第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2无线传感器网络概述 2
1.2.1无线传感器网络定义 2
1.2.2系统组成 3
1.2.3网络模型 4
1.3网络体系结构 4
1.4网络节点 6
1.5网络特点与性能评价 9
1.5.1网络特点 9
1.5.2性能评价 11
1.6网络应用 11
1.7无线传感器网络与物联网 13
1.8主要研究内容 14
1.9内容组织 18
参考文献 18
第2章 无线传感器网络部署 19
2.1概述 19
2.2覆盖及评价指标 21
2.2.1基本假设 21
2.2.2覆盖及优化 21
2.2.3覆盖问题分类 23
2.2.4网络覆盖评价指标 25
2.3覆盖模型与区域覆盖概率 29
2.3.1基本概念 29
2.3.2感知、通信和连通覆盖的物理模型 30
2.3.3感知、通信和连通覆盖的数学模型 32
2.3.4区域随机覆盖概率与覆盖数 34
2.3.5节点覆盖的随机分布函数 35
2.3.6一维区域传感器节点覆盖的分布实验 37
2.4一维区域节点覆盖模型 38
2.4.1一维区域定义 38
2.4.2节点覆盖模型 39
2.4.3一维区域覆盖 40
2.5二维区域节点覆盖模型 44
2.5.1正六边形节点覆盖模型 44
2.5.2节点通信半径 45
2.5.3邻居节点数与连通图的分形 47
2.5.4区域的最小覆盖 51
2.6三维区域节点覆盖模型 52
2.6.1正六面体节点覆盖模型 52
2.6.2切顶八面体节点覆盖模型 54
2.6.3相对于感知范围的通信半径 55
参考文献 55
第3章 网络拓扑控制 58
3.1概述 58
3.1.1网络拓扑结构及分类 58
3.1.2拓扑控制研究内容 59
3.2拓扑控制设计原则与算法评价 60
3.2.1网络能耗模型 60
3.2.2拓扑控制协议设计原则 61
3.2.3拓扑控制算法评价 62
3.3功率控制算法 64
3.3.1相关研究 64
3.3.2 XTC算法 64
3.4睡眠调度算法 65
3.4.1相关研究 65
3.4.2 CCP算法 66
3.4.3 SPAN算法 67
3.4.4 HEED算法 68
3.5层次型无线传感器网络拓扑控制 69
3.5.1基本定义 69
3.5.2分簇算法 70
3.5.3求解连通支配集算法 75
3.6能量高效的虚拟骨干网构造算法 77
3.6.1问题背景 77
3.6.2系统假设 78
3.6.3算法模型及符号描述 79
3.6.4骨干节点选举方法 80
3.6.5 EVBC算法描述及实现 82
3.6.6 EVBC算法的路由生成方法 84
3.6.7算法性能仿真测试与分析 85
参考文献 86
第4章 节点定位 89
4.1概述 89
4.1.1定位研究的主要问题 89
4.1.2定位算法性能评价 90
4.2相关研究 91
4.3节点定位原理 96
4.3.1基本概念及定义 96
4.3.2定位计算方法 96
4.4 ADV-Hop定位算法研究 101
4.4.1 DV-Hop算法描述 101
4.4.2 DV-Hop算法改进思路 102
4.4.3 ADV-Hop算法要旨 103
4.4.4 ADV-Hop算法的实现 105
4.4.5算法仿真实验分析 108
4.5 GSAL定位算法研究 110
4.5.1基于GA的定位算法及其局限 110
4.5.2基于SA的定位算法及其局限 115
4.5.3基于模拟退火思想的遗传算法 119
4.5.4 GSAL定位算法实现 120
4.5.5 GSAL算法仿真分析 123
参考文献 125
第5章 目标跟踪 127
5.1概述 127
5.1.1目标跟踪过程 127
5.1.2目标跟踪关键技术 128
5.2二进制传感器分类与跟踪算法评价 129
5.2.1二进制传感器分类与通信模型 129
5.2.2目标跟踪算法的评价指标 131
5.3目标定位跟踪算法 132
5.3.1质心算法 132
5.3.2加权算法 135
5.3.3线性拟合算法 138
5.3.4解析算法 139
5.3.5粒子滤波算法 142
5.4动态成簇算法 143
5.4.1动态成簇算法简介 143
5.4.2网络部署方案 144
5.4.3节点激活方式 145
5.4.4簇头选举及成员选择方法 145
5.4.5簇头移交方法 146
5.5面向单目标跟踪的BWSN异步动态成簇算法 148
5.5.1问题描述 148
5.5.2目标发现及节点激活 149
5.5.3动态跟踪簇构建及调整 150
5.5.4异步跟踪时间的标定、传递及计算 153
5.5.5 ADC算法的仿真实验及分析 153
参考文献 156
第6章 网络协议 158
6.1概述 158
6.1.1计算机网络协议 158
6.1.2 WSN协议 159
6.2网络层路由协议 159
6.2.1路由算法评价指标 161
6.2.2长链型路由协议 162
6.2.3平面型路由协议 165
6.2.4层次型路由协议 169
6.25其他路由协议 172
6.3数据链路层MAC协议 173
6.3.1关于MAC协议 173
6.3.2 IEEE 802.11和IEEE 802.15.4介绍 175
6.3.3传感器网络MAC协议的差异和限制 180
6.3.4非调度式MAC协议 183
6.3.5调度式MAC协议 186
6.3.6未来展望 191
6.4时钟同步 192
6.4.1传统时钟同步技术 193
6.4.2传感器网络时钟同步基本原理 193
6.4.3典型传感器网络时钟同步技术 197
6.5服务质量QoS 199
参考文献 200
第7章 数据融合 203
7.1概述 203
7.2关于数据融合 204
7.2.1多传感器数据融合 204
7.2.2 WSN数据融合 204
7.2.3数据融合模型 205
7.2.4网络层中的数据融合 208
7.2.5基于事件驱动的数据融合 210
7.2.6数据融合技术难点 211
7.3数据融合节点延时分配算法 212
7.3.1经典延时分配算法 212
7.3.2数据传输端到端延时分析 216
7.4 SSF-M/G/1算法 218
7.4.1算法思想 218
7.4.2 ON/OFF模型及分组平均到达速率 219
7.4.3 M/G/1队列及分组到达时间间隔 220
7.4.4允许延时时间分配算法 221
7.4.5算法伪代码 223
7.5仿真实验及分析 224
7.5.1评价指标 224
7.5.2仿真参数设置 224
7.5.3实验分析 224
参考文献 226
第8章 拥塞控制 228
8.1概述 228
8.2无线传感器网络拥塞控制机制 229
8.2.1基于拥塞检测与处理的缓解机制 230
8.2.2拥塞避免机制 231
8.3网关节点拥塞控制 232
8.3.1瓶颈网络模型 232
8.3.2 AQM反馈控制系统模型 234
8.3.3 RBF神经网络 235
8.3.4灰色预测GM（1，1）模型 237
8.3.5 RBF-GM算法 238
8.3.6仿真及其结果 239
8.4基于主动队列管理的拥塞控制机制 241
8.4.1主动队列管理 241
8.4.2自适应主动队列管理API算法 245
8.4.3区分丢包的速率调节DR算法 249
8.4.4 API-DR算法 251
8.4.5 API-DR算法仿真实验及分析 252
参考文献 254
第9章 网络安全 256
9.1概述 256
9.1.1 WSN的安全威胁 256
9.1.2安全体系结构 257
9.1.3安全要求与目标 258
9.2无线传感器网络安全技术 260
9.2.1安全技术分类 260
9.2.2密码技术 260
9.2.3密钥确立和管理 262
9.2.4路由安全 263
9.2.5数据融合安全 264
9.2.6入侵检测 265
9.2.7 DoS攻击 265
9.2.8访问控制和权限管理 266
9.2.9无线传感器网络安全协议 267
9.3链路层加密方案 269
9.3.1 TinyOS的安全保护措施TinySec 269
9.3.2链路层加密方案SenSec 271
9.4无线传感器网络用户认证技术 272
9.4.1认证技术分类 272
9.4.2用户认证协议 274
9.4.3基于μTPCT的广播认证协议 276
9.5密钥管理技术 279
9.5.1密钥管理的安全和性能评价 279
9.5.2密钥管理方案和协议的分类 280
9.5.3典型密钥管理方案和协议 281
9.5.4层次型W SN动态密钥管理方法 284
参考文献 288
第10章 无线传感器网络操作系统 289
10.1概述 289
10.2 WSNOS设计原则 290
10.3操作系统关键技术 291
10.3.1体系结构 291
10.3.2层次化技术 293
10.3.3框架技术 294
10.3.4节能通信模型 295
10.3.5可裁减的构件技术 295
10.3.6普适计算技术 296
10.4 TinyOS操作系统 297
10.4.1系统简介 297
10.4.2体系结构与特点 298
10.4.3组件模型和命名规则 300
10.4.4 TinyOS的任务 302
10.4.5 TinyOS调度器 303
10.4.6系统启动和初始化 304
10.4.7 TinyOS通信 304
10.4.8并发模型 305
10.4.9能量管理 306
10.4.10模拟服务 306
10.4.11 TinyOS系统的编程 306
10.5 Mantis系统 312
10.6 SenOS系统 313
参考文献 313
第11章 无线传感器网络工程设计 314
11.1概述 314
11.2监测区域分类 314
11.3覆盖数计算 315
11.3.1一维长线区域 315
11.3.2二维平面区域 316
11.3.3三维空间区域 318
11.4无线传感器网络部署的工程设计 320
11.4.1设计流程 320
11.4.2技术参数设计 320
11.5 ZigBee系统技术 321
11.5.1 ZigBee技术特点 321
11.5.2 ZigBee技术的协议构架 322
11.5.3 ZigBee技术的网络拓扑结构 323
11.6基于ZigBee技术的石油钻井现场WSN 324
11.6.1系统结构设计 324
11.6.2拓扑控制机制与节点定位方法 327
11.6.3路由机制 328
11.6.4系统工作模式 328
11.7实验测试 330
11.7.1实验方法 330
11.7.2中断模式实验 331
11.7.3周期性模式实验 331
参考文献 332