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