无线传感器网络基础 理论和实践PDF电子书下载

第一部分 序言 3

第1章 无线传感器网络研究动机 3

1.1定义与背景 3

1.1.1传感和传感器 3

1.1.2无线传感器网络 6

1.2挑战和约束 9

1.2.1能量 9

1.2.2自我管理 10

1.2.3无线组网 11

1.2.4分布式管理 12

1.2.5设计限制 12

1.2.6安全 12

1.2.7其他挑战 13

练习 13

参考文献 14

第2章 应用 16

2.1结构安全监测 16

2.1.1感知地壳活动 17

2.1.2使用固有频率的单损伤检测 18

2.1.3使用固有频率的多损伤检测 18

2.1.4使用模态振型的多损伤检测 19

2.1.5相关性 19

2.1.6压电效应 20

2.1.7原型 23

2.2交通控制 24

2.2.1感知任务 25

2.2.2原型 28

2.3医疗保健 29

2.3.1可用的传感器 30

2.3.2原型 31

2.4管道监测 33

2.4.1原型 33

2.5精细农业 34

2.5.1原型 35

2.6活火山 37

2.6.1原型 37

2.7地下采矿 38

2.7.1事故起因 39

2.7.2感知任务 40

练习 40

参考文献 42

第3章 节点架构 44

3.1传感子系统 45

3.1.1模数转换器 45

3.2处理器子系统 48

3.2.1体系结构概述 48

3.2.2微控制器 49

3.2.3数字信号处理器 51

3.2.4专用集成电路 51

3.2.5现场可编程门阵列 52

3.2.6比较 53

3.3通信接口 54

3.3.1串行外围接口 54

3.3.2内部集成电路 56

3.3.3总结 58

3.4原型机 59

3.4.1 IMote节点的架构 59

3.4.2 XYZ节点的架构 60

3.4.3 Hogthrob节点的架构 61

习题 62

参考文献 63

第4章 操作系统 65

4.1功能方面 65

4.1.1数据类型 65

4.1.2调度 66

4.1.3堆栈 66

4.1.4系统调用 67

4.1.5处理中断 67

4.1.6多线程 67

4.1.7基于线程的和基于事件的编程 68

4.1.8内存分配 68

4.2非功能方面 69

4.2.1分离关注点 69

4.2.2系统开销 69

4.2.3可移植性 70

4.2.4动态重编程 70

4.3操作系统原型 71

4.3.1 TinyOS 71

4.3.2 SOS 73

4.3.3 Contiki 75

4.3.4 LiteOS 79

4.4评估 82

练习 84

参考文献 85

第二部分 基本架构 89

第5章 物理层 89

5.1基本组成部分 89

5.2信源编码 90

5.2.1信源编码器的效率 91

5.2.2脉冲编码调制和增量调制 94

5.3信道编码 95

5.3.1信道类型 96

5.3.2信道内的信息传输 97

5.3.3检错和纠错 99

5.4调制 99

5.4.1调制类型 99

5.4.2正交幅度调制 106

5.4.3总结 108

5.5信号传播 109

练习 111

参考文献 115

第6章 MAC协议 116

6.1概述 116

6.1.1无竞争介质访问 117

6.1.2基于竞争的介质访问 118

6.2无线MAC协议 119

6.2.1载波监听多路访问 119

6.2.2带有碰撞避免机制的多路访问（MACA）和MACAW 120

6.2.3基于邀请的MACA协议 121

6.2.4 IEEE 802.11 121

6.2.5 IEEE 802.15.4和ZigBee 123

6.3传感器网络中MAC协议的特点 124

6.3.1能量效率 124

6.3.2可扩展性 125

6.3.3适应性 125

6.3.4低延迟和可预测性 126

6.3.5可靠性 126

6.4无竞争的MAC协议 126

6.4.1特性 127

6.4.2流量自适应介质访问 127

6.4.3 Y-MAC协议 129

6.4.4 DESYNC-TDMA 130

6.4.5 LEACH协议 132

6.4.6 LMAC协议 134

6.5基于竞争的MAC协议 135

6.5.1 PAMAS协议 136

6.5.2 S-MAC协议 137

6.5.3 T-MAC协议 139

6.5.4 Pattern MAC协议 140

6.5.5路由增强MAC 141

6.5.6数据汇聚MAC 143

6.5.7前同步码采样和WiseMAC 144

6.5.8接收端驱动式MAC协议 145

6.6混合型MAC协议 146

6.6.1 Zebra MAC协议 147

6.6.2 MH-MAC协议 148

6.7总结 149

习题 150

参考文献 153

第7章 网络层 155

7.1概述 155

7.2路由度量 157

7.2.1常用的指标 158

7.3洪泛和闲聊 160

7.4数据中心式路由 162

7.4.1通过协商的传感网信息传播协议 162

7.4.2定向扩散路由 164

7.4.3谣传路由 166

7.4.4基于梯度的路由 167

7.5主动式路由 168

7.5.1 DSDV路由协议 168

7.5.2优化的链路状态路由 169

7.6按需路由 170

7.6.1自组网络按需距离矢量 170

7.6.2动态源路由 171

7.7分层路由 172

7.8基于位置的路由 175

7.8.1基于位置的单播路由 175

7.8.2基于位置的组播路由 179

7.8.3地域群播 181

7.9基于QoS的路由协议 184

7.9.1顺序分配路由协议 184

7.9.2 SPEED协议 184

7.9.3 MMSPEED协议 186

7.10总结 188

练习 189

参考文献 195

第三部分 节点和网络管理 199

第8章 能量管理 199

8.1局部能量管理 200

8.1.1处理器子系统 200

8.1.2通信子系统 201

8.1.3总线频率和内存时序 202

8.1.4主动式存储器 203

8.1.5电源子系统 204

8.2动态电源管理 207

8.2.1动态操作模式 208

8.2.2动态调度 210

8.2.3任务调度 212

8.3概念架构 213

8.3.1体系结构概述 214

习题 215

参考文献 217

第9章 时间同步 218

9.1时钟和同步的问题 218

9.2 WSN中的时间同步 220

9.2.1时间同步的必要性 220

9.2.2时间同步面临的挑战 221

9.3时间同步基础 223

9.3.1同步消息 223

9.3.2通信延时的不确定性 224

9.4时间同步协议 225

9.4.1基于全球时间源的参考广播 225

9.4.2基于树的轻量级同步 226

9.4.3传感器网络的时间同步协议 227

9.4.4洪泛时间同步协议 228

9.4.5参考广播同步 231

9.4.6时间扩散同步协议 232

9.4.7 Mini-Sync和Tiny-Sync同步 233

习题 234

参考文献 235

第10章 定位 237

10.1综述 237

10.2测距技术 238

10.2.1到达时间 238

10.2.2到达时间差 239

10.2.3到达角 239

10.2.4接收信号强度 240

10.3基于距离的定位 240

10.3.1三角测量法 240

10.3.2三边测量法 242

10.3.3迭代多边算法和协作多边算法 243

10.3.4基于GPS的定位 244

10.4不需要测距的定位算法 246

10.4.1 Ad Hoc定位系统（APS） 246

10.4.2三角形内点近似估计法 247

10.4.3基于多维定标的定位算法 249

10.5事件驱动定位 250

10.5.1灯塔定位法 250

10.5.2多序列定位法 251

习题 252

参考文献 254

第11章 安全 256

11.1网络安全的基本原理 256

11.2无线传感器网络中安全挑战 258

11.3传感器网络中的安全攻击 259

11.3.1拒绝服务 259

11.3.2路由攻击 260

11.3.3传输层的攻击 261

11.3.4针对数据汇聚的攻击 262

11.3.5隐私攻击 262

11.4安全协议和机制 263

11.4.1对称密钥和公钥加密 263

11.4.2密钥管理 263

11.4.3防御DoS攻击 264

11.4.4聚合攻击的防御 265

11.4.5路由攻击的防御 266

11.4.6传感器网络的安全协议 267

11.4.7 TinySec 268

11.4.8局部加密认证协议 269

11.5 IEEE 802.15.4和ZigBee安全 269

11.6总结 271

习题 271

参考文献 272

第12章 传感器网络编程 274

12.1传感器网络编程的挑战 274

12.2节点为中心的编程 275

12.2.1 nesC语言 275

12.2.2 TinyGALS 279

12.2.3传感器网络应用构建工具包 280

12.2.4基于线程的模型 281

12.3宏编程 282

12.3.1抽象域 282

12.3.2 EnviroTrack 283

12.3.3数据库方式 283

12.4动态重编程 285

12.5传感器网络仿真器 286

12.5.1网络仿真工具和运行环境 287

习题 289

参考文献 289

常用术语英汉对照表 292