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第1章 绪论1

1.1 无线通信技术1

1.2 无线传感器网络2

1.3 无线传感器网络的应用领域3

1.4 无线传感器网络设计与实现中的挑战4

1.5 本书的目标5

参考文献5

第2章 无线传感器网络的原理6

2.1 引言6

2.2 IEEE 802.15.4协议和无线传感器网络8

2.2.1 开放式系统互联模型和无线传感器网络协议栈8

2.2.2 IEEE 802.15.4协议概述9

2.2.3 全功能设备和精简功能设备10

2.2.4 IEEE 802.15.4协议的拓扑结构11

2.2.5 IEEE 802.15.4协议的无线系统多路访问12

2.3 使用IEEE 802.15.4协议构建无线传感器网络14

2.3.1 无线信道评估14

2.3.2 网络初始化15

2.3.3 网络构建公告20

2.3.4 监听／启动连接申请20

2.3.5 监听／启动移除申请20

2.3.6 网络命令发送／接收21

2.3.7 数据发送和接收21

2.3.8 时隙和非时隙具有冲突避免的载波侦听多路访问23

2.3.9 IEEE 802.15.4协议的数据传输小结26

2.4 ZigBee和无线传感器网络26

2.4.1 ZigBee协议栈结构26

2.4.2 ZigBee拓扑结构29

2.4.3 ZigBee地址分配方案31

2.4.4 ZigBee管理机制33

2.5 6LoWPAN和无线传感器网络37

2.6 小结38

参考文献39

第3章 无线传感器网络的硬件设计40

3.1 通用无线传感器网络节点体系结构40

3.2 片上系统和基于组件设计41

3.3 设计准则42

3.3.1 微处理器的选择43

3.3.2 通信设备选择44

3.3.3 传感器设计45

3.3.4 电源设计47

3.4 设计案例48

3.4.1 温度传感器设计48

3.4.2 一氧化碳传感器设计50

3.4.3 传感器节点电路设计51

3.5 电源管理53

3.6 能量捕获54

3.6.1 太阳能捕获单元55

3.6.2 最大功率点跟踪单元56

3.6.3 电源管理单元56

3.6.4 设计案例57

3.7 小结59

参考文献59

第4章 无线传感器网络的嵌入式软件设计61

4.1 引言61

4.2 无线传感器网络的嵌入式软件设计62

4.2.1 基于Jennic ZigBee的应用开发62

4.2.2 基于Contiki 6LowPAN的应用开发64

4.3 传感器驱动程序设计66

4.3.1 传感器驱动程序设计一般步骤67

4.3.2 模拟流量传感器驱动程序设计70

4.3.3 数字温度传感器驱动程序设计71

4.4 基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络实现75

4.5 无线传感器网络与外部公共网络的桥接81

4.6 小结82

参考文献83

第5章 无线传感器网络中的路由技术84

5.1 引言84

5.2 无线传感器网络中的路由协议分类85

5.2.1 平面路由协议85

5.2.2 分层路由协议89

5.2.3 基于地理位置的路由协议91

5.3 Ad-hoc网络按需距离矢量路由协议93

5.3.1 Ad-hoc网络按需距离矢量路由协议原理93

5.3.2 Ad-hoc网络按需距离矢量路由协议的消息格式94

5.3.3 Ad-hoc网络按需距离矢量路由协议简化版本的实现96

5.4 簇树路由协议101

5.4.1 单簇网络101

5.4.2 多簇网络102

5.5 能量感知路由协议103

5.6 小结106

参考文献106

第6章 汇聚节点位置的优化布局108

6.1 引言108

6.2 汇聚节点位置布局的挑战109

6.3 汇聚节点位置布局方法的分类110

6.3.1 汇聚节点的静态位置布局110

6.3.2 动态汇聚节点位置布局111

6.3.3 移动汇聚节点位置布局112

6.4 静态多汇聚节点的位置布局优化112

6.4.1 系统假设112

6.4.2 简化路由协议113

6.4.3 能耗模型114

6.4.4 多汇聚节点的位置布局优化115

6.5 位置布局优化问题的求解117

6.6 小结118

参考文献118

第7章 无线传感器网络与IEEE 802.11b系统的互扰抑制119

7.1 引言119

7.2 无线传感器网络的共存与互扰119

7.3 性能指标120

7.3.1 物理层性能指标120

7.3.2 媒体访问控制层性能指标121

7.4 IEEE 802.15.4中的共存机制122

7.4.1 直接序列扩频122

7.4.2 频分多址124

7.4.3 具有冲突避免的载波侦听多路访问125

7.5 IEEE 802.11b和IEEE 802.15.4间的互扰抑制125

7.5.1 频段分离125

7.5.2 能量互扰和物理分离128

7.5.3 IEEE 802.15.4中的互扰抑制建议129

7.6 先进互扰抑制策略130

7.6.1 自适应互扰感知的多信道分簇131

7.6.2 自适应无线信道分配132

7.6.3 连续数据传输132

7.6.4 多跳数据传输控制133

7.7 实验研究137

7.7.1 单跳传输137

7.7.2 多跳传输137

7.8 小结140

参考文献141

第8章 传感器数据融合和事件检测143

8.1 引言143

8.1.1 传感器数据特征143

8.2 传感器数据融合技术144

8.2.1 传感器数据预处理144

8.2.2 传感器数据挖掘147

8.2.3 传感器数据后处理147

8.3 事件检测147

8.3.1 基于阈值的事件检测148

8.3.2 基于时空模式的事件检测149

8.4 具有邻里支持的通用传感器状态模型150

8.4.1 通用传感器状态模型150

8.4.2 邻里支持模型150

8.5 基于传感器状态模型的事件检测151

8.5.1 基于阈值的事件检测151

8.5.2 基于时空模式的事件检测151

8.6 传感器网络数据库152

8.7 小结152

参考文献153

第9章 无线传感器网络安全防御155

9.1 开放式系统互联安全防御的基本概念155

9.2 无线传感器网络安全防御的挑战157

9.3 无线传感器网络面临的攻击分类158

9.4 ZigBee安全防御服务159

9.4.1 用于ZigBee安全防御的密码学159

9.4.2 ZigBee安全密钥和信任中心162

9.4.3 密钥传输与密钥构建164

9.5 防御拒绝服务攻击的典型策略165

9.6 基于无线传感器网络的智能家居系统拒绝服务深攻击的防御166

9.6.1 虚拟家居：拒绝服务攻击监视和防御触发167

9.6.2 远程家居服务器和拒绝服务防御服务器168

9.6.3 虚拟家居：拒绝服务攻击转移机制168

9.6.4 虚拟家居的实现169

9.7 利用虚拟家居防御拒绝服务对智能家居的攻击的实现171

9.7.1 远程家居客户端171

9.7.2 远程家居服务器171

9.7.3 拒绝服务防御服务器173

9.7.4 家居网关173

9.8 测评174

9.8.1 攻击工具174

9.8.2 基于无线传感器网络智能家居的拒绝服务深攻击的分析176

9.8.3 家庭网关上拒绝服务深攻击的分析177

9.9 小结178

参考文献178

第10章 移动目标的定位与跟踪180

10.1 引言180

10.2 距离测定181

10.2.1 接收端信号强度指示181

10.2.2 链路质量指示182

10.2.3 信号到达时间182

10.2.4 信号到达的时间差182

10.3 定位方法183

10.3.1 三角定位法184

10.3.2 指纹定位法185

10.3.3 质心定位法186

10.4 定位准确度的提高187

10.4.1 环境因素的引入187

10.4.2 无线信号异常值的消除188

10.4.3 进化优化算法189

10.5 多移动目标跟踪190

10.6 案例研究：地下隧道移动目标跟踪191

10.7 小结193

参考文献193

第11章 面向物流管理的无线射频识别／无线传感器网络的混合网络194

11.1 引言194

11.2 无线射频识别技术194

11.2.1 无线射频识别标签195

11.2.2 无线射频识别读取设备196

11.3 无线射频识别与传感器的混合网络197

11.3.1 读取式传感器197

11.3.2 标签式传感器198

11.4 通用无线射频识别与传感器混合网络体系结构198

11.5 人道救援物流管理可行方案200

11.6 小结202

参考文献203

第12章 物联网204

12.1 引言204

12.2 物联网的特征与挑战205

12.3 无线传感器网络与因特网连接206

12.3.1 前端代理解决方案207

12.3.2 网关解决方案207

12.3.3 TCP/IP解决方案208

12.4 面向服务的物联网体系结构209

12.4.1 传感器服务发布210

12.4.2 本地历史数据库210

12.4.3 传感器域名服务器211

12.4.4 实施方案212

12.5 应急响应物联网的可行实现213

12.6 小结214

参考文献215

第13章 基于ZigBee的智能家居系统：IndeedNet216

13.1 引言216

13.2 现有智能家居系统的分析217

13.3 智能家居系统体系结构217

13.4 系统实现219

13.4.1 基于ZigBee的智能家居系统的实现219

13.4.2 智能家居网关的实现220

13.4.3 虚拟家居的实现221

13.4.4 智能家居设备开发222

13.5 系统测评222

13.6 结论224

参考文献224

第14章 建筑物消防安全防护：SafetyNET225

14.1 引言225

14.2 系统架构226

14.3 SafetyNET专用设备227

14.4 移动消防车载网络228

14.5 SafetyNET无线传感器网络229

14.5.1 SafetyNET协调器230

14.5.2 SafetyNET路由器231

14.5.3 SafetyNET终端设备232

14.5.4 SafetyNET适配器233

14.6 现场试验233

14.7 小结234

参考文献234

第15章 结论235

15.1 总结235

15.2 未来发展研究展望235

参考文献236

名词术语237