第一部分 总论 5
第1章 绪论 5
1.1无线传感器网络概述 5
1.1.1无线传感器网络的基本概念 5
1.1.2无线传感器网络的特点 6
1.1.3无线传感器网络的应用领域 8
1.2无线传感器网络的发展 11
1.2.1无线数据网络 12
1.2.2无线传感器网络 15
1.3无线传感器网络的研究 16
1.3.1无线传感器网络面临的挑战 16
1.3.2无线传感器网络的关键技术 18
1.3.3无线传感器网络技术发展趋势 21
参考文献 23
第二部分 无线传感器网络通讯技术 27
第2章 无线传感器网络的物理层 27
2.1物理层技术概述 27
2.1.1物理层的基本概念 27
2.1.2无线通信物理层的主要技术 29
2.2 IEEE 802.15.4 43
2.2.1 IEEE 802.15.4物理层概述 43
2.2.2 IEEE 802.15.4物理层服务规范 44
2.2.3 IEEE 802.15.4物理层的帧结构 49
2.3超宽带技术 50
2.3.1超宽带技术的基本原理 51
2.3.2超宽带技术的特点 54
2.3.3超宽带技术的研究现状 55
2.3.4超宽带技术在无线传感器网络中的应用 56
2.4无线传感器网络物理层的研究 57
2.4.1无线传感器网络物理层需要解决的问题 57
2.4.2无线传感器网络物理层的研究现状 59
2.5无线传感器网络物理层面临的技术挑战 67
参考文献 67
第3章 无线传感器网络的信道接入 70
3.1无线网络信道接入概述 70
3.2基于竞争机制的信道接入技术 71
3.2.1基于竞争协议的信道接入技术概述 71
3.2.2隐藏终端和暴露终端 75
3.2.3退避算法 78
3.3基于固定分配的信道接入技术 79
3.3.1 FDMA方式 79
3.3.2 TDMA方式 80
3.3.3 CDMA方式 82
3.3.4 SDMA方式 84
3.4按需分配的信道接入技术 84
3.4.1 PCF方式 85
3.4.2 WTRP方式 85
3.5无线传感器网络信道接入技术的研究 91
3.5.1无线传感器网络信道接入技术需要解决的问题 91
3.5.2无线传感器网络信道接入技术的研究现状 92
3.5.3 S-MAC协议 94
3.5.4 DE-MAC协议 99
3.5.5 MD协议 101
3.6无线传感器网络信道接入技术面临的技术挑战 105
3.7信道接入算例——S-MAC算法 106
3.7.1流程图 106
3.7.2 S-MAC算法伪代码 107
3.7.3仿真实验 113
参考文献 115
第三部分 无线传感器网络组网技术 119
第4章 无线传感器网络的路由 119
4.1无线网络路由协议概述 119
4.1.1路由的基本概念 119
4.1.2路由算法及协议 120
4.2无线自组网络路由协议研究 122
4.2.1无线自组网络路由协议需要解决的主要问题 122
4.2.2无线自组网络路由协议的分类 123
4.2.3无线自组网络平面路由协议 124
4.2.4无线自组网络分层路由协议 127
4.2.5无线自组网络地理定位辅助路由协议 129
4.3无线传感器网络路由协议研究 130
4.3.1无线传感器网络路由协议需要解决的问题 130
4.3.2无线传感器网络路由协议的分类 132
4.3.3无线传感器网络平面路由协议 133
4.3.4网络分层路由协议 139
4.3.5无线传感器网络地理定位辅助路由协议 145
4.4无线传感器网络路由协议的优化 148
4.4.1路由协议的比较 148
4.4.2路由协议的优化方法 149
4.4.3以数据为中心的启发式数据收集算法 150
4.5无线传感器网络路由协议面临的技术挑战 151
4.6路由算例——LEACH算法 153
4.6.1流程图 153
4.6.2 LEACH算法伪代码 154
4.6.3仿真实验 159
参考文献 160
第5章 无线传感器网络传输协议 164
5.1无线传输协议概述 164
5.1.1传输层的基本概念 164
5.1.2传输协议 164
5.2无线传感器网络传输协议研究 167
5.2.1无线传感器网络传输协议需要解决的问题 167
5.2.2 PSFQ协议 169
5.2.3 ESRT协议 170
5.3无线传感器网络与Internet的互联 174
5.3.1网络互联结构 174
5.3.2网络互联协议 178
5.4传输协议算法——PSFQ算法 180
5.4.1流程图 180
5.4.2 PSFQ算法伪代码 181
5.4.3仿真实验 187
参考文献 188
第四部分 无线传感器网络管理技术 193
第6章 无线传感器网络的构建 193
6.1无线传感器网络的拓扑发现 193
6.1.1拓扑发现的基本概念 193
6.1.2拓扑发现研究 193
6.1.3拓扑发现面临的技术挑战 197
6.2无线传感器网络节点定位 197
6.2.1节点定位的基本概念 197
6.2.2节点定位的研究 198
6.2.3节点定位面临的技术挑战 205
6.3无线传感器网络的时间同步 205
6.3.1时间同步的基本概念 205
6.3.2时间同步的研究 206
6.3.3时间同步面临的技术挑战 210
6.4定位算例——质心算法 211
6.4.1流程图 211
6.4.2质心算法伪代码 211
6.4.3仿真实验 215
参考文献 217
第7章 无线传感器网络的网络管理 219
7.1网络管理技术及协议概述 219
7.1.1网络管理的基本概念 219
7.1.2网络管理的基本内容 219
7.1.3 Internet网络管理协议 219
7.1.4无线自组网络网络管理协议 220
7.1.5无线传感器网络管理体系及协议 221
7.2无线传感器网络的拓扑管理 222
7.2.1拓扑管理的基本概念 222
7.2.2拓扑管理的研究 222
7.2.3拓扑管理面临的技术挑战 224
7.3无线传感器网络的传感器管理 224
7.3.1传感器管理的基本概念 224
7.3.2传感器管理的研究 224
7.3.3传感器管理面临的技术挑战 228
7.4无线传感器网络的能量管理 228
7.4.1能量管理的基本概念 228
7.4.2能量管理研究 229
7.4.3能量管理面临的技术挑战 232
7.5无线传感器网络的网络性能监测 232
7.5.1网络性能监测的基本概念 232
7.5.2网络性能监测的研究 232
7.5.3网络性能监测面临的技术挑战 234
7.6无线传感器网络的安全管理 235
7.6.1无线传感器网络的安全需求 236
7.6.2无线传感器网络安全问题的特点 238
7.6.3无线传感器网络安全问题的研究现状 239
7.6.4基于生物免疫原理的无线传感器网络安全体系 243
7.6.5实现无线传感器网络安全的途径 248
7.7拓扑管理算例——SPAN算法 248
7.7.1流程图 248
7.7.2 SPAN算法伪代码 249
7.7.3仿真实验 251
参考文献 252
第五部分 无线传感器网络协同技术 257
第8章 无线传感器网络的协同问题 257
8.1无线传感器网络协同问题概述 257
8.2无线传感器网络协同需要解决的问题 258
8.3典型的无线传感器网络协同问题——追踪 259
8.3.1追踪问题描述 259
8.3.2追踪步骤 261
8.4协同问题算例——时延定位算法 263
8.4.1流程图 263
8.4.2时延定位算法伪代码 264
8.4.3仿真实验 264
参考文献 268
第9章 协同信息处理方法 269
9.1贝叶斯估计方法 269
9.1.1贝叶斯估计的传感器节点模型 269
9.1.2贝叶斯估计的过程模型 270
9.1.3结论 276
9.2卡尔曼滤波方法 277
9.2.1卡尔曼滤波方法 277
9.2.2扩展卡尔曼滤波方法 279
9.2.3联合卡尔曼滤波方法 280
9.3协同信息处理方法算例——卡尔曼滤波算法 282
9.3.1流程图 282
9.3.2卡尔曼滤波算法伪代码 282
9.3.3仿真实验 285
参考文献 286
第10章 多智能体系统中的协同方法 288
10.1多智能体系统概述 288
10.2协同方法 290
10.2.1合同网 290
10.2.2组织结构设计法 292
10.2.3多智能体计划调度 292
10.2.4协商 293
10.2.5设计协同方法的准则 295
10.3分布式决策及搜索方法 296
10.4多智能体系统中的协同方法算例——多智能体计划调度算法 297
10.4.1流程图 297
10.4.2多智能体计划调度算法伪代码 298
10.4.3仿真实验 301
参考文献 302
第11章 基于多智能体理论的无线传感器网络协同方法 304
11.1基于合同网及拍卖的无线传感器网络协同方法 304
11.1.1基于合同网及拍卖的协同方法概述 304
11.1.2无线传感器网络中任务间的相互作用关系 305
11.1.3基于中心的任务分配方法 306
11.1.4仲裁方法与组合拍卖方法 307
11.1.5迭代式组合拍卖方法 310
11.1.6动态仲裁方法 312
11.2基于动态联盟的无线传感器网络协同方法 317
11.2.1动态联盟方法概述 317
11.2.2初始联盟的形成 318
11.2.3联盟的形成 322
11.2.4联盟的确认 327
11.3基于组织结构设计的无线传感器网络协同方法 327
11.3.1组织结构设计方法概述 327
11.3.2组织结构设计方法的运行原理 328
11.4基于分布式约束满足的无线传感器网络协同方法 331
11.4.1分布式探测调度问题 331
11.4.2低负载分布式方法 333
11.5无线传感器网络协同问题面临的技术挑战 336
11.6协同方法算例——动态仲裁算法 337
11.6.1流程图 337
11.6.2动态仲裁算法伪代码 337
11.6.3仿真实验 339
参考文献 342
第六部分 无线传感器网络开发与应用 347
第12章 无线传感器网络的典型开发环境与仿真平台 347
12.1无线传感器网络硬件系统 347
12.1.1传感器节点设计与开发需要解决的问题 347
12.1.2传感器节点的开发 347
12.2无线传感器网络软件环境 350
12.2.1 TinyOS操作系统 350
12.2.2 nesC编程语言 353
12.3无线传感器网络仿真平台 357
12.3.1网络仿真概述 357
12.3.2无线传感器网络仿真需要解决的问题 357
12.3.3无线传感器网络仿真的研究 358
12.3.4无线传感器网络常用的仿真软件 362
参考文献 368
第13章 无线传感器网络的应用 369
13.1 NSOF系统 369
13.1.1 NSOF系统概述 369
13.1.2系统体系结构 369
13.1.3 NSOF系统关键技术 370
13.2 GDI系统 372
13.2.1 GDI系统概述 372
13.2.2系统体系结构 373
13.2.3原型系统与实验 374
13.3建筑结构健康监测 376
13.3.1建筑健康监测概述 376
13.3.2系统体系结构 377
13.3.3原型系统与实验 379
13.4未来家庭健康监测 381
13.4.1家庭健康监测概述 381
13.4.2系统体系结构 381
13.4.3 WWM实验系统 382
参考文献 384
附录 英汉缩略语对照表 386