第1篇總論
第1章無線傳感器網絡概述
1.1無線傳感器網絡介紹1
1.1.1無線傳感器網絡的概念1
1.1.2無線傳感器網絡的特征2
1.1.3無線傳感器網絡的應用4
1.2無線傳感器網絡的體系結構7
1.2.1無線傳感器網絡的系統架構7
1.2.2傳感器節點的結構7
1.2.3無線傳感器網絡的體系結構概述8
1.3無線傳感器網絡的研究進展10
1.3.1無線傳感器網絡的發展歷程10
1.3.2無線傳感器網絡的關鍵技術14
1.3.3無線傳感器網絡所面臨的挑戰14
參考文獻16
第2篇無線傳感器網絡的通信協議
第2章無線傳感器網絡的物理層
2.1無線傳感器網絡物理層概述19
2.1.1無線傳感器網絡物理層的研究內容19
2.1.2無線傳感器網絡物理層的研究現狀20
2.1.3無線傳感器網絡物理層的主要技術挑戰22
2.2無線傳感器網絡的調制與編碼方法22
2.2.1Mary調制機制22
2.2.2差分脈沖位置調制機制23
2.2.3自適應編碼位置調制機制24
2.3超寬帶技術在無線傳感器網絡中的應用25
2.3.1超寬帶技術概述25
2.3.2超寬帶技術的基本原理26
2.3.3超寬帶技術的研究現狀29
2.3.4基於超寬帶技術的無線傳感器網絡31
參考文獻35
第3章無線傳感器網絡的數據鏈路層
3.1無線傳感器網絡數據鏈路層概述37
3.1.1無線傳感器網絡數據鏈路層的研究內容37
3.1.2無線傳感器網絡數據鏈路層的研究現狀38
3.1.3無線傳感器網絡數據鏈路層的主要技術挑戰39
3.2無線傳感器網絡的MAC協議40
3.2.1基於競爭機制的MAC協議40
3.2.2基於時分復用的MAC協議47
3.2.3其他類型的MAC協議54
參考文獻58
第4章IEEE802.15.4標準
4.1IEEE802.15.4標準概述60
4.2IEEE802.15.4的物理層60
4.2.1物理層概述60
4.2.2物理層服務規範61
4.2.3物理層幀結構65
4.3IEEE802.15.4的MAC子層65
4.3.1MAC層概述65
4.3.2MAC層的服務規範66
4.3.3MAC幀結構69
4.3.4MAC層的功能描述70
4.4基於IEEE802.15.4標準的無線傳感器網絡70
4.4.1組網類型70
4.4.2數據傳輸機制71
參考文獻72
第5章無線傳感器網絡的網絡層
5.1無線傳感器網絡網絡層概述73
5.1.1網絡層的研究內容73
5.1.2網絡層的研究現狀74
5.1.3網絡層的主要技術挑戰75
5.2無線傳感器網絡的路由協議75
5.2.1以數據為中心的平面路由75
5.2.2網絡分層路由77
5.2.3基於查詢的路由79
5.2.4地理位置路由81
5.2.5能量感知路由84
5.2.6基於QoS的路由87
5.2.7路由協議的優化88
5.3無線傳感器網絡中的數據包轉發策略90
5.3.1包轉發策略的研究背景90
5.3.2基於價格機制的包轉發博弈模型91
5.3.3自發合作的包轉發博弈模型93
參考文獻94
第6章無線傳感器網絡的傳輸層
6.1無線傳感器網絡傳輸層概述97
6.1.1無線傳感器網絡傳輸層的研究內容97
6.1.2無線傳感器網絡傳輸層的研究現狀98
6.1.3無線傳感器網絡傳輸層的主要技術挑戰99
6.2無線傳感器網絡的傳輸協議99
6.2.1PSFQ傳輸協議99
6.2.2ESRT傳輸協議101
6.3無線傳感器網絡與其他網絡的互聯103
6.3.1無線傳感器網絡與Internet互聯103
6.3.2無線傳感器網絡接入到網格105
參考文獻109
第7章ZigBee協議規範
7.1ZigBee概述111
7.1.1ZigBee與IEEE802.15.4111
7.1.2ZigBee協議框架112
7.1.3ZigBee的技術特點113
7.2網絡層規範113
7.2.1網絡層概述113
7.2.2服務規範114
7.2.3幀結構與命令幀115
7.2.4功能描述116
7.3應用層規範117
7.3.1應用層概述117
7.3.2ZigBee應用支持子層117
7.3.3ZigBee應用層框架結構118
7.3.4ZigBee設備協定（profile）119
7.3.5ZigBee目標設備（ZDO）119
7.4ZigBee系統的開發119
7.4.1開發條件和註意事項119
7.4.2軟件開發120
7.4.3硬件開發121
7.5基於ZigBee規範的無線傳感器網絡122
7.5.1無線傳感器的構建122
7.5.2無線傳感器網絡的構建123
7.5.3基於ZigBee的無線傳感器網絡與RFID技術的融合124
參考文獻124
第3篇無線傳感器網絡的核心支撐技術
第8章無線傳感器網絡的拓撲控制
8.1無線傳感器網絡的拓撲控制技術概述125
8.1.1無線傳感器網絡拓撲控制的研究內容125
8.1.2無線傳感器網絡拓撲控制的研究現狀126
8.1.3無線傳感器網絡拓撲控制的主要技術挑戰126
8.2無線傳感器網絡的拓撲控制算法127
8.2.1功率控制算法127
8.2.2層次拓撲結構控制算法129
8.3無線傳感器網絡的密度控制135
8.3.1連通支配集構造算法135
8.3.2基於概率覆蓋模型的無線傳感器網絡密度控制算法138
參考文獻140
第9章無線傳感器網絡的節點定位
9.1無線傳感器網絡的節點定位技術概述142
9.1.1無線傳感器網絡節點定位的研究內容142
9.1.2無線傳感器網絡節點定位的研究現狀143
9.1.3無線傳感器網絡節點定位的主要技術挑戰146
9.2無線傳感器網絡的定位機制147
9.2.1基於測距的定位算法147
9.2.2非基於測距的定位算法151
9.3壹種基於測距的協作定位策略159
9.3.1剛性圖理論簡介159
9.3.2基於剛性圖的協作定位理論160
9.3.3LCB定位算法161
9.4節點位置估計更新策略162
9.4.1動態網絡問題162
9.4.2更新策略163
參考文獻164
第10章無線傳感器網絡的時間同步
10.1無線傳感器網絡的時間同步概述167
10.1.1無線傳感器網絡時間同步的研究內容167
10.1.2無線傳感器網絡時間同步的研究現狀168
10.1.3無線傳感器網絡時間同步的主要技術挑戰169
10.2無線傳感器網絡的時間同步機制170
參考文獻180
第11章無線傳感器網絡的網內信息處理
11.1無線傳感器網絡的網內信息處理概述182
11.1.1無線傳感器網絡網內信息處理的研究內容182
11.1.2無線傳感器網絡網內信息處理的研究現狀183
11.1.3無線傳感器網絡網內信息處理的主要技術挑戰184
11.2無線傳感器網絡的數據融合技術184
11.2.1與路由相結合的數據融合184
11.2.2基於反向組播樹的數據融合186
11.2.3基於性能的數據融合187
11.2.4基於移動代理的數據融合189
11.3無線傳感器網絡的數據壓縮技術191
11.3.1基於排序編碼的數據壓縮算法191
11.3.2分布式數據壓縮算法192
11.3.3基於數據相關性的壓縮算法194
11.3.4管道數據壓縮算法194
11.4無線傳感器網絡的協作信號信息處理技術195
11.4.1網元層的CSIP技術195
11.4.2網絡層的CSIP技術196
11.4.3應用層的CSIP技術196
11.4.4CSIP技術展望197
參考文獻198
第12章無線傳感器網絡的安全技術
12.1無線傳感器網絡的安全問題概述201
12.1.1無線傳感器網絡安全技術的研究內容201
12.1.2無線傳感器網絡安全技術的研究現狀202
12.1.3無線傳感器網絡安全技術的主要技術挑戰205
12.2無線傳感器網絡的安全問題分析205
12.2.1無線傳感器網絡物理層的安全策略206
12.2.2無線傳感器網絡鏈路層的安全策略207
12.2.3無線傳感器網絡網絡層的安全策略207
12.2.4無線傳感器網絡傳輸層和應用層的安全策略209
12.3無線傳感器網絡的密鑰管理和入侵檢測技術209
12.3.1無線傳感器網絡的密鑰管理209
12.3.2無線傳感器網絡的入侵檢測技術211
參考文獻214
第4篇無線傳感器網絡的自組織管理技術
第13章無線傳感器網絡的節點管理
13.1無線傳感器網絡的節點管理概述216
13.1.1無線傳感器網絡節點管理的研究內容216
13.1.2無線傳感器網絡節點管理的研究現狀217
13.1.3無線傳感器網絡節點管理的主要技術挑戰218
13.2無線傳感器網絡的節點休眠/喚醒機制218
13.2.1PEAS算法218
13.2.2基於網格的調度算法219
13.2.3基於局部圓周覆蓋的節點休眠機制220
13.2.4基於隨機休眠調度的節能機制221
13.3無線傳感器網絡的節點功率管理222
13.3.1動態功率管理和動態電壓調節222
13.3.2基於節點度的算法224
13.3.3基於鄰近圖的算法224
13.3.4基於二分法的功率控制224
13.3.5網絡負載自適應功率管理算法226
參考文獻227
第14章無線傳感器網絡的資源與任務管理
14.1無線傳感器網絡的資源與任務管理概述229
14.1.1無線傳感器網絡資源與任務管理的研究內容229
14.1.2無線傳感器網絡資源與任務管理的研究現狀230
14.1.3無線傳感器網絡資源與任務管理的主要技術挑戰230
14.2無線傳感器網絡的資源管理技術231
14.2.1自組織資源分配方式231
14.2.2計算資源分配232
14.2.3帶寬資源分配235
14.3無線傳感器網絡的任務管理技術237
14.3.1任務分配237
14.3.2任務調度239
14.3.3負載均衡243
參考文獻245
第15章無線傳感器網絡的數據管理
15.1無線傳感器網絡的數據管理概述248
15.1.1無線傳感器網絡數據管理的研究內容248
15.1.2無線傳感器網絡數據管理的研究現狀249
15.1.3無線傳感器網絡數據管理的主要技術挑戰249
15.2無線傳感器網絡的數據管理系統250
15.2.1TinyDB系統250
15.2.2Cougar系統251
15.2.3Dimensions系統252
15.3無線傳感器網絡數據管理的基本方法253
15.3.1數據模式253
15.3.2數據存儲254
15.3.3數據索引255
15.3.4數據查詢257
參考文獻260
第16章無線傳感器網絡的部署、初始化和維護管理
16.1無線傳感器網絡的部署、初始化和維護管理概述261
16.1.1無線傳感器網絡部署、初始化和維護管理的研究內容261
16.1.2無線傳感器網絡部署、初始化和維護管理的研究現狀262
16.1.3無線傳感器網絡部署、初始化和維護管理的主要技術挑戰263
16.2無線傳感器網絡的部署技術264
16.2.1采用確定放置的部署技術264
16.2.2采用隨機拋撒且節點不具移動能力的部署技術265
16.2.3采用隨機拋撒且節點具有移動能力的部署技術265
16.3無線傳感器網絡的初始化技術266
16.3.1UDG模型266
16.3.2基於MIS的初始化算法266
16.3.3基於MDS的初始化算法268
16.4無線傳感器網絡的維護管理技術270
16.4.1覆蓋與連接維護技術270
16.4.2性能監測技術271
參考文獻272
第5篇無線傳感器網絡的開發與應用
第17章無線傳感器網絡的仿真技術
17.1無線傳感器網絡的仿真技術概述275
17.1.1網絡仿真概述275
17.1.2無線傳感器網絡仿真研究概述275
17.2常用網絡仿真軟件276
17.2.1OPNET簡介276
17.2.2NS279
17.2.3TOSSIM280
17.3OMNeT++仿真軟件281
17.3.1OMNeT++概述281
17.3.2NED語言282
17.3.3簡單模塊/復合模塊287
17.3.4消息290
17.3.5類庫291
17.4仿真示例296
參考文獻303
第18章無線傳感器網絡的硬件開發
18.1無線傳感器網絡的硬件開發概述304
18.1.1硬件系統的設計特點與要求304
18.1.2硬件系統的設計內容304
18.1.3硬件系統設計的主要挑戰305
18.2傳感器節點的開發305
18.2.1數據處理模塊設計305
18.2.2換能器模塊設計307
18.2.3無線通信模塊設計307
18.2.4電源模塊設計309
18.2.5外圍模塊設計309
18.3傳感器節點原型的開發實例Mica310
18.3.1Mica系列節點簡介310
18.3.2Mica系列處理器/射頻板設計分析313
18.3.3Mica系列傳感板設計分析315
18.3.4編程調試接口板介紹317
參考文獻318
第19章無線傳感器網絡的操作系統
19.1無線傳感器網絡操作系統概述320
19.1.1無線傳感器網絡操作系統的設計要求320
19.1.2幾種典型的無線傳感器網絡操作系統介紹321
19.1.3無線傳感器網絡操作系統設計的主要技術挑戰321
19.2TinyOS操作系統322
19.2.1TinyOS的設計思路322
19.2.2TinyOS的組件模型322
19.2.3TinyOS的通信模型324
19.3基於TinyOS的應用程序運行過程解析324
19.3.1Blink程序的配件分析325
19.3.2BlinkM模塊分析327
19.3.3ncc編譯nesC程序的過程329
19.3.4Blink程序的運行跟蹤解析329
19.3.5TinyOS的任務調度機制的實現338
19.3.6TinyOS的事件驅動機制的實現342
19.4TinyOS的使用346
19.4.1TinyOS的安裝346
19.4.2創建應用程序348
19.4.3使用TOSSIM仿真調試應用程序348
19.4.4使用TinyViz進行可視化調試349
19.4.5將應用程序導入節點運行350
參考文獻351
第20章無線傳感器網絡的軟件開發
20.1無線傳感器網絡軟件開發概述353
20.1.1無線傳感器網絡軟件開發的特點與設計要求353
20.1.2無線傳感器網絡軟件開發的內容354
20.1.3無線傳感器網絡軟件開發的主要技術挑戰355
20.2nesC編程語言355
20.2.1nesC語言介紹355
20.2.2nesC的語法規範356
20.2.3nesC應用程序開發364
20.3無線傳感器網絡的應用軟件開發367
20.3.1無線傳感器網絡的編程模式367
20.3.2無線傳感器網絡的中間件設計370
20.3.3無線傳感器網絡的服務發現372
參考文獻373
第21章無線傳感器網絡應用於環境監測
21.1環境監測應用概述375
21.1.1環境監測應用的場景描述375
21.1.2環境監測應用中無線傳感器網絡的體系架構375
21.2關鍵技術377
21.2.1節點部署377
21.2.2能量管理377
21.2.3通信機制378
21.2.4任務的分配與控制379
21.2.5數據采樣與收集379
21.3無線傳感器網絡用於環境監測的實例380
21.3.1公路交通監測380
21.3.2建築物健康狀況監測384
21.3.3“狼群計劃”385
參考文獻387
第22章無線傳感器網絡應用於目標追蹤
22.1目標追蹤應用概述388
22.1.1目標追蹤應用的場景描述388
22.1.2目標追蹤應用的特點與技術挑戰388
22.1.3目標追蹤應用中的無線傳感器網絡系統架構389
22.2無線傳感器網絡用於目標追蹤的關鍵技術390
22.2.1追蹤步驟390
22.2.2追蹤算法392
22.2.3面向目標追蹤的網絡布局優化400
22.3基於無線傳感器網絡的車輛追蹤系統實例402
22.3.1系統架構402
22.3.2關鍵問題403
22.3.3關鍵技術404
參考文獻407
附錄英漢縮略語對照表410