无线传感器网络原理及方法PDF电子书下载

第1章 无线传感器网络概述 1

1.1 无线传感器网络的基本概念 1

1.2 无线传感器网络的特征 2

1.2.1 与现有无线网络的区别 2

1.2.2 与现场总线的区别 3

1.2.3 传感器节点的限制 3

1.2.4 传感器组网的特点 4

1.3 无线传感器网络的关键性能指标 6

1.4 无线传感器网络的应用 8

1.5 无线传感器网络的研究历史 9

1.5.1 计算设备的演化历史 9

1.5.2 无线传感器网络发展的三个阶段 10

1.5.3 无线传感器网络的发展趋势 11

习题1 14

第2章 无线传感器网络结构、覆盖与连接 15

2.1 无线传感器网络拓扑结构 15

2.2 无线传感器网络覆盖 17

2.2.1 无线传感器网络覆盖问题 17

2.2.2 无线传感器网络区域覆盖 22

2.2.3 无线传感器网络的点覆盖 25

2.2.4 无线传感器网络边界覆盖 25

2.2.5 无线传感器网络覆盖能效评价指标 26

2.3 无线传感器网络连接可靠性 27

2.3.1 无线传感器网络连接可靠性分析 27

2.3.2 基于概率和图论的连接可靠性 29

2.3.3 基于扩散理论的连接可靠性 30

习题2 31

第3章 无线传感器网络通信 32

3.1 无线传感器网络协议结构 32

3.1.1 传统网络协议OSI参考模型 32

3.1.2 无线传感器网络协议的分层结构 32

3.2 物理层 34

3.2.1 物理层的概述 34

3.2.2 传感器网络物理层的设计 37

3.3 数据链路层协议 39

3.4 网络层协议 41

3.5 传输层协议 42

3.5.1 Event-to-Sink传输 43

3.5.2 Sink-to-Sensors传输 44

3.6 应用层协议 44

3.6.1 传感器管理协议 44

3.6.2 任务分派与数据广播协议 45

3.6.3 传感器查询与数据分发协议 45

3.7 无线传感器网络跨层设计 45

3.7.1 分层设计方法 46

3.7.2 跨层设计方法 46

3.7.3 跨层设计的必要性 48

3.7.4 无线传感器网络跨层设计主要技术 49

习题3 52

第4章 无线传感器网络的支撑技术 53

4.1 时间同步机制 53

4.1.1 时间同步的意义和特点 53

4.1.2 TPSN时间同步协议 55

4.1.3 时间同步的应用示例 56

4.2 定位技术 57

4.2.1 传感器网络节点定位问题 57

4.2.2 基于测距的定位技术 60

4.2.3 无须测距的定位技术 63

4.2.4 定位系统的典型应用 65

4.3 数据融合 65

4.3.1 多传感器数据融合概述 65

4.3.2 传感器网络中数据融合的作用 67

4.3.3 数据融合技术的分类 69

4.3.4 数据融合的主要方法 71

4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例 73

4.4 能量管理 75

4.4.1 能量管理的意义 75

4.4.2 传感器网络的电源节能方法 76

4.4.3 动态能量管理 78

4.5 容错技术 85

4.5.1 概述 86

4.5.2 故障模型 87

4.5.3 故障检测与诊断 88

4.5.4 故障修复 93

4.6 数据管理 95

4.6.1 系统的结构 95

4.6.2 数据模型 97

4.6.3 查询语言 98

4.6.4 数据存储 100

4.6.5 索引技术 103

4.6.6 查询处理技术 107

4.6.7 数据管理系统实例 112

4.7 服务质量保证 116

4.7.1 无线传感器网络服务质量概述 116

4.7.2 无线传感器网络服务质量研究 118

习题4 121

第5章 无线传感器网络MAC层 123

5.1 无线传感器网络MAC协议的分类 123

5.2 IEEE 802.11协议 124

5.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构 124

5.2.2 IEEE 802.11协议MAC层的工作模式 126

5.2.3 分布式协调功能（DCF） 128

5.2.4 集中式协调功能（PCF） 130

5.2.5 DCF与PCF机制的局限性 131

5.2.6 IEEE 802.11的QoS保障 132

5.3 基于竞争的MAC协议 133

5.3.1 S-MAC协议 133

5.3.2 T-MAC协议 135

5.3.3 Sift协议 137

5.4 基于时分复用的MAC协议 139

5.4.1 基于分簇网络的MAC协议 140

5.4.2 DEANA协议 140

5.4.3 基于周期性调度的MAC协议 141

5.4.4 TRAMA协议 143

5.4.5 DMAC 146

5.4.6 其他类型的MAC协议 148

习题5 150

第6章 无线传感器网络协议的技术标准 151

6.1 技术标准的意义 151

6.2 IEEE 1451系列标准 152

6.3 IEEE 802.15.4标准 156

6.3.1 IEEE 802.15.4标准概述 156

6.3.2 物理层 157

6.3.3 MAC子层 158

6.3.4 符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例 160

6.4 ZigBee协议标准 162

6.4.1 ZigBee概述 162

6.4.2 网络层规范 165

6.4.3 ZigBee系统软件的设计开发 166

6.4.4 符合ZigBee规范的传感器网络实例 168

6.5 蓝牙（Bluetooth） 170

6.5.1 蓝牙协议栈简介 170

6.5.2 蓝牙协议栈分析 170

6.5.3 蓝牙技术的发展趋势 179

6.6 UWB 179

6.6.1 UWB技术概括 179

6.6.2 UWB主流技术 180

6.6.3 UWB的发展趋势 181

习题6 182

第7章 无线传感器网络的路由协议 183

7.1 路由协议概述 183

7.1.1 无线传感器网络路由协议的考虑因素 183

7.1.2 路由的过程 184

7.1.3 无线传感器网络路由协议分类方法 186

7.2 平面路由协议 187

7.2.1 Flooding和Grossing协议 187

7.2.2 SPIN协议 188

7.2.3 SAR、DD和MCFA协议 189

7.3 层次路由协议 190

7.3.1 LEACH 190

7.3.2 PEGASIS 191

7.3.3 TEEN 192

7.3.4 APTEEN、TTDD和EARSN协议 193

7.3.5 平面路由协议和层次路由协议比较 193

7.4 能量感知路由 194

7.4.1 能量消耗源 194

7.4.2 能量路由 195

7.4.3 能量多路径路由 196

7.5 基于查询的路由 197

7.5.1 定向扩散路由 197

7.5.2 谣传路由 199

7.6 地理位置路由 200

7.6.1 GEAR路由 201

7.6.2 GAF路由 203

7.6.3 GPSR路由 204

7.6.4 GEM和MECN路由 206

7.7 可靠路由协议 207

7.7.1 不相交多路径路由机制 207

7.7.2 RelnForM路由 208

7.7.3 SPEED协议 210

7.8 路由协议自主切换 211

习题7 212

第8章 无线传感器网络安全 213

8.1 无线传感器网络安全概述 213

8.1.1 无线传感器网络安全威胁模型 213

8.1.2 无线传感器网络安全面临的障碍 213

8.1.3 无线传感器网络安全要求 215

8.1.4 无线传感器网络安全解决方案的评估 217

8.2 无线传感器网络中的安全攻击 217

8.2.1 物理层安全攻击 217

8.2.2 链路层安全攻击 218

8.2.3 对无线传感器网络层（路由）的攻击 219

8.2.4 对传输层的攻击 222

8.3 SPINS安全解决方案 223

8.3.1 符号 223

8.3.2 SNEP 223

8.3.3 μTESLA 225

8.3.4 μTESLA详细描述 226

8.3.5 SPINS实现 228

8.3.6 SPINS性能评估 230

8.4 安全管理 231

8.4.1 预共享密钥模型 232

8.4.2 随机密钥预分布模型 233

8.4.3 基于分簇式的密钥管理 235

8.4.4 基于本地协作的组密钥分发方案 237

习题8 238

第9章 无线传感器网络应用开发 239

9.1 无线传感器网络硬件平台 239

9.1.1 无线传感器网络硬件结构及分类 239

9.1.2 网络节点的硬件开发 241

9.1.3 传感器节点的模块化设计 242

9.1.4 传感器节点开发实例 249

9.2 操作系统与软件开发 252

9.2.1 网络节点的操作系统 252

9.2.2 软件开发 260

9.3 后台管理软件 263

9.4 无线传感器网络的仿真 268

9.4.1 无线传感器网络仿真的特点 268

9.4.2 通用网络仿真平台 268

9.4.3 针对无线传感器网络的仿真平台 272

9.4.4 无线传感器网络工程测试床 278

9.5 无线传感器网络应用开发 283

9.5.1 WWMS系统分析 283

9.5.2 WWMS系统实现的关键技术 284

9.5.3 WWMS系统整体测试 290

习题9 290

第10章 物联网环境下的无线传感器网络 292

10.1 RFID与无线传感器网络的整合 292

10.1.1 RFID的基础理论 292

10.1.2 RFID和无线传感器网络整合的原因 293

10.1.3 RFID标签与传感器的整合 295

10.1.4 RFID标签与无线传感器节点和无线设备的整合 299

10.1.5 读写器与无线传感器节点和无线设备的整合 301

10.1.6 RFID和传感器的混合 303

10.2 物联网与无线传感器网络 304

10.2.1 物联网的基本概念 304

10.2.2 物联网环境下的无线传感器网络技术 305

习题10 306

参考文献 307