无线传感器网络原理与应用PDF电子书下载

第1章 无线传感器网络概述 1

1.1无线传感器网络的发展历程 1

1.1.1无线数据网络 2

1.1.2无线自组织网络 4

1.1.3无线传感器网络 5

1.2无线传感器网络的研究现状和前景 6

1.2.1无线传感器网络的研究现状 6

1.2.2无线传感器网络的研究前景 8

1.3无线传感器网络的特点 9

1.4无线传感器网络的应用 12

1.4.1无线传感器网络的应用特点 13

1.4.2无线传感器网络在商业领域中的应用 14

1.4.3无线传感器网络在军事领域中的应用 15

1.5下一代无线传感器网络技术简介 20

1.6基于无线传感器网络仿真平台的研究 23

l.7小结 26

参考文献 26

第2章 无线传感器网络的体系结构 28

2.1无线传感器网络体系结构概述 28

2.2无线传感器网络体系结构设计要素 32

2.2.1资源的管理和使用 32

2.2.2各层协议间的协作 33

2.2.3网内数据处理 33

2.2.4数据完整性 33

2.2.5安全和保密 34

2.2.6网络层次多样化 34

2.3无线传感器网络体系结构设计原则 34

2.4现有的体系结构 36

2.4.1VigilNet 36

2.4.2INSIGHT 37

2.5系统结构设计 38

2.5.1MANNA管理体系结构 38

2.5.2“细腰”结构 38

2.5.3信息交换服务 39

2.5.4“栈自知”的网络通信协议 39

2.5.5基于代理的体系结构 39

2.6针对特定领域体系结构的设计 40

2.6.1多任务无线传感器网络 40

2.6.2自恢复的安全体系结构 40

2.6.3抽象区域 41

2.7无线传感器网络仿真平台 41

2.7.1NS 42

2.7.2JavaSim 44

2.7.3OPNET 45

2.7.4MATLAB 45

2.7.5CASSAP 46

2.7.6SPW 46

2.7.7SSFNet 46

2.7.8GloMoSim 47

2.7.9ATEMU 48

2.7.10SENSE 49

2.8小结 49

参考文献 50

第3章 无线传感器网络中的路由协议 52

3.1路由协议概述 52

3.1.1路由协议的基本概念 52

3.1.2路由协议的特点 53

3.1.3路由协议的设计要求 54

3.1.4路由协议的分类 54

3.2典型的路由协议分析 58

3.2.1Flooding协议和Gossiping协议 58

3.2.2SPIN协议 59

3.2.3DirectedDiffusion协议 59

3.2.4Rumor协议 62

3.2.5GPSR协议 63

3.2.6TBF协议 63

3.2.7能量感知路由协议 64

3.2.8LEACH协议 65

3.2.9PEGASIS协议 65

3.2.10TEEN协议 68

3.2.11TTDD协议 68

3.2.12SAR协议 69

3.2.13最大化生存时间路由协议 70

3.2.14TinyOSBeaconing协议 70

3.2.15最小代价路由协议 70

3.2.16其他路由协议 71

3.3无线传感器网络各路由协议的比较 71

3.4小结 75

参考文献 76

第4章 物理层 78

4.1无线传感器网络物理层概述 78

4.2物理层介质 78

4.2.1无线电波通信 79

4.2.2微波通信 79

4.2.3红外通信 79

4.2.4光通信 80

4.3物理层实例 80

4.3.1红外线 80

4.3.2WLAN 80

4.3.3蓝牙 81

4.3.4超宽带 81

4.3.5ZigBee 81

4.4ZigBee技术及特点 81

4.4.1ZigBee技术概述 81

4.4.2ZigBee技术特点 82

4.4.3ZigBee协议栈 83

4.4.4ZigBee协议的网络拓扑结构 84

4.5蓝牙技术及其特点 85

4.6IEEE802.11 88

4.7IEEE802.15.4 90

4.8常见的无线传感器网络物理层设计 92

4.8.1PicoRadio 92

4.8.2WINS 92

4.8.3uAMPS 92

4.9无线传感器网络物理层设计要点 92

4.10小结 93

参考文献 93

第5章 MAC层协议 94

5.1概述 94

5.2MAC层协议的研究现状 96

5.2.1无线传感器网络的MAC层协议研究现状 96

5.2.2AdHoc网络的MAC层协议研究现状 98

5.2.3MAC层协议设计挑战 99

5.2.4现有无线AdHoc网络方法不能适用于无线传感器网络 100

5.3基于竞争的MAC层协议 101

5.3.1IEEE802.11MAC层协议 101

5.3.2带冲突避免的载波侦听多点接入MAC层协议 103

5.3.3S-MAC 103

5.3.4T-MAC 108

5.3.5MD协议 108

5.3.6SIFT协议 111

5.4基于固定分配的MAC层协议 112

5.4.1基于分簇网络的MAC层协议 112

5.4.2DEANA协议 113

5.4.3SMACS／EAR协议 113

5.4.4基于CDMA技术的信道分配协议 114

5.4.5TDM-FDM协议 114

5.4.6DE-MAC协议 114

5.4.7TRAMA协议 115

5.5小结 117

参考文献 117

第6章 拓扑控制技术 120

6.1概述 120

6.1.1拓扑控制的设计目标 121

6.1.2拓扑控制的研究现状 123

6.2功率控制 124

6.2.1与路由协议结合的功率控制 124

6.2.2基于节点度的功率控制 124

6.2.3基于方向的功率控制 125

6.2.4基于邻近图的功率控制 125

6.2.5XTC算法 127

6.3层次型拓扑结构控制 127

6.3.1LEACH算法 128

6.3.2GAF算法 129

6.3.3改进的GAF算法 130

6.3.4TopDisc算法 130

6.3.5HEED算法 131

6.4睡眠调度 131

6.4.1STEM算法 132

6.4.2ASCENT算法 133

6.4.3CCP 134

6.4.4SPAN 134

6.5拓扑控制中存在的问题和需要研究的内容 135

6.6小结 137

参考文献 137

第7章 安全技术 140

7.1概述 140

7.1.1无线传感器网络中的安全问题 140

7.1.2无线传感器网络中的安全技术 140

7.2无线传感器网络的安全性分析 142

7.2.1无线传感器网络的安全挑战 142

7.2.2无线传感器网络的安全需求 142

7.3无线传感器网络中的威胁分析与对策 143

7.3.1传感器节点的物理操作 143

7.3.2信息窃听 144

7.3.3私有性问题 144

7.3.4拒绝服务攻击 144

7.4无线传感器网络可能受到的攻击 145

7.4.1拒绝服务攻击 146

7.4.2Sybil攻击 150

7.5无线传感器网络的安全防御方法 152

7.6无线传感器网络的安全管理体系 154

7.7小结 162

参考文献 163

第8章 定位技术 165

8.1测距技术 166

8.2节点定位机制 167

8.2.1基本概念和算法 167

8.2.2定位算法的性能分析 169

8.3定位算法分类 171

8.3.1根据参考节点分类 171

8.3.2根据计算方式分类 172

8.3.3物理定位与符号定位 172

8.3.4绝对定位与相对定位 172

8.3.5紧密耦合与松散耦合 172

8.3.6基于测距技术的定位和无需测距技术的定位 173

8.3.7粗粒度与细粒度 173

8.3.8三角测量、场景分析和接近度定位 174

8.4典型的无线传感器网络定位系统及算法 174

8.4.1DV-Hop 175

8.4.2Euclidean算法 176

8.4.3RobustPosition算法 177

8.5无线传感器网络定位技术的应用 178

8.6小结 179

参考文献 179

第9章 基于无线传感器网络的目标跟踪技术 182

9.1概述 182

9.2无线传感器网络中目标跟踪的基本过程 187

9.2.1检测阶段 188

9.2.2定位阶段 188

9.2.3通告阶段 188

9.3点目标跟踪 189

9.3.1点目标跟踪、双元检测协作跟踪 189

9.3.2信息驱动协作跟踪 190

9.4小结 195

参考文献 195

第10章 时间同步技术 197

10.1概述 197

10.1.1概念与定义 199

10.1.2时钟同步原理 200

10.2无线传感器网络中的时间同步机制 202

10.2.1无线传感器网络中的时间同步 202

10.2.2无线传感器网络中的时间同步特性 204

10.2.3基于层次结构的时间同步 204

10.3现有的时间同步技术分析 207

10.4时间同步算法设计 210

10.5小结 211

参考文献 212

第11章 硬件平台设计 213

11.1无线传感器网络硬件设计概述 213

11.2节点的硬件设计 214

11.2.1无线传感器网络节点的特点 214

11.2.2节点组成 216

11.2.3处理器模块设计 216

11.2.4无线传输技术及芯片 218

11.2.5电源模块设计 223

11.2.6传感器模块设计 224

11.2.7外围模块设计 224

11.3节点电路设计 225

11.4节点设计实例 225

11.4.1节点设计简介 225

11.4.2Telos节点设计分析 230

11.5小结 238

参考文献 238

第12章 nesC语言及TinyOS 239

12.1nesC语言 239

12.1.1nesC语言简介 239

12.1.2nesC语言中的符号 240

12.1.3nesC版本开发进展 240

12.1.4接口 240

12.1.5组件说明 241

12.1.6模块 243

12.1.7结构 246

12.1.8nesC的协作 250

12.1.9nesC应用程序 251

12.1.10多样性 252

12.2TinyOS 254

12.2.1无线传感器网络对操作系统的要求 254

12.2.2Tiny0S的实现 255

12.2.3新特性 259

12.3语法 259

12.4小结 262

参考文献 262

第13章 无线传感器网络在桥梁监测方面的应用 264

13.1概述 264

13.2系统需求 265

13.2.1系统体系结构 265

13.2.2数据采集系统 266

13.2.3加速度传感器 266

13.2.4高频采样技术 267

13.2.5可靠的数据传输 268

13.3实际采集数据 269

13.4小结 269