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第1章 无线传感器网络概述1

1.1无线传感器网络的发展历程1

1.1.1无线数据网络2

1.1.2无线自组织网络4

1.1.3无线传感器网络5

1.2无线传感器网络的研究现状和前景6

1.2.1无线传感器网络的研究现状6

1.2.2无线传感器网络的研究前景8

1.3无线传感器网络的特点9

1.4无线传感器网络的应用12

1.4.1无线传感器网络的应用特点13

1.4.2无线传感器网络在商业领域中的应用14

1.4.3无线传感器网络在军事领域中的应用15

1.5下一代无线传感器网络技术简介20

1.6基于无线传感器网络仿真平台的研究23

l.7小结26

参考文献26

第2章 无线传感器网络的体系结构28

2.1无线传感器网络体系结构概述28

2.2无线传感器网络体系结构设计要素32

2.2.1资源的管理和使用32

2.2.2各层协议间的协作33

2.2.3网内数据处理33

2.2.4数据完整性33

2.2.5安全和保密34

2.2.6网络层次多样化34

2.3无线传感器网络体系结构设计原则34

2.4现有的体系结构36

2.4.1VigilNet36

2.4.2INSIGHT37

2.5系统结构设计38

2.5.1MANNA管理体系结构38

2.5.2“细腰”结构38

2.5.3信息交换服务39

2.5.4“栈自知”的网络通信协议39

2.5.5基于代理的体系结构39

2.6针对特定领域体系结构的设计40

2.6.1多任务无线传感器网络40

2.6.2自恢复的安全体系结构40

2.6.3抽象区域41

2.7无线传感器网络仿真平台41

2.7.1NS42

2.7.2JavaSim44

2.7.3OPNET45

2.7.4MATLAB45

2.7.5CASSAP46

2.7.6SPW46

2.7.7SSFNet46

2.7.8GloMoSim47

2.7.9ATEMU48

2.7.10SENSE49

2.8小结49

参考文献50

第3章 无线传感器网络中的路由协议52

3.1路由协议概述52

3.1.1路由协议的基本概念52

3.1.2路由协议的特点53

3.1.3路由协议的设计要求54

3.1.4路由协议的分类54

3.2典型的路由协议分析58

3.2.1Flooding协议和Gossiping协议58

3.2.2SPIN协议59

3.2.3DirectedDiffusion协议59

3.2.4Rumor协议62

3.2.5GPSR协议63

3.2.6TBF协议63

3.2.7能量感知路由协议64

3.2.8LEACH协议65

3.2.9PEGASIS协议65

3.2.10TEEN协议68

3.2.11TTDD协议68

3.2.12SAR协议69

3.2.13最大化生存时间路由协议70

3.2.14TinyOSBeaconing协议70

3.2.15最小代价路由协议70

3.2.16其他路由协议71

3.3无线传感器网络各路由协议的比较71

3.4小结75

参考文献76

第4章 物理层78

4.1无线传感器网络物理层概述78

4.2物理层介质78

4.2.1无线电波通信79

4.2.2微波通信79

4.2.3红外通信79

4.2.4光通信80

4.3物理层实例80

4.3.1红外线80

4.3.2WLAN80

4.3.3蓝牙81

4.3.4超宽带81

4.3.5ZigBee81

4.4ZigBee技术及特点81

4.4.1ZigBee技术概述81

4.4.2ZigBee技术特点82

4.4.3ZigBee协议栈83

4.4.4ZigBee协议的网络拓扑结构84

4.5蓝牙技术及其特点85

4.6IEEE802.1188

4.7IEEE802.15.490

4.8常见的无线传感器网络物理层设计92

4.8.1PicoRadio92

4.8.2WINS92

4.8.3uAMPS92

4.9无线传感器网络物理层设计要点92

4.10小结93

参考文献93

第5章 MAC层协议94

5.1概述94

5.2MAC层协议的研究现状96

5.2.1无线传感器网络的MAC层协议研究现状96

5.2.2AdHoc网络的MAC层协议研究现状98

5.2.3MAC层协议设计挑战99

5.2.4现有无线AdHoc网络方法不能适用于无线传感器网络100

5.3基于竞争的MAC层协议101

5.3.1IEEE802.11MAC层协议101

5.3.2带冲突避免的载波侦听多点接入MAC层协议103

5.3.3S-MAC103

5.3.4T-MAC108

5.3.5MD协议108

5.3.6SIFT协议111

5.4基于固定分配的MAC层协议112

5.4.1基于分簇网络的MAC层协议112

5.4.2DEANA协议113

5.4.3SMACS／EAR协议113

5.4.4基于CDMA技术的信道分配协议114

5.4.5TDM-FDM协议114

5.4.6DE-MAC协议114

5.4.7TRAMA协议115

5.5小结117

参考文献117

第6章 拓扑控制技术120

6.1概述120

6.1.1拓扑控制的设计目标121

6.1.2拓扑控制的研究现状123

6.2功率控制124

6.2.1与路由协议结合的功率控制124

6.2.2基于节点度的功率控制124

6.2.3基于方向的功率控制125

6.2.4基于邻近图的功率控制125

6.2.5XTC算法127

6.3层次型拓扑结构控制127

6.3.1LEACH算法128

6.3.2GAF算法129

6.3.3改进的GAF算法130

6.3.4TopDisc算法130

6.3.5HEED算法131

6.4睡眠调度131

6.4.1STEM算法132

6.4.2ASCENT算法133

6.4.3CCP134

6.4.4SPAN134

6.5拓扑控制中存在的问题和需要研究的内容135

6.6小结137

参考文献137

第7章 安全技术140

7.1概述140

7.1.1无线传感器网络中的安全问题140

7.1.2无线传感器网络中的安全技术140

7.2无线传感器网络的安全性分析142

7.2.1无线传感器网络的安全挑战142

7.2.2无线传感器网络的安全需求142

7.3无线传感器网络中的威胁分析与对策143

7.3.1传感器节点的物理操作143

7.3.2信息窃听144

7.3.3私有性问题144

7.3.4拒绝服务攻击144

7.4无线传感器网络可能受到的攻击145

7.4.1拒绝服务攻击146

7.4.2Sybil攻击150

7.5无线传感器网络的安全防御方法152

7.6无线传感器网络的安全管理体系154

7.7小结162

参考文献163

第8章 定位技术165

8.1测距技术166

8.2节点定位机制167

8.2.1基本概念和算法167

8.2.2定位算法的性能分析169

8.3定位算法分类171

8.3.1根据参考节点分类171

8.3.2根据计算方式分类172

8.3.3物理定位与符号定位172

8.3.4绝对定位与相对定位172

8.3.5紧密耦合与松散耦合172

8.3.6基于测距技术的定位和无需测距技术的定位173

8.3.7粗粒度与细粒度173

8.3.8三角测量、场景分析和接近度定位174

8.4典型的无线传感器网络定位系统及算法174

8.4.1DV-Hop175

8.4.2Euclidean算法176

8.4.3RobustPosition算法177

8.5无线传感器网络定位技术的应用178

8.6小结179

参考文献179

第9章 基于无线传感器网络的目标跟踪技术182

9.1概述182

9.2无线传感器网络中目标跟踪的基本过程187

9.2.1检测阶段188

9.2.2定位阶段188

9.2.3通告阶段188

9.3点目标跟踪189

9.3.1点目标跟踪、双元检测协作跟踪189

9.3.2信息驱动协作跟踪190

9.4小结195

参考文献195

第10章 时间同步技术197

10.1概述197

10.1.1概念与定义199

10.1.2时钟同步原理200

10.2无线传感器网络中的时间同步机制202

10.2.1无线传感器网络中的时间同步202

10.2.2无线传感器网络中的时间同步特性204

10.2.3基于层次结构的时间同步204

10.3现有的时间同步技术分析207

10.4时间同步算法设计210

10.5小结211

参考文献212

第11章 硬件平台设计213

11.1无线传感器网络硬件设计概述213

11.2节点的硬件设计214

11.2.1无线传感器网络节点的特点214

11.2.2节点组成216

11.2.3处理器模块设计216

11.2.4无线传输技术及芯片218

11.2.5电源模块设计223

11.2.6传感器模块设计224

11.2.7外围模块设计224

11.3节点电路设计225

11.4节点设计实例225

11.4.1节点设计简介225

11.4.2Telos节点设计分析230

11.5小结238

参考文献238

第12章 nesC语言及TinyOS239

12.1nesC语言239

12.1.1nesC语言简介239

12.1.2nesC语言中的符号240

12.1.3nesC版本开发进展240

12.1.4接口240

12.1.5组件说明241

12.1.6模块243

12.1.7结构246

12.1.8nesC的协作250

12.1.9nesC应用程序251

12.1.10多样性252

12.2TinyOS254

12.2.1无线传感器网络对操作系统的要求254

12.2.2Tiny0S的实现255

12.2.3新特性259

12.3语法259

12.4小结262

参考文献262

第13章 无线传感器网络在桥梁监测方面的应用264

13.1概述264

13.2系统需求265

13.2.1系统体系结构265

13.2.2数据采集系统266

13.2.3加速度传感器266

13.2.4高频采样技术267

13.2.5可靠的数据传输268

13.3实际采集数据269

13.4小结269