2 大规模访问管理中的最优功率和资源配置 140
7.3 M2M网络中的节能中继 143
7.4 M2M网络中的节能报告 144
7.4.1 高能效集中报告 146
7.4.2 高能效分布报告 147
7.5 M2M网络中的节能路由 149
7.5.1 节能路由 149
7.5.2 节能和QoS保证路由 150
7.5.3 节能路由和信道调度 151
7.5.4 节能和重发感知路由 152
7.6 M2M网络中的高效率休眠调度 152
7.7 M2M设备域中的能量收集 155
7.7.1 能量收集类型 155
7.7.2 能量收集的挑战和当前解决方案 156
7.7.3 基于射频的能量收集应用 157
7.8 M2M网络中的能源效率和安全 158
7.9 绿色通信语境下的M2M网络能源效率 160
7.10 小结和讨论 162
7.11 词汇表 163
参考文献 164
第8章 智能电网中的M2M通信 168
8.1 简介 169
8.2 智能电网基础 171
8.2.1 发电 171
8.2.2 输电和配电 172
8.2.3 消费 173
8.3 智能电网中M2M通信的挑战 174
8.3.1 可扩展性 175
8.3.2 能源效率 175
8.3.3 安全性 175
8.3.4 可靠性 176
8.3.5 标准化 176
8.3.6 服务差异化 178
8.3.7 频谱使用 178
8.3.8 移动性 178
8.3.9 数据处理和计算 179
8.4 用于M2M通信的无线通信技术 179
8.4.1 蜂窝M2M通信 179
8.4.2 IEEE 802.16/WIMAX 180
8.4.3 IEEE 802.11/Wi-Fi 180
8.4.4 IEEE 802.15.4/ZigBee 180
8.4.5 无线HART 181
8.4.6 ISA-100.11a 181
8.4.7 Z-wave 182
8.4.8 Wavenis 182
8.4.9 IEEE 802.1 5.4a／超宽带（UWB） 182
8.4.10 IEEE 802.22/CR 182
8.5 智能电网中M2M通信的使用案例 183
8.5.1 智能电网中的认知M2M 183
8.5.2 智能电网中的Web服务 184
8.5.3 智能电网中的家庭能源管理系统 185
8.6 总结和悬而未决的问题 187
参考文献 188
第9章 智能电网中M2M通信的入侵探测系统 192
9.1 简介 193
9.2 智能电网NAN中的M2M通信 195
9.2.1 NAN技术 195
9.2.2 NAN组件 195
9.2.3 可扩展性 197
9.2.4 路由 197
9.2.5 NAN中M2M通信的安全和隐私 198
9.2.6 虫洞攻击 199
9.2.7 入侵探测系统 200
9.3 NAN-IDS 201
9.3.1 网络架构和IDS设计 201
9.3.2 探测机制 203
9.3.3 最短路径长度估计 205
9.3.4 模拟场景 208
9.4 模拟实验的结果 210
9.5 结论和未来的工作 212
参考文献 213
第10章 通过志愿者计算和移动群智感知的M2M交互范例 217
10.1 简介 218
10.2 针对云上MCS的M2M通信 219
10.2.1 M2M参考架构 219
10.2.2 M2M通信及针对MCS应用的志愿者贡献模型 221
10.3 案例分析：MCS社交应用 224
10.4 结论 226
参考文献 226