无线传感器网络：理论及应用

　　本书在跟踪国内外无线传感器网络理论和技术发展的基础上，结合在该领域内的研究和实践经验，全面分析了无线传感器网络的基本原理和应用技术，以及无线传感器网络领域的研究和应用成果，具体包括：无线传感器网络的无线传感器网络概述、传感器网络节点、操作系统、无线传感器网络体系结构、无线通信基础、拓扑控制技术、MAC协议、路由技术、传输控制技术、实用化组网标准协议、感知覆盖、时间同步、定位技术、仿真与测试、安全技术等。本书内容深入浅出、概念清晰，基础与前沿相结合，理论与实践相结合，系统性与新颖性相结合，是一本比较全面、系统、深入的无线传感器网络技术专著。 本书可作为高等院校物联网工程专业，以及计算机类、通信类、信息类、电子类等专业的高年级本科生、研究生教材和教学参考用书，也可供从事相关行业的工程技术人员与研究人员参考。

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第1章绪论
1.1传感器网络的概念
1.1.1传感器及其发展
1.1.2无线传感器网络
1.1.3无线传感器网络的优势
1.2传感器网络的典型应用
1.2.1应用类型
1.2.2典型应用领域
1.3传感器网络的应用特征
1.3.1感知信息收集的任务型网络
1.3.2以数据为中心的网络
1.3.3资源限制的传感器节点
1.3.4可扩展的动态自治网络系统
1.3.5大规模的异构系统
1.4传感器网络关键技术
1.4.1系统设计的挑战
1.4.2关键技术
1.5传感器网络的标准化
1.5.1标准化工作概述
1.5.2IEEE 802.15标准族
1.5.3基于IEEE 802.15.4的协议族
1.5.4其他标准
1.6传感器网络技术的发展
1.7本书章节安排
习题
参考文献
第2章传感器网络节点
2.1设计需求
2.2结构与接口
2.2.1数据通路
2.2.2外部接口
〖〗〖〗2.3硬件模块
2.3.1传感模块
2.3.2处理器模块
2.3.3无线通信模块
2.3.4能量供应模块
2.3.5存储模块
2.4节能技术
2.4.1动态功耗管理
2.4.2动态电压调节
2.5节点硬件平台
2.5.1通用平台
2.5.2专用平台
2.5.3高性能平台
2.5.4网关平台
2.6本章小结
习题
参考文献
第3章操作系统
3.1概述
3.1.1传感器网络对操作系统的需求
3.1.2传感网络操作系统的设计要素
3.2体系结构
3.3调度
3.3.1事件驱动
3.3.2多线程
3.3.3混合调度结构
3.4文件系统
3.5内存分配
3.5.1静态内存分配
3.5.2动态内存分配
3.6重编程
3.6.1单一映像
3.6.2虚拟机
3.6.3可加载模块
3.6.4增量更新
3.7典型的节点操作系统
3.7.1TinyOS操作系统
3.7.2Contiki操作系统
3.7.3常见操作系统的对比分析
3.8本章小结
习题
参考文献
第4章无线传感器网络体系结构
4.1网络结构
4.1.1扁平结构与分层结构
4.1.2单sink与多sink
4.2协议体系结构
4.2.1传统的TCP/IP分层协议结构
4.2.2二维型传感器网络协议模型
4.2.3细腰型传感器网络协议结构
4.3跨层设计
4.3.1跨层设计的基本概念
4.3.2典型的跨层协议结构
4.4全IP化
4.4.1传感器网络全IP化的必要性
4.4.2全IP化的挑战及标准化工作
4.5网络管理
4.5.1传感器网络管理概述
4.5.2传感器网络管理功能
4.5.3传感器网络管理系统结构
4.6本章小结
习题
参考文献
第5章无线通信基础
5.1无线通信技术概述
5.2无线通信频谱
5.2.1电磁频谱
5.2.2ISM免费频段
5.2.3ISM频段的干扰与共存性
5.3无线通信媒介
5.3.1无线电波
5.3.2红外线
5.3.3激光
5.4天线
5.5无线电波传播特性
5.5.1无线信号基本传播机制
5.5.2无线信号覆盖范围
5.5.3无线信号强度表示
5.6无线信道传播模型
5.7调制与解调
5.7.1调制与解调基本概念
5.7.2数字调制技术
5.8扩频通信技术
5.8.1直接序列扩频
5.8.2跳频扩频
5.9无线信道的多路复用
5.9.1频分复用
5.9.2时分复用
5.9.3码分复用
5.9.4空分复用
5.9.5正交频分复用
5.10超宽带技术
5.11本章小结
习题
参考文献
第6章拓扑控制技术
6.1网络拓扑结构简介
6.2拓扑控制基础知识
6.2.1基本术语
6.2.2影响因素
6.2.3拓扑控制的设计目标
6.2.4拓扑控制的主要技术
6.3功率控制
6.3.1基于节点度的功率控制
6.3.2基于邻近图的功率控制
6.3.3基于方向的功率控制
6.3.4基于干扰的拓扑控制
6.4睡眠调度
6.4.1连通支配集算法
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本章小结
习题
参考文献
第7章MAC协议
7.1概述
7.1.1无线网络的信道访问控制方式分类
7.1.2传感器网络MAC协议的特点
7.1.3传感器网络MAC协议的节能设计
7.2竞争型的MAC协议
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协议
7.3.1TRAMA（TDMAW）
7.3.2BMAMAC (IPSN04)
7.3.3DMAC (IPDPS04)
7.4混合型的MAC协议
7.4.1ZMAC （SenSys, CSMA/TDMA）
7.4.2FunnelingMAC （SenSys，CSMA/TDMA）
7.5本章小结
习题
参考文献
第8章路由技术
8.1传统网络中的路由
8.1.1有线Internet网络中的路由
8.1.2Ad Hoc网络中的路由
8.2传感器网络中的路由
8.2.1传感器网络的路由需求
8.2.2传感器网络特点对路由协议设计的影响
8.2.3路由选择考虑的因素
8.2.4传感器网络路由的评价标准
8.3传感器网络路由协议分类
8.4典型传感器网络路由协议
8.4.1洪泛和闲聊路由
8.4.2以数据为中心的路由
8.4.3地理位置信息路由
8.4.4层次式路由
8.4.5QoS路由
8.4.6多径路由
8.4.7基于节点移动的路由
8.4.8实用化路由协议介绍
8.5本章小结
习题
参考文献
第9章传输控制技术
9.1传输控制协议概述
9.1.1传输层协议的功能
9.1.2TCP协议
9.1.3传感器网络中的传输控制
9.1.4传感器网络传输层协议评价指标
9.2拥塞控制机制
9.2.1拥塞产生的原因
9.2.2拥塞的分类
9.2.3拥塞控制
9.2.4典型的拥塞控制方法
9.2.5拥塞避免
9.3可靠传输机制
9.3.1可靠性的定义
9.3.2可靠性保障的基本思想
9.3.3典型的可靠性保障机制
9.4本章小结
习题
参考文献
第10章实用化组网标准协议
10.1IEEE 802.15.4
10.1.1网络设备类型
10.1.2网络拓扑结构
10.1.3物理层
10.1.4MAC层
10.2ZigBee
10.2.1网络节点类型及网络拓扑
10.2.2协议栈
10.2.3网络层
10.2.4应用层
10.2.5ZigBee安全框架
10.3工业无线网络
10.3.1WireleessHART
10.3.2ISA 100.11a
10.3.3WIAPA
10.3.4WIAPA、WirelessHART、ISA SP100三种工业无线技术的比较
10.46LowPAN
10.4.1网络结构与设备
10.4.2协议栈
10.4.3适配层
10.4.4路由协议
10.5蓝牙
10.5.1网络结构与设备
10.5.2蓝牙协议栈结构
10.5.3射频
10.5.4基带
10.5.5蓝牙组网技术
10.5.6蓝牙应用规范
10.5.7低功耗蓝牙
10.6本章小结
习题
参考文献
第11章感知覆盖
11.1覆盖基本知识
11.1.1基本概念和术语
11.1.2节点感知模型
11.1.3覆盖问题的分类
11.1.4传感器网络覆盖技术考虑的主要因素
11.2点覆盖
11.2.1确定性点覆盖
11.2.2随机点覆盖
11.3区域覆盖
11.3.1确定性区域覆盖
11.3.2随机区域覆盖
11.4栅栏覆盖
11.4.1最坏与最佳情况覆盖模型
11.4.2基于暴露量的覆盖模型
11.5本章小结
习题
参考文献
第12章时间同步
12.1基础知识
12.1.1本地时间
12.1.2时间同步
12.1.3协议分类
12.1.4面临的挑战
12.2基于消息的时间同步协议
12.2.1网络时间协议
12.2.2参考广播协议
12.2.3TPSN同步协议
12.2.4FTSP同步协议
12.2.5tinysync和minisync同步协议
12.2.6最新进展
12.3基于全局信号的时间同步协议
12.3.1授时同步
12.3.2基于电力线的时钟同步协议
12.3.3基于FM无线信号的时钟同步协议ROCS
12.4本章小结
习题
参考文献
第13章定位技术
13.1基础知识
13.1.1无线定位
13.1.2传感器网络定位
13.2测距技术
13.2.1基于ToA的测距
13.2.2基于TDoA的测距
13.2.3基于AoA的测距
13.2.4基于RSS的测距
13.3基于测距的定位算法
13.3.1定位方法
13.3.2定位系统
13.4测距无关的定位算法
13.4.1质心算法
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指纹定位算法
13.5其他相关问题讨论
13.5.1节点可定位性
13.5.2定位误差分析
13.5.3定位误差控制
13.5.4移动节点辅助定位
13.6本章小结
习题
参考文献
第14章仿真与测试
14.1概述
14.2模拟仿真
14.2.1TOSSIM
14.2.2OMNeT++
14.2.3NS2
14.2.4其他工具
14.3系统验证
14.3.1HINT
14.3.2MoteWorks
14.3.3MoteLab
14.4在线监测
14.4.1网络嗅探
14.4.2网络断层扫描
14.5协议测试
14.5.1一致性测试
14.5.2互操作性测试
14.5.3性能测试
14.6本章小结
习题
参考文献
第15章安全技术
15.1概述
15.1.1安全威胁
15.1.2安全需求
15.1.3安全机制
15.2密钥管理
15.2.1密钥管理协议的安全需求
15.2.2密钥管理协议的分类
15.2.3对称密钥管理
15.2.4非对称密钥管理
15.3认证及完整性保护
15.3.1基于对称密码体制的广播认证方案
15.3.2基于非对称密码体制的认证方案研究
15.4入侵检测
15.4.1入侵检测体系
15.4.2入侵检测方法
15.4.3入侵容忍
15.5其他安全技术
15.5.1安全路由
15.5.2安全定位
15.5.3安全时间同步
15.5.4安全数据融合
15.5.5隐私及匿名保护
15.6本章小结
习题
参考文献