目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡概述 1
1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結構 1
1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡基本特點 1
1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡關鍵技術 3
1.3 無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展 4
1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡演變過程 4
1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡未來趨勢 7
1.4 無線傳感器網(wǎng)絡主要應用領域 7
1.4.1 軍事領域 8
1.4.2 環(huán)境監(jiān)測領域 8
1.4.3 醫(yī)療領域 9
1.4.4 智能家居領域 9
1.4.5 智能交通領域 9
1.4.6 其他領域 9
思考題 10
第2章 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 11
2.1 概述 11
2.2 節(jié)點硬件組成 11
2.2.1 處理器模塊 12
2.2.2 存儲模塊 14
2.2.3 通信模塊 14
2.2.4 傳感器模塊 1.7
2.2.5 電源模塊 18
2.3 無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 20
2.3.1 nesC語言 21
2.3.2 TinyOS 28
2.3.3 TinyOS應用實例解析 34
2.3.4 TinyOS的安裝 37
2.4 傳感器節(jié)點分析 38
2.4.1 常見傳感器節(jié)點 38
2.4.2 MicaZ節(jié)點分析 40
思考題 47
第3章 無線傳感器網(wǎng)絡體系結構 48
3.1 傳感器網(wǎng)絡工作模式 48
3.1.1 網(wǎng)絡的組成 48
3.1.2 多跳通信機制 49
3.2 網(wǎng)絡整體結構 51
3.2.1 0SI分層模型 51
3.2.2 網(wǎng)絡體系結構分析 52
3.3 無線傳感器網(wǎng)絡服務質量與體系結構 54
3.3.1 服務質量體系 54
3.3.2 QoS體系的通信協(xié)議 56
3.3.3 QoS體系下的管理系統(tǒng) 58
3.3.4 QoS體系功能模塊的聯(lián)系 60
3.4 無線傳感器網(wǎng)絡跨層優(yōu)化設計 61
3.4.1 跨層優(yōu)化設計概述 61
3.4.2 面向QoS優(yōu)化的跨層設計總體框架 62
3.4.3 基于QoS保證的跨層設計 63
3.4.4 跨層模型與問題求解方法 64
3.4.5 網(wǎng)絡效能最大化模型 66
思考題 66
第4章 無線傳感器網(wǎng)絡通信與組網(wǎng)技術 68
4.1 概述 68
4.2 物理層 69
4.2.1 物理層概述 69
4.2.2 通信信道分配 70
4.2.3 調制解調方式 72
4.3 MAC協(xié)議 73
4.3.1 MAC協(xié)議概述 73
4.3.2 MAC協(xié)議設計要求 73
4.3.3 基于競爭的MAC協(xié)議 74
43.4 基于信道分配的MAC協(xié)議 78
4.4 路由協(xié)議 79
4.4.1 路由協(xié)議概述 79
4.4.2 層次型路由協(xié)議 80
4.4.3 以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議 82
4.4.4 基于地理位置的路由協(xié)議 84
4.5 傳輸層協(xié)議 85
4.5.1 傳輸層協(xié)議概述 85
4.5.2 數(shù)據(jù)傳輸可靠性分析 87
4.5.3 多組傳輸與多徑傳輸 87
4.5.4 無線傳感器網(wǎng)絡與Jnternet互聯(lián) 90
思考題 95
第5章 無線傳感器網(wǎng)絡通信技術 96
5.1 IEEE 802.15.4標準 96
5.1.1 物理層 96
5.1.2 MAC層 98
5.2 ZigBee協(xié)議規(guī)范 99
5.2.1 ZigBee協(xié)議概述 99
5.2.2 ZigBee網(wǎng)絡層 101
5.2.3 ZigBee應用層 105
5.2.4 ZigBee安全服務 107
5.3 其他無線通信標準 109
5.3.1 Wi.Fi 109
5.3.2 藍牙 11.1
5.3.3 超寬帶技術 112
5.3.4 近距離無線傳輸技術 113
思考題 114
第6章 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋與部署技術 115
6.1 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋與部署的意義 11.5
6.2 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋與部署問題 115
6.2.1 按照節(jié)點部署的無線傳感器網(wǎng)絡分類 115
6.2.2 按照覆蓋對象的無線傳感器網(wǎng)絡分類 117
6.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋應用特點 120
6.3 節(jié)點感知模型 121
6.3.1 二元感知模型（0-1模型） 121
6.3.2 概率感知模型 122
6.3.3 基于誤警率的感知模型 122
6.3.4 方向性傳感器的感知模型 125
6.3.5 不規(guī)則感知模型 126
6.3.6 多邊形感知模型 128
6.3.7 近似圓盤感知模型 129
6.4 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋評價指標 129
6.4.1 覆蓋率 130
6.4.2 聯(lián)合探測／丟失概率 131
6.4.3 覆蓋場強一致性 131
6.4.4 覆蓋重數(shù) 132
6.4.5 覆蓋均勻性 132
6.1.6 覆蓋時間和平均移動距離 132
6.4.7 其他評價指標 133
6.5 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署策略與算法 133
6.5.1 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的隨機撒布 133
6.5.2 基于幾何格點和剖分的節(jié)點部署 133
6.5.3 移動傳感器網(wǎng)絡的部署策略 137
6.6 無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋技術面臨的挑戰(zhàn) 140
6.6.1 覆蓋空洞及修復 140
6.6.2 傳感器網(wǎng)絡的重部署 140
6.6.3 三維空間傳感器網(wǎng)絡部署 141
6.6.4 復雜環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡部署 141
思考題 143
第7章 無線傳感器網(wǎng)絡管理技術 144
7.1 網(wǎng)絡管理概述 144
7.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡管理面臨的問題 144
7.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡管理系統(tǒng)設計要求 145
7.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的分類 145
7.2 網(wǎng)絡拓撲結構管理 145
7.2.1 網(wǎng)絡拓撲結構管理概述 146
7.2.2 基于分簇層次性拓撲結構 148
7.2.3 基于功率控制的拓撲結構 152
7.2.4 啟發(fā)式節(jié)點喚醒和休眠機制 155
7.3 能量管理 157
7.3.1 能量管理概述 157
7.3.2 硬件能耗設計 157
7.3.3 狀態(tài)調制機制 159
7.3.4 通信能耗 162
7.3.5 拓撲結構能耗分析 163
7.3.6 路由協(xié)議能耗分析 163
7.4 網(wǎng)絡安全技術管理 165
7.4.1 網(wǎng)絡安全技術概述 165
7.4.2 網(wǎng)絡安全分類 166
7.4.3 WSN網(wǎng)絡安全設計策略 169
7.4.4 網(wǎng)絡安全框架協(xié)議分析 175
思考題 179
第8章 無線傳感器網(wǎng)絡關鍵技術 180
8.1 時間同步機制 180
8.1.1 時間同步機制概述 180
8.1.2 時鐘模型 181
8.1.3 基于接收者和接收者的時間同步機制 182
8.1.4 基于發(fā)送者和接收者的雙向時間同步機制 184
8.1.5 基于發(fā)送者和接收者的單向時間同步機制 187
8.1.6 時間同步機制的誤差來源及性能指標 190
8.1.7 時間同步機制的主要應用 191
8.1.8 時間同步機制面臨的問題 192
8.2 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術 193
8.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術概述 193
8.2.2 定位技術基本概念 193
8.2.3 節(jié)點定位算法分類 194
8.2.4 典型定位系統(tǒng) 201
8.3 數(shù)據(jù)融合技術 203
8.3.1 數(shù)據(jù)融合概述 203
8.3.2 數(shù)據(jù)融合方法分類 204
8.3.3 主要數(shù)據(jù)融合方法分析 205
8.4 無線傳感器網(wǎng)絡目標跟蹤技術 210
8.4.1 日標跟蹤概述 210
8.4.2 日標跟蹤步驟 211
8.4.3 無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)作跟蹤 211
8.4.4 典型日標跟蹤算法比較 216
8.4.5 無線傳感器網(wǎng)絡主要跟蹤技術 218
思考題 220
第9章 無線傳感器網(wǎng)絡仿真實驗工具 221
9.1 NS2 221
9.1.1 NS2簡介 221
9.1.2 TcI/OTcl語言簡介 222
9.1.3 OTcl連接 225
9.1.4 NS基本組件 229
9.1.5 實例分析 233
9.2 OPNET 235
9.2.1 OPNET仿真流程 236
9.2.2 OPNET建模 237
9.2.3 OPNET Modeler開發(fā)環(huán)境 237
9.3 GloMoSim 239
9.4 TOSSIM 240
9.5 SensorSim 241
9.6 OMNeT++ 242
9.7 SENSE 243
思考題 243
第10 章無線傳感器網(wǎng)絡應用技術 244
10.1 環(huán)境領域的應用 244
10.1.1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)控實驗系統(tǒng) 244
10.1.2 山體滑坡監(jiān)測系統(tǒng) 245
10.1.3 地震監(jiān)測系統(tǒng) 246
10.1.4 基于無線傳感器網(wǎng)的極端環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 247
10.2 醫(yī)療領域的應用 248
10.2.1 人體行為模式監(jiān)測應用 248
10.2.2 遠程監(jiān)護系統(tǒng) 249
10.3 交通領域的應用 250
10.3.1 車輛檢測與識別應用 250
10.3.2 智能交通信息采集系統(tǒng) 251
10.4 農業(yè)領域的應用 253
10.4.1 蔬菜園環(huán)境監(jiān)測應用 253
10.4.2 園藝溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 254
10.5 建筑領域的應用 255
10.5.1 建筑質量監(jiān)測應用 255
10.5.2 建筑火災探測與監(jiān)控應用 256
10.5.3 室內空間監(jiān)控系統(tǒng) 257
10.5.4 智能家居系統(tǒng) 258
10.6 其他應用 259
10.6.1 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng) 259
10.6.2 高壓輸電線路監(jiān)測應用 261
10.6.3 軸承溫度監(jiān)測系統(tǒng) 261
思考題 262
參考文獻 263