第1章 无线传感器网络介绍 1
1.1 概述 1
1.1.1 网络特点 1
1.1.2 网络应用 2
1.1.3 无线传感器网络的设计目标 4
1.1.4 网络设计挑战 5
1.2 技术背景 6
1.2.1 微机电系统技术 6
1.2.2 无线通信技术 7
1.2.3 硬件和软件平台 7
1.2.4 无线传感器网络标准 9
1.3 本书特色 11
1.4 本书的组织安排 11
参考文献 12
第2章 网络体系结构与协议栈 15
2.1 概述 15
2.2 无线传感器网络的体系结构 15
2.2.1 传感器节点结构 15
2.2.2 网络体系结构 16
2.3 无线传感器网络的分类 19
2.4 无线传感器网络的协议栈 20
2.4.1 应用层 21
2.4.2 传输层 21
2.4.3 网络层 22
2.4.4 数据链路层 22
2.4.5 物理层 23
2.5 小结 24
参考文献 24
第3章 媒体访问控制 26
3.1 简介 26
3.2 基本MAC协议 26
3.2.1 竞争MAC协议 27
3.2.2 非竞争MAC协议 28
3.3 无线传感器网络的MAC设计 29
3.3.1 网络特征 29
3.3.2 MAC层的设计目标 30
3.3.3 MAC中的能量有效性问题 31
3.4 用于无线传感器网络的MAC协议 31
3.4.1 基于竞争的协议 32
3.4.2 非竞争协议 40
3.4.3 混合协议 45
3.5 总结及展望 47
参考文献 48
第4章 路由和数据传播 52
4.1 概述 52
4.2 基本原理与挑战 52
4.2.1 基础 52
4.2.2 挑战 55
4.2.3 传感应用要求 56
4.3 路由和数据传播协议的分类 57
4.3.1 位置信息 57
4.3.2 网络分层和网内数据处理 58
4.3.3 数据中心 59
4.3.4 路径冗余 59
4.3.5 网络动态变化 59
4.3.6 服务质量要求 60
4.3.7 网络异质性 60
4.4 路由与数据传播协议概述 61
4.4.1 位置辅助路由 61
4.4.2 基于网内数据处理的分层协议 69
4.4.3 数据中心协议 74
4.4.4 基于多径的协议 88
4.4.5 基于移动性的无线传感器网络路由协议 91
4.4.6 基于QoS的协议 100
4.4.7 基于异质性的协议 105
4.4.8 比较 110
4.5 总结及未来方向 112
参考文献 113
第5章 广播、多播与地域群播 118
5.1 概述 118
5.2 概念和主要的挑战 118
5.2.1 基本概念 118
5.2.2 设计准则和挑战 119
5.3 广播机制 120
5.3.1 简单广播机制 121
5.3.2 邻居感知广播机制 122
5.3.3 位置辅助的广播机制 124
5.3.4 能耗高效的广播机制 126
5.3.5 可靠的广播机制 129
5.4 多播机制 130
5.4.1 基于树的多播机制 131
5.4.2 基于位置的多播机制 132
5.5 地域群播机制 133
5.5.1 无保证的地域群播机制 133
5.5.2 有保证的地域群播机制 135
5.6 总结及未来方向 136
参考文献 137
第6章 节点成簇 141
6.1 概述 141
6.1.1 无线传感器网络架构 141
6.1.2 节点簇结构 144
6.2 节点簇算法 146
6.2.1 簇头选择算法 146
6.2.2 ad-hoc网络中的节点簇算法 148
6.3 无线传感器网络节点簇算法 152
6.3.1 无线传感器网络中的簇特性 152
6.3.2 有效洪泛的被动簇 153
6.3.3 能量有效自适应簇 156
6.3.4 能量有效分布式簇 157
6.3.5 能量有效的层次簇 158
6.3.6 涌现分簇算法 162
6.3.7 安全成簇机制 164
6.4 总结和将来的方向 168
参考文献 169
第7章 数据查询（队列）处理和数据融合 173
7.1 概述 173
7.2 无线传感器网络中的查询处理 174
7.2.1 查询特点 174
7.2.2 查询处理中的挑战 176
7.2.3 查询处理的传感器选择 178
7.2.4 查询处理技术 178
7.2.5 快照查询 180
7.3 无线传感器网络中的数据融合 184
7.3.1 数据融合的挑战 184
7.3.2 数据融合技术 185
7.4 总结和展望 191
参考文献 193
第8章 节点定位 195
8.1 概述 195
8.2 节点定位技术的概念和挑战 195
8.2.1 定位技术的发展 195
8.2.2 定位系统 196
8.2.3 无线传感器网络节点定位的挑战 198
8.3 无线传感器网络的测距技术 199
8.3.1 基于TOA技术的测距 199
8.3.2 基于RSS技术的测距 204
8.4 无线定位算法 206
8.4.1 背景 207
8.4.2 几何三角测量技术 207
8.4.3 模型识别技术 210
8.5 无线传感器节点定位 211
8.5.1 合作定位 211
8.5.2 集中定位算法 214
8.5.3 分布式定位算法 216
8.6 本章小结及将来的研究方向 224
参考文献 225
第9章 时间同步 228
9.1 概述 228
9.1.1 计算机时钟和时钟同步问题 228
9.1.2 时间同步方法中的共同挑战 229
9.2 无线传感器网络中时间同步的必要性 230
9.3 无线传感中时间同步的要求 231
9.4 无线传感器网络中的同步协议 231
9.4.1 同步原语 232
9.4.2 多跳同步 235
9.4.3 长期同步 239
9.4.4 其他协议和相关工作 241
9.5 总结及未来研究方向 242
参考文献 244
第10章 能源效率和功率控制 246
10.1 简介 246
10.2 无线传感器网络中能量效率和功率控制的需求 246
10.2.1 传感器节点中功率消耗 247
10.2.2 不同协议层的功率控制 249
10.2.3 无线传感器网络中能量保存方式的分类 250
10.3 被动式能量保存方式 251
10.3.1 物理层能量保存方式 251
10.3.2 MAC层能量保存机制 255
10.3.3 较高层能量保存机制 256
10.4 主动式能量保存方式 262
10.4.1 MAC层机制 262
10.4.2 网络层机制 265
10.4.3 传输层机制 268
10.5 总结 270
参考文献 270
第11章 传输协议与服务质量 274
11.1 引言 274
11.2 传输层协议 276
11.2.1 传统传输层协议的基本原则 276
11.2.2 TCP和UDP的不足 277
11.3 无线传感器网络的传输协议设计 278
11.3.1 性能度量 278
11.3.2 拥塞控制 279
11.3.3 丢包恢复 281
11.3.4 设计方针 283
11.4 无线传感器网络中的传输协议 284
11.4.1 拥塞控制协议 284
11.4.2 可靠性协议 287
11.4.3 拥塞控制和可靠性协议 289
11.4.4 开放问题 290
11.5 总结和将来的研究方向 291
参考文献 291
第12章 网络安全和攻击防御 294
12.1 概述 294
12.2 机密性 295
12.2.1 偷听 295
12.2.2 节点胁从 296
12.2.3 加密 296
12.2.4 隐私 297
12.2 完整性 298
12.3.1 传输错误 298
12.3.2 处理错误 298
12.3.3 包修改 298
12.3.4 误码控制 299
12.3.5 信息完整代码 299
12.4 置信 299
12.4.1 包注入 299
12.4.2 消息认证码 300
12.4.3 质疑响应 300
12.4.4 签名 300
12.4.5 中间人攻击 301
12.4.6 公钥认证 301
12.4.7 广播和多播认证 303
12.5 认可 306
12.6 新鲜 307
12.6.1 包重播 307
12.6.2 时间戳 308
12.7 可行性 308
12.7.1 选择性发送 308
12.7.2 射频干扰 309
12.7.3 多通道路径 309
12.7.4 错误报告 309
12.7.5 节点复制 311
12.8 入侵检测 311
12.9 密钥管理 312
12.9.1 对称密钥管理 312
12.9.2 非对称密钥管理 318
12.9.3 组密钥管理 319
12.10 总结 320
参考文献 320
第13章 无线传感器网络标准 325
13.1 概述 325
13.2 IEEE 802.15.4标准 325
13.2.1 MAC层的概述 326
13.2.2 信道接入 327
13.2.3 数据传输模型 329
13.2.4 MAC层服务 330
13.2.5 安全性 333
13.3 ZigBee标准 334
13.3.1 网络层 334
13.3.2 应用层 340
13.3.3 ZigBee的安全性 343
13.4 总结 343
参考文献 344
第14章 无线传感器网络发展趋势 345
14.1 概述 345
14.2 无线多媒体传感器网络 346
14.2.1 无线多媒体传感器网络的应用 346
14.2.2 无线多媒体传感器网络的设计 347
14.2.3 超宽带技术 349
14.2.4 跨层设计 350
14.3 无线传感器与执行网络 352
14.3.1 无线传感器与执行器网络的应用 353
14.3.2 传感器和执行器协作 353
14.4 传感器网络在具有挑战性环境中的应用 356
14.4.1 水下声传感器网络 356
14.4.2 无线地下传感器网络 360
14.5 无线传感器网络的跨层设计 362
14.5.1 跨层资源分配 363
14.5.2 成对跨层协议 365
14.5.3 跨层模块设计 368
14.5.4 警示指南和开放性研究问题 369
14.6 小结 370
参考文献 370