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第一章 物聯網概述
在物聯網時代，每一件物體均可尋址，每一件物體均可通信
一、核心技術
物聯網分爲四層：感知識別層，網絡構建層，管理服務層，綜合應用層
是聯繫物理世界與信息世界的紐帶，既包括RFID、無線傳感器等信息自動生成設備，也包括各種智能電子產品用來人工生成信息。（信息生成方式多樣化是物聯網區別於其他網絡的重要特徵）
互聯網以及下一代互聯網（包括IPV6等技術）是物聯網的核心網絡，而處在邊緣的各種無線網絡及其演進技術（包括3G4G通信技術），提供廣闊範圍內連續的網絡接入服務。
存儲是信息處理的第一步，如何有效的組織和查詢數據是核心問題。
第二章 自動識別技術與RFID
條形碼的進階版——無線射頻識別技術（RFID）,最大的特性是能夠提供更細緻，更精確的產品供貨信息，並能實現貨物供給過程的自動化。
一、自動識別技術
OCR：光符號識別器，最主要的有點事信息密度高，但是價格昂貴系統複雜
語音識別技術的重大突破是隱馬爾科夫模型的引入
通過生物特徵識別不同生物個體的方法，指紋識別、虹膜識別，語音識別，體型識別等。
傳統條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白按照一定的編碼規則排列，用以表示一組信息的圖形標識符。
將條形碼轉化爲有意義的信息，需要經歷掃描和譯碼兩個過程，白色物體能反射各種波長的可見光，而黑色則吸收各個波長的可見光。當條形碼掃描器光源發出的光經條形碼反射後，反射光射入掃描器內部的光電轉化器上，光電轉化器將強弱不同的反射光信號轉化爲相應的電信號，電信號經過放大電路增強，再送到整形電路將模擬信號轉化爲數字信號
一維條形碼的信息容量較小，僅能容納幾位或者幾十位的信息，因此其職能識別一類產品，只有在數據庫的輔助下人們才能通過條形碼獲得商品對應的信息，也就是說離開了數據庫，它的作用顯得雞肋。
條形碼從一個維度讀取數據，而二維碼可以從水平和豎直兩個維度來獲取信息，信息容量大而且具有糾錯功能，工作方式類似，需要一個掃描裝置，一個譯碼裝置。
二、RFID
利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞，並通過所傳遞的信息達到自動識別的目的。
最明顯優點：電子標籤和閱讀器無需接觸便可完成識別
RFID由五個組件構成：傳送器，接收器，微處理器，天線和標籤，其中傳送器，接收器和微處理器通常被封裝在一起，統稱爲閱讀器，業界經常將RFID系統分爲閱讀器、天線和標籤三大組件
1．工作原理
首先閱讀器通過天線發出電磁波；標籤收到信號後發射內部存儲的標識信息；閱讀器再通過天線接收並識別標籤發回的信息；最後閱讀器將識別結果發回主機
電子標籤與閱讀器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間無接觸耦合，在耦合通道內，根據時序關係，可以實現能量的傳遞以及數據的交換。耦合有兩種類型（i）電感耦合：變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現耦合。（ii）雷達模型，發射出去的電磁波碰到目標後反射，同時攜帶目標信息。
2．標籤種類：
（i）被動式標籤
內部沒有電源設備，所以也稱爲無源標籤。該標籤內部的集成電路通過接受由閱讀器發出的電磁波進行驅動，從而向閱讀器發送數據
（ii）主動式標籤
內部攜帶電源，又稱爲有源標籤，有兩種工作模式，一是主動模式，這種狀態下標籤主動向四周進行週期性廣播，即使沒有閱讀器的存在也會這樣做；第二種是喚醒模式，即一開始處於低耗電量的休眠狀態，閱讀器識別時需要先廣播一個喚醒命令，標籤接收到喚醒命令之後纔開始廣播自己的編碼
（iii）半主動式標籤
內部攜帶電池，這種標籤可以攜帶傳感器檢測環境參數，但標籤與閱讀器的通信無需電池提供能量，而是從閱讀器發送的電磁波獲取通信能量。
第三章 無線傳感網
一、關於傳感器
傳感器作爲連接物理世界與電子世界的重要媒介，將在信息化的過程中發揮關鍵作用。
1．什麼是傳感器？
能感受被測量並按照一定規律轉化成可用輸出信號的器件或裝置
2．傳感器的組成
傳感器一般由敏感元件，轉換元件和基本電路組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受被測物理量的部分，轉換元件將敏感元件的輸出轉換成電路參量（電壓，電感等），最後基本電路將電路參數轉化成電量輸出
3．無線傳感節點的組成
包含傳感器部件，集成了微型處理器、無線通信芯片和供能裝置，能夠對感知的信息進行綜合分析處理和網絡傳輸。
二、硬件平臺
1．傳感器
2．微處理器
微處理器是無線傳感節點中負責計算的核心，目前的微處理器芯片同時也集成了內存、閃存、模數轉化器，數字輸入輸出等
3．通信芯片
在一個無線通信節點種，通信芯片耗能所佔的比重最大。
4．功能裝置
（i）供電電池，優點是系統自放電少，電能利用率較高，但是充電效率較低且充電次數有限
（ii）超電容，充電效率高但是有一個很大的挑戰：電容自放電很大
三、操作系統：傳感器節點軟件系統的核心
節點操作系統區別於傳統操作系統的主要特點是其硬件平臺資源極其有限
1．開發語言
tinyOS是使用nesC語言編寫的。
2．任務調度
3．關鍵服務：
（1）OS核心服務：包括讀取傳感器、串口通信，讀取程序閃存以及外部存儲器，基本點對點傳輸服務等。
（2）數據收集協議：將多個節點上的數據通過多條路由器傳到匯聚節點
（3）數據分發協議：通過會聚節點分發多種系統參數，並在網絡內維持一致性。
（4）時間同步協議：在網絡內交換同步信息，達到全網同步
（5）網絡重編程協議：可以通過匯聚節點分發程序代碼，通過節點自編程，達到應用程序更新以及程序重編程的目的。
四、組網技術
1．選路指標ETX
如果網絡中的無線鏈路都是完全可可靠的，即收包率100%，則使用最小條跳數路由是合理的，這樣的路由方式引起的總的傳輸開銷是最小的，但是實際中無線鏈路不可靠，因此實際網絡中較小的跳數並不代表着以最小次數能夠把數據包傳輸到會匯聚節點。ETX是目前無線傳感網中廣泛使用的路徑選擇指標
2．路由協議
路由是大規模無線傳感網需要實現的基本功能之一
（1）CTP：數據收集協議
（2）Drip：數據分發協議
五、發展前景
1．低成本與微型化
2．低功耗
由於通信的能量消耗佔據了主導地位，如果不能配合一個高效的通信調度機制，則節點發送的數據可能會大量碰撞，網絡極度擁塞，傳感器網絡會被大量的重複數據佔用信道
如果節點多數都進入睡眠模式，數據發送方將長時間無法找到能夠接受數據的節點，因此睡眠模式下的Mac協議調度顯得尤爲重要。
3．靈活性與擴展性
4．魯棒性
第四章 定位技術
一、定位系統
1．GPS衛星定位系統
（1）GPS系統的三大組成部分
（2）GPS主要優缺點
2．蜂窩基站定位
（1）CoO定位（cell of origin）-單基站定位
最簡單的定位方法，是一種單基站定位方法。非常直白，就是將移動設備所屬基站的座標視爲移動設備的座標。
- （i）精度很低，精度直接取決於基站覆蓋的範圍，覆蓋半徑500米那麼誤差最大就是500米。
- （ii）速度很快，通常只需要2-3秒時間就可以完成定位，因此使用與情況緊急的場合。
（2）多基站定位
最常用的是基於到達時間（time of arrival，TOA）或者到達時間差（time difference of arrival，TDoA）
3．室內精確定位
4．Wifi基站定位
通過wifi接入點來確定目標的位置。一個無線ap的Mac地址可以看作是全球唯一的，如果我們用一個數據庫記錄下全世界所有無線ap的mac地址以及該ap所在的位置，那麼我們就可以通過查詢數據庫來得到附近ap的位置，然後通過信號強度來估算出精確的位置0。
二、定位技術
1．基於距離的定位（ToA）
（1）距離測量方法
① 利用波速差
我們可以記錄接收到波的時刻，但是如何才能知道波的發送時刻呢，除了將其編碼在數據包中之外，我們還可以採取以下方法：
② 測量往返時間
（2）已知距離，計算位置
2．基於距離差的定位（TDoA）
不需要進行測量目標與參考點之間的時鐘同步，只需要保證所有參考點保持時鐘同步即可。由於參考點是事先佈置的，完全可以在佈置的時候保證他們的時鐘同步性
實際中，使用多組測量結果，通過最小二乘法來減小誤差
3．基於信號特徵的定位
第五章 互聯網與移動互聯網
一、1G
第一代移動通信技術（1G）是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標準，制定於上世紀80年代。網絡標準有NMT、NMT、TACS、JTAGS等，基本上歐美的發達國家都有自己的標準。到現在爲止，第一代模擬蜂窩服務移動通信已經被淘汰了。1G無線系統在設計上只能傳輸語音流量，並受到網絡容量的限制。
貝爾實驗室提出的小區制，蜂窩組網的理論在移動通信發展史上具有里程碑意義。
二、2G
與1G不同，2G用數字傳輸取代了模擬蜂窩網絡，這提高了電話尋找網絡的效率。從2G開始，移動通話慢慢變得普及，手機用戶數量越來越多。
2G技術基本可被切爲兩種，一種是基於TDMA所發展出來的以GSM爲代表，另一種則是CDMA規格，複用﹙Multiplexing﹚形式的一種。
（i）GSM利用時分複用技術將每一對頻率分成許多時間槽，供多個用戶在不同時間段內共享，還利用頻分複用技術
（ii）CDMA（碼分多址），3G的基礎，利用編碼技術區分並分離多個同時傳輸的信號，從根本上保證了時間和片段等資源的高效利用。
三、3G
3G是第三代移動通信技術，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上。
3G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，目前3G存在3種標準：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。
主要以蜂窩、碼分多址爲基礎
四、4G
4G指的是第四代移動通信技術，它集3G與WLAN於一體，並能夠快速傳輸數據、高質量、音頻、視頻和圖像等。目前4G有TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，並能夠滿足幾乎所有用戶對於無線服務的要求。
主要使用了時分雙工（time division duplex, TDD）、頻分雙工（FDD）兩種雙工模式。又與時俱進的引入了多輸入多輸出與正交頻分多路複用等技術，
五、5G
支持超快速響應應用並具有高可靠性。關鍵技術：
（1）大規模多天線技術
現有的4G蜂窩網絡的多天線技術很難繼續提升點到點鏈路的傳輸速率、擴展頻譜資源、構建高密度部署的異構網絡。在基站端採用超大規模天線陣列可以帶來很多性能優勢。
（2）高頻段傳輸技術
使用的是28GHZ以上的頻段，比4G所使用的1.8/2.6GHz頻段高出很多，高頻信號能帶來極高的帶寬，但是通信距離有限，需要更加密集的部署覆蓋。
（3）密集網絡接入技術
第六章 無線接入技術
互聯網是物聯網中網絡構建層的基礎，像是一條高速公路，滿足主幹城市之間的快速大容量交通運輸；如果想實現門到門的便利通行，還需要省道、縣道、城市道路的輔助。在網絡技術中，實現“最後一公里互聯互通”任務的是各種類型的無線接入技術。
Ad-hoc network（自組網）：無線網絡用戶通過無中心，自組織的方式形成自組網，特點是無需基站和上層網絡支持，用戶自身具備網絡地址指派、路由選擇以及域名解析的功能。無線傳感網是典型的實例，他是無線領域的對等網（peer-to-peer network），每個節點既是數據的生產者也是數據的轉發者
一、無線接入技術簡介
1．基本組成元素
（1）無線網絡用戶：也成爲無線網絡節點，是指具備無線通信能力，並可以將無線通信信號轉化爲有效信息的終端設備。
（2）無線連接：無線網絡用戶與基站或者無線網絡用戶之間傳輸數據的通路，相比於有線網絡採用電纜、光纜、同軸雙鼓線等物理實體，無線連接主要通過無線電波、光波、聲波等作爲傳輸載體。
（3）基站：基站實際上也是一個無線網絡用戶，其特殊性在於他的職責是將一些無線網絡用戶連接到更大的網絡。所以基站是能與公網以較高帶寬交換數據的超級節點。無線網絡用戶通過基站接受和發送數據包，基站將用戶的數據包轉發給他所屬的上層網絡，並將上層網絡的數據包轉發給指定的無線網絡用戶。
WiFi基站：接入點AP（access point）覆蓋範圍幾十米
蜂窩電話網：蜂窩塔（cell tower）城市中幾千米，郊外幾十千米
2．無線網絡接入的技術特點
無線網絡協議大多基於基站與上層網絡之間的數據交互，基站代替了有線網絡中的交換機，用戶使用無線網卡取代了有線網卡。下面是有線連接和無線連接的重要區別：
（1）信號強度衰減：類似wifi
（2）非視線傳輸：發送者和接受者之間的部分傳輸路徑被阻擋
（3）同頻信號干擾：相同頻段的信號以及外部的電磁噪聲的影響
（4）多徑傳播干擾：由於阻擋物的折射和反射，沿不同路徑傳播的無線電波在接收端相互干擾。
（5）隱藏終端問題：如下圖1和2都能感受到AP，但是1不能感受到2，所以1,2可能同時向AP發送數據，造成衝突
二、Wi-Fi：無線局域網
1．WiFi
2．Bluetooth
3．ZigBee
無線傳感網作爲物聯網的一個典型應用，zigbee是無線傳感網中最早出現的無線通信協議，也是最著名的無線通信協議。
基於IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，用於實現類似於蜂羣通信的低功耗、低複雜度、低速率、自組織的短距離無線通信網絡，爲了克服Bluetooth的昂貴而投入研發
（1）低功耗
（2）成本低
（3）時延短
（4）網絡容量大
（5）可靠
（6）安全
4．60GHz毫米波通信
5．可見光通信（light Fidelity，Li-Fi）
利用可見光波普進行數據傳輸的全新無線傳輸技術。由於LED燈具有高速點調製性能，可以通過高速明暗閃爍信號傳輸信息（開表示1 關表示0），這些閃爍肉眼不可見，但是卻能被電子接收器或者移動設備讀取。試想一下每一個LED都可以作爲access point
6．低功耗局域網