本书是依托中南大学国家级特色专业(物联网工程)的建设，结合国内物联网工程专业的教学情况编写的。本书主要介绍物联网设计方面的知识，首先对物联网系统的设计进行概要描述，给出物联网体系结构和网络的设计方法，然后就物联网的感知层、网络层和应用层的设计进行详细的描述，最后给出智能家居和智能医疗这两个典型的物联网系统的设计实例，以及简单的物联网应用设计。本书的内容涉及物联网系统集成方法、物联网体系结构及其各层次(感知层、网络层、应用层)的设计原则与方法、典型物联网系统应用案例分析等，能为物联网工程专业的学生和其他感兴趣的读者提供实质性的帮助。
本书自2013年初次出版以来已有4年，期间不少老师通过电子邮件索要套配课件，自知书中存在诸多不足，套配课件也有待进一步完善，感觉有愧于使用本书作为教材的各位老师们的期望。鉴于本人学识、时间、精力等各方面的局限，尚难对本书有根本性改进与完善，但逐步向好的愿望是一直存在的。
本次再版仅是对其中部分章节的内容进行了补充，具体补充了第4章的RPL路由协议的扩展内容，以及第6章的简单物联网应用系统设计。前一部分包括RPL路由协议的QoS机制、QoS保证的路由度量目标函数、支持节点移动的RPL路由协议；后一部分包括应用系统设计的一般模式与应用系统设计的样例。
本书分为6章，每章后面都提供一定数量的思考与习题，以便于读者复习巩固本章的重点。前后章节之间是递进关系，建议初学者从头开始按章节顺序阅读，而有一定基础的读者可选择感兴趣的章节以获得自己所需的知识，例如，对一些核心协议的学习。
第1章是对物联网系统设计的概述，内容涉及物联网定义与分类、系统集成要求与步骤、系统设计标准与规范，以及用户需求分析等。本章内容是后面章节内容展开的铺垫。
第2章讲述物联网体系结构与网络设计方法，内容包括常见的物联网三层，五层体系结构模型，相应的安全体系结构模型，网络系统设计的目标、原则、步骤以及折中考虑等。后面的第3、4、5章将在本章讲述的三层体系结构上依次展开阐述。
第3章讲述物联网感知层涉及的主要技术和设计方法，内容涉及感知层的基本拓扑结构、信息读写和传输、频谱的规范与使用等，其中，感知层信息读写与传输所涉及的防冲突协议是本章学习的重点，同时也是难点。
第4章讲述物联网网络层涉及的主要技术和设计方法，内容涉及网络层的基本拓扑结构、基于网关的网络层设计，以及基于IPv6的网络层设计等，其中，LoWPAN适配层协议、RPL路由协议、支持节点移动的RPL路由协议是本章学习的重点，同时也是难点。
第5章讲述物联网应用层涉及的主要技术和设计方法，内容涉及应用业务的网络性能需求分析、适用于物联网的应用层协议CoAP、应用业务服务质量设计，以及负载均衡设计等，其中CoAP协议是本章学习的重点，同时也是难点。
第6章给出两个典型的物联网设计的应用案例，以便引导读者在掌握前述章节知识的基础上，自己构思设计物联网应用系统。为了便于读者快速掌握开发自己的小型物联网系统，对物联网应用系统设计的一般模式做了详细阐述与归纳总结，并给出了三个不同应用领域的设计样例，以方便初学者快速掌握物联网系统设计的最基本方法。
本书由桂劲松编著，由中南大学信息科学与工程学院计算机科学与技术系黄东军教授审阅。在编写的过程中，作者参阅了大量书籍和文献资料，借鉴了许多网络系统设计的工程经验，得到了很多专家、同行的帮助。中南大学信息科学与工程学院为本书的完成提供了大力支持。为此，作者对所有为本书的顺利出版提供帮助的各界人士以及所有参阅书籍和文献的作者，一并致以敬意，并表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，本书难免存在不足之处，敬请各位读者批评指正。在使用本书的过程中，若发现错误或不妥之处，甚至有更好的建议，都欢迎通过jsgui06@163.com与作者联系，作者将不胜感谢。同时也恳请学界和业界同仁批评指正，以期共同为物联网工程专业的教学工作献计献策。
作者
2017年4月
桂劲松，男，副教授，博士后，中南大学信息科学与工程学院副教授；中国计算机学会（CCF）会员。从事计算机网络原理、网络工程、无线通信系统原理的教学。
第1章 物联网系统设计概论 （1）
1．1 物联网概论 （1）
1．1．1 物联网定义 （1）
1．1．2 物联网分类 （3）
1．2 物联网系统集成 （4）
1．2．1 系统集成的定义与特点 （4）
1．2．2 系统集成的要求 （5）
1．2．3 系统集成的步骤 （5）
1．3 网络系统设计标准与规范 （11）
1．3．1 设计标准 （11）
1．3．2 文档与规范 （18）
1．3．3 网络系统设计文档编制 （19）
1．4 物联网系统设计的用户需求分析 （21）
1．4．1 需求分析概述 （21）
1．4．2 用户需求获取 （22）
1．4．3 物联网业务需求分析 （22）
1．4．4 物联网系统性能需求分析 （24）
思考与练习题 （24）
第2章 物联网体系结构与网络设计方法 （25）
2．1 物联网体系结构 （25）
2．1．1 物联网体系结构概述 （25）
2．1．2 物联网的三层体系结构 （27）
2．1．3 物联网的五层体系结构 （29）
2．1．4 物联网安全体系结构概述 （35）
2．1．5 物联网三层安全体系结构 （38）
2．1．6 物联网五层体系结构考虑的安全模型 （40）
2．2 网络设计方法 （41）
2．2．1 网络的设计目标 （41）
2．2．2 网络设计的原则 （41）
2．2．3 网络设计的步骤 （42）
2．2．4 网络设计的折中 （43）
思考与练习题 （44）
第3章 物联网系统感知层设计 （45）
3．1 感知层的基本拓扑结构 （45）
3．1．1 感知层涉及的主要技术 （45）
3．1．2 感知层拓扑结构的类型 （46）
3．1．3 感知层拓扑结构的形成 （47）
3．2 感知层的信息读写与传输 （48）
3．2．1 RFID分类与工作原理 （48）
3．2．2 RFID标签的冲突概念及其避免算法 （51）
3．3 感知层的频谱规划与使用 （66）
3．3．1 感知层对频谱的需求 （66）
3．3．2 频谱的科学规范 （66）
3．3．3 频谱感知的基本方法 （68）
3．3．4 可用带宽感知技术 （70）
3．3．5 使用认知频谱的MAC协议 （72）
3．4 感知层的安全设计 （76）
3．4．1 感知层中RFID的信息安全问题 （76）
3．4．2 感知层中RFID的信息安全对策 （76）
思考与练习题 （78）
第4章 物联网系统网络层设计 （79）
4．1 网络层的基本拓扑结构 （79）
4．1．1 网络层拓扑结构概述 （79）
4．1．2 拓扑结构的类型与使用选择 （79）
4．1．3 网络层拓扑结构的控制 （82）
4．2 基于网关的网络层设计 （85）
4．2．1 网络层分层设计模型 （85）
4．2．2 网络分层结构的路由与寻址 （87）
4．2．3 具体场景下路由与寻址的性能 （89）
4．3 基于IPV6的网络层设计 （91）
4．3．1 引入6LoWPAN的原因 （91）
4．3．2 6LoWPAN协议栈概述 （93）
4．3．3 LoWPAN适配层协议 （96）
4．3．4 RPL路由协议 （107）
4．3．5 RPL路由协议的扩展 （134）
4．4 网络层的安全设计 （141）
4．4．1 物理隔离设计 （141）
4．4．2 网络层逻辑安全设计 （142）
思考与练习题 （145）
第5章 物联网系统应用层设计 （147）
5．1 应用业务的网络性能需求 （147）
5．1．1 业务承载能力分析 （147）
5．1．2 基本业务需求分析 （150）
5．1．3 业务应用对平台营运的需求 （151）
5．1．4 业务带宽需求及管理 （153）
5．2 适用于物联网的应用协议 （155）
5．2．1 物联网的通信量特征 （155）
5．2．2 CoAP和HTTP对比 （157）
5．2．3 CoAP协议细节 （161）
5．3 网络应用业务的服务质量设计 （178）
5．3．1 服务质量的主要技术指标 （178）
5．3．2 服务质量的主要实现机制 （178）
5．4 网络应用业务的负载均衡设计 （181）
5．4．1 负载均衡原理与技术 （181）
5．4．2 多条宽带线路下的负载均衡 （183）
5．4．3 负载均衡设计案例 （185）
5．5 应用层的安全设计 （186）
5．5．1 应用层DDoS攻击的原理 （186）
5．5．2 新网络流特征导致DDoS检测的困难 （187）
5．5．3 有效检测突发流下App-DDoS攻击的方法 （189）
思考与练习题 （191）
第6章 物联网系统设计的应用案例 （192）
6．1 智能家居行业中的物联网系统设计 （192）
6．1．1 智能家居物联网系统设计背景 （192）
6．1．2 智能家居物联网系统设计案例分析 （194）
6．2 智能医疗行业中的物联网系统设计 （202）
6．2．1 智能医疗物联网系统设计背景 （202）
6．2．2 智能医疗物联网系统设计案例分析 （204）
6．3 简单物联网应用系统设计 （214）
6．3．1 应用系统设计的一般模式 （214）
6．3．2 应用系统设计的样例 （215）
思考与练习题 （220）
参考文献 （221）
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