前言

編寫背景

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，是通過物物互連實(shí)現(xiàn)感知世界的技術(shù)手段。物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)框架基礎(chǔ)上的延伸，數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)終端將實(shí)現(xiàn)范圍更加廣闊的互連互通。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，將信息互通的方式從H2H（Human to Human）延伸至M2M（Machine to Machine），為信息化提供了更加廣闊的空間。這無疑也為傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)提供了基于泛在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新的發(fā)展契機(jī)。

短距離無線通信技術(shù)的范疇比較廣泛，根據(jù)CCSA泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會(huì)（TC10）感知/延伸工作組（WG4）關(guān)于泛在網(wǎng)術(shù)語的最新商定，短距離無線通信技術(shù)一般指有效通信距離在厘米到百米范圍內(nèi)的無線通信技術(shù)。短距離無線通信技術(shù)旨在解決近距離設(shè)備的連接問題，可以支持動(dòng)態(tài)組網(wǎng)并靈活實(shí)現(xiàn)與上層網(wǎng)絡(luò)的信息交互功能。該技術(shù)定位滿足了物聯(lián)網(wǎng)終端組網(wǎng)，以及物聯(lián)網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)互連互通的要求，是短距離無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下彰顯活力的根本原因。短距離無線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱點(diǎn)覆蓋、家庭辦公網(wǎng)絡(luò)、家庭數(shù)字娛樂、智能樓宇、物流運(yùn)輸管理等方面，并以其豐富的技術(shù)種類和優(yōu)越的技術(shù)特點(diǎn)，滿足了物物互連的應(yīng)用需求，逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的主要支撐技術(shù)。

本書是“國家級(jí)特色專業(yè)（物聯(lián)網(wǎng)工程）規(guī)劃教材”之一。目前，市面上的物聯(lián)網(wǎng)教材多是“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”、“物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)”等之類的書籍，側(cè)重介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、基本原理以及相關(guān)應(yīng)用等綜述性知識(shí)，而介紹物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)核心技術(shù)的專門教材比較少。就短距離無線通信技術(shù)而言，據(jù)作者前期的調(diào)研，國內(nèi)目前尚未出版同類的專業(yè)教材。在過去十多年時(shí)間里，人們對短距離無線通信技術(shù)的研究與應(yīng)用取得了豐碩的成果，但這些成果大多散落在論文、報(bào)告、標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)頁等中，因此編寫一本全面概括短距離無線通信技術(shù)及其物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用的教材，有助于快速引導(dǎo)讀者進(jìn)入這一生機(jī)勃勃的研究領(lǐng)域。這也是作者編寫本書的初衷。

內(nèi)容安排

本書系統(tǒng)全面地介紹物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系中的重要支撐技術(shù)——短距離無線通信技術(shù)的基本概念、基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及發(fā)展前景等，內(nèi)容包括藍(lán)牙、Zigbee（紫蜂）、無線局域網(wǎng)（WLAN）、IrDA（紅外）、RFID（射頻識(shí)別）、近場通信（NFC）技術(shù)、超寬帶（UWB）技術(shù)、60GHz無線通信技術(shù)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（自組網(wǎng)）技術(shù)等。全書共分10章，各章內(nèi)容安排如下：

第1章為概述。首先概要介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念與發(fā)展，并簡單描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。然后介紹物聯(lián)網(wǎng)通信，包括移動(dòng)通信、寬帶無線接入、短距離無線通信以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等。最后對多種典型的短距離無線通信技術(shù)進(jìn)行了簡要概述并分析比較各自的特點(diǎn)。

第2章介紹藍(lán)牙。首先介紹藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展及技術(shù)特點(diǎn)。然后，從藍(lán)牙基帶層協(xié)議、鏈路管理和邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議、主機(jī)控制接口功能規(guī)范和RFCOMM協(xié)議這幾方面介紹藍(lán)牙協(xié)議體系。接著從分析微微網(wǎng)入手介紹藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由機(jī)制，通過分析通用接入?yún)f(xié)議子集、串口協(xié)議子集和服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用協(xié)議子集，詳細(xì)介紹藍(lán)牙協(xié)議子集和應(yīng)用規(guī)范。最后簡要介紹藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用。

第3章介紹ZigBee。首先介紹ZigBee技術(shù)的概念、特點(diǎn)以及發(fā)展歷程。接著著重介紹ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)及其安全問題。然后介紹ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組網(wǎng)技術(shù)和路由協(xié)議。最后介紹ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作模式及特點(diǎn)，并展望ZigBee的應(yīng)用前景。

第4章介紹無線局域網(wǎng)（WLAN）。首先介紹WLAN的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過與有線接入網(wǎng)的比較，介紹WLAN的技術(shù)特點(diǎn)。然后重點(diǎn)介紹WLAN的物理層、MAC層技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。最后介紹WLAN的具體應(yīng)用。

第5章介紹IrDA（紅外）。首先簡要介紹IrDA的發(fā)展情況。然后詳細(xì)描述IrDA標(biāo)準(zhǔn)和兩種規(guī)范——物理層規(guī)范和鏈接建立協(xié)議層規(guī)范，IrDA協(xié)議棧作為紅外通信的核心，本章從核心協(xié)議層和可選協(xié)議層兩方面介紹IrDA協(xié)議棧。最后簡要介紹IrDA的應(yīng)用。

第6章介紹RFID（射頻識(shí)別）。首先從射頻的概念和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的起源與發(fā)展講起，試圖給出一個(gè)廣闊的知識(shí)背景。接著介紹RFID技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)組成、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。然后從天線、防碰撞技術(shù)、安全與隱私三個(gè)方面重點(diǎn)闡述RFID的關(guān)鍵技術(shù)。最后介紹RFID技術(shù)的發(fā)展前景。

第7章介紹近場通信（NFC）技術(shù)。首先簡述NFC的概念、發(fā)展歷程和技術(shù)特點(diǎn)。然后詳細(xì)介紹NFC的技術(shù)原理，包括工作原理、工作模式以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，并對NFC安全問題進(jìn)行討論。最后，介紹NFC的應(yīng)用及發(fā)展前景。

第8章介紹超寬帶（UWB）技術(shù)。首先概述UWB技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展、技術(shù)特點(diǎn)以及信道傳播特征。接下來從脈沖成形、調(diào)制與多址、接收機(jī)等方面介紹UWB的關(guān)鍵技術(shù)。然后詳細(xì)描述UWB的系統(tǒng)和技術(shù)方案。最后介紹UWB的應(yīng)用和研究方向。

第9章介紹60GHz無線通信技術(shù)。首先簡要介紹60GHz毫米波無線通信的技術(shù)特點(diǎn)以及優(yōu)勢。然后概述60GHz無線通信國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及標(biāo)準(zhǔn)化概況，總結(jié)當(dāng)前60GHz無線通信的關(guān)鍵技術(shù)，包括收發(fā)電路、天線、電路集成等技術(shù)。最后介紹60GHz無線通信技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。

第10章介紹Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（自組網(wǎng)）。首先概述Ad hoc技術(shù)的起源與發(fā)展、特點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)等。接著重點(diǎn)介紹Ad hoc技術(shù)的MAC協(xié)議和路由協(xié)議。然后介紹移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS相關(guān)研究，包括QoS服務(wù)模型、QoS信令等。最后介紹Ad hoc技術(shù)的應(yīng)用。

本書匯聚了短距無線通信領(lǐng)域最具實(shí)際應(yīng)用意義的研究成果，不僅介紹各項(xiàng)技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用等，而且對該領(lǐng)域的最新前沿課題給予關(guān)注，為讀者進(jìn)一步的深入研究奠定基礎(chǔ)。

本書配有教學(xué)課件，讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)（www.hxedu.com.cn）免費(fèi)注冊后下載。

致謝

在本書的編寫過程中，作者參閱了國內(nèi)外有關(guān)各種短距離無線通信技術(shù)的研究成果，具體內(nèi)容已列在每章末尾的參考文獻(xiàn)中。在此對所參閱文獻(xiàn)和論文的作者表示衷心的感謝！

感謝中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副院長施榮華教授、計(jì)算機(jī)工程系主任黃東軍教授對本書撰寫的大力支持和悉心指導(dǎo)！作為中南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)科帶頭人，兩位教授為本書的選題、內(nèi)容組織以及審閱付出了大量的心血。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院研究生謝羽嘉、朱炫滋、葉睿、王浩等人為本書的資料收集、錄入、排版校對、繪圖等做了大量的工作，在此一并表示感謝。

本書得以順利出版，還要感謝電子工業(yè)出版社和本書責(zé)任編輯田宏峰先生的大力支持與辛勤工作。田宏峰編輯的熱情高效、細(xì)致負(fù)責(zé)的工作方式給作者留下了深刻的印象。

由于作者水平有限，本書錯(cuò)誤和疏漏之處在所難免，懇請讀者提出寶貴意見和建議，以便再版時(shí)改進(jìn)。聯(lián)系郵箱：dongjian@mail.csu.edu.cn。

董健

2012年8月于長沙