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目录 3

第1篇 传感器网络通信协议 3

第1章 无线传感器网络概述 3

1.1 传感器网络体系结构 4

1.1.1 传感器网络结构 4

1.1.2 传感器节点结构 5

1.1.3 传感器网络协议栈 5

1.2 传感器网络的特征 6

1.2.1 与现有无线网络的区别 6

1.2.2 传感器节点的限制 7

1.2.3 传感器网络的特点 9

1.3 传感器网络的应用 11

1.4 传感器网络的研究进展 14

1.5 传感器网络的关键技术 16

1.6 本书章节安排 23

参考文献 25

第2章 路由协议 27

2.1 概述 27

2.2 路由协议分类 28

2.3 能量感知路由 29

2.3.1 能量路由 29

2.3.2 能量多路径路由 31

2.4 基于查询的路由 32

2.4.1 定向扩散路由 32

2.4.2 谣传路由 34

2.5 地理位置路由 36

2.5.1 GEAR路由 36

2.5.2 GEM路由 38

2.5.3 边界定位的地理路由 42

2.6 可靠路由协议 45

2.6.1 基于不相交路径的多路径路由机制 45

2.6.2 ReInForM路由 47

2.6.3 SPEED协议 49

2.7 路由协议自主切换 52

2.8 小结 54

参考文献 55

第3章 MAC协议 59

3.1 概述 59

3.2 基于竞争的MAC协议 61

3.2.1 IEEE 802.11 MAC层协议 61

3.2.2 S-MAC协议 64

3.2.3 T-MAC协议 67

3.2.4 Sift协议 70

3.3 基于时分复用的MAC协议 73

3.3.1 基于分簇网络的MAC协议 74

3.3.2 DEANA协议 75

3.3.3 基于周期性调度的MAC协议 75

3.3.4 TRAMA协议 78

3.3.5 DMAC 81

3.4 其他类型的MAC协议 85

3.4.1 SMACS/EAR协议 85

3.4.2 基于CDMA方式的信道分配协议 86

3.5 小结 87

参考文献 88

第4章 拓扑控制 89

4.1 概述 89

4.2 功率控制 90

4.2.1 基于节点度的算法 91

4.2.2 基于邻近图的算法 92

4.3 层次型拓扑结构控制 94

4.3.1 LEACH算法 95

4.3.2 GAF算法 97

4.3.3 GAF改进算法 98

4.3.4 TopDisc算法 100

4.4.1 STEM算法 103

4.4 启发机制 103

4.4.2 ASCENT算法 105

4.5 小结 106

参考文献 107

第5章 IEEE 802.15.4标准 109

5.1 概述 109

5.2 IEEE 802.15.4网络简介 110

5.2.1 IEEE 802.15.4网络的拓扑结构 111

5.2.2 网络拓扑的形成过程 112

5.3 IEEE 802.15.4网络协议栈 114

5.3.1 物理层 114

5.3.2 MAC子层 117

5.3.4 能量消耗 125

5.3.5 安全服务 125

5.3.3 鲁棒性 125

5.4 CC2420芯片 127

5.4.1 CC2420内部结构 127

5.4.2 外围电路 128

5.4.3 处理器接口 129

5.4.4 RAM区的读写 130

5.4.5 CC2420内部寄存器 131

参考文献 132

5.5 小结 132

5.4.6 MAC子层安全操作 132

第2篇 传感器网络支撑技术 135

第6章 定位技术 135

6.1 定位技术简介 136

6.1.1 基本概念和算法 136

6.1.2 定位算法分类 140

6.2 基于距离的定位 140

6.2.2 基于TDOA的定位 141

6.2.1 基于TOA的定位 141

6.2.3 基于AOA的定位 143

6.2.4 基于RSSI的定位 146

6.3 距离无关的定位算法 148

6.3.1 质心算法 148

6.3.2 DV-Hop算法 149

6.3.3 Amorphous定位算法 151

6.3.4 APIT算法 152

6.4 小结 154

参考文献 155

第7章 时间同步 157

7.1 传感器网络时间同步的要求 157

7.2 网络时间同步机制 159

7.3 传感器网络时间同步机制 162

7.3.1 RBS同步机制 163

7.3.2 TPSN时间同步协议 165

7.3.3 mini-sync和tiny-sync同步算法 168

7.3.4 DMTS同步机制 171

7.3.5 LTS机制 173

7.3.6 其他同步机制 174

7.4 小结 176

参考文献 177

第8章 安全技术 179

8.1 概述 179

8.2 符号说明 182

8.3 传感器网络的安全分析 182

8.3.1 物理层的攻击和防御 184

8.3.2 链路层的攻击和防御 185

8.3.3 网络层的攻击和防御 186

8.4 依赖基站的网络安全框架协议——SPINS 188

8.4.1 安全网络加密协议SNEP 188

8.4.2 基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μTESLA 191

8.4.3 SPINS协议的实现问题 199

8.4.4 美国加州大学伯克利分校的模型系统 202

8.5 安全管理 203

8.5.1 预共享密钥模型 205

8.5.2 随机密钥预分布模型 206

8.5.3 其他安全引导模型 213

8.6 小结 216

参考文献 217

第9章 数据管理 219

9.1 概述 219

9.2 系统结构 221

9.3 数据模型和查询语言 224

9.3.1 数据模型 224

9.3.2 查询语言 225

9.4 数据存储与索引技术 227

9.4.2 以数据为中心的数据存储方法的性能 228

9.4.1 数据命名方法 228

9.4.3 数据中心存储方法 229

9.4.4 层次检索结构 233

9.4.5 一维分布式索引 235

9.4.6 多维分布式索引 236

9.5 查询处理技术 238

9.5.1 集中与分布式查询处理方法 238

9.5.2 聚集操作的处理技术 240

9.5.3 连续查询处理技术 243

9.5.4 TinyDB的查询处理技术 245

9.6 数据管理系统实例 250

9.6.1 传感器网络数据管理系统TinyDB 250

9.6.2 Cougar系统 254

9.7 小结 256

参考文献 257

10.1 引言 259

第10章 数据融合 259

10.2 数据融合的作用 260

10.3 数据融合的分类 262

10.3.1 根据融合前后数据的信息含量划分 262

10.3.2 根据数据融合与应用层数据语义之间的关系划分 263

10.3.3 根据融合操作的级别划分 264

10.4 应用层中的数据融合 264

10.5 网络层中的数据融合 267

10.5.1 路由方式与数据融合 267

10.5.2 DC路由中的数据融合 268

10.5.3 数据融合树的构造 270

10.6 独立的数据融合协议层 271

10.7 小结 273

参考文献 273

11.1 设计简介 277

第11章 硬件平台 277

第3篇 传感器网络应用技术 277

11.2 核心部件的设计要求 279

11.2.1 处理器模块 279

11.2.2 无线通信模块 281

11.2.3 传感器模块 284

11.2.4 外围模块 286

11.3 传感器节点实例剖析 288

11.3.1 节点系列简介 288

11.3.2 Mica2节点设计分析 293

11.3.3 Mica系列传感器板设计分析 308

11.3.4 辅助工具介绍 314

11.4 小结 316

参考文献 318

第12章 nesC语言 319

12.1 nesC语言简介 319

12.2 基于nesC语言的应用程序 320

12.3 nesC语言的术语 325

12.4 接口 328

12.5 组件 329

12.6 模块及其组成 332

12.6.1 命令调用和事件通知 333

12.6.2 任务 334

12.7 配件及其组成 334

12.7.1 配件中的组件列表 335

12.7.2 连接 335

12.8 小结 340

参考文献 340

第13章 TinyOS操作系统 341

13.1 传感器网络对操作系统的需求 341

13.2 TinyOS操作系统的设计思路 342

13.3 TinyOS组件模型 343

13.3.1 TinyOS的组件类型 345

13.3.2 硬件／软件边界 346

13.3.3 组件示例 346

13.3.4 组件组合 347

13.3.5 应用程序总体分析 349

13.4 TinyOS通信模型 350

13.4.1 主动消息概述 350

13.4.2 主动消息的设计实现 351

13.4.3 主动通信的缓存管理机制 351

13.4.4 主动消息的显式确认消息机制 352

13.5 TinyOS情境分析 352

13.5.1 Blink配件文件分析 353

13.5.2 BlinkM模块文件分析 354

13.5.3 ncc编译nesC程序的作用域 356

13.5.4 Blink应用程序剖析 358

13.5.5 TinyOS调度机制的实现 371

13.5.6 TinyOS的事件驱动机制 375

13.6 安装TinyOS 382

13.6.1 安装／升级TinyOS的步骤 382

13.6.2 用模拟器开发组件 386

13.6.3 TinyViz：TOSSIM图形用户调试接口 388

13.7 小结 390

参考文献 390

第14章 跟踪系统 391

14.1 概述 391

14.2 协作跟踪过程实例 392

14.3 点目标跟踪 395

14.3.1 双元检测协作跟踪 395

14.3.2 信息驱动协作跟踪 396

14.3.3 传送树跟踪算法 399

14.4 面目标跟踪算法——对偶空间转换跟踪算法 402

参考文献 405

14.5 小结 405

第15章 环境监测系统 407

15.1 环境监测应用中的传感器网络体系结构 407

15.2 传感器网络用于环境监测中的关键技术 409

15.2.1 节点及节点部署 409

15.2.2 能量管理 410

15.2.3 远程任务控制 411

15.2.4 数据采样和收集 412

15.2.5 能量高效的通信机制 413

15.3 传感器网络用于环境监测的实例 413

15.3.1 生态环境监控需求 414

15.3.2 大鸭岛生态环境监控实验 415

15.3.3 监控实验分析 416

15.4 小结 417

参考文献 418

常用术语英汉对照 419