第1章 无线传感器网络基础知识 1
1.1无线传感器网络的概念与特点 1
1.1.1无线传感器网络的概念 1
1.1.2无线传感器网络的特点 2
1.2无线传感器网络的发展和现状 3
1.2.1无线传感器网络的发展 3
1.2.2无线传感器网络的研究现状 3
1.3无线传感器网络体系结构 4
1.3.1无线传感器网络体系结构 4
1.3.2传感器节点的体系结构 4
1.4无线传感器网络的关键技术和一些要解决的问题 5
1.4.1低耗自组机制 5
1.4.2异构系统的互联互通 6
1.4.3大结构关联协同地处理数据 6
1.4.4无线传感器网络关键技术研究 6
1.4.5无线传感器网络技术主要研究的一些问题 7
第2章IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范 10
2.1 IEEE802.15.4标准 10
2.1.1 IEEE802.15.4标准的概述 10
2.1.2 IEEE802.15.4的物理层 11
2.1.3 IEEE802.15.4的MAC层 13
2.2 ZigBee技术以及和IEEE802.15.4的关系 16
2.2.1 ZigBee由来 16
2.2.2 IEEE802.15.4和ZigBee的关系 17
2.3 ZigBee协议规范 19
2.4 ZigBee技术的应用 25
第3章 无线传感器网络的路由协议 27
3.1无线传感器网络的工作特点和路由设计中的性能指标 27
3.1.1无线传感器网络的工作特点 27
3.1.2无线传感器网络路由协议的性能指标 29
3.2网络路由设计中的几个问题 30
3.2.1优化能量消耗和均衡能量消耗 30
3.2.2传输路径的优化选择 30
3.3以数据为中心的平面路由 31
3.4网络分层路由 34
3.4.1 LEACH协议 34
3.4.2 TEEN协议 35
3.4.3 PEGASIS协议 36
3.5基于位置信息的路由协议 36
3.5.1 GPSR协议 37
3.5.2 GEAR协议 38
3.5.3 GEM路由 39
3.5.4其他基于位置的路由技术 41
3.6基于查询的路由 41
3.6.1定向扩散路由 41
3.6.2谣传路由 42
3.7能量感知路由 43
3.7.1能量路由 43
3.7.2能量多路径路由 44
3.8基于Qos的路由 45
3.8.1 SPEED协议 45
3.8.2部分其他可靠路由协议 47
第4章 短距无线数据网络基础 48
4.1什么是短距无线数据网络 48
4.2蓝牙技术 49
4.2.1蓝牙标准协议栈 49
4.2.2蓝牙设备的功能和与跳频方案 49
4.2.3蓝牙的关键技术 50
4.2.4蓝牙在通信系统中的应用 52
4.2.5应用中的一些问题 53
4.3 Wi-Fi技术 54
4.3.1无线局域网概述 54
4.3.2无线局域网的标准 55
4.3.3 Wi-Fi 56
4.3.4无线局域网的结构 57
4.4超宽频技术 60
4.4.1超宽频技术及应用领域 60
4.4.2超宽频技术体系 61
4.4.3 UWB与标准化的进展 62
4.4.4高速UWB技术的应用和发展情况 62
4.5近短距无线传输 63
4.5.1 NFC技术 63
4.5.2技术优势和发展前景 63
4.6 ZigBee技术 64
4.6.1近距无线通信技术家族中的ZigBee 64
4.6.2 ZigBee的特点 64
4.7几种不同的短距离无线通信技术的特点比较 65
4.8无线自组织网络技术 66
4.8.1 Ad hoc网络的基本概念 66
4.8.2 Ad hoc网络的特点和分类 67
4.8.3 Ad hoc网络的体系结构 67
4.8.4 Ad hoc网络的应用 69
第5章 无线传感器网络的覆盖控制 70
5.1无线传感器网络的覆盖控制问题 70
5.1.1进行覆盖控制的原因 70
5.1.2传感器节点感知模型 71
5.1.3几种典型的覆盖控制问题 71
5.2区域覆盖控制算法 72
5.2.1区域覆盖控制算法的提出 72
5.2.2 SET K-COVER问题及最大覆盖集数 74
5.2.3区域覆盖控制中PEAS算法 75
5.2.4无需位置信息的节点调度算法 77
5.2.5覆盖结构协议 78
5.2.6其他一些区域覆盖控制算法简介 79
5.3点覆盖控制算法 80
5.4无线传感器网络覆盖控制算法的一些共同性问题 81
第6章 无线传感器网络的拓扑控制技术 83
6.1无线传感器网络的拓扑控制技术概述 83
6.1.1无线传感器网络的拓扑结构 83
6.1.2拓扑控制技术的概念和内容 84
6.1.3传感器节点的能量消耗模型 85
6.1.4拓扑结构控制和优化的意义 86
6.1.5无线传感器网络的拓扑控制研究现状 87
6.2功率控制算法 87
6.2.1基于节点度数的控制算法 87
6.2.2基于邻近图的算法 88
6.3层次拓扑结构控制算法 90
6.3.1 LEACH算法 91
6.3.2 TopDisc算法 92
6.3.3 GAF算法 94
第7章 无线传感器网络的节点定位技术 96
7.1节点定位技术简介 97
7.1.1节点定位的几个基本概念 97
7.1.2节点位置计算方法 97
7.1.3节点定位算法的分类 99
7.2基于距离的定位算法 100
7.2.1基于AOA的APS算法 100
7.2.2基于TOA的定位 101
7.2.3基于TDOA的定位算法之一的AHLos算法 101
7.2.4基于RSSI的定位算法 102
7.3与距离无关的定位算法 104
7.3.1质心算法 104
7.3.2 DV-Hop算法 105
7.3.3 DV-Distance算法 106
7.3.4改进的DV-Hop算法 107
第8章 无线传感器网络的安全 109
8.1概述 109
8.2传感器网络的安全目标与安全问题分析 110
8.2.1传感器网络的安全目标 110
8.2.2传感器网络的安全问题分析 110
8.3无线传感器网络协议栈各层的安全威胁及对策 112
8.3.1物理层的攻击与安全策略 112
8.3.2链路层的攻击与安全策略 113
8.3.3网络层的攻击与安全策略 114
8.3.4传输层和应用层的安全策略 115
8.4攻击者加入网络与不加入网络的攻击行为 116
8.4.1攻击者在网络外部实施的攻击 116
8.4.2攻击者加入网络后的攻击 116
8.5 Dos攻击与能源攻击 118
8.5.1 Dos攻击 118
8.5.2能源攻击 119
8.6无线传感器网络的安全路由 119
8.6.1 SPKI/SDSI安全路由 120
8.6.2安全路由 121
第9章 传输网络 123
9.1 IEEE802.15.4标准和ZigBee网络使用的工作频段 123
9.2传输网络的多种组成方式 124
9.2.1点对点直接通信方式构成的传输网络 124
9.2.2用GPRS、 CDMA 1x、 GSM和3G网络做传输网络 125
9.2.3用工业以太网做传输网络 127
9.2.4以互联网络做传输网络 127
9.3部分模块和功能单元 128
9.4传输网络中异构网络的互联互通 129
9.4.1异构网络的互联互通 129
9.4.2无线传感器网络与Internet互联 130
9.5可作为传输网络的无线广域网 131
9.5.1 GSM网络 131
9.5.2 GPRS网络 133
9.5.3 CDMA网络 134
9.5.4第3代移动通信网络 135
9.5.5 WLAN在传输网络中所起作用 138
第10章 无线传感器网络系统的硬件开发与设计 140
10.1传感器节点的设计要求与内容 140
10.1.1传感器节点设计的几个基本要求 140
10.1.2传感器节点的设计内容 141
10.2传感器节点的开发 141
10.2.1处理器模块的开发 141
10.2.2无线通信模块开发 142
10.2.3传感器模块开发 143
10.2.4电源模块开发 143
10.3一个实验教学系统 144
10.3.1 C51RF-WSN-CC2520概述 144
10.3.2 ZigBee2007/PRO无线传感器网络特点 145
10.3.3系统工作流程概述 146
10.3.4系统硬件及功能 146
10.3.5网络监控软件 147
第11章 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 149
11.1应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 149
11.1.1建筑环境中小规模无线传感器网络 149
11.1.2建筑环境小规模无线传感器网络的应用 149
11.1.3建筑环境中小规模传感器网络注重解决的问题 150
11.2广义无线传感器网络及结构 150
11.2.1广义无线传感器网络节点 150
11.2.2对建筑环境中特定物理量进行实时监测的简约型网络 150
11.2.3灵活实现无线传感器网络各部分的功能 151
11.3建筑环境中小规模传感器网络的路由协议设计 151
11.3.1建筑环境小规模传感器网络路由协议应用环境的部分特点 151
11.3.2传感器节点在电源能量充裕的情况下路由协议设计 152
11.4建筑环境中小规模传感器网络的覆盖控制 156
11.4.1建筑物内覆盖控制的目的和传感器节点的感知模型 156
11.4.2建筑物内覆盖控制的几种主要方式 156
11.4.3建筑物内的区域覆盖控制算法 157
11.5在建筑环境中应用的异构无线传感器网络 158
11.5.1异构无线传感器网络 158
11.5.2异构无线传感器网络工作的一些特点 159
11.5.3异构无线传感器网络的部署 159
第12章 在部分行业中的应用 161
12.1无线传感器网络在建筑节能中的应用 161
12.2建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统 163
12.2.1建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统 163
12.3在城市热力站供热计量数据实时监测中的应用 166
12.3.1几种不同的实现方案 166
12.3.2对供热站点热计量数据实时监测无线传感器网络 169
12.3.3 M-Bus仪表总线和数据通信方式 170
12.3.4在小区及工业建筑抄表远传系统中的应用 171
12.4无线传感器网络在工业测控中的应用 173
12.4.1工控领域控制系统的发展 173
12.4.2工业无线测控系统的网络结构 174
12.4.3工业无线测控系统中应用的通信协议 174
12.4.4无线传感器网络在工业无线测控网络技术中的应用 175
12.5在矿山环境下的监测应用 177
12.5.1无线传感器网络用于煤矿瓦斯监测的应用背景 177
12.5.2网络拓扑的设计 178
12.5.3传感器节点与客户端 178
12.5.4矿井中的无线定位 179
12.5.5在矿井环境监测中的应用 180
12.6在环境监测中的应用 181
12.6.1对地震及部分自然灾害的监测 182
参考文献 185