移动互联网导论

上篇基 础 理 论

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◆移动互联网导论目录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

4.13G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

4.24G43

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

4.2.64G国际标准48

4.2.7性能51

4.35G52

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

8.3802.11标准家族93

8.3.1IEEE 802.1193

8.3.2IEEE 802.11b93

8.3.3IEEE 802.11a94

8.3.4IEEE 802.11g95

8.3.5IEEE 802.11n95

8.3.6IEEE 802.11ac97

8.3.7IEEE 802.11ad98

参考文献99

第9章WiMAX100

9.1WiMAX与IEEE 802.16系列标准100

9.2WiMAX/IEEE 802.16协议栈102

9.3WiMAX的网络架构108

9.4WiMAX的网络流程112

9.5WiMAX的关键技术114

9.6总结120

参考文献120

第10章Ad hoc网络121

10.1Ad hoc网络概述121

10.1.1Ad hoc网络产生背景121

10.1.2Ad hoc网络发展历史121

10.1.3Ad hoc网络定义122

10.1.4Ad hoc网络特点122

10.1.5Ad hoc网络的应用124

10.1.6Ad hoc网络面临的问题124

10.2Ad hoc网络的体系结构125

10.2.1Ad hoc网络的节点结构125

10.2.2Ad hoc网络的拓扑结构126

10.2.3Ad hoc网络协议栈简介127

10.2.4Ad hoc网络的跨层设计128

10.3Ad hoc网络的关键性技术129

10.3.1隐藏终端和暴露终端130

10.3.2Ad hoc网络路由协议134

10.4Ad 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

10.4.3Ad 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

11.2.1WEP加密机制151

11.2.2WEP认证机制153

11.2.3IEEE 802.1X认证机制154

11.2.4WAPI协议157

11.2.5IEEE 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

12.4.1RFID概述171

12.4.2RFID系统组成173

12.4.3RFID分类176

12.4.4RFID标准化177

12.4.5RFID关键技术181

12.4.6RFID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

13.2.1IEEE 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

15.3.1OpenFlow概述234

15.3.2VXLAN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

16.1.1NAO人型机器人243

16.1.2H20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

16.2.1WiFi250

16.2.2ZigBee252

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

17.2.1LeapFrog Path Design 269

17.2.2RealTime Indoor Mapping269

17.2.3Fully Distributed Scalable Smoothing and Mapping270

17.2.4Cooperative MultiRobot Estimation and Control271

17.2.5Local 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

19.1.1MIMO技术基本概述286

19.1.2MIMO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

19.3.2SISO系统中的香农定理292

19.3.3MIMO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

19.5MIMO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

20.1.4Linux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

22.2QR码348

22.2.1二维码的诞生348

22.2.2QR码的公开及其普及349

22.2.3QR码标准及其进化349

22.2.4QR码的优点350

22.2.5QR码的符号结构350

22.2.6QR码特征350

22.2.7版本和规格351

22.2.8QR码的应用352

22.3其他二维码354

22.3.1Data Matrix354

22.3.2PDF417355

22.3.3Aztec码355

22.3.4MaxiCode356

22.3.5EZcode357

22.4高维码357

22.4.1HCCB（高容量彩色条码）357

22.4.2COBRA357

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

第28章实验1NS基础421

第29章实验2NS仿真： Ad hoc网络中的TCP性能426第30章实验3Ad 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6Android开发基础441第34章实验7Android开发提高444第35章实验8SDN实验445第36章实验9Android测量WiFi信号强度451第37章实验10Android计步器458致谢464

本书系统、深入地介绍了移动互联网的基本概念、关键技术、应用开发等内容，在系统地讲解移动互联网发展历程与应用现状的同时，还介绍了移动互联网未来的发展趋势。本书层次清晰，内容丰富，在讲解知识的同时，配合适当的图形图表，使内容更易被读者理解。本书可作为高等学校计算机专业、通信工程专业、电子与信息专业以及其他相近专业本科生的教科书，也可以作为移动互联网技术人员的参考书。

本书深入讲解移动互联网的基本概念、关键技术和应用开发；本书设计十个移动互联网典型实验，深入探索移动互联网开发实践。
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