第1章 绪论 1
1.1 无线传感网络概述 1
1.1.1 无线网络及其分类 1
1.1.2 基本概念 2
1.1.3 节点类型 3
1.1.4 感知节点功能单元 5
1.1.5 体系结构 6
1.2 无线传感网络的发展与应用 7
1.2.1 发展历程与方向 7
1.2.2 典型应用举例 8
1.3 无线传感网络的主要特点与关键技术 18
1.3.1 主要特点 18
1.3.2 关键技术 20
1.4 无线传感网与物联网 23
1.4.1 物联网概述 23
1.4.2 无线传感网与物联网 25
本章小结 26
课后思考题 27
第2章 短距离无线通信技术与标准 28
2.1 ZigBee 28
2.1.1 ZigBee的性能特点 29
2.1.2 ZigBee的体系结构 29
2.1.3 ZigBee的工作过程 37
2.2 6LoWPAN 38
2.2.1 6LoWPAN的基本特点 38
2.2.2 6LoWPAN的体系结构 39
2.2.3 6LoWPAN的主要功能 39
2.2.4 6LoWPAN的帧格式 41
2.3 蓝牙 44
2.3.1 蓝牙的性能特点 44
2.3.2 蓝牙的体系结构 45
2.3.3 蓝牙的功能单元 48
2.3.4 蓝牙的通信过程 48
2.4 Wi-Fi 49
2.4.1 Wi-Fi的性能特点 50
2.4.2 Wi-Fi的主要技术 50
2.4.3 Wi-Fi的功能单元 53
2.4.4 Wi-Fi的拓扑结构 54
2.5 其他短距离无线通信技术与标准 55
2.5.1 ISA100.1 1a 55
2.5.2 WirelessHART 57
2.5.3 WIA-PA 58
2.5.4 Z-Wave 59
2.5.5 RFID 60
2.5.6 NFC 63
2.5.7 UWB 63
本章小结 65
课后思考题 65
第3章 无线传感网络拓扑控制 66
3.1 拓扑控制的主要任务和目标 66
3.2 无线传感网络拓扑结构形式 67
3.2.1 平面网络结构 67
3.2.2 层次网络结构 68
3.2.3 混合网络结构 68
3.2.4 Mesh网络结构 69
3.3 基于能量均衡的拓扑控制 70
3.3.1 基于统一功率分配的控制方法 70
3.3.2 基于节点度数的控制方法 71
3.3.3 基于邻近图的拓扑控制 71
3.4 基于分簇的拓扑控制 73
3.4.1 LEACH算法 73
3.4.2 HEED算法 75
3.4.3 TopDisc算法 76
3.4.4 GAF算法 78
3.4.5 ASCENT算法 78
本章小结 80
课后思考题 80
第4章 无线传感网络覆盖控制 81
4.1 覆盖控制的主要内容 81
4.2 覆盖控制的概念和指标 82
4.2.1 基本概念 82
4.2.2 算法的评价指标 83
4.3 节点部署方式和感知模型 84
4.3.1 节点部署方式 84
4.3.2 节点感知模型 85
4.4 覆盖分类 86
4.5 典型的覆盖控制算法 88
4.5.1 基于网格的覆盖控制 88
4.5.2 基于圆周的覆盖控制 89
4.5.3 基于连通传感器的覆盖控制 90
4.5.4 基于轮换活跃／休眠的覆盖控制 91
本章小结 92
课后思考题 92
第5章 无线传感网络节点定位 93
5.1 概述 93
5.2 定位原理与基本术语 94
5.3 方法分类 95
5.4 技术指标 96
5.5 基于测距的定位方法 97
5.5.1 测距阶段 98
5.5.2 定位阶段 99
5.6 与距离无关的定位方法 102
5.6.1 质心定位 102
5.6.2 DV-Hop定位 103
5.6.3 Amorphous定位 104
5.6.4 APIT定位 104
5.6.5 凸规划定位 105
5.6.6 MAP定位 105
本章小结 105
课后思考题 106
第6章 无线传感网络路由协议 107
6.1 路由设计原则 107
6.2 路由协议分类 110
6.3 以数据为中心的平面路由 111
6.3.1 Flooding路由 111
6.3.2 Gossiping路由 113
6.3.3 SPIN路由 113
6.4 基于查询的路由 114
6.4.1 DD路由 115
6.4.2 Rumor谣传路由 116
6.5 基于能量感知的路由 118
6.5.1 EA路由 118
6.5.2 MPEA路由 119
6.5.3 能量感知路由的改进 121
6.6 基于地理位置的路由 122
6.6.1 GPSR路由 123
6.6.2 GAF路由 124
6.6.3 GEAR路由 125
6.6.4 GEM路由 127
6.7 基于分簇的路由 129
6.7.1 LEACH路由 129
6.7.2 TEEN路由 131
6.7.3 PEGASIS路由 132
6.7.4 TTDD路由 133
6.8 基于QoS的路由 134
6.8.1 SAR路由 135
6.8.2 SPEED路由 135
本章小结 136
课后思考题 137
第7章 无线传感网络操作系统 138
7.1 TinyOS操作系统 138
7.1.1 TinyOS的框架结构 139
7.1.2 TinyOS的硬件平台抽象 140
7.1.3 TinyOS的调度机制 141
7.1.4 nesC语言 141
7.2 Contiki操作系统 146
7.2.1 Contiki的功能特点 146
7.2.2 Contiki的源代码结构 147
7.2.3 Contiki的环境搭建 148
7.3 MantisOS操作系统 149
7.3.1 MantisOS的体系结构 149
7.3.2 MantisOS的设计举例 151
7.4 SOS操作系统 152
7.4.1 SOS的体系结构 152
7.4.2 SOS的功能特点 153
7.4.3 SOS的通信机制 153
7.5 Z-Stack 154
7.5.1 Z-Stack的体系架构 155
7.5.2 Z-Stack的目录结构 156
7.5.3 Z-Stack的工作流程 157
本章小结 159
课后思考题 160
第8章 无线传感网络安全策略 161
8.1 无线传感网络的安全要求 161
8.1.1 安全现状分析 161
8.1.2 安全需求 162
8.1.3 安全目标 163
8.2 攻击类型 164
8.3 安全威胁 165
8.4 安全策略 167
8.4.1 加密算法的选择 167
8.4.2 密钥管理 174
8.4.3 安全认证 176
8.5 无线传感网络安全举例 178
8.5.1 SNEP加密 178
8.5.2 μTESLA认证 179
本章小结 180
课后思考题 181
第9章 无线传感网络远程传输 182
9.1 网络传输 182
9.1.1 因特网传输 182
9.1.2 以太网传输 184
9.1.3 无线局域网传输 186
9.2 移动通信传输 187
9.2.1 移动通信技术 188
9.2.2 移动通信远程传输应用举例 189
9.3 微波传输 191
9.4 卫星传输 192
9.4.1 卫星通信简介 192
9.4.2 北斗卫星数据传输 193
9.5 光纤传输 195
9.5.1 光纤通信原理 195
9.5.2 光纤通信应用举例 197
本章小结 199
课后思考题 199
第10章 无线传感网络应用设计 200
10.1 无线传感节点的设计原则 200
10.2 无线传感节点的功能模块 201
10.3 无线传感网络节点设计方案 206
10.4 设计举例 209
10.4.1 芯片选型 210
10.4.2 开发环境 213
10.4.3 程序示例 219
本章小结 227
课后思考题 227
参考文献 228