《无线传感器网络 原理与实践》PDF下载

  • 购买积分:12 如何计算积分?
  • 作  者:(美)胡飞,(美)曹晓军著
  • 出 版 社:北京:机械工业出版社
  • 出版年份:2015
  • ISBN:9787111406990
  • 页数:333 页
图书介绍:本书内容丰富、语言简练,理论叙述深入浅出。它基本涵盖了无线传感器网络领域所有知识点的最新研究进展并提供了详尽的参考文献,包括硬件设计、媒体接入控制、路由策略、传输协议、操作系统、中间件、数据管理、定位、同步、安全、执行器/水下/视频传感器网络、能量控制、传感器模拟和新兴的研究。另外,本书还提供了丰富的课后练习题和思考题,详细的个案研究,以及实际传感器网络的设计案例。

第一部分 基础知识 2

第1章 绪论 2

1.1 基础知识 2

1.2 介质访问控制层 6

1.3 路由 7

1.4 其他通信问题 7

1.5 传感器定位 8

1.6 时钟同步 9

1.7 电源管理 9

1.8 特殊的无线传感器网络 9

1.8.1 无线多媒体传感器网络 9

1.8.2 水下声学无线传感器网络 11

1.9 无线传感器网络的应用 12

问题与练习 15

第二部分 工程设计 18

第2章 硬件——传感器节点的体系结构与设计 18

2.1 传感器节点的模块 18

2.1.1 传感器 18

2.1.2 微处理器 19

2.1.3 存储器 22

2.1.4 无线通信模块 23

2.1.5 电源 26

2.1.6 外围模块支持 28

2.2 综合设计 28

2.3 Mica节点设计 31

2.4 定制节点——Spec 32

2.5 COTS微尘系统 33

2.6 Telos节点 35

2.7 CargoNet 36

问题与练习 40

第三部分 网络协议栈 44

第3章 无线传感器网络中的介质访问控制技术 44

3.1 引言 44

3.1.1 无线传感器网络中的介质访问控制 44

3.1.2 无线传感器网络中MAC设计的挑战性 44

3.2 IEEE802.11标准概述 47

3.2.1 点协调功能 47

3.2.2 分布式协调功能 47

3.3 MAC协议的分类 49

3.3.1 基于竞争的MAC协议 50

3.3.2 基于调度的MAC协议 57

3.3.3 混合型与事件驱动的MAC协议 60

3.4 总结 68

问题与练习 68

第4章 无线传感器网络的路由技术 69

4.1 引言 69

4.1.1 资源受限 69

4.1.2 容错性 70

4.1.3 数据报告与融合 70

4.1.4 节点部署 70

4.1.5 可扩展性和覆盖度 70

4.1.6 网络动态性和异构性 71

4.2 本章的组织结构 71

4.3 无线传感器网络路由协议的分类 71

4.3.1 主动式路由协议和反应式路由协议 71

4.3.2 平面路由协议和分层路由协议 72

4.4 以数据为中心的路由协议 72

4.4.1 洪泛和闲聊 73

4.4.2 SPIN:基于信息协商的传感器网络路由协议 75

4.4.3 DD:定向扩散路由 77

4.5 分层路由协议 81

4.5.1 LEACH:低功耗自适应按簇分层路由协议 82

4.5.2 TEEN:阈值敏感的能量高效传感器网络路由协议 85

4.6 基于位置信息的路由协议 88

4.7 多径QoS路由 92

4.7.1 多径路由 93

4.7.2 多径QoS路由协议 94

4.8 小结 95

问题与练习 95

第5章 无线传感器网络传输层技术 96

5.1 引言 96

5.2 PSFQ 97

5.2.1 为什么TCP协议不适用于传感器网络 97

5.2.2 基本工作原理 98

5.2.3 协议描述 101

5.3 ESRT:事件到汇聚节点的可靠传输协议 104

5.3.1 可靠传输问题 105

5.3.2 归一化事件可靠性与报告速率之间的关系 106

5.3.3 拥塞检测 110

5.4 E2SRT:事件到汇聚节点的增强可靠传输协议 110

5.5 CODA:传感器网络中的拥塞检测与避免 115

5.5.1 开环逐跳反压 117

5.5.2 拥塞检测 118

5.5.3 基于采样的信道监听 119

5.6 STCP:无线传感器网络的传输控制协议 119

5.6.1 STCP中的数据传输序列 119

5.6.2 STCP分组的格式 119

5.6.3 连续数据流 120

5.6.4 事件触发数据流 121

5.6.5 可靠性 121

5.6.6 拥塞检测与避免 121

5.6.7 以数据为中心的应用 122

5.7 GARUDA:实现有效可靠的下行通信 122

5.7.1 无线传感器网络中下行数据可靠性面临的挑战 122

5.7.2 GARUDA基本设计 123

5.7.3 GARUDA架构 125

问题与练习 127

第四部分 计算机科学原理 130

第6章 传感器节点的操作系统 130

6.1 TinyOS 130

6.1.1 概述 130

6.1.2 组件模型 131

6.1.3 执行模块与并发性 133

6.1.4 主动消息 134

6.1.5 实现状况 134

6.1.6 主要特性 134

6.1.7 低功率优化 135

6.2 LA-TinyOS:无线传感器网络中的一种局部性感知的操作系统 135

6.2.1 改变定时器以支持时间和空间局部性 137

6.2.2 多级任务调度器 137

6.2.3 LA-TinyOS系统的代码结构 138

6.3 SOS 139

6.3.1 模块 139

6.3.2 动态内存 141

6.4 RETOS:弹性可扩展多线程操作系统 141

6.4.1 应用代码检查 142

6.4.2 多线程系统 142

6.4.3 可加载内核模块 143

问题与练习 144

第7章 无线传感器网络中的中间件设计 145

7.1 引言 145

7.2 无线传感器网络中间件参考模型 146

7.3 中间件实例:Agilla 147

7.4 用于获取数据的中间件实例:Mires 148

7.5 数据存储实例:DSWare 149

7.6 无线传感器网络运行时支持实例:Mate 149

7.7 QoS支持实例:MiLAN 150

问题与练习 150

第8章 传感器数据管理 152

8.1 传感器数据清理 152

8.1.1 背景 152

8.1.2 通用模型 153

8.1.3 降低不确定性 154

8.2 TinyDB:应用于传感器网络的可获取的查询处理系统 156

8.2.1 数据模型 156

8.2.2 基本语言特点 156

8.2.3 基于事件查询 157

8.2.4 TinyDB定义的其他查询 158

8.2.5 基于能量的查询优化 158

8.2.6 TinyDB策略一览 159

8.3 数据聚合:独立于应用的数据聚合(AIDA) 160

8.4 传感器数据存储:层次化数据存储结构(TSAR) 162

8.5 多分辨率数据处理 164

问题与练习 164

第五部分 高级话题 168

第9章 传感器定位 168

9.1 引言 168

9.2 定位的基本要素 168

9.2.1 接收信号强度指示 169

9.2.2 到达时间 170

9.2.3 到达时间差 170

9.2.4 到达角度 171

9.2.5 三角测量 171

9.2.6 三边测量 171

9.2.7 多边定位 171

9.3 使用移动机器人进行传感器定位 172

9.4 多维标度节点定位 175

9.4.1 经典多维标度 176

9.4.2 迭代多维标度 176

9.5 无线传感器网络中的定位 179

9.5.1 蒙特卡洛方法 179

9.5.2 算法(1) 180

9.5.3 算法(2) 182

9.6 无GPS环境中的移动无线传感器网络的节点定位方法 183

9.7 高精度低功耗的无线传感器网络定位系统 185

9.8 LOCALE:稀疏移动传感器网络的协同定位估计 189

9.8.1 协同位置估计 189

9.8.2 LOCALE中的定位 189

9.8.3 局部定位阶段 190

9.8.4 转换阶段 190

9.8.5 更新阶段 192

9.9 无线传感器网络定位的安全 192

9.9.1 SeRLoc 193

9.9.2 信标套件 194

9.9.3 攻击容忍的节点定位 194

9.9.4 稳健统计方法 194

问题与练习 195

第10章 无线传感器网络中的时间同步技术 196

10.1 引言 196

10.2 一般网络(非无线传感器网络)中的时间同步 198

10.2.1 远程时钟读取 198

10.2.2 偏移时延估计方法 199

10.3 无线传感器网络中的时钟同步 200

10.4 同步性能的评估 202

10.4.1 精度 202

10.4.2 协议开销 203

10.4.3 收敛时间 203

10.4.4 能效 203

10.4.5 可扩展性 203

10.4.6 鲁棒性 203

10.5 无线传感器网络同步协议的例子 203

10.5.1 参考广播同步 203

10.5.2 时间扩散同步协议 205

10.5.3 概率时钟同步 207

问题与练习 208

第11章 无线传感器网络安全与隐私 209

11.1 引言 209

11.1.1 一般攻击类型 209

11.1.2 物理节点攻击 209

11.1.3 针对无线传感器网络通信协议栈的攻击 210

11.2 攻击与对策示例:虫洞攻击 214

11.3 无线传感器网络安全示例:基于Blom模型的方法 220

11.4 广播认证:基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μTESLA 222

11.5 面向传感器节点的实用安全机制 225

11.5.1 TinySec 225

11.5.2 MiniSec:一种面向无线传感器网络的安全通信架构 226

11.6 案例:无线传感器网络中的安全时间同步 226

问题与练习 230

第六部分 特殊无线传感器网络 234

第12章 无线传感器和执行器网络 234

12.1 引言 234

12.2 传感器-执行器协同问题 236

12.2.1 网络和能量模型 236

12.2.2 ILP算法 237

12.2.3 传感器-执行器协同工作:分布式协议 238

12.2.4 DEPR概述 239

12.3 层次化传感器-执行器协同工作机制 240

12.3.1 层次化WSAN协同工作架构 240

12.3.2 “传感器-传感器”协同工作层次——使用聚类 241

12.3.3 “传感器-执行器”协同工作层次 242

12.3.4 “执行器-执行器”协同工作层次 242

问题与练习 243

第13章 水下传感器网络 244

13.1 引言 244

13.1.1 水下无线传感器网络应用 244

13.1.2 水下无线传感器网络与陆上无线传感器网络的区别 244

13.1.3 网络拓扑 245

13.1.4 声频信号传输 246

13.1.5 水下传感器 246

13.2 水下无线传感器网络协议栈 247

13.2.1 物理层 247

13.2.2 数据链路层 247

13.2.3 网络层(路由层) 248

13.2.4 传输层 248

13.3 介质访问控制设计实例 249

13.4 路由设计实例:基于矢量的转发协议 251

13.5 硬件原型设计 253

13.5.1 硬件设计 253

13.5.2 软件设计 254

13.5.3 系统测试 254

问题与练习 256

第14章 视频传感器网络 257

14.1 引言 257

14.2 Panoptes 258

14.2.1 视频捕捉 258

14.2.2 视频压缩 259

14.2.3 数据过滤 259

14.2.4 数据缓存 259

14.3 Cyclops 259

14.4 视频传感器网络定标 261

14.4.1 确定重叠的程度 262

14.4.2 估计k-overlap值 262

14.5 SensEye 263

问题与练习 265

第七部分 其他主题 268

第15章 无线传感器网络能量模型 268

15.1 基本WSN能量模型 268

15.2 基于仿真的能量模型 270

15.3 能量感知路由 273

问题与练习 276

第16章 传感器网络仿真器 277

16.1 GloMoSim 277

16.2 SensorSim 277

16.3 TOSSIM 278

16.4 PowerTOSSIM 281

16.4.1 PowerTOSSIM的结构 281

16.4.2 组件装配 282

16.4.3 CPU能耗分析 282

16.4.4 PowerState模块 282

16.4.5 分析工具 283

问题与练习 283

第八部分 案例研究 286

第17章 案例研究1:远程医疗服务 286

17.1 引言 286

17.2 远程心电图传感器网络的硬件设计 287

17.3 可靠的MASN通信协议 289

17.3.1 增强的基于聚类的MASN数据传输 289

17.3.2 MASN的路由性能 291

17.4 MASN的软件设计 293

17.5 RFID和可穿戴传感器的集成 294

问题与练习 298

第18章 案例研究2:灯光控制 299

18.1 引言 299

18.2 Illumimote系统的传感器 300

18.3 系统结构 301

18.4 校准 301

18.5 系统评估 302

问题与练习 303

参考文献 305

索引 323