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第1章 概述1

1.1引言1

1.2工业物联网发展历程1

1.3工业物联网标准的发展3

1.4工业物联网的发展趋势6

第2章 工业物联网关键技术9

2.1工业物联网关键技术分析9

2.2工业无线网络的精确时间同步方法11

2.3工业无线网络的确定性调度机制17

2.4基于确定性调度的工业无线网络Mesh路由27

2.5基于时隙通信的自适应跳信道方法33

2.6工业无线网络的冗余路径建立方法40

2.7基于轻量级加密算法的安全通信方法47

第3章 IEEE 802.15.4系列标准58

3.1引言58

3.2 IEEE 802.15.4—2006标准59

3.2.1 IEEE 802.15.4网络拓扑结构59

3.2.2 IEEE 802.15.4报文格式61

3.2.3 IEEE 802.15.4网络形成与维护62

3.2.4 IEEE 802.15.4标准的介质访问控制65

3.3 IEEE 802.15.4MAC协议69

3.3.1 MAC层管理服务69

3.3.2 MAC层数据服务79

3.4 IEEE 802.15.4物理层协议79

3.4.1物理层管理服务80

3.4.2物理层数据服务81

3.5 IEEE 802.15.4协议簇82

3.5.1 IEEE 802.15.4a标准82

3.5.2 IEEE 802.15.4b标准84

3.5.3 IEEE 802.15.4c标准85

3.5.4 IEEE 802.15.4d标准87

3.5.5 IEEE 802.15.4e标准88

3.5.6 IEEE 802.15.4f标准105

3.5.7 IEEE 802.15.4g标准106

3.5.8 IEEE 802.15.4k标准115

第4章 WIA-PA技术117

4.1 WIA-PA标准的发展117

4.1.1 WIA-PA标准概述117

4.1.2 WIA-PA的技术特征118

4.2 WIA-PA网络构成119

4.2.1 WIA-PA网络的拓扑结构119

4.2.2 WIA-PA的设备分类与功能120

4.3 WIA-PA协议体系120

4.4 WIA-PA协议栈的设计123

4.4.1 WIA-PA协议栈总体设计123

4.4.2 WIA-PA数据结构设计与实现125

4.4.3 WIA-PA主要流程及接口设计与实现126

4.4.4 WIA-PA协议栈的实现130

4.5 WIA-PA开发实例157

4.5.1 WIA-PA开发平台157

4.5.2 WIA-PA通信模块开发165

4.5.3 WIA-PA路由设备172

4.5.4 WIA-PA网关设备179

4.5.5 WIA-PA手持设备192

4.5.6 WIA-PA现场设备200

4.6 WIA-PA测控系统开发206

4.6.1 WIA-PA测控系统设计206

4.6.2 WIA-PA测控系统实例208

第5章 ISA100技术214

5.1 ISA100的发展214

5.1.1 ISA简介214

5.1.2 ISA100简介214

5.1.3 ISA100.11a工作组217

5.2 ISA100.11a网络结构218

5.2.1 ISA100.11a网络拓扑218

5.2.2 ISA100.11a的设备类型与逻辑角色220

5.2.3 ISA100.11a的设备状态221

5.3 ISA100.11a协议栈开发223

5.3.1 ISA100.11a协议体系223

5.3.2 ISA100.11a协议栈状态机225

5.3.3数据服务流程227

5.4 ISA100.11a各层详细设计与实现229

5.4.1数据链路层的设计与实现229

5.4.2网络层的设计与实现251

5.4.3传输层的设计与实现264

5.4.4应用层的设计与实现266

5.5 ISA100.11a协议栈系统管理275

5.5.1设备管理应用进程定义的对象275

5.5.2系统管理应用进程定义的对象275

5.5.3安全管理信息库279

5.6 协议栈预配置280

5.6.1预配置网络280

5.6.2状态转移图282

5.6.3预配置时设备管理应用协议对象283

5.7 ISA100.11a产品开发实例285

5.7.1 ISA100.11a设备开发平台285

5.7.2 ISA100.11a通信模块的开发293

5.7.3 ISA100.11a路由设备296

5.7.4 ISA100.11a网关设备298

5.7.5 ISA100.11a无线烟雾浓度传感器节点301

5.7.6 ISA100.11a无线压力变送器306

5.8 ISA100.11a系统开发案例307

5.8.1 ISA100.11a系统验证平台307

5.8.2 ISA100.11a测控系统实例309

第6章 无线HART技术317

6.1无线HART标准317

6.2无线HART协议栈体系结构320

6.3物理层325

6.4数据链路层328

6.4.1数据链路层的层次模型328

6.4.2逻辑链路控制子层331

6.4.3错误检测和安全338

6.5介质访问控制子层338

6.5.1时隙通信339

6.5.2通信表和缓冲区341

6.5.3链路调度346

6.5.4 MAC层操作349

6.6网络层357

6.6.1路由功能357

6.6.2 NPDU结构360

6.6.3安全功能362

6.6.4网络层列表366

6.6.5 NLE状态机369

6.6.6网络层管理信息371

6.7传输层372

6.7.1传输层数据单元结构372

6.7.2传输通道表373

6.7.3 TLE状态机374

6.8应用层378

6.8.1应用层接口378

6.8.2动态和设备变量382

6.8.3主机一致性分类382

6.9无线HART系统应用案例383

6.9.1基于无线HART的控制应用383

6.9.2基于无线HART网络的流程工业控制388

第7章 工业无线通信核心芯片393

7.1工业物联网核心芯片设计393

7.1.1工业物联网核心芯片总体方案设计393

7.1.2基于时隙方式的DLL处理单元设计394

7.1.3芯片主要单元设计397

7.1.4芯片硬件时间同步设计400

7.1.5芯片硬件超帧调度设计403

7.1.6芯片硬件安全引擎设计407

7.2工业物联网核心芯片UZ/CY2420408

7.2.1芯片特性408

7.2.2芯片引脚配置409

7.2.3芯片封装规格412

7.3基于UZ/CY2420的工业物联网产品开发平台413

7.3.1开发平台硬件组成413

7.3.2开发平台软件组件415

7.4基于UZ/CY2420的工业物联网产品开发案例417

7.4.1基于UZ/CY2420的通信模块开发417

7.4.2基于UZ/CY2420的温湿度传感器的开发418

7.4.3基于UZ/CY2420的压力变送器的开发420

7.4.4基于UZ/CY2420的测控系统开发423