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第1章 无线传感器网络概述 1

1.1 无线传感器网络介绍 2

1.1.1 无线传感器网络的概念 2

1.1.2 无线传感器网络的特点及优势 3

1.1.3 无线传感器网络的应用 5

1.2 无线传感器网络的体系结构 7

1.2.1 传感器的节点结构 7

1.2.2 无线传感器网络架构 8

1.3 无线传感器网络研究及发展现状 11

1.4 无线传感器网络所面临的挑战 12

1.5 本章小结 13

参考文献 14

第2章 无线传感器网络物理层设计 15

2.1 无线传感器网络物理层概述 16

2.2 无线传感器网络物理层研究现状及发展 16

2.3 无线传感器网络物理层关键技术 18

2.3.1 编码调制方式的选择 18

2.3.2 频率的选择 18

2.4 物理层调制／解调方式与编码方式 20

2.4.1 M-ary调制机制 20

2.4.2 差分脉冲位置调制机制 21

2.4.3 自适应编码位置调制机制 21

2.5 无线传感器网络物理层设计 22

2.5.1 频率分配 22

2.5.2 通信信道 23

2.6 本章小结 27

参考文献 28

第3章 无线传感器网络的数据链路层设计 29

3.1 无线传感器网络数据链路层概述 30

3.2 无线传感器网络数据链路层研究现状与发展 30

3.2.1 无线传感器网络MAC协议的分类 30

3.2.2 无线传感器网络MAC协议需要解决的问题 31

3.3 无线传感器网络数据链路层的关键问题 31

3.4 无线传感器网络的MAC协议 33

3.4.1 基于竞争的MAC协议 33

3.4.2 基于分配的MAC协议 41

3.4.3 混合型MAC协议 49

3.4.4 跨层MAC协议 52

3.5 本章小结 55

参考文献 56

第4章 无线传感器网络的网络层 57

4.1 无线传感器网络网络层概述 58

4.2 无线传感器网络网络层研究现状和发展 59

4.3 无线传感器网络网络层关键问题 61

4.4 无线传感器网络路由协议 63

4.4.1 基于数据的路由协议 63

4.4.2 基于集群结构的路由协议 68

4.4.3 基于地理位置信息的路由协议 71

4.5 本章小结 76

参考文献 76

第5章 无线传感器网络传输层协议 78

5.1 无线传感器网络传输层协议概述 79

5.2 无线传感器网络传输层研究现状和发展 81

5.2.1 无线传感器网络传输层关键问题 82

5.2.2 无线传感器网络传输层协议分析 83

5.3 无线传感器网格体系 92

5.3.1 无线传感器网络网格体系结构 93

5.3.2 MPAS设计 93

5.4 本章小结 96

参考文献 96

第6章 通信标准 98

6.1 IEEE 802.15.4标准 99

6.1.1 IEEE 802.15.4协议简介 99

6.1.2 IEEE 802.15.4协议栈 100

6.2 ZigBee标准 107

6.2.1 网络层规范 107

6.2.2 应用层规范简介 109

6.3 无线局域网技术 109

6.3.1 无线局域网概述 109

6.3.2 网络拓扑结构 110

6.3.3 IEEE 802.11协议栈 112

6.4 蓝牙技术 114

6.4.1 蓝牙核心协议 115

6.4.2 蓝牙优势 116

6.5 UWB技术 117

6.5.1 UWB协议模型 117

6.5.2 UWB优势 118

6.6 本章小结 119

参考文献 119

第7章 时间同步技术 121

7.1 时间同步技术概述 122

7.2 时间同步技术研究现状与发展 123

7.3 时间同步技术关键问题 125

7.4 传统时间同步技术 127

7.4.1 DMTS同步 127

7.4.2 RBS同步 128

7.4.3 TPSN同步 129

7.4.4 FTSP同步 131

7.4.5 传统协议比较 132

7.5 新型时间同步技术 133

7.5.1 协作同步 135

7.5.2 萤火虫同步 135

7.6 本章小结 138

参考文献 138

第8章 无线传感器网络节点定位技术 140

8.1 节点定位技术概述 141

8.2 节点定位技术研究现状与发展 142

8.3 节点定位技术关键问题 143

8.4 基于测距的定位技术 144

8.4.1 三边定位技术 144

8.4.2 角度定位 148

8.4.3 测距定位算法性能比较分析 149

8.5 基于非测距定位技术 150

8.5.1 基本原理 150

8.5.2 典型算法 151

8.5.3 几种非测距的定位技术性能分析 155

8.6 协作定位技术 156

8.6.1 刚性体理论概述 156

8.6.2 协作体的定义 157

8.6.3 协作定义原理 158

8.7 本章小结 160

参考文献 160

第9章 容错设计技术 162

9.1 无线传感器网络容错技术概述 163

9.2 容错设计模型 164

9.3 无线传感器网络可靠性分析 166

9.3.1 网络层可靠性 166

9.3.2 传输层可靠性 167

9.4 无线传感器网络故障检测与诊断 167

9.4.1 基于空间相关性的故障诊断 168

9.4.2 基于贝叶斯信任网络的故障诊断 170

9.5 无线传感器网络的自恢复策略 171

9.5.1 基于连接的修复 171

9.5.2 基于覆盖的修复 171

9.6 本章小结 172

参考文献 172

第10章 服务质量保证 173

10.1 无线传感器网络服务质量概述 174

10.2 无线传感器网络服务质量研究现状与发展 175

10.3 无线传感器网络QoS关键问题 178

10.4 感知QoS保证 179

10.4.1 感知QoS概述 179

10.4.2 感知模型 180

10.4.3 典型的无线传感器网络覆盖控制算法与协议 181

10.4.4 亟待解决的问题 188

10.5 传输QoS保证 188

10.5.1 可靠数据传输 189

10.5.2 拥塞控制 190

10.6 本章小结 191

参考文献 191

第11章 网络管理 194

11.1 网络管理概述 195

11.1.1 网络管理的概念 195

11.1.2 网络管理的体系结构 196

11.2 网络管理研究现状与发展 198

11.2.1 SNMP网络管理架构 198

11.2.2 网络管理新技术 199

11.3 网络管理关键问题 201

11.4 典型网络管理系统 203

11.4.1 集中式网络管理系统 203

11.4.2 层次式网络管理系统 205

11.4.3 分布式网络管理系统 207

11.5 本章小结 209

参考文献 209

第12章 无线传感器网络的仿真技术 211

12.1 网络仿真概述 212

12.2 无线传感器网络仿真研究现状与发展 213

12.3 常用的仿真软件 214

12.3.1 OPNET 214

12.3.2 NS2 216

12.3.3 TOSSIM 218

12.4 仿真软件比较 220

12.5 本章小结 221

参考文献 221

第13章 无线传感器网络的硬件开发 222

13.1 无线传感器网络硬件开发概述 223

13.2 无线传感器网络硬件开发研究现状与发展 224

13.3 传感器节点的设计 226

13.3.1 核心处理模块设计 226

13.3.2 能量模块设计 228

13.4 本章小结 228

参考文献 229

第14章 无线传感器网络的操作系统 230

14.1 无线传感器网络操作系统概述 231

14.2 TinyOS操作系统 232

14.2.1 概述 232

14.2.2 TinyOS的系统架构 233

14.2.3 TinyOS编译机制 234

14.2.4 TinyOS启动机制 234

14.2.5 TinyOS任务调度机制 236

14.2.6 TinyOS的并发性 238

14.2.7 TinyOS的能量管理机制 240

14.2.8 通信机制 243

14.3 MANTIS OS操作系统 246

14.3.1 MANTIS OS的系统架构 247

14.3.2 应用程序设计 247

14.4 SOS操作系统 251

14.5 操作系统比较分析 255

14.6 本章小结 255

参考文献 255

第15章 无线传感器网络的软件开发 257

15.1 无线传感器网络软件开发概述 258

15.1.1 软件开发特点和设计要求 258

15.1.2 软件开发的内容 259

15.1.3 无线传感器网络软件开发的主要技术挑战 260

15.2 主要开发环境 260

15.2.1 nesC语言结构 261

15.2.2 nesC应用程序的分析 262

15.2.3 nesC程序的仿真 264

15.3 无线传感器网络中间件设计 265

15.4 本章小结 268

参考文献 268

第16章 无线传感器网络应用 270

16.1 概述 271

16.2 无线传感器网络的应用场景 272

16.3 无线传感器网络应用技术 274

16.3.1 静态部署 275

16.3.2 动态部署 276

16.4 无线传感器网络应用实例分析 277

16.4.1 用于矿井环境监测的无线传感器网络 278

16.4.2 山体滑坡案例 283

16.5 本章小结 289

参考文献 289