第1章 概述 1
1.1 传感器微尘平台 1
1.1.1 低端平台 3
1.1.2 高端平台 4
1.1.3 标准化工作 4
1.1.4 软件 9
1.2 WSN工艺和协议栈 9
1.2.1 物理层 10
1.2.2 数据链路层 11
1.2.3 网络层 11
1.2.4 传输层 12
1.2.5 应用层 12
参考文献 13
第2章 WSN应用 15
2.1 军事应用 15
2.1.1 智能微尘 15
2.1.2 狙击手侦测系统 16
2.1.3 VigilNet系统 17
2.2 环境应用 18
2.2.1 大鸭岛实验 18
2.2.2 CORIE 19
2.2.3 ZebraNet系统 20
2.2.4 火山监测 21
2.2.5 洪水早期检测 21
2.3 医疗应用 22
2.3.1 人工视网膜 23
2.3.2 病人监测 24
2.3.3 应急响应 25
2.4 家庭应用 25
2.4.1 用水监测 25
2.5 工业应用 26
2.5.1 预防性维护 26
2.5.2 结构健康监测 27
2.5.3 其他商业应用 28
参考文献 28
第3章 WSN设计影响因素 32
3.1 硬件约束 32
3.2 容错性 34
3.3 可扩展性 35
3.4 生产成本 35
3.5 WSN的拓扑结构 35
3.5.1 预部署和部署阶段 35
3.5.2 后期部署阶段 36
3.5.3 额外节点的重新部署阶段 36
3.6 传输介质 36
3.7 功耗 37
3.7.1 传感 38
3.7.2 数据处理 39
3.7.3 通信 40
参考文献 43
第4章 物理层 45
4.1 物理层技术 45
4.1.1 RF 45
4.1.2 其他技术 47
4.2 射频无线通信概述 48
4.3 信道编码（差错控制编码） 49
4.3.1 分组码 50
4.3.2 联合信源信道编码 51
4.4 调制 53
4.4.1 FSK 54
4.4.2 QPSK 54
4.4.3 二进制和M进制调制 55
4.5 无线信道效应 56
4.5.1 衰减 57
4.5.2 多径效应 57
4.5.3 信道差错率 58
4.5.4 圆盘图表单元与统计信道模型 59
4.6 物理层标准 61
4.6.1 IEEE 802.15.4 61
4.6.2 现有的收发机 63
参考文献 64
第5章 介质访问控制 66
5.1 MAC层的挑战 66
5.1.1 功耗 67
5.1.2 结构 67
5.1.3 基于事件的网络 68
5.1.4 相关性 68
5.2 CSMA机制 68
5.3 基于竞争的介质访问 71
5.3.1 S-MAC 72
5.3.2 B-MAC 76
5.3.3 CC-MAC协议 79
5.3.4 其他基于竞争的MAC协议 84
5.3.5 小结 88
5.4 预留的介质访问 88
5.4.1 TRAMA 89
5.4.2 其他预留的MAC协议 92
5.4.3 小结 95
5.5 混合介质访问 95
5.5.1 Zebra-MAC 96
参考文献 99
第6章 差错控制 102
6.1 差错控制方案的分类 102
6.1.1 功率控制 102
6.1.2 ARQ 103
6.1.3 FEC 103
6.1.4 HARQ 104
6.2 WSN中的差错控制 104
6.3 跨层分析模型 107
6.3.1 网络模型 107
6.3.2 预期跳距 109
6.3.3 功耗分析 110
6.3.4 时延分析 112
6.3.5 解码时延和功耗 113
6.3.6 BER和PER 113
6.4 差错控制方案的比较 114
6.4.1 跳距延伸 115
6.4.2 发射功率控制 116
6.4.3 混合差错控制 117
6.4.4 小结 118
参考文献 119
第7章 网络层 121
7.1 路由选择的挑战 121
7.1.1 功耗 121
7.1.2 可扩展性 122
7.1.3 寻址技术 122
7.1.4 鲁棒性 122
7.1.5 拓扑结构 122
7.1.6 应用 123
7.2 以数据为中心和等级化的路由协议 123
7.2.1 洪泛 124
7.2.2 谣传 125
7.2.3 信息协商机制 125
7.2.4 定向扩散 127
7.2.5 定性评价 129
7.3 分层协议 129
7.3.1 LEACH 130
7.3.2 PEGASIS 130
7.3.3 TEEN和APTEEN 131
7.3.4 定性评价 132
7.4 地理路由协议 133
7.4.1 MECN和SMECN 133
7.4.2 有损连接的地理转发方案 134
7.4.3 PRADA 136
7.4.4 定性评价 138
7.5 基于QoS的协议 138
7.5.1 SAR 138
7.5.2 最小成本路径转发 139
7.5.3 SPEED 140
7.5.4 定性评价 141
参考文献 142
第8章 传输层 145
8.1 传输层的挑战 145
8.1.1 端到端的通信方式 145
8.1.2 应用相关性 146
8.1.3 能量消耗 146
8.1.4 非对称执行 146
8.1.5 路由／寻址受限 146
8.2 RMST 147
8.2.1 定性评价 149
8.3 PSFQ 150
8.3.1 定性评价 152
8.4 CODA 152
8.4.1 定性评价 154
8.5 ESRT协议 154
8.5.1 定量评价 157
8.6 GARUDA 157
8.6.1 定性评价 161
8.7 实时可靠性传输（RT）2协议 161
8.7.1 定性评价 165
参考文献 165
第9章 应用层 167
9.1 信源编码（数据压缩） 167
9.1.1 传感器LZW 167
9.1.2 分布式信源编码 169
9.2 查询处理 170
9.2.1 查询表示 171
9.2.2 数据融合 175
9.2.3 COUGAR 177
9.2.4 Fjords架构 179
9.2.5 微融合服务 181
9.2.6 TinyDB 183
9.3 网络管理 185
9.3.1 MANNA 187
9.3.2 SNMS 188
参考文献 190
第10章 跨层解决方案 192
10.1 层间影响 192
10.2 跨层的相互作用 194
10.2.1 MAC层和网络层 194
10.2.2 MAC层和应用层 196
10.2.3 网络层和物理层 197
10.2.4 传输层和物理层 198
10.3 跨层模块 198
10.3.1 启动判决 199
10.3.2 传输启动 201
10.3.3 汇聚节点竞争 201
10.3.4 基于角度的路由 204
10.3.5 局部跨层拥塞控制 205
10.3.6 小结：XLP跨层的相互作用和性能 208
参考文献 209
第11章 时间同步 212
11.1 时间同步的挑战 212
11.1.1 低成本的时钟 212
11.1.2 无线通信 213
11.1.3 资源受限 213
11.1.4 高部署密度 213
11.1.5 节点易失效 214
11.2 NTP 214
11.3 定义 215
11.4 TPSN 216
11.4.1 定性评价 217
11.5 RBS 218
11.5.1 定性评价 219
11.6 ACS 220
11.6.1 定性评价 221
11.7 TDP 221
11.7.1 定性评价 223
11.8 RDP 223
11.8.1 定性评价 224
11.9 小型／微型同步协议 224
11.9.1 定性评价 226
11.10 其他协议 226
11.10.1 LTS 226
11.10.2 TSync 226
11.10.3 渐进优化同步 227
11.10.4 移动网络同步 227
参考文献 228
第12章 定位 229
12.1 定位中的挑战 229
12.1.1 物理层的测量 229
12.1.2 计算的约束 230
12.1.3 全球定位系统的不足 230
12.1.4 低端的传感器节点 231
12.2 测距技术 231
12.2.1 接收信号强度 231
12.2.2 到达时间 232
12.2.3 到达时间差 233
12.2.4 到达角 234
12.3 基于测距的定位协议 234
12.3.1 Ad Hoc定位系统 235
12.3.2 有噪测距定位 237
12.3.3 基于时间的定位系统 238
12.3.4 辅助移动定位 240
12.4 基于预留的定位协议 241
12.4.1 凸位置估计 241
12.4.2 近似三角形内点系统 242
参考文献 244
第13章 拓扑管理 245
13.1 部署 246
13.2 功率控制 247
13.2.1 LMST 247
13.2.2 LMA和LMN 248
13.2.3 干扰感知功率控制 249
13.2.4 CONREAP 251
13.3 活动调度 252
13.3.1 GAF 253
13.3.2 ASCENT 254
13.3.3 SPAN 256
13.3.4 PEAS 258
13.3.5 STEM 260
13.4 分簇 263
13.4.1 分层分簇 263
13.4.2 HEED 265
13.4.3 覆盖保持分簇 266
参考文献 270
第14章 无线传感器和执行器网络 272
14.1 WSAN的特点 274
14.1.1 网络架构 274
14.1.2 物理结构 275
14.2 传感器节点与执行器节点协作 277
14.2.1 传感器节点与执行器节点通信要求 278
14.2.2 执行器节点的选举 278
14.2.3 最优解决方案 281
14.2.4 分布式事件驱动的分簇和路由协议 282
14.2.5 性能 284
14.2.6 传感器节点与执行器节点协作的挑战 289
14.3 执行器节点与执行器节点协作 289
14.3.1 任务分配 290
14.3.2 最优解方案 291
14.3.3 局部拍卖协议 293
14.3.4 定性评价 294
14.3.5 执行器节点与执行器节点协作的挑战 295
14.4 WSAN协议栈 296
14.4.1 管理域 296
14.4.2 协作域 297
14.4.3 通信域 297
参考文献 298
第15章 无线多媒体传感器网络 300
15.1 设计挑战 301
15.1.1 多媒体信源编码 301
15.1.2 高带宽要求 302
15.1.3 具体应用服务质量要求 302
15.1.4 多媒体网内处理 302
15.1.5 功耗 302
15.1.6 覆盖范围 302
15.1.7 资源限制 303
15.1.8 可变的信道容量 303
15.1.9 跨层耦合功能 303
15.2 网络结构 303
15.2.1 单层结构 304
15.2.2 多层结构 304
15.2.3 覆盖 305
15.3 多媒体传感器的硬件 307
15.3.1 音频传感器 307
15.3.2 低分辨率视频传感器 308
15.3.3 中分辨率视频传感器 310
15.3.4 多媒体传感器网络配置举例 311
15.4 物理层 313
15.4.1 TH-IR-UWB 314
15.4.2 MC-UWB 314
15.4.3 UWB测距 314
15.5 MAC层 314
15.5.1 FRASH MAC 316
15.5.2 实时独立信道MAC 317
15.5.3 MIMO技术 317
15.5.4 开放研究问题 317
15.6 差错控制 318
15.6.1 联合信源信道编码和功率控制 318
15.6.2 开放研究问题 320
15.7 网络层 320
15.7.1 MMSPEED 321
15.7.2 开放研究问题 324
15.8 传输层 324
15.8.1 多跳缓冲和自适应性 325
15.8.2 错误的鲁棒图像传输 326
15.8.3 开放研究问题 327
15.9 应用层 328
15.9.1 流量管理和接入控制 328
15.9.2 多媒体编码技术 329
15.9.3 静态图像编码 329
15.9.4 分布式信源编码 331
15.9.5 开放研究问题 332
15.10 跨层设计 333
15.10.1 跨层控制单元 333
15.11 进一步研究的问题 335
15.11.1 网内处理的协作 336
15.11.2 同步 337
参考文献 337
第16章 水下无线传感器网络 341
16.1 设计挑战 342
16.1.1 陆上传感器网络与水下传感器网络 342
16.1.2 实时网络与容迟网络 343
16.2 水下传感器网络的组件 343
16.2.1 水下传感器 344
16.2.2 自主式水下航行器 345
16.3 通信体系结构 346
16.3.1 二维UWSN 346
16.3.2 三维UWSN 347
16.3.3 AUV传感器网络 348
16.4 水声传播的基本要素 349
16.4.1 Urick传播模型 350
16.4.2 深水区信道模型 351
16.4.3 浅水区信道模型 353
16.5 物理层 353
16.6 介质访问控制层 355
16.6.1 基于CSMA的MAC协议 355
16.6.2 基于CDMA的MAC协议 359
16.6.3 混合MAC协议 362
16.7 网络层 363
16.7.1 集中式路由方案 364
16.7.2 分布式路由方案 365
16.7.3 混合路由方案 370
16.8 传输层 370
16.8.1 开放研究课题 371
16.9 应用层 371
16.10 跨层设计 372
参考文献 374
第17章 地下无线传感网络 378
17.1 应用 379
17.1.1 环境监测 379
17.1.2 基础设施监测 381
17.1.3 定位应用 381
17.1.4 边境巡逻和安全监测 381
17.2 设计方面的挑战 382
17.2.1 能量效率问题 382
17.2.2 网络拓扑设计 382
17.2.3 天线设计 383
17.2.4 恶劣环境 384
17.3 网络架构 384
17.3.1 土壤中的WUSN 384
17.3.2 矿井隧道中的WUSN 386
17.4 使用电磁波技术的地下无线信道 387
17.4.1 地下信道的特性 388
17.4.2 土壤特性对地下信道的影响 389
17.4.3 土壤介电常数 389
17.4.4 地下信号传播 390
17.4.5 地面反射 392
17.4.6 多径衰落及误码率 393
17.5 地下无线信道的磁感应技术 396
17.5.1 MI信道模型 396
17.5.2 MI波导 397
17.5.3 土壤中的MI波及MI波导特性 398
17.6 矿井及公路／地铁隧道环境下的无线通信 400
17.6.1 隧道环境 400
17.6.2 房柱式环境 404
17.6.3 与实验测量情况的对比 406
17.7 通信架构 406
17.7.1 物理层 407
17.7.2 数据链路层 408
17.7.3 网络层 409
17.7.4 传输层 409
17.7.5 跨层设计 410
参考文献 411
第18章 主要挑战 414
18.1 传感器网络和Internet的联合 414
18.2 实时和多媒体通信 414
18.3 协议栈 415
18.4 同步和定位 416
18.5 挑战环境中的WSN 417
18.6 实际的考虑 418
18.7 无线纳米传感器网络 418
参考文献 419
索引及中英文缩写对照表 422