前言

編寫背景

物聯網技術被認為是繼計算機、互聯網之后信息產業的第三次浪潮，是通過物物互連實現感知世界的技術手段。物聯網是在現有網絡框架基礎上的延伸，數量龐大的物聯網終端將實現范圍更加廣闊的互連互通。物聯網的出現，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。這無疑也為傳統的無線通信技術提供了基于泛在物聯網絡的新的發展契機。

短距離無線通信技術的范疇比較廣泛，根據CCSA泛在網技術工作委員會（TC10）感知/延伸工作組（WG4）關于泛在網術語的最新商定，短距離無線通信技術一般指有效通信距離在厘米到百米范圍內的無線通信技術。短距離無線通信技術旨在解決近距離設備的連接問題，可以支持動態組網并靈活實現與上層網絡的信息交互功能。該技術定位滿足了物聯網終端組網，以及物聯網終端網絡與電信網絡互連互通的要求，是短距離無線通信技術在物聯網發展背景下彰顯活力的根本原因。短距離無線技術已經廣泛應用于熱點覆蓋、家庭辦公網絡、家庭數字娛樂、智能樓宇、物流運輸管理等方面，并以其豐富的技術種類和優越的技術特點，滿足了物物互連的應用需求，逐漸成為物聯網架構體系的主要支撐技術。

本書是“國家級特色專業（物聯網工程）規劃教材”之一。目前，市面上的物聯網教材多是“物聯網導論”、“物聯網基礎”等之類的書籍，側重介紹物聯網的基本概念、基本原理以及相關應用等綜述性知識，而介紹物聯網的相關核心技術的專門教材比較少。就短距離無線通信技術而言，據作者前期的調研，國內目前尚未出版同類的專業教材。在過去十多年時間里，人們對短距離無線通信技術的研究與應用取得了豐碩的成果，但這些成果大多散落在論文、報告、標準、網頁等中，因此編寫一本全面概括短距離無線通信技術及其物聯網相關應用的教材，有助于快速引導讀者進入這一生機勃勃的研究領域。這也是作者編寫本書的初衷。

內容安排

本書系統全面地介紹物聯網架構體系中的重要支撐技術——短距離無線通信技術的基本概念、基本原理、技術特點、應用范圍及發展前景等，內容包括藍牙、Zigbee（紫蜂）、無線局域網（WLAN）、IrDA（紅外）、RFID（射頻識別）、近場通信（NFC）技術、超寬帶（UWB）技術、60GHz無線通信技術、Ad hoc網絡（自組網）技術等。全書共分10章，各章內容安排如下：

第1章為概述。首先概要介紹物聯網的概念與發展，并簡單描述物聯網的體系結構和關鍵技術。然后介紹物聯網通信，包括移動通信、寬帶無線接入、短距離無線通信以及無線傳感網絡等。最后對多種典型的短距離無線通信技術進行了簡要概述并分析比較各自的特點。

第2章介紹藍牙。首先介紹藍牙技術的發展及技術特點。然后，從藍牙基帶層協議、鏈路管理和邏輯鏈路控制與適應協議、主機控制接口功能規范和RFCOMM協議這幾方面介紹藍牙協議體系。接著從分析微微網入手介紹藍牙的網絡拓撲結構和路由機制，通過分析通用接入協議子集、串口協議子集和服務發現應用協議子集，詳細介紹藍牙協議子集和應用規范。最后簡要介紹藍牙技術的應用。

第3章介紹ZigBee。首先介紹ZigBee技術的概念、特點以及發展歷程。接著著重介紹ZigBee協議棧結構及其安全問題。然后介紹ZigBee網絡拓撲結構、組網技術和路由協議。最后介紹ZigBee無線傳感器網絡的工作模式及特點，并展望ZigBee的應用前景。

第4章介紹無線局域網（WLAN）。首先介紹WLAN的技術標準，通過與有線接入網的比較，介紹WLAN的技術特點。然后重點介紹WLAN的物理層、MAC層技術和網絡安全技術。最后介紹WLAN的具體應用。

第5章介紹IrDA（紅外）。首先簡要介紹IrDA的發展情況。然后詳細描述IrDA標準和兩種規范——物理層規范和鏈接建立協議層規范，IrDA協議棧作為紅外通信的核心，本章從核心協議層和可選協議層兩方面介紹IrDA協議棧。最后簡要介紹IrDA的應用。

第6章介紹RFID（射頻識別）。首先從射頻的概念和自動識別技術的起源與發展講起，試圖給出一個廣闊的知識背景。接著介紹RFID技術的基本原理、系統組成、技術特點、技術標準等。然后從天線、防碰撞技術、安全與隱私三個方面重點闡述RFID的關鍵技術。最后介紹RFID技術的發展前景。

第7章介紹近場通信（NFC）技術。首先簡述NFC的概念、發展歷程和技術特點。然后詳細介紹NFC的技術原理，包括工作原理、工作模式以及技術標準等，并對NFC安全問題進行討論。最后，介紹NFC的應用及發展前景。

第8章介紹超寬帶（UWB）技術。首先概述UWB技術的產生、發展、技術特點以及信道傳播特征。接下來從脈沖成形、調制與多址、接收機等方面介紹UWB的關鍵技術。然后詳細描述UWB的系統和技術方案。最后介紹UWB的應用和研究方向。

第9章介紹60GHz無線通信技術。首先簡要介紹60GHz毫米波無線通信的技術特點以及優勢。然后概述60GHz無線通信國內外發展現狀以及標準化概況，總結當前60GHz無線通信的關鍵技術，包括收發電路、天線、電路集成等技術。最后介紹60GHz無線通信技術的相關應用。

第10章介紹Ad hoc網絡（自組網）。首先概述Ad hoc技術的起源與發展、特點以及關鍵技術等。接著重點介紹Ad hoc技術的MAC協議和路由協議。然后介紹移動Ad hoc網絡的QoS相關研究，包括QoS服務模型、QoS信令等。最后介紹Ad hoc技術的應用。

本書匯聚了短距無線通信領域最具實際應用意義的研究成果，不僅介紹各項技術的基本原理、技術特點及其在物聯網中的應用等，而且對該領域的最新前沿課題給予關注，為讀者進一步的深入研究奠定基礎。

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

致謝

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

感謝中南大學信息科學與工程學院副院長施榮華教授、計算機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！作為中南大學物聯網專業的學科帶頭人，兩位教授為本書的選題、內容組織以及審閱付出了大量的心血。中南大學信息科學與工程學院研究生謝羽嘉、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，還要感謝電子工業出版社和本書責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、細致負責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，以便再版時改進。聯系郵箱：dongjian@mail.csu.edu.cn。

董健

2012年8月于長沙