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出版者:Newnes (an imprint of Butterworth-Heinemann Ltd )

作者:Fred Eady

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2007-4-12

价格:GBP 34.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780750682176

丛书系列:

图书标签:

• ZigBee
• 无线通信
• 物联网
• 嵌入式系统
• 传感器网络
• 低功耗
• Hands-On
• 协议分析
• 开发实践
• 无线技术

深入理解与实践：下一代无线通信技术前沿探索 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践指导意义的视角，聚焦于当前无线通信领域中冉冉升起的新兴标准与前沿技术。我们不探讨ZigBee协议栈的细节，而是将目光投向更广阔、更具未来潜力的无线互联生态，特别是那些致力于解决当前主流技术瓶颈、推动物联网（IoT）和工业互联网（IIoT）进入新阶段的关键技术群。 第一部分：超低功耗广域网络（LPWAN）的革命性突破 本部分将彻底摒弃对传统短距离无线协议的依赖，转而深入剖析驱动大规模、低成本物联网部署的核心技术——LPWAN。 1. NB-IoT (窄带物联网) 的深度剖析与网络部署策略： 我们将详细阐述NB-IoT如何通过优化频谱利用和引入窄带调制技术，实现远超传统蜂窝网络的功耗和覆盖优势。内容包括： 物理层特性与信道编码： 深入解析其正交频分复用（OFDM）在窄带环境下的具体实现，以及重传机制（如MCS码率的选择）对系统吞吐量和能效的影响。 协议栈优化（非接入层）： 重点分析窄带物联网的非接入层（Non-Access Stratum, NAS）协议，特别是其PSM（省电模式）和eDRX（扩展不连续接收）机制如何为电池寿命提供数年保障。我们将提供详细的流程图和状态转换分析，展示设备如何高效地进入和退出休眠。 网络架构与运营商集成： 探讨NB-IoT在现有LTE网络中的部署模式（带内、带间、独立组网），并对比不同部署方式的性能指标差异。重点分析核心网（EPC）需要进行的升级和适配，以及物联网接入网关（IoT Access Gateway）的作用。 应用场景案例研究： 聚焦于智能水表、远程抄表、环境监测等对实时性要求不高但对覆盖和功耗要求极高的应用，提供实际的模块选型建议和测试方案。 2. LoRaWAN：非授权频谱中的分布式网络构建： 与授权频谱的NB-IoT不同，LoRaWAN以其灵活的部署和开放的社区生态著称。本章将聚焦于其独特的网络拓扑和介质访问控制（MAC）层设计。 LoRa调制技术（Chirp Spread Spectrum, CSS）： 深入解读CSS如何通过展频实现极高的抗干扰能力和覆盖范围，并分析扩频因子（Spreading Factor, SF）与数据速率、链路预算之间的权衡关系。 星型拓扑与网络服务器（Network Server）： 详细描述LoRaWAN的三层架构（终端、网关、服务器），并着重解析网络服务器在去重、下行链路调度和应用数据转发中的核心作用。 安全机制与密钥管理： 剖析LoRaWAN的端到端加密方案，包括会话密钥（AppSKey, NwkSKey）的生成、分发和在不同网络层级的应用，确保数据在开放频段传输的安全性。 多跳与网状网络潜力（LoRa Mesh）： 探讨基于LoRa的无中心化网络构建的可能性，及其在偏远地区或灾难恢复场景下的潜在应用价值。 第二部分：面向工业环境与高可靠性的无线Mesh技术 本部分将把重点从低速率、广覆盖转向高可靠性、低延迟和自组织网络（Self-Organizing Networks, SON）的构建，这对于工业自动化和智能制造至关重要。 3. 802.15.4e/g（RPL与TSCH）的高级网络路由： 我们深入研究了IEEE 802.15.4标准在工业物联网（IIoT）应用中的演进，特别是如何通过引入更高级的路由和调度机制来保证性能。 RPL (路由选择协议)： 详解面向有损网络（Lossy Networks）的路由协议RPL，包括其基于面向目标的路由协议（Destination Oriented Directed Acyclic Graph, DODAG）的构建过程。我们将分析如何利用DODAG Rank和Objective Function（OF）来优化路径选择，避免单点故障。 TSCH (时间同步跳频)： TSCH是实现确定性通信的关键。本节详细介绍如何利用时间槽（Time Slot）进行精确调度，避免信道竞争。我们将讨论如何通过6TiSCH工作组的标准框架，在资源受限的设备上实现复杂的时序同步和链路管理。 链路质量评估与自适应路由： 探讨在动态变化的无线环境中，如何利用ETX（预期传输次数）或其他高级指标来实时评估链路质量，并驱动RPL进行快速的路径切换和修复。 4. 蓝牙Mesh（Bluetooth Mesh）的深度应用与扩展： 本章专注于蓝牙技术如何从点对点连接扩展到大规模、多跳的广播式网络模型。 消息结构与中继（Relay）机制： 详细解析蓝牙Mesh的消息分段、发布/订阅（Publish/Subscribe）模型，以及中继节点如何通过TTL（生存时间）控制网络范围和消息的可靠传播。 模型的定义与状态同步： 阐述蓝牙Mesh中“模型”（Models，如开关、亮度控制）如何标准化设备功能，并深入研究状态同步（State Synchronization）的机制，确保网络中所有节点对关键状态的认知一致性。 安全性与基于角色的访问控制（RBAC）： 探讨蓝牙Mesh如何使用AppKey、NetKey和ModelKey进行分层加密和权限管理，确保只有授权设备才能控制特定功能。 与Thread/Matter生态的融合： 分析蓝牙Mesh在构建跨平台互联解决方案中的桥梁作用，及其与Matter协议的交互点，展示其在智能家居和商业楼宇自动化中的未来定位。 第三部分：前沿无线技术与系统级优化 最后一部分将探讨超越传统标准之外的、提升系统整体性能的关键技术。 5. 软件定义无线电（SDR）在无线测试与验证中的应用： 本章不涉及任何具体协议的实现细节，而是专注于工具和方法论。 SDR平台基础架构： 以USRP或HackRF等通用SDR硬件为例，介绍如何利用FPGA和高性能CPU构建灵活的物理层实验平台。 信号捕获与协议解码： 演示如何使用GNU Radio等开源工具链，捕获、解调和分析定制化或新兴的无线信号，用于性能基准测试和故障诊断。 信道模型仿真与干扰分析： 利用SDR进行可控的信道衰落和多径效应注入，以模拟真实世界中的极端条件，验证目标协议的鲁棒性。 6. 认知无线电与动态频谱共享（DSS）： 本节探讨无线通信系统如何变得更加“智能”，以应对频谱资源的日益紧张。 频谱感知（Spectrum Sensing）： 介绍基于能量检测、特征检测和盲信号处理技术，实现对当前频谱使用情况的实时评估。 动态资源分配： 阐述如何在接收到干扰信息后，系统能够自动、实时地切换频段、调整传输功率或更改调制方案，实现干扰规避和带宽最大化。 本书致力于为网络工程师、嵌入式系统架构师以及无线技术研究人员提供一个广阔的视野，使他们能够基于对LPWAN、工业Mesh和SDR技术的深刻理解，设计和部署下一代、高性能、高可靠性的无线互联系统。

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