智能无线传感器网络原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2无线传感器网络概述 1

1.2.1无线传感器网络系统结构 1

1.2.2无线传感器网络基本特点 1

1.2.3无线传感器网络关键技术 3

1.3无线传感器网络的发展 4

1.3.1无线传感器网络演变过程 4

1.3.2无线传感器网络发展现状 5

1.3.3无线传感器网络未来趋势 7

1.4无线传感器网络主要应用领域 7

1.4.1军事领域 8

1.4.2环境监测领域 8

1.4.3医疗领域 9

1.4.4智能家居领域 9

1.4.5智能交通领域 9

1.4.6其他领域 9

思考题 10

第2章 无线传感器网络节点 11

2.1概述 11

2.2节点硬件组成 11

2.2.1处理器模块 12

2.2.2存储模块 14

2.2.3通信模块 14

2.2.4传感器模块 17

2.2.5电源模块 18

2.3无线传感器网络操作系统 20

2.3.1 nesC语言 21

2.3.2 TinyOS 28

2.3.3 TinyOS应用实例解析 34

2.3.4 TinyOS的安装 37

2.4传感器节点分析 38

2.4.1常见传感器节点 38

2.4.2 MicaZ节点分析 40

思考题 47

第3章 无线传感器网络体系结构 48

3.1传感器网络工作模式 48

3.1.1网络的组成 48

3.1.2多跳通信机制 49

3.2网络整体结构 51

3.2.1OSl分层模型 51

3.2.2网络体系结构分析 52

3.3无线传感器网络服务质量与体系结构 54

3.3.1服务质量体系 54

3.3.2 QoS体系的通信协议 56

3.3.3 QoS体系下的管理系统 58

3.3.4 QoS体系功能模块的联系 60

3.4无线传感器网络跨层优化设计 61

3.4.1跨层优化设计概述 61

3.4.2面向QoS优化的跨层设计总体框架 62

3.4.3基于QoS保证的跨层设计 63

3.4.4跨层模型与问题求解方法 64

3.4.5网络效能最大化模型 66

思考题 66

第4章 无线传感器网络通信与组网技术 68

4.1概述 68

4.2物理层 69

4.2.1物理层概述 69

4.2.2通信信道分配 70

4.2.3调制解调方式 72

4.3 MAC协议 73

4.3.1 MAC协议概述 73

4.3.2 MAC协议设计要求 73

4.3.3基于竞争的MAC协议 74

4.3.4基于信道分配的MAC协议 78

4.4路由协议 79

4.4.1路由协议概述 79

4.4.2层次型路由协议 80

4.4.3以数据为中心的路由协议 82

4.4.4基于地理位置的路由协议 84

4.5传输层协议 85

4.5.1传输层协议概述 85

4.5.2数据传输可靠性分析 87

4.5.3多组传输与多径传输 87

4.5.4无线传感器网络与Internet互联 90

思考题 95

第5章 无线传感器网络通信技术 96

5.1 IEEE 802.15.4标准 96

5.1.1物理层 96

5.1.2 MAC层 98

5.2 ZigBee协议规范 99

5.2.1 ZigBee协议概述 99

5.2.2 ZigBee网络层 101

5.2.3 ZigBee应用层 105

5.2.4 ZigBee安全服务 107

5.3其他无线通信标准 109

5.3.1 Wi-Fi 109

5.3.2蓝牙 111

5.3.3超宽带技术 112

5.3.4近距离无线传输技术 113

思考题 114

第6章 无线传感器网络覆盖与部署技术 115

6.1无线传感器网络覆盖与部署的意义 115

6.2无线传感器网络覆盖与部署问题 115

6.2.1按照节点部署的无线传感器网络分类 115

6.2.2按照覆盖对象的无线传感器网络分类 117

6.2.3无线传感器网络覆盖应用特点 120

6.3节点感知模型 121

6.3.1二元感知模型（0-1模型） 121

6.3.2概率感知模型 122

6.3.3基于误警率的感知模型 122

6.3.4方向性传感器的感知模型 125

6.3.5不规则感知模型 126

6.3.6多边形感知模型 128

6.3.7近似圆盘感知模型 129

6.4无线传感器网络覆盖评价指标 129

6.4.1覆盖率 130

6.4.2联合探测/丢失概率 131

6.4.3覆盖场强一致性 131

6.4.4覆盖重数 132

6.4.5覆盖均匀性 132

6.4.6覆盖时间和平均移动距离 132

6.4.7其他评价指标 133

6.5传感器网络节点部署策略与算法 133

6.5.1传感器网络节点的随机撒布 133

6.5.2基于几何格点和剖分的节点部署 133

6.5.3移动传感器网络的部署策略 137

6.6无线传感器网络覆盖技术面临的挑战 140

6.6.1覆盖空洞及修复 140

6.6.2传感器网络的重部署 140

6.6.3三维空间传感器网络部署 141

6.6.4复杂环境下的传感器网络部署 141

思考题 143

第7章 无线传感器网络管理技术 144

7.1网络管理概述 144

7.1.1无线传感器网络管理面临的问题 144

7.1.2无线传感器网络管理系统设计要求 145

7.1.3无线传感器网络管理系统的分类 145

7.2网络拓扑结构管理 145

7.2.1网络拓扑结构管理概述 146

7.2.2基于分簇层次性拓扑结构 148

7.2.3基于功率控制的拓扑结构 152

7.2.4启发式节点唤醒和休眠机制 155

7.3能量管理 157

7.3.1能量管理概述 157

7.3.2硬件能耗设计 157

7.3.3状态调制机制 159

7.3.4通信能耗 162

7.3.5拓扑结构能耗分析 163

7.3.6路由协议能耗分析 163

7.4网络安全技术管理 165

7.4.1网络安全技术概述 165

7.4.2网络安全分类 166

7.4.3 WSN网络安全设计策略 169

7.4.4网络安全框架协议分析 175

思考题 179

第8章 无线传感器网络关键技术 180

8.1时间同步机制 180

8.1.1时间同步机制概述 180

8.1.2时钟模 181

8.1.3基于接收者和接收者的时间同步机制 182

8.1.4基于发送者和接收者的双向时间同步机制 184

8.1.5基于发送者和接收者的单向时间同步机制 187

8.1.6时间同步机制的误差来源及性能指标 190

8.1.7时间同步机制的主要应用 191

8.1.8时间同步机制面临的问题 192

8.2无线传感器网络定位技术 193

8.2.1无线传感器网络定位技术概述 193

8.2.2定位技术基本概念 193

8.2.3节点定位算法分类 194

8.2.4典型定位系统 201

8.3数据融合技术 203

8.3.1数据融合概述 203

8.3.2数据融合方法分类 204

8.3.3主要数据融合方法分析 205

8.4无线传感器网络目标跟踪技术 210

8.4.1目标跟踪概述 210

8.4.2目标跟踪步骤 211

8.4.3无线传感器网络协作跟踪 211

8.4.4典型目标跟踪算法比较 216

8.4.5无线传感器网络主要跟踪技术 218

思考题 220

第9章 无线传感器网络仿真实验工具 221

9.1 NS2 221

9.1.1 NS2简介 221

9.1.2 Tcl/OTcl语言简介 222

9.1.3 OTcl连接 225

9.1.4 NS基本组件 229

9.1.5实例分析 233

9.2 OPNET 235

9.2.1 OPNET仿真流程 236

9.2.2 OPNET建模 237

9.2.3 OPNET Modeler开发环境 237

9.3 GloMoSim 239

9.4 TOSSIM 240

9.5 SensorSim 241

9.6 OMNeT＋＋ 242

9.7 SENSE 243

思考题 243

第10章 无线传感器网络应用技术 244

10.1环境领域的应用 244

10.1.1生态环境监控实验系统 244

10.1.2山体滑坡监测系统 245

10.1.3地震监测系统 246

10.1.4基于无线传感器网的极端环境监测系统 247

10.2医疗领域的应用 248

10.2.1人体行为模式监测应用 248

10.2.2远程监护系统 249

10.3交通领域的应用 250

10.3.1车辆检测与识别应用 250

10.3.2智能交通信息采集系统 251

10.4农业领域的应用 253

10.4.1蔬菜园环境监测应用 253

10.4.2园艺温室环境监控系统 254

10.5建筑领域的应用 255

10.5.1建筑质量监测应用 255

10.5.2建筑火灾探测与监控应用 256

10.5.3室内空间监控系统 257

10.5.4智能家居系统 258

10.6其他应用 259

10.6.1煤矿安全监测系统 259

10.6.2高压输电线路监测应用 261

10.6.3轴承温度监测系统 261

思考题 262

参考文献 263