[正版]移动互联网导论(第4版) 傅洛伊 计算机移动互联网导论移动通信

本书全面、深入地介绍移动互联网的基础理论、新兴技术、应用开发等内容，在系统地讲解移动互联网发展历史与应用现状的同时，还介绍移动互联网未来的发展趋势。本书注重对网络领域前沿知识的涵盖和介绍，在讲解基础理论知识的同时，还引入比特币、区块链等新兴的移动互联网技术。

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，也可作为移动互联网技术人员的参考书。

傅洛伊，上海交通大学计算机科学与工程系副教授。长期担任本科生核心课程《数据结构》、《电类工程导论（B类）》、《移动互联网》等多项教学工作。国家优秀青年科学基金获得者，主持国家重点研发计划项目课题1项和国家自然科学基金国际合作与交流项目1项，并长期致力于从事物联网传输优化、图与网络、数据挖掘及知识图谱等领域的基础理论和关键技术方面的研究。

王新兵 博士，上海交通大学特聘教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。主要从事无线网络性能分析与优化设计、网络拓扑建模分析与大数据挖掘等方面研究工作；主持撰写了《基于条形码实验的教研结合》一文并发表于IEEE Communications Magazine期刊；先后承担国家自然科学基金，工信部重大专项，科技部国际合作基金，教育部霍英东基金，博士点、回国留学人员基金，上海市浦江人才、科技攻关重点项目等20余项；国外出版英文学术专著2部，在IEEE/ACM杂志和会议发表论文100余篇；主讲《无线通信原理与应用》、《移动无线网络》、《随机过程与排队论》等多项本科生与研究生课程。

本书于2015年12月发行第1版至今已五年有余。自发行以来，收到了来自全国众多高校授课教师、通信类专业学生的支持与认可。同时，本书已成功推广至全国100余所高校，其中包括清华大学、北京大学、国防科技大学、北京航空航天大学、西安电子科技大学、北京邮电大学、电子科技大学等全部C9、985重点高校。本次再版，作者结合各位专家老师与使用本书的学生们的反馈意见，对书中移动互联网基础理论与前沿技术部分都进行了全面更新与补充。删去了部分陈旧内容，并增加了一些移动互联网下的新应用。

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6

1.4无线通信网络的新兴技术7

1.5移动互联网渗透7

习题7

参考文献7

第2章无线电的传播9

2.1有线介质与无线介质9

2.2无线电的传播机制12

2.3天线与天线增益13

2.4路径损耗模型16

2.5多径效应与多普勒效应21

习题23

参考文献23

第3章蜂窝系统原理24

3.1蜂窝系统24

3.2移动性管理25

3.2.1切换管理26

3.2.2位置管理26◆移动互联网导论(第4版)目录

3.3区群和频率复用26

3.3.1通过频率复用扩大系统容量27

3.3.2频率复用下的小区规划27

3.3.3六边形小区的几何结构29

3.3.4频率复用比30

3.4同信道与邻信道干扰31

3.4.1同信道干扰32

3.4.2邻信道干扰33

3.5扩大系统容量的其他方法34

3.5.1小区分裂34

3.5.2定向天线（天线扇区化）35

3.6信道分配策略36

习题37

参考文献37

第4章3G、4G和5G38

4.13G38

4.1.1技术起源38

4.1.2标准参数39

4.1.3应用领域42

4.24G43

4.2.1技术层面44

4.2.24G概念44

4.2.3系统网络结构45

4.2.4关键技术45

4.2.54G国际标准45

4.2.6性能48

4.35G49

4.3.15G概念49

4.3.25G系统与网络架构49

4.3.45G关键技术50

4.3.55G应用场景50

4.3.65G标准制定51

习题52

参考文献52

第5章移动IP53

5.1移动IP概述53

5.1.1移动IP的出现背景53

5.1.2移动IP设计目标及设计要求53

5.1.3移动IP的发展历史54

5.2移动IP算法55

5.2.1基本术语55

5.2.2移动IP的基本操作原理55

5.2.3移动IP的工作过程56

5.2.4移动IP存在的问题65

5.3移动IPv666

5.3.1移动IPv6操作66

5.3.2移动IPv6与移动IPv4的区别68

习题69

参考文献69

人物介绍——互联网之父Vinton G. Cerf71

第6章无线局域网与IEEE 802.11标准72

6.1无线局域网的构成72

6.2无线局域网的拓扑结构73

6.3IEEE 802.11标准家族74

6.3.1IEEE 802.1174

6.3.2IEEE 802.11b75

6.3.3IEEE 802.11a75

6.3.4IEEE 802.11g76

6.3.5IEEE 802.11n76

6.3.6IEEE 802.11ac78

6.3.7IEEE 802.11ad79

6.3.8IEEE 802.11aa80

6.3.9IEEE 802.11af81

6.3.10IEEE 802.11ax82

6.3.11IEEE 802.11ay85

习题86

参考文献86

第7章无线移动互联网安全88

7.1概述88

7.2无线局域网的安全威胁和安全机制89

7.2.1安全威胁89

7.2.2WEP加密机制89

7.2.3WEP认证机制91

7.2.4IEEE 802.1X认证机制93

7.2.5WAPI协议95

7.2.6IEEE 802.11i TKIP和CCMP97

7.3移动网络的安全问题与安全技术100

7.3.1移动网络的安全问题100

7.3.2移动终端和移动应用的安全问题105

习题108

参考文献108

第8章Ad hoc网络109

8.1Ad hoc网络概述109

8.1.1Ad hoc网络产生背景109

8.1.2Ad hoc网络发展历史109

8.1.3Ad hoc网络定义110

8.1.4Ad hoc网络特点110

8.1.5Ad hoc网络的应用112

8.1.6Ad hoc网络面临的问题112

8.2Ad hoc网络的体系结构113

8.2.1Ad hoc网络的节点结构113

8.2.2Ad hoc网络的拓扑结构114

8.2.3Ad hoc网络协议栈简介115

8.2.4Ad hoc网络的跨层设计116

8.3Ad hoc网络的关键性技术117

8.3.1隐藏终端和暴露终端118

8.3.2Ad hoc网络路由协议122

8.4Ad hoc的服务质量和安全问题132

8.4.1服务质量的概念132

8.4.2跨层模型132

8.4.3Ad hoc网络中的安全问题133

习题136

参考文献136

人物介绍——无线网络专家Dina Katabi教授137

第9章传感器网络138

9.1传感器网络概述138

9.2无线传感器网络139

9.2.1IEEE 1451与智能传感器139

9.2.2无线传感器网络体系结构141

9.3无线传感器网络的应用143

9.3.1军事应用143

9.3.2医疗卫生应用144

9.3.3环境及农业应用145

9.3.4智能家居应用146

9.3.5其他应用146

9.4无线传感器网络系统147

习题148

参考文献148

人物介绍——图灵奖得主Edmund M. Clarke教授149

第10章物联网150

10.1物联网综述150

10.1.1物联网的历史150

10.1.2物联网的发展近况151

10.1.3物联网的应用152

10.2超宽带无线通信技术155

10.2.1超宽带无线通信技术的历史156

10.2.2超宽带无线通信技术的特点157

10.2.3超宽带无线通信技术的应用158

10.3软件定义的无线电159

10.3.1软件定义的无线电的历史160

10.3.2软件定义的无线电的特点162

10.3.3软件定义的无线电的应用162

10.3.4软件定义的无线电的发展前景163

10.4射频识别163

10.4.1射频识别的历史164

10.4.2射频识别的特点165

10.4.3射频识别的应用166

10.5低功耗蓝牙无线技术167

10.5.1低功耗蓝牙无线技术的历史167

10.5.2低功耗蓝牙无线技术的特点168

10.5.3低功耗蓝牙无线技术的应用168

10.6人体域网169

10.6.1人体域网的历史169

10.6.2人体域网的应用170

10.7认知无线电170

10.7.1认知无线电的历史171

10.7.2认知无线电的特点172

10.7.3认知无线电的应用172

习题175

参考文献175

人物介绍——ACM/IEEE Fellow刘云浩教授177

第11章软件定义网络178

11.1网络发展概述178

11.1.1计算机网络发展现状178

11.1.2计算机网络发展面临的问题179

11.1.3云计算网络180

11.2软件定义网络概述181

11.2.1软件定义网络的发展181

11.2.2软件定义网络的定义182

11.2.3软件定义网络的优势183

11.3软件定义网络关键技术184

11.3.1OpenFlow概述185

11.3.2VXLAN概述187

11.3.3其他关键技术190

11.4软件定义网络标准现状192

11.4.1标准化组织192

11.4.2开源项目193

习题193

第12章比特币与区块链194

12.1比特币概述194

12.1.1比特币的诞生194

12.1.2比特币的发展195

12.2比特币的原理196

12.2.1比特币钱包197

12.2.2比特币交易过程197

12.2.3比特币挖矿过程199

12.3比特币的困难和挑战202

12.4区块链简介202

12.4.1区块链的核心——去中心化203

12.4.2区块链的技术原理204

12.4.3区块链技术与数字货币206

12.4.4区块链的应用与挑战207

12.5比特币网络中的研究问题210

12.5.1比特币网络中的信息传播210

12.5.2比特币网络中交易信息的回溯212

习题216

参考文献216

第13章智能机器人网络218

13.1智能机器人平台218

13.1.1NAO人形机器人218

13.1.2H20系列人形机器人222

13.1.3我国机器人现状223

13.2网络模块225

13.2.1WiFi225

13.2.2ZigBee227

13.3相关拓展231

13.3.1分布式系统与算法231

13.3.2人工智能232

13.3.3机器学习234

习题237

参考文献237

人物介绍——人工智能专家Judea Pearl教授238

第14章移动群智感知239

14.1移动群智感知概述239

14.2群智感知网络数据收集241

14.2.1任务分配241

14.2.2激励机制242

14.3感知采集压缩243

14.3.1压缩感知基本原理244

14.3.2信号的稀疏表示244

14.3.3测量矩阵245

14.3.4重构算法246

14.3.5小结246

14.4移动情境感知246

14.4.1情境感知系统246

14.4.2情境信息的组成和分类247

14.4.3移动情境感知的应用研究247

14.5数据传输与信息传播248

14.6安全与隐私保护250

习题252

参考文献252

人物介绍——图灵奖得主Les Valiant教授253

第15章网络几何理论254

15.1时空自由度254

15.1.1时空自由度的参数定义254

15.1.2时空自由度相关工作255

15.2复杂性自由度256

15.2.1多播生成树分析: 从复杂性角度建树256

15.2.2在网络计算中: 信息流的复杂性关系257

15.3刻画网络模型的常用工具258

15.3.1网络中心性258

15.3.2网络形状259

15.3.3节点位置分布260

15.3.4运动模型261

15.3.5传输结构刻画261

15.3.6网络事件刻画261

15.4分析计算的常用工具262

15.4.1概率近似262

15.4.2上下界逼近262

15.4.3数量阶263

15.4.4运算处理264

15.4.5其他常用定理265

15.5数学证明常用思想及历史人物贡献268

15.5.1数学证明常用思想268

15.5.2历史上代表性数学人物及其贡献268

习题271

参考文献272

第16章网络经济学273

16.1博弈论273

16.1.1完全信息静态博弈273

16.1.2完全信息动态博弈278

16.1.3不完全信息静态博弈279

16.1.4不完全信息动态博弈282

16.2拍卖机制283

16.2.1拍卖的要素284

16.2.2拍卖的分类285

16.2.3VCG拍卖289

16.2.4全支付拍卖290

16.3契约理论291

16.3.1契约要素291

16.3.2契约模型291

16.3.3契约可行性293

16.3.4契约理论应用293

16.3.5契约理论小结295

16.4市场理论295

16.4.1市场均衡295

16.4.2用户行为分析297

16.4.3厂家行为分析298

16.5谈判理论299

16.5.1谈判理论的发展历史及分类300

16.5.2纳什谈判理论300

16.5.3纳什谈判理论在无线网络中的应用302

习题303

参考文献304

第17章图形码306

17.1一维条形码306

17.1.1一维条形码的分类307

17.1.2一维条形码的应用308

17.2QR码309

17.2.1二维码的诞生309

17.2.2QR码的公开及其普及310

17.2.3QR码标准及其进化310

17.2.4QR码的优点311

17.2.5QR码的符号结构311

17.2.6QR码的特征311

17.2.7版本和规格312

17.2.8QR码的应用313

17.3其他二维码315

17.3.1Data Matrix码315

17.3.2PDF417码316

17.3.3Aztec码317

17.3.4MaxiCode317

17.3.5EZcode318

17.4高维码318

17.4.1HCCB318

17.4.2COBRA318

习题320

第18章移动互联网智能化和算法321

18.1智能移动互联网322

18.1.1移动社交网络322

18.1.2基于大规模视频流的实时分析与处理323

18.1.3智慧城市323

18.1.4医疗图像分析系统324

18.1.5互联网金融大数据324

18.2众筹网络324

18.2.1资源调度方案325

18.2.2网络节点激励机制325

18.2.3众筹网络安全机制325

18.3移动互联网的计算325

18.3.1大数据分析——强大的工具325

18.3.2分布式计算327

18.4大数据知识图谱328

18.4.1知识表示328

18.4.2知识抽取328

18.5移动搜索系统329

18.6两个实例329

18.6.1朋友关系预测329

18.6.2车载互联网路由优化329

习题331

参考文献331

第19章移动互联网的工业设计332

19.1移动互联网的产品332

19.1.1产品分类332

19.1.2产品特点335

19.2移动互联网产品的设计和研发335

19.2.1移动互联网产品用户的特点336

19.2.2移动互联网产品的设计原则336

19.2.3移动互联网产品的设计要素337

19.2.4与传统产品设计的不同点337

习题338

参考文献338

人物介绍——苹果公司创始人乔布斯340

第20章移动互联网游戏342

20.1移动互联网游戏产业链342

20.2移动互联网游戏类型343

20.3移动互联网游戏发展史与经典游戏344

20.4移动互联网游戏的发展前景347

20.5移动互联网游戏公司miHoYo348

习题349

参考文献350

第21章互联网的未来及影响351

21.1互联网带来的行业变革351

21.2互联网金融： 数字化时代的金融变革360

21.2.1互联网金融与金融互联网360

21.2.2互联网金融的新模式361

21.3互联网对传统教育的挑战363

21.3.1互联网对传统教育的影响364

21.3.2因特网对教育观念转变的意义364

21.3.3互联网时代现代教育的几个特点365

21.3.4因特网进入现代教育需注意的问题366

21.4互联网所引起的信息安全问题367

21.5移动互联网游戏开发者的攀登珠峰之路369

21.6疫情对于移动互联网的机遇和挑战展望371

21.6.1新机遇: 新冠肺炎疫情促进移动互联网的快速发展371

21.6.2新挑战: 新冠肺炎疫情给移动互联网的安全发展带来的挑战

和风险372

习题373

参考文献374

人物介绍——Facebook公司创始人扎克伯格375

第22章Android编程与开发376

22.1Android系统的架构377

22.1.1应用程序层377

22.1.2应用程序框架层377

22.1.3系统运行库层378

22.1.4Linux内核层379

22.2编程环境的搭建379

22.3Android工程381

22.3.1Android程序里的基本概念382

22.3.2Android应用程序的生命周期385

22.3.3典型例程389

22.4Android手机功能介绍389

22.5Android手机在研究领域的应用389

22.5.1应用 1389

22.5.2应用 2390

22.5.3应用 3390

22.5.4应用 4391

22.5.5应用 5391

22.5.6应用 6393

22.5.7应用 7394

22.5.8应用 8395

22.5.9应用 9395

22.5.10应用 10395

22.5.11应用 11396

22.5.12应用 12397

22.5.13应用 13397

22.5.14应用 14398

22.5.15应用 15398

22.5.16应用 16399

22.5.17应用 17400

22.5.18应用 18401

22.5.19应用 19402

习题403

参考文献403

人物介绍——小米公司创始人雷军404

第23章iOS编程与开发405

23.1iOS系统介绍405

23.1.1开发者计划406

23.1.2iOS框架介绍406

23.1.3应用程序介绍409

23.2iOS开发411

23.2.1窗口412

23.2.2视图412

23.2.3运算符与表达式414

23.2.4Foundation 框架简介416

23.2.5面向对象416

23.2.6内存管理418

23.3典型iOS程序介绍420

23.3.1实例1地图导航420

23.3.2实例2自定义地图的标注421

23.3.3实例3自定义的地图422

23.4iOS程序应用423

23.4.1iOS手机中的传感器423

23.4.2应用1423

23.4.3应用2424

23.4.4应用3424

习题425

参考文献426

下篇实验

第24章实验1Android开发基础429

第25章实验2Android开发提高432

第26章实验3SDN实验433

第27章实验4Android测量WiFi信号强度439

第28章实验5Android计步器440

第29章实验6iOS开发基础442

第30章实验7iOS开发提高444

致谢447