無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：理論及應(yīng)用

第1章緒論
1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念
1.1.1傳感器及其發(fā)展
1.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢
1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用
1.2.1應(yīng)用類型
1.2.2典型應(yīng)用領(lǐng)域
1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特征
1.3.1感知信息收集的任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)
1.3.2以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)
1.3.3資源限制的傳感器節(jié)點(diǎn)
1.3.4可擴(kuò)展的動態(tài)自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
1.3.5大規(guī)模的異構(gòu)系統(tǒng)
1.4傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)
1.4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)
1.4.2關(guān)鍵技術(shù)
1.5傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化
1.5.1標(biāo)準(zhǔn)化工作概述
1.5.2IEEE 802.15標(biāo)準(zhǔn)族
1.5.3基于IEEE 802.15.4的協(xié)議族
1.5.4其他標(biāo)準(zhǔn)
1.6傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展
1.7本書章節(jié)安排
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第2章傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)
2.1設(shè)計(jì)需求
2.2結(jié)構(gòu)與接口
2.2.1數(shù)據(jù)通路
2.2.2外部接口
〖〗〖〗2.3硬件模塊
2.3.1傳感模塊
2.3.2處理器模塊
2.3.3無線通信模塊
2.3.4能量供應(yīng)模塊
2.3.5存儲模塊
2.4節(jié)能技術(shù)
2.4.1動態(tài)功耗管理
2.4.2動態(tài)電壓調(diào)節(jié)
2.5節(jié)點(diǎn)硬件平臺
2.5.1通用平臺
2.5.2專用平臺
2.5.3高性能平臺
2.5.4網(wǎng)關(guān)平臺
2.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章操作系統(tǒng)
3.1概述
3.1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)對操作系統(tǒng)的需求
3.1.2傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素
3.2體系結(jié)構(gòu)
3.3調(diào)度
3.3.1事件驅(qū)動
3.3.2多線程
3.3.3混合調(diào)度結(jié)構(gòu)
3.4文件系統(tǒng)
3.5內(nèi)存分配
3.5.1靜態(tài)內(nèi)存分配
3.5.2動態(tài)內(nèi)存分配
3.6重編程
3.6.1單一映像
3.6.2虛擬機(jī)
3.6.3可加載模塊
3.6.4增量更新
3.7典型的節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)
3.7.1TinyOS操作系統(tǒng)
3.7.2Contiki操作系統(tǒng)
3.7.3常見操作系統(tǒng)的對比分析
3.8本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第4章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
4.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
4.1.1扁平結(jié)構(gòu)與分層結(jié)構(gòu)
4.1.2單sink與多sink
4.2協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
4.2.1傳統(tǒng)的TCP/IP分層協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.2.2二維型傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型
4.2.3細(xì)腰型傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.3跨層設(shè)計(jì)
4.3.1跨層設(shè)計(jì)的基本概念
4.3.2典型的跨層協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.4全I(xiàn)P化
4.4.1傳感器網(wǎng)絡(luò)全I(xiàn)P化的必要性
4.4.2全I(xiàn)P化的挑戰(zhàn)及標(biāo)準(zhǔn)化工作
4.5網(wǎng)絡(luò)管理
4.5.1傳感器網(wǎng)絡(luò)管理概述
4.5.2傳感器網(wǎng)絡(luò)管理功能
4.5.3傳感器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第5章無線通信基礎(chǔ)
5.1無線通信技術(shù)概述
5.2無線通信頻譜
5.2.1電磁頻譜
5.2.2ISM免費(fèi)頻段
5.2.3ISM頻段的干擾與共存性
5.3無線通信媒介
5.3.1無線電波
5.3.2紅外線
5.3.3激光
5.4天線
5.5無線電波傳播特性
5.5.1無線信號基本傳播機(jī)制
5.5.2無線信號覆蓋范圍
5.5.3無線信號強(qiáng)度表示
5.6無線信道傳播模型
5.7調(diào)制與解調(diào)
5.7.1調(diào)制與解調(diào)基本概念
5.7.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)
5.8擴(kuò)頻通信技術(shù)
5.8.1直接序列擴(kuò)頻
5.8.2跳頻擴(kuò)頻
5.9無線信道的多路復(fù)用
5.9.1頻分復(fù)用
5.9.2時(shí)分復(fù)用
5.9.3碼分復(fù)用
5.9.4空分復(fù)用
5.9.5正交頻分復(fù)用
5.10超寬帶技術(shù)
5.11本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第6章拓?fù)淇刂萍夹g(shù)
6.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡介
6.2拓?fù)淇刂苹A(chǔ)知識
6.2.1基本術(shù)語
6.2.2影響因素
6.2.3拓?fù)淇刂频脑O(shè)計(jì)目標(biāo)
6.2.4拓?fù)淇刂频闹饕夹g(shù)
6.3功率控制
6.3.1基于節(jié)點(diǎn)度的功率控制
6.3.2基于鄰近圖的功率控制
6.3.3基于方向的功率控制
6.3.4基于干擾的拓?fù)淇刂?br />6.4睡眠調(diào)度
6.4.1連通支配集算法
6.4.2ASCENT算法
6.4.3SPAN算法
6.5分簇
6.5.1LEACH算法
6.5.2GAF算法
6.5.3HEED算法
6.5.4TopDisc算法
6.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章MAC協(xié)議
7.1概述
7.1.1無線網(wǎng)絡(luò)的信道訪問控制方式分類
7.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的特點(diǎn)
7.1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的節(jié)能設(shè)計(jì)
7.2競爭型的MAC協(xié)議
7.2.1IEEE 802.11 MAC（DCF模式）
7.2.2SMAC
7.2.3BMAC（SenSys）
7.2.4RIMAC（SenSys）
7.3分配型的MAC協(xié)議
7.3.1TRAMA（TDMAW）
7.3.2BMAMAC (IPSN04)
7.3.3DMAC (IPDPS04)
7.4混合型的MAC協(xié)議
7.4.1ZMAC （SenSys, CSMA/TDMA）
7.4.2FunnelingMAC （SenSys，CSMA/TDMA）
7.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章路由技術(shù)
8.1傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的路由
8.1.1有線Internet網(wǎng)絡(luò)中的路由
8.1.2Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由
8.2傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由
8.2.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由需求
8.2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)對路由協(xié)議設(shè)計(jì)的影響
8.2.3路由選擇考慮的因素
8.2.4傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
8.3傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類
8.4典型傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議
8.4.1洪泛和閑聊路由
8.4.2以數(shù)據(jù)為中心的路由
8.4.3地理位置信息路由
8.4.4層次式路由
8.4.5QoS路由
8.4.6多徑路由
8.4.7基于節(jié)點(diǎn)移動的路由
8.4.8實(shí)用化路由協(xié)議介紹
8.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章傳輸控制技術(shù)
9.1傳輸控制協(xié)議概述
9.1.1傳輸層協(xié)議的功能
9.1.2TCP協(xié)議
9.1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制
9.1.4傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議評價(jià)指標(biāo)
9.2擁塞控制機(jī)制
9.2.1擁塞產(chǎn)生的原因
9.2.2擁塞的分類
9.2.3擁塞控制
9.2.4典型的擁塞控制方法
9.2.5擁塞避免
9.3可靠傳輸機(jī)制
9.3.1可靠性的定義
9.3.2可靠性保障的基本思想
9.3.3典型的可靠性保障機(jī)制
9.4本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第10章實(shí)用化組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
10.1IEEE 802.15.4
10.1.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型
10.1.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
10.1.3物理層
10.1.4MAC層
10.2ZigBee
10.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br />10.2.2協(xié)議棧
10.2.3網(wǎng)絡(luò)層
10.2.4應(yīng)用層
10.2.5ZigBee安全框架
10.3工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)
10.3.1WireleessHART
10.3.2ISA 100.11a
10.3.3WIAPA
10.3.4WIAPA、WirelessHART、ISA SP100三種工業(yè)無線技術(shù)的比較
10.46LowPAN
10.4.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與設(shè)備
10.4.2協(xié)議棧
10.4.3適配層
10.4.4路由協(xié)議
10.5藍(lán)牙
10.5.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與設(shè)備
10.5.2藍(lán)牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
10.5.3射頻
10.5.4基帶
10.5.5藍(lán)牙組網(wǎng)技術(shù)
10.5.6藍(lán)牙應(yīng)用規(guī)范
10.5.7低功耗藍(lán)牙
10.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第11章感知覆蓋
11.1覆蓋基本知識
11.1.1基本概念和術(shù)語
11.1.2節(jié)點(diǎn)感知模型
11.1.3覆蓋問題的分類
11.1.4傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)考慮的主要因素
11.2點(diǎn)覆蓋
11.2.1確定性點(diǎn)覆蓋
11.2.2隨機(jī)點(diǎn)覆蓋
11.3區(qū)域覆蓋
11.3.1確定性區(qū)域覆蓋
11.3.2隨機(jī)區(qū)域覆蓋
11.4柵欄覆蓋
11.4.1最壞與最佳情況覆蓋模型
11.4.2基于暴露量的覆蓋模型
11.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第12章時(shí)間同步
12.1基礎(chǔ)知識
12.1.1本地時(shí)間
12.1.2時(shí)間同步
12.1.3協(xié)議分類
12.1.4面臨的挑戰(zhàn)
12.2基于消息的時(shí)間同步協(xié)議
12.2.1網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議
12.2.2參考廣播協(xié)議
12.2.3TPSN同步協(xié)議
12.2.4FTSP同步協(xié)議
12.2.5tinysync和minisync同步協(xié)議
12.2.6最新進(jìn)展
12.3基于全局信號的時(shí)間同步協(xié)議
12.3.1授時(shí)同步
12.3.2基于電力線的時(shí)鐘同步協(xié)議
12.3.3基于FM無線信號的時(shí)鐘同步協(xié)議ROCS
12.4本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第13章定位技術(shù)
13.1基礎(chǔ)知識
13.1.1無線定位
13.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)定位
13.2測距技術(shù)
13.2.1基于ToA的測距
13.2.2基于TDoA的測距
13.2.3基于AoA的測距
13.2.4基于RSS的測距
13.3基于測距的定位算法
13.3.1定位方法
13.3.2定位系統(tǒng)
13.4測距無關(guān)的定位算法
13.4.1質(zhì)心算法
13.4.2MSP算法
13.4.3APIT算法
13.4.4DVHop算法
13.4.5MDSMAP定位算法
13.4.6指紋定位算法
13.5其他相關(guān)問題討論
13.5.1節(jié)點(diǎn)可定位性
13.5.2定位誤差分析
13.5.3定位誤差控制
13.5.4移動節(jié)點(diǎn)輔助定位
13.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第14章仿真與測試
14.1概述
14.2模擬仿真
14.2.1TOSSIM
14.2.2OMNeT++
14.2.3NS2
14.2.4其他工具
14.3系統(tǒng)驗(yàn)證
14.3.1HINT
14.3.2MoteWorks
14.3.3MoteLab
14.4在線監(jiān)測
14.4.1網(wǎng)絡(luò)嗅探
14.4.2網(wǎng)絡(luò)斷層掃描
14.5協(xié)議測試
14.5.1一致性測試
14.5.2互操作性測試
14.5.3性能測試
14.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第15章安全技術(shù)
15.1概述
15.1.1安全威脅
15.1.2安全需求
15.1.3安全機(jī)制
15.2密鑰管理
15.2.1密鑰管理協(xié)議的安全需求
15.2.2密鑰管理協(xié)議的分類
15.2.3對稱密鑰管理
15.2.4非對稱密鑰管理
15.3認(rèn)證及完整性保護(hù)
15.3.1基于對稱密碼體制的廣播認(rèn)證方案
15.3.2基于非對稱密碼體制的認(rèn)證方案研究
15.4入侵檢測
15.4.1入侵檢測體系
15.4.2入侵檢測方法
15.4.3入侵容忍
15.5其他安全技術(shù)
15.5.1安全路由
15.5.2安全定位
15.5.3安全時(shí)間同步
15.5.4安全數(shù)據(jù)融合
15.5.5隱私及匿名保護(hù)
15.6本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)