基于IP的物联网架构、技术与应用

书籍目录

第1部分　架构

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

2.5　IP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

4.2　IPv4地址空间的耗尽　35

4.3　NAT：IPv4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

5.1　IP网络中的路由　43

5.1.1　IP路由和QoS　43

5.1.2　IP路由和网络可靠性　44

5.2　LLN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

6.1　UDP　53

6.1.1　尽力而为的数据报传送　53

6.1.2　UDP头　54

6.2　TCP　54

6.2.1　可靠的流传送　55

6.2.2　TCP头　56

6.2.3　TCP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

6.2.7　TCP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

7.1　IP网络中的服务发现　63

7.2　服务发现协议　64

7.2.1　SLP　64

7.2.2　Zeroconf、Rendezvous和Bonjour　65

7.2.3　UPnP　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

8.5　IP体系架构上的安全机制　74

8.5.1　IPSec　74

8.5.2　TLS　75

8.6　小结　75

第9章　智能物件Web服务　77

9.1　Web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

9.3.2　Pachube数据格式　88

9.3.3　HTTP请求　89

9.3.4　HTTP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Internet　94

10.5　小结　97

第2部分　技术

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

12.3　IEEE 802.15.4标准　125

12.3.1　802.15.4地址　126

12.3.2　802.15.4物理层　127

12.3.3　媒体访问控制(MAC)层　128

12.3.4　802.15.4的帧格式　129

12.3.5　功耗　129

12.4　IEEE 802.11和Wi-Fi　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Wi-Fi　133

12.5　电力线通信(PLC)　134

12.5.1　物理层　135

12.5.2　MAC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

13.2　uIP内存缓冲器管理　143

13.3　uIP应用程序接口　144

13.4　uIP协议实现　146

13.4.1　IP分段重组　147

13.4.2　TCP　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

14.2　IETF　151

14.2.1　IETF的目标　152

14.2.2　IETF组织结构　153

14.2.3　IETF标准化过程　153

14.2.4　IETF标准化过程　155

14.2.5　IAB　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

14.3.2　ROLL工作组　160

14.4　小结　163

第15章　智能物件网络中使用IPv6——技术复习　165

15.1　智能物件网络中使用IPv6？　165

15.2　IPv6包的头　166

15.2.1　IPv6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

15.3　IPv6寻址架构　171

15.3.1　单播、任播和多播的概念　171

15.3.2　IPv6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

15.4　IPv6中的ICMP协议　176

15.4.1　ICMPv6错误消息　176

15.4.2　ICMP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

15.7　IPv6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

15.7.3　IPv6中无状态地址自动配置的隐私扩展　186

15.8　DHCPv6　187

15.8.1　有状态自动配置　187

15.8.2　无状态DHCP　187

15.9　IPv6服务质量　188

15.9.1　Diffserv模型　188

15.9.2　IntServ模型　189

15.10　IPv4骨干网络上的IPv6　189

15.11　IPv6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

17.6　RPL：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

17.6.3　RPL消息　221

17.6.4　RPL DODAG创建过程　223

17.6.5　DODAG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

17.6.7　RPL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

17.6.9　RPL路由邻接性　234

17.6.10　RPL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

18.1　IPSO联盟的任务和目标　243

18.2　IPSO联盟　244

18.3　IPSO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

19.1　ZigBee　249

19.1.1　ZigBee设备类型　250

19.1.2　ZigBee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

19.1.8　ZigBee正在向IP迁移　253

19.2　Z-Wave　254

19.3　小结　254

第3部分　应用

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

20.5　HAN　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

24.1　BAS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26章　集装箱跟踪　323

26.1　GE CommerceGuard　323

26.2　IBM Secure Trade Lane　325

26.3　小结　326

参考文献　327

作者简介

《基于IP的物联网架构、技术与应用》(作者瓦舒尔、丹克尔)围绕基于

IP的物联网的架构、技术与应用这3个主题进行内容的组织。第1部分讨论IP

智能物件网络的架构基础；第2部分深入讨论协议和算法；第3部分对智能物

件的7个重要应用领域进行详细描述。

    《基于IP的物联网架构、技术与应用》内容新颖，全面深入，组织结构

经过作者的精心设计，既可作为信息技术领域工程师和研究人员的参考书，

又可为对《基于IP的物联网架构、技术与应用》主题感兴趣的人士提供有价

值的参考资料。

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