目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 1
1.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1
1.2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本特點(diǎn) 1
1.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 3
1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 4
1.3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)演變過程 4
1.3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)未來(lái)趨勢(shì) 7
1.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用領(lǐng)域 7
1.4.1 軍事領(lǐng)域 8
1.4.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域 8
1.4.3 醫(yī)療領(lǐng)域 9
1.4.4 智能家居領(lǐng)域 9
1.4.5 智能交通領(lǐng)域 9
1.4.6 其他領(lǐng)域 9
思考題 10
第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 11
2.1 概述 11
2.2 節(jié)點(diǎn)硬件組成 11
2.2.1 處理器模塊 12
2.2.2 存儲(chǔ)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 20
2.3.1 nesC語(yǔ)言 21
2.3.2 TinyOS 28
2.3.3 TinyOS應(yīng)用實(shí)例解析 34
2.3.4 TinyOS的安裝 37
2.4 傳感器節(jié)點(diǎn)分析 38
2.4.1 常見傳感器節(jié)點(diǎn) 38
2.4.2 MicaZ節(jié)點(diǎn)分析 40
思考題 47
第3章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 48
3.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)工作模式 48
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)的組成 48
3.1.2 多跳通信機(jī)制 49
3.2 網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu) 51
3.2.1 0SI分層模型 51
3.2.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分析 52
3.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量與體系結(jié)構(gòu) 54
3.3.1 服務(wù)質(zhì)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化設(shè)計(jì) 61
3.4.1 跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 61
3.4.2 面向QoS優(yōu)化的跨層設(shè)計(jì)總體框架 62
3.4.3 基于QoS保證的跨層設(shè)計(jì) 63
3.4.4 跨層模型與問題求解方法 64
3.4.5 網(wǎng)絡(luò)效能最大化模型 66
思考題 66
第4章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信與組網(wǎng)技術(shù) 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(diào)制解調(diào)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(shè)計(jì)要求 73
4.3.3 基于競(jìng)爭(zhēng)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與Jnternet互聯(lián) 90
思考題 95
第5章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 96
5.1 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 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(luò)層 101
5.2.3 ZigBee應(yīng)用層 105
5.2.4 ZigBee安全服務(wù) 107
5.3 其他無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn) 109
5.3.1 Wi.Fi 109
5.3.2 藍(lán)牙 11.1
5.3.3 超寬帶技術(shù) 112
5.3.4 近距離無(wú)線傳輸技術(shù) 113
思考題 114
第6章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋與部署技術(shù) 115
6.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋與部署的意義 11.5
6.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋與部署問題 115
6.2.1 按照節(jié)點(diǎn)部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分類 115
6.2.2 按照覆蓋對(duì)象的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分類 117
6.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋應(yīng)用特點(diǎn) 120
6.3 節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋評(píng)價(jià)指標(biāo) 129
6.4.1 覆蓋率 130
6.4.2 聯(lián)合探測(cè)／丟失概率 131
6.4.3 覆蓋場(chǎng)強(qiáng)一致性 131
6.4.4 覆蓋重?cái)?shù) 132
6.4.5 覆蓋均勻性 132
6.1.6 覆蓋時(shí)間和平均移動(dòng)距離 132
6.4.7 其他評(píng)價(jià)指標(biāo) 133
6.5 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署策略與算法 133
6.5.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)撒布 133
6.5.2 基于幾何格點(diǎn)和剖分的節(jié)點(diǎn)部署 133
6.5.3 移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署策略 137
6.6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 140
6.6.1 覆蓋空洞及修復(fù) 140
6.6.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的重部署 140
6.6.3 三維空間傳感器網(wǎng)絡(luò)部署 141
6.6.4 復(fù)雜環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡(luò)部署 141
思考題 143
第7章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù) 144
7.1 網(wǎng)絡(luò)管理概述 144
7.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理面臨的問題 144
7.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 145
7.1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的分類 145
7.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理 145
7.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)管理概述 146
7.2.2 基于分簇層次性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 148
7.2.3 基于功率控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 152
7.2.4 啟發(fā)式節(jié)點(diǎn)喚醒和休眠機(jī)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(shè)計(jì) 157
7.3.3 狀態(tài)調(diào)制機(jī)制 159
7.3.4 通信能耗 162
7.3.5 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能耗分析 163
7.3.6 路由協(xié)議能耗分析 163
7.4 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)管理 165
7.4.1 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)概述 165
7.4.2 網(wǎng)絡(luò)安全分類 166
7.4.3 WSN網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)策略 169
7.4.4 網(wǎng)絡(luò)安全框架協(xié)議分析 175
思考題 179
第8章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 180
8.1 時(shí)間同步機(jī)制 180
8.1.1 時(shí)間同步機(jī)制概述 180
8.1.2 時(shí)鐘模型 181
8.1.3 基于接收者和接收者的時(shí)間同步機(jī)制 182
8.1.4 基于發(fā)送者和接收者的雙向時(shí)間同步機(jī)制 184
8.1.5 基于發(fā)送者和接收者的單向時(shí)間同步機(jī)制 187
8.1.6 時(shí)間同步機(jī)制的誤差來(lái)源及性能指標(biāo) 190
8.1.7 時(shí)間同步機(jī)制的主要應(yīng)用 191
8.1.8 時(shí)間同步機(jī)制面臨的問題 192
8.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù) 193
8.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)概述 193
8.2.2 定位技術(shù)基本概念 193
8.2.3 節(jié)點(diǎn)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(shù) 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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤技術(shù) 210
8.4.1 日標(biāo)跟蹤概述 210
8.4.2 日標(biāo)跟蹤步驟 211
8.4.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作跟蹤 211
8.4.4 典型日標(biāo)跟蹤算法比較 216
8.4.5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要跟蹤技術(shù) 218
思考題 220
第9章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)工具 221
9.1 NS2 221
9.1.1 NS2簡(jiǎn)介 221
9.1.2 TcI/OTcl語(yǔ)言簡(jiǎn)介 222
9.1.3 OTcl連接 225
9.1.4 NS基本組件 229
9.1.5 實(shí)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù) 244
10.1 環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用 244
10.1.1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 244
10.1.2 山體滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 245
10.1.3 地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 246
10.1.4 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)的極端環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 247
10.2 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用 248
10.2.1 人體行為模式監(jiān)測(cè)應(yīng)用 248
10.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 249
10.3 交通領(lǐng)域的應(yīng)用 250
10.3.1 車輛檢測(cè)與識(shí)別應(yīng)用 250
10.3.2 智能交通信息采集系統(tǒng) 251
10.4 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 253
10.4.1 蔬菜園環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用 253
10.4.2 園藝溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 254
10.5 建筑領(lǐng)域的應(yīng)用 255
10.5.1 建筑質(zhì)量監(jiān)測(cè)應(yīng)用 255
10.5.2 建筑火災(zāi)探測(cè)與監(jiān)控應(yīng)用 256
10.5.3 室內(nèi)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(yīng)用 259
10.6.1 煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 259
10.6.2 高壓輸電線路監(jiān)測(cè)應(yīng)用 261
10.6.3 軸承溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 261
思考題 262
參考文獻(xiàn) 263