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第1章 无线传感器网络概述 1

1.1 无线传感器网络的概念 1

1.2 无线传感器网络的特征 2

1.3 常见的无线传感器网络 5

1.3.1 无线传感器-执行器网络 5

1.3.2 多媒体无线传感器网络 6

1.3.3 水下无线传感器网络 8

1.3.4 地下无线传感器网络 10

1.4 无线传感器网络的发展 11

1.5 无线传感器网络评价指标 12

1.6 无线传感器网络的应用 13

1.6.1 工业应用 14

1.6.2 军事应用 15

1.6.3 医疗应用 15

1.6.4 家庭与环境应用 16

1.7 无线传感器网络与物联网 16

1.7.1 物联网的概念 16

1.7.2 物联网与无线传感器网络 17

1.8 无线传感器网络面临的挑战 18

习题 19

参考文献 20

第2章 无线传感器网络的体系结构与设计 21

2.1 无线传感器网络体系结构概述 21

2.1.1 无线传感器网络的拓扑结构 22

2.1.2 无线传感器网络的体系结构 23

2.1.3 网络协议栈 24

2.1.4 无线传感器网络的部署 26

2.2 无线传感器节点的设计 26

2.2.1 硬件设计 26

2.2.2 操作系统 30

2.3 无线传感器网络设计的影响因素 31

2.3.1 制约设计的因素 31

2.3.2 硬件限制 31

2.3.3 网络设计 31

2.3.4 功耗 32

2.4 无线传感器网络的跨层设计 32

2.4.1 跨层设计的概念 33

2.4.2 常见的跨层设计方法 33

2.5 无线传感器网络的相关标准 35

2.5.1 IEEE 802.15.4 35

2.5.2 ZigBee 37

习题 39

参考文献 39

第3章 MAC协议 41

3.1 MAC协议概述 41

3.2 CSMA机制 42

3.3 基于竞争的MAC层协议 44

3.3.1 以S-MAC协议为代表的同步协议 44

3.3.2 以B-MAC协议为代表的异步协议 52

3.4 基于保留时隙的MAC层协议 58

3.4.1 TRAMA协议 59

3.4.2 TSMP的MAC协议 64

3.5 差错控制 66

3.5.1 传输能量控制 66

3.5.2 自动重传请求 66

3.5.3 前向纠错 67

3.5.4 混合式自动重传请求 67

习题 67

参考文献 69

第4章 路由协议 71

4.1 路由协议概述 71

4.2 能量感知路由 72

4.2.1 能量路由 73

4.2.2 能量多径路由 74

4.3 以数据为中心的路由协议 76

4.3.1 SPIN协议 77

4.3.2 定向扩散协议 78

4.4 分层路由协议 80

4.4.1 LEACH协议 81

4.4.2 PEGASIS协议及其改进 82

4.4.3 TEEN协议 83

4.4.4 CTP协议 85

4.5 基于地理位置的路由协议 87

4.5.1 GEAR协议 87

4.5.2 PRADA路由协议 88

4.5.3 其他转发机制 88

4.6 基于QoS的路由协议 89

4.6.1 SAR协议 89

4.6.2 最小代价路径转发协议 90

4.6.3 多路径可靠路由 90

4.6.4 SPEED协议 92

4.7 路由协议的对比 97

4.8 其他路由协议 99

习题 100

参考文献 102

第5章 拓扑控制 104

5.1 网络部署 105

5.2 功率控制 106

5.2.1 基于节点度的方法 106

5.2.2 基于临近图的方法 107

5.2.3 其他方法 108

5.3 活动调度 110

5.3.1 基于连通度的方法 110

5.3.2 基于网络容量的方法 113

5.3.3 自适应方法 114

5.3.4 STEM协议 116

5.4 聚簇管理 117

5.4.1 基本的层次分簇 118

5.4.2 混合式分簇 118

5.4.3 其他方法 119

习题 120

参考文献 121

第6章 定位与目标跟踪 123

6.1 定位技术简介 123

6.2 测距方法 126

6.2.1 基于信号的相关测距方法 126

6.2.2 基于时间的测距方法 127

6.3 常用定位方法 129

6.3.1 基于距离的定位方法 129

6.3.2 距离无关的定位方法 132

6.4 目标跟踪 134

6.4.1 跟踪滤波技术 135

6.4.2 跟踪算法 136

习题 138

参考文献 139

第7章 时间同步 140

7.1 时间同步概述 140

7.2 时间同步技术 141

7.3 时间同步协议 142

7.3.1 TPSN协议 143

7.3.2 RBS协议 144

7.3.3 FTSP协议 147

7.3.4 其他协议 147

习题 149

参考文献 149

第8章 数据管理 151

8.1 数据管理概述 152

8.1.1 数据模型 152

8.1.2 系统结构 154

8.2 数据存储 156

8.2.1 数据命名 157

8.2.2 以数据为中心的存储 158

8.2.3 数据索引 161

8.3 数据查询 162

8.3.1 查询处理的一般流程 163

8.3.2 查询处理 163

8.4 数据融合 167

8.4.1 数据融合的意义 168

8.4.2 数据融合的分类 169

8.4.3 协议栈中的数据融合 169

8.4.4 数据融合的时间控制 170

8.4.5 与QoS相关的数据融合 171

8.4.6 其他数据融合技术 171

习题 172

参考文献 173

第9章 无线传感器网络安全 175

9.1 无线传感器网络面临的安全问题 175

9.1.1 安全目标 176

9.1.2 网络攻击与防御 177

9.2 SPINS安全协议 184

9.2.1 SNEP协议 185

9.2.2 μTESLA协议 186

9.3 无线传感器网络安全管理技术 189

9.3.1 密钥管理 190

9.3.2 攻击检测 193

9.3.3 路由安全 195

9.3.4 数据融合安全 196

习题 196

参考文献 197

第10章 面向无线传感器网络的操作系统 200

10.1 TinyOS简介 200

10.1.1 TinyOS的设计思想 201

10.1.2 TinyOS的组件 202

10.1.3 TinyOS的通信模型和网络协议 205

10.1.4 TinyOS的事件驱动与任务调度 207

10.1.5 对实时应用的支持 209

10.2 Contiki简介 209

10.2.1 Contiki的体系结构 210

10.2.2 Contiki的进程模型和调度 211

10.2.3 通信与网络协议 211

10.3 OpenWSN简介 213

10.3.1 OpenWSN的设计定位 213

10.3.2 OpenWSN的软硬件架构 214

10.3.3 OpenWSN的网络协议栈 216

10.4 其他操作系统简介 216

10.4.1 MANTIS 216

10.4.2 Nano-RK 218

10.4.3 LiteOS 219

10.5 总结与展望 220

参考文献 222

第11章 无线传感器网络的典型应用 223

11.1 无线传感器网络典型实际应用概述 223

11.1.1 军事应用 223

11.1.2 生态监测 224

11.1.3 城市应用 225

11.2 无线传感器网络应用实例分析 226

11.2.1 火山监测系统 226

11.2.2 住宅能耗监测 230

11.2.3 水生环境监测 235

11.2.4 数据中心温度监测 237

参考文献 242