无线传感器网络技术及应用PDF电子书下载

第1章 无线传感器网络基础知识 1

1.1 无线传感器网络的概念与特点 1

1.1.1 无线传感器网络的概念 1

1.1.2 无线传感器网络的特点 2

1.2 无线传感器网络的发展和现状 3

1.2.1 无线传感器网络的发展 3

1.2.2 无线传感器网络的研究现状 3

1.3 无线传感器网络体系结构 4

1.3.1 无线传感器网络体系结构 4

1.3.2 传感器节点的体系结构 4

1.4 无线传感器网络的关键技术和一些要解决的问题 5

1.4.1 低耗自组机制 5

1.4.2 异构系统的互联互通 6

1.4.3 大结构关联协同地处理数据 6

1.4.4 无线传感器网络关键技术研究 6

1.4.5 无线传感器网络技术主要研究的一些问题 7

第2章 IEEE802.15.4 标准和ZigBee协议规范 10

2.1 IEEE802.15.4 标准 10

2.1.1 IEEE802.15.4 标准的概述 10

2.1.2 IEEE802.15.4 的物理层 11

2.1.3 IEEE802.15.4 的MAC层 13

2.2 ZigBee技术以及和IEEE802.15.4 的关系 16

2.2.1 ZigBee由来 16

2.2.2 IEEE802.15.4 和ZigBee的关系 17

2.3 ZigBee协议规范 19

2.4 ZigBee技术的应用 25

第3章 无线传感器网络的路由协议 27

3.1 无线传感器网络的工作特点和路由设计中的性能指标 27

3.1.1 无线传感器网络的工作特点 27

3.1.2 无线传感器网络路由协议的性能指标 29

3.2 网络路由设计中的几个问题 30

3.2.1 优化能量消耗和均衡能量消耗 30

3.2.2 传输路径的优化选择 30

3.3 以数据为中心的平面路由 31

3.4 网络分层路由 34

3.4.1 LEACH协议 34

3.4.2 TEEN协议 35

3.4.3 PEGASIS协议 36

3.5 基于位置信息的路由协议 36

3.5.1 GPSR协议 37

3.5.2 GEAR协议 38

3.5.3 GEM路由 39

3.5.4 其他基于位置的路由技术 41

3.6 基于查询的路由 41

3.6.1 定向扩散路由 41

3.6.2 谣传路由 42

3.7 能量感知路由 43

3.7.1 能量路由 43

3.7.2 能量多路径路由 44

3.8 基于Qo s的路由 45

3.8.1 SPEED协议 45

3.8.2 部分其他可靠路由协议 47

第4章 短距无线数据网络基础 48

4.1 什么是短距无线数据网络 48

4.2 蓝牙技术 49

4.2.1 蓝牙标准协议栈 49

4.2.2 蓝牙设备的功能和与跳频方案 49

4.2.3 蓝牙的关键技术 50

4.2.4 蓝牙在通信系统中的应用 52

4.2.5 应用中的一些问题 53

4.3 Wi-Fi技术 54

4.3.1 无线局域网概述 54

4.3.2 无线局域网的标准 55

4.3.3 Wi-Fi 56

4.3.4 无线局域网的结构 57

4.4 超宽频技术 60

4.4.1 超宽频技术及应用领域 60

4.4.2 超宽频技术体系 61

4.4.3 UWB与标准化的进展 62

4.4.4 高速UWB技术的应用和发展情况 62

4.5 近短距无线传输 63

4.5.1 NFC技术 63

4.5.2 技术优势和发展前景 63

4.6 ZigBee技术 64

4.6.1 近距无线通信技术家族中的ZigBee 64

4.6.2 ZigBee的特点 64

4.7 几种不同的短距离无线通信技术的特点比较 65

4.8 无线自组织网络技术 66

4.8.1 Ad hoc网络的基本概念 66

4.8.2 Ad hoc网络的特点和分类 67

4.8.3 Ad hoc网络的体系结构 67

4.8.4 Ad hoc网络的应用 69

第5章 无线传感器网络的覆盖控制 70

5.1 无线传感器网络的覆盖控制问题 70

5.1.1 进行覆盖控制的原因 70

5.1.2 传感器节点感知模型 71

5.1.3 几种典型的覆盖控制问题 71

5.2 区域覆盖控制算法 72

5.2.1 区域覆盖控制算法的提出 72

5.2.2 SET K-COVER问题及最大覆盖集数 74

5.2.3 区域覆盖控制中PEAS算法 75

5.2.4 无需位置信息的节点调度算法 77

5.2.5 覆盖结构协议 78

5.2.6 其他一些区域覆盖控制算法简介 79

5.3 点覆盖控制算法 80

5.4 无线传感器网络覆盖控制算法的一些共同性问题 81

第6章 无线传感器网络的拓扑控制技术 83

6.1 无线传感器网络的拓扑控制技术概述 83

6.1.1 无线传感器网络的拓扑结构 83

6.1.2 拓扑控制技术的概念和内容 84

6.1.3 传感器节点的能量消耗模型 85

6.1.4 拓扑结构控制和优化的意义 86

6.1.5 无线传感器网络的拓扑控制研究现状 87

6.2 功率控制算法 87

6.2.1 基于节点度数的控制算法 87

6.2.2 基于邻近图的算法 88

6.3 层次拓扑结构控制算法 90

6.3.1 LEACH算法 91

6.3.2 TopDisc算法 92

6.3.3 GAF算法 94

第7章 无线传感器网络的节点定位技术 96

7.1 节点定位技术简介 97

7.1.1 节点定位的几个基本概念 97

7.1.2 节点位置计算方法 97

7.1.3 节点定位算法的分类 99

7.2 基于距离的定位算法 100

7.2.1 基于AOA的APS算法 100

7.2.2 基于TOA的定位 101

7.2.3 基于TDOA的定位算法之一的AHLos算法 101

7.2.4 基于RSSI的定位算法 102

7.3 与距离无关的定位算法 104

7.3.1 质心算法 104

7.3.2 DV-Hop算法 105

7.3.3 DV-Distance算法 106

7.3.4 改进的DV-Hop算法 107

第8章 无线传感器网络的安全 109

8.1 概述 109

8.2 传感器网络的安全目标与安全问题分析 110

8.2.1 传感器网络的安全目标 110

8.2.2 传感器网络的安全问题分析 110

8.3 无线传感器网络协议栈各层的安全威胁及对策 112

8.3.1 物理层的攻击与安全策略 112

8.3.2 链路层的攻击与安全策略 113

8.3.3 网络层的攻击与安全策略 114

8.3.4 传输层和应用层的安全策略 115

8.4 攻击者加入网络与不加入网络的攻击行为 116

8.4.1 攻击者在网络外部实施的攻击 116

8.4.2 攻击者加入网络后的攻击 116

8.5 Dos攻击与能源攻击 118

8.5.1 Dos攻击 118

8.5.2 能源攻击 119

8.6 无线传感器网络的安全路由 119

8.6.1 SPKI／SDSI安全路由 120

8.6.2 安全路由 121

第9章 传输网络 123

9.1 IEEE802.15.4 标准和ZigBee网络使用的工作频段 123

9.2 传输网络的多种组成方式 124

9.2.1 点对点直接通信方式构成的传输网络 124

9.2.2 用GPRS、 CDMA 1x、 GSM和3G网络做传输网络 125

9.2.3 用工业以太网做传输网络 127

9.2.4 以互联网络做传输网络 127

9.3 部分模块和功能单元 128

9.4 传输网络中异构网络的互联互通 129

9.4.1 异构网络的互联互通 129

9.4.2 无线传感器网络与Internet互联 130

9.5 可作为传输网络的无线广域网 131

9.5.1 GSM网络 131

9.5.2 GPRS网络 133

9.5.3 CDMA网络 134

9.5.4 第3代移动通信网络 135

9.5.5 WLAN在传输网络中所起作用 138

第10章 无线传感器网络系统的硬件开发与设计 140

10.1 传感器节点的设计要求与内容 140

10.1.1 传感器节点设计的几个基本要求 140

10.1.2 传感器节点的设计内容 141

10.2 传感器节点的开发 141

10.2.1 处理器模块的开发 141

10.2.2 无线通信模块开发 142

10.2.3 传感器模块开发 143

10.2.4 电源模块开发 143

10.3 一个实验教学系统 144

10.3.1 C51RF-WSN-CC2520概述 144

10.3.2 ZigBee2007／PRO无线传感器网络特点 145

10.3.3 系统工作流程概述 146

10.3.4 系统硬件及功能 146

10.3.5 网络监控软件 147

第11章 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 149

11.1 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 149

11.1.1 建筑环境中小规模无线传感器网络 149

11.1.2 建筑环境小规模无线传感器网络的应用 149

11.1.3 建筑环境中小规模传感器网络注重解决的问题 150

11.2 广义无线传感器网络及结构 150

11.2.1 广义无线传感器网络节点 150

11.2.2 对建筑环境中特定物理量进行实时监测的简约型网络 150

11.2.3 灵活实现无线传感器网络各部分的功能 151

11.3 建筑环境中小规模传感器网络的路由协议设计 151

11.3.1 建筑环境小规模传感器网络路由协议应用环境的部分特点 151

11.3.2 传感器节点在电源能量充裕的情况下路由协议设计 152

11.4 建筑环境中小规模传感器网络的覆盖控制 156

11.4.1 建筑物内覆盖控制的目的和传感器节点的感知模型 156

11.4.2 建筑物内覆盖控制的几种主要方式 156

11.4.3 建筑物内的区域覆盖控制算法 157

11.5 在建筑环境中应用的异构无线传感器网络 158

11.5.1 异构无线传感器网络 158

11.5.2 异构无线传感器网络工作的一些特点 159

11.5.3 异构无线传感器网络的部署 159

第12章 在部分行业中的应用 161

12.1 无线传感器网络在建筑节能中的应用 161

12.2 建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统 163

12.2.1 建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统 163

12.3 在城市热力站供热计量数据实时监测中的应用 166

12.3.1 几种不同的实现方案 166

12.3.2 对供热站点热计量数据实时监测无线传感器网络 169

12.3.3 M-Bus仪表总线和数据通信方式 170

12.3.4 在小区及工业建筑抄表远传系统中的应用 171

12.4 无线传感器网络在工业测控中的应用 173

12.4.1 工控领域控制系统的发展 173

12.4.2 工业无线测控系统的网络结构 174

12.4.3 工业无线测控系统中应用的通信协议 174

12.4.4 无线传感器网络在工业无线测控网络技术中的应用 175

12.5 在矿山环境下的监测应用 177

12.5.1 无线传感器网络用于煤矿瓦斯监测的应用背景 177

12.5.2 网络拓扑的设计 178

12.5.3 传感器节点与客户端 178

12.5.4 矿井中的无线定位 179

12.5.5 在矿井环境监测中的应用 180

12.6 在环境监测中的应用 181

12.6.1 对地震及部分自然灾害的监测 182

参考文献 185