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上篇 基础理论3

第1章 无线通信网络概述3

1.1 无线通信网络的历史与发展4

1.2 无线通信网络的主要特点5

1.3 无线通信网络的基础技术5

1.4 无线通信网络的新兴技术7

1.5 移动互联网渗透7

参考文献7

第2章 无线电的传播8

2.1 有线介质与无线介质8

2.2 无线电的传播机制11

2.3 天线与天线增益12

2.4 路径损耗模型15

2.5 多径效应与多普勒效应20

参考文献22

第3章 蜂窝系统原理23

3.1 蜂窝系统23

3.2 移动性管理24

3.2.1 切换管理25

3.2.2 位置管理25

3.3 区群和频率复用25

3.3.1 通过频率复用扩大系统容量26

3.3.2 频率复用下的小区规划26

3.3.3 六边形小区的几何结构28

3.3.4 频率复用比29

3.4 同信道与相邻信道干扰30

3.4.1 同信道干扰31

3.4.2 邻信道干扰32

3.5 扩大系统容量的其他方法33

3.5.1 小区分裂33

3.5.2 定向天线（天线扇区化）34

3.6 信道分配策略35

参考文献36

第4章 3G、4G和5G37

4.1 3G概述37

4.1.1 技术起源37

4.1.2 标准参数38

4.1.3 应用领域41

4.2 4G43

4.2.1 技术层面43

4.2.2 概念43

4.2.3 系统网络结构44

4.2.4 关键技术45

4.2.5 优势和缺陷45

4.2.6 4G国际标准48

4.2.7 性能51

4.3 5G52

参考文献52

第5章 未来移动通信新技术54

5.1 移动云计算54

5.1.1 移动云计算的结构54

5.1.2 移动云计算面临的挑战55

5.2 移动网页55

5.3 移动接入56

5.4 普适计算57

参考文献58

人物介绍——美国工程院院士Scott Shenker教授59

参考文献59

第6章 移动管理60

6.1 位置管理60

6.1.1 位置更新61

6.1.2 寻呼61

6.1.3 位置管理方案63

6.2 切换管理65

6.2.1 基本过程65

6.2.2 优先切换66

6.2.3 实际切换中的技术问题66

6.2.4 蜂窝网与WLAN间的切换管理68

6.2.5 无线异构网络融合69

参考文献71

第7章 移动IP72

7.1 概述72

7.1.1 移动IP的出现背景72

7.1.2 移动IP设计目标及设计要求72

7.1.3 移动IP的发展历史73

7.2 移动IP协议73

7.2.1 基本术语73

7.2.2 移动IP的基本操作原理74

7.2.3 移动IP的工作过程74

7.2.4 移动IP存在的问题84

7.3 移动IPv685

7.3.1 移动IPv6操作85

7.3.2 移动IPv6与移动IPv4协议的区别88

参考文献88

人物介绍——互联网之父Vinton G.Cerf90

参考文献90

第8章 无线局域网与IEEE 802.11标准91

8.1 无线局域网的构成91

8.2 无线局域网的拓扑结构92

8.3 802.11标准家族93

8.3.1 IEEE 802.1193

8.3.2 IEEE 802.11b93

8.3.3 IEEE 802.11a94

8.3.4 IEEE 802.11g95

8.3.5 IEEE 802.11n95

8.3.6 IEEE 802.11ac97

8.3.7 IEEE 802.11ad98

参考文献99

第9章 WiMAX100

9.1 WiMAX与IEEE 802.16系列标准100

9.2 WiMAX/IEEE 802.16协议栈102

9.3 WiMAX的网络架构108

9.4 WiMAX的网络流程112

9.5 WiMAX的关键技术114

9.6 总结120

参考文献120

第10章 Ad hoc网络121

10.1 Ad hoc网络概述121

10.1.1 Ad hoc网络产生背景121

10.1.2 Ad hoc网络发展历史121

10.1.3 Ad hoc网络定义122

10.1.4 Ad hoc网络特点122

10.1.5 Ad hoc网络的应用124

10.1.6 Ad hoc网络面临的问题124

10.2 Ad hoc网络的体系结构125

10.2.1 Ad hoc网络的节点结构125

10.2.2 Ad hoc网络的拓扑结构126

10.2.3 Ad hoc网络协议栈简介127

10.2.4 Ad hoc网络的跨层设计128

10.3 Ad hoc网络的关键性技术129

10.3.1 隐藏终端和暴露终端130

10.3.2 Ad hoc网络路由协议134

10.4 Ad hoc的服务质量和安全问题144

10.4.1 服务质量（QoS）概念144

10.4.2 跨层模型144

10.4.3 Ad hoc网络中的安全问题145

参考文献148

人物介绍——无线网络专家Dina Katabi教授149

参考文献149

第11章 无线局域网安全150

11.1 无线局域网的安全威胁150

11.2 无线局域网的安全机制151

11.2.1 WEP加密机制151

11.2.2 WEP认证机制153

11.2.3 IEEE 802.IX认证机制154

11.2.4 WAPI协议157

11.2.5 IEEE 802.11i TKIP和CCMP协议159

参考文献162

第12章 Bluetooth和RFID163

12.1 蓝牙技术（Bluetooth）163

12.2 蓝牙技术原理165

12.2.1 设备结构165

12.2.2 基带层协议体系166

12.3 蓝牙应用170

12.4 无线射频识别技术（RFID）171

12.4.1 RFID概述171

12.4.2 RFID系统组成173

12.4.3 RFID分类176

12.4.4 RFID标准化177

12.4.5 RFID关键技术181

12.4.6 RFID的应用前景185

参考文献187

第13章 传感器网络188

13.1 概述188

13.2 无线传感器网络189

13.2.1 IEEE 1451与智能传感器189

13.2.2 无线传感器网络体系结构191

13.3 无线传感器网络的应用193

13.3.1 军事应用193

13.3.2 医疗卫生应用194

13.3.3 环境及农业应用195

13.3.4 智能家居应用196

13.3.5 其他应用196

13.4 无线传感器网络系统197

参考文献198

人物介绍——图灵奖得主Edmund M.Clarke教授199

参考文献199

第14章 物联网200

14.1 物联网综述200

14.1.1 物联网的历史200

14.1.2 物联网的发展近况200

14.1.3 物联网的应用202

14.2 超宽带无线通信技术205

14.2.1 超宽带无线传输技术的历史206

14.2.2 超宽带无线传输技术的特点207

14.2.3 超宽带无线传输技术的应用208

14.3 软件无线电210

14.3.1 软件无线电的历史210

14.3.2 软件无线电的特点211

14.3.3 软件无线电的应用212

14.3.4 软件无线电的发展前景213

14.4 射频识别213

14.4.1 射频识别的历史213

14.4.2 射频识别的特点214

14.4.3 射频识别的应用215

14.5 低功耗蓝牙无线技术216

14.5.1 低功耗蓝牙无线技术的历史216

14.5.2 低功耗蓝牙无线技术的特点217

14.5.3 低功耗蓝牙无线技术的应用218

14.6 人体局域网218

14.6.1 人体局域网的历史219

14.6.2 人体局域网的应用219

14.7 认知无线电220

14.7.1 认知无线电的历史220

14.7.2 认知无线电的特点221

14.7.3 认知无线电的应用221

参考文献224

人物介绍——IEEE Fellow刘云浩教授226

参考文献226

第15章 软件定义网络227

15.1 网络发展概述227

15.1.1 计算机网络发展现状227

15.1.2 计算机网络发展面临的问题228

15.1.3 云计算网络229

15.2 软件定义网络230

15.2.1 软件定义网络的发展230

15.2.2 软件定义网络定义231

15.2.3 软件定义网络的优势232

15.3 软件定义网络关键技术233

15.3.1 OpenFlow概述234

15.3.2 VXLAN概述236

15.3.3 其他关键技术239

15.4 软件定义网络标准现状241

15.4.1 标准化组织241

15.4.2 开源项目242

第16章 智能机器人网络243

16.1 智能机器人平台243

16.1.1 NAO人型机器人243

16.1.2 H20系列人型机器人247

16.1.3 国内机器人现状248

16.2 网络模块250

16.2.1 Wi-Fi250

16.2.2 ZigBee252

16.3 相关拓展256

16.3.1 分布式系统与算法256

16.3.2 人工智能257

16.3.3 机器学习259

参考文献261

人物介绍——图灵奖得主Les Valiant教授263

参考文献263

第17章 移动智能小车网络264

17.1 智能车的平台264

17.2 学术界移动小车机器人的研究应用269

17.2.1 Leap-Frog Path Design269

17.2.2 Real-Time Indoor Mapping269

17.2.3 Fully Distributed Scalable Smoothing and Mapping270

17.2.4 Cooperative Multi-Robot Estimation and Control271

17.2.5 Local vs.Global272

17.3 移动智能小车网络在产业界的应用273

17.3.1 无人驾驶汽车276

17.3.2 无线传感网络277

17.4 总结279

参考文献279

人物介绍——人工智能专家Judea Pearl教授281

参考文献281

第18章 四旋翼在无线网络中的应用282

18.1 在物联运输方面的应用282

18.2 在自主导航方面的应用283

18.3 在遥感测绘方面的应用283

18.4 在其他方面的应用283

参考文献284

人物介绍——机器人专家Vijay Kumar教授285

参考文献285

第19章 MIMO无线通信系统286

19.1 简介286

19.1.1 MIMO技术基本概述286

19.1.2 MIMO技术在Wi-Fi系统中的应用287

19.2 系统模型288

19.2.1 系统结构288

19.2.2 信道模型289

19.3 信道容量分析291

19.3.1 信道模型分析291

19.3.2 SISO系统中的香农定理292

19.3.3 MIMO系统的信道容量分析293

19.4 空时编码技术294

19.4.1 分集与复用294

19.4.2 空时编码方法295

19.5 MIMO技术的几种应用场景298

19.5.1 分布式MIMO298

19.5.2 虚拟MIMO299

参考文献301

第20章 安卓编程与智能手机302

20.1 安卓系统的架构302

20.1.1 应用程序层（Applications）303

20.1.2 应用程序框架层（Application Framework）303

20.1.3 系统运行库（Libraries+Runtime）304

20.1.4 Linux内核305

20.2 编程环境的搭建305

20.3 安卓工程307

20.3.1 安卓程序里的基本概念308

20.3.2 安卓应用程序的生存周期311

20.3.3 典型例程315

20.3.4 网上的资源319

20.4 安卓手机功能介绍320

20.5 安卓手机在研究领域的应用320

20.5.1 应用1320

20.5.2 应用2321

20.5.3 应用3321

20.5.4 应用4322

20.5.5 应用5322

20.5.6 应用6324

20.5.7 应用7324

20.5.8 应用8325

20.5.9 应用9326

20.5.10 应用10327

20.5.11 应用11327

20.5.12 应用12327

20.5.13 应用13328

20.5.14 应用14329

20.5.15 应用15330

20.5.16 应用16330

20.5.17 应用17331

20.5.18 应用18332

20.5.19 应用19332

20.5.20 应用20333

20.6 总结335

参考文献335

人物介绍——小米公司创始人雷军337

参考文献337

第21章 比特币338

21.1 比特币的诞生338

21.2 比特币的交易339

21.3 比特币的安全性341

参考文献343

第22章 图形码345

22.1 一维条形码345

22.1.1 一维条形码的分类346

22.1.2 一维条形码的应用347

22.2 QR码348

22.2.1 二维码的诞生348

22.2.2 QR码的公开及其普及349

22.2.3 QR码标准及其进化349

22.2.4 QR码的优点350

22.2.5 QR码的符号结构350

22.2.6 QR码特征350

22.2.7 版本和规格351

22.2.8 QR码的应用352

22.3 其他二维码354

22.3.1 Data Matrix354

22.3.2 PDF417355

22.3.3 Aztec码355

22.3.4 MaxiCode356

22.3.5 EZcode357

22.4 高维码357

22.4.1 HCCB（高容量彩色条码）357

22.4.2 COBRA357

第23章 移动互联网的工业设计360

23.1 移动互联网的产品360

23.1.1 产品分类360

23.1.2 产品特点362

23.2 移动互联网的设计和研发363

23.2.1 移动互联网产品用户的特点［12］364

23.2.2 移动互联网产品设计原则364

23.2.3 移动互联网产品设计要素365

23.2.4 与传统的产品设计的不同点365

参考文献366

人物介绍——Apple公司创始人乔布斯367

参考文献368

第24章 虚拟化技术369

24.1 虚拟化技术的发展历程369

24.2 虚拟化技术的分类370

24.2.1 根据抽象层次分类370

24.2.2 根据应用类型分类371

24.3 虚拟化技术的优势及应用373

24.3.1 虚拟化技术的优势373

24.3.2 虚拟化技术的应用374

24.4 虚拟化资源的管理374

24.5 虚拟化技术的发展趋势375

24.6 虚拟化技术与移动互联网376

24.6.1 虚拟化技术在移动终端上的应用376

24.6.2 应用案例377

参考文献379

第25章 移动互联网游戏380

25.1 移动物联网游戏产业链380

25.2 移动物联网游戏类型382

25.3 移动物联网游戏发展史与经典游戏382

25.4 移动物联网游戏发展前景384

25.5 移动物联网游戏公司miHoYo386

参考文献387

人物介绍388

第26章 移动互联网智能化和算法389

26.1 智能移动互联网390

26.1.1 移动社交网络390

26.1.2 基于大规模视频流的实时分析与处理391

26.1.3 智慧城市391

26.1.4 医疗图像分析系统392

26.1.5 互联网金融大数据392

26.2 众筹网络392

26.2.1 众筹网络资源调度方案393

26.2.2 众筹网络的节点激励机制393

26.2.3 众筹网络安全机制393

26.3 移动互联网的计算393

26.3.1 大数据分析——强大的工具393

26.3.2 分布式计算395

26.4 两个实例396

26.4.1 朋友关系预测396

26.4.2 车载互联网路由优化397

参考文献397

第27章 互联网的未来及影响398

27.1 互联网带来的行业变革398

27.2 互联网金融：数字化时代的金融变革407

27.2.1 互联网金融与金融互联网407

27.2.2 互联网金融的新模式408

27.2.3 互联网金融的未来410

27.3 互联网对传统教育的挑战411

27.3.1 互联网对传统教育的影响411

27.3.2 因特网对教育观念转变的意义412

27.3.3 互联网时代现代教育的几个特点413

27.3.4 因特网进入现代教育需注意的问题414

27.4 互联网所引起的信息安全问题415

参考文献416

人物介绍——阿里巴巴公司创始人马云417

参考文献418

下篇 实验421

第28章 实验1 NS基础421

第29章 实验2 NS仿真：Ad hoc网络中的TCP性能426

第30章 实验3 Ad hoc路由协议430

第31章 实验4 移动IP433

第32章 实验5 无线安全438

第33章 实验6 Android开发基础441

第34章 实验7 Android开发提高444

第35章 实验8 SDN实验445

第36章 实验9 Android测量Wi-Fi信号强度451

第37章 实验10 Android计步器458

致谢464