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第1章 无线传感器网络概述1

1.1 无线传感器网络的基本概念1

1.2 无线传感器网络的特征2

1.2.1 与现有无线网络的区别2

1.2.2 与现场总线的区别3

1.2.3 传感器节点的限制3

1.2.4 传感器组网的特点4

1.3 无线传感器网络的关键性能指标6

1.4 无线传感器网络的应用8

1.5 无线传感器网络的研究历史9

1.5.1 计算设备的演化历史9

1.5.2 无线传感器网络发展的三个阶段10

1.5.3 无线传感器网络的发展趋势11

习题114

第2章 无线传感器网络结构、覆盖与连接15

2.1 无线传感器网络拓扑结构15

2.2 无线传感器网络覆盖17

2.2.1 无线传感器网络覆盖问题17

2.2.2 无线传感器网络区域覆盖22

2.2.3 无线传感器网络的点覆盖25

2.2.4 无线传感器网络边界覆盖25

2.2.5 无线传感器网络覆盖能效评价指标26

2.3 无线传感器网络连接可靠性27

2.3.1 无线传感器网络连接可靠性分析27

2.3.2 基于概率和图论的连接可靠性29

2.3.3 基于扩散理论的连接可靠性30

习题231

第3章 无线传感器网络通信32

3.1 无线传感器网络协议结构32

3.1.1 传统网络协议OSI参考模型32

3.1.2 无线传感器网络协议的分层结构32

3.2 物理层34

3.2.1 物理层的概述34

3.2.2 传感器网络物理层的设计37

3.3 数据链路层协议39

3.4 网络层协议41

3.5 传输层协议42

3.5.1 Event-to-Sink传输43

3.5.2 Sink-to-Sensors传输44

3.6 应用层协议44

3.6.1 传感器管理协议44

3.6.2 任务分派与数据广播协议45

3.6.3 传感器查询与数据分发协议45

3.7 无线传感器网络跨层设计45

3.7.1 分层设计方法46

3.7.2 跨层设计方法46

3.7.3 跨层设计的必要性48

3.7.4 无线传感器网络跨层设计主要技术49

习题352

第4章 无线传感器网络的支撑技术53

4.1 时间同步机制53

4.1.1 时间同步的意义和特点53

4.1.2 TPSN时间同步协议55

4.1.3 时间同步的应用示例56

4.2 定位技术57

4.2.1 传感器网络节点定位问题57

4.2.2 基于测距的定位技术60

4.2.3 无须测距的定位技术63

4.2.4 定位系统的典型应用65

4.3 数据融合65

4.3.1 多传感器数据融合概述65

4.3.2 传感器网络中数据融合的作用67

4.3.3 数据融合技术的分类69

4.3.4 数据融合的主要方法71

4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例73

4.4 能量管理75

4.4.1 能量管理的意义75

4.4.2 传感器网络的电源节能方法76

4.4.3 动态能量管理78

4.5 容错技术85

4.5.1 概述86

4.5.2 故障模型87

4.5.3 故障检测与诊断88

4.5.4 故障修复93

4.6 数据管理95

4.6.1 系统的结构95

4.6.2 数据模型97

4.6.3 查询语言98

4.6.4 数据存储100

4.6.5 索引技术103

4.6.6 查询处理技术107

4.6.7 数据管理系统实例112

4.7 服务质量保证116

4.7.1 无线传感器网络服务质量概述116

4.7.2 无线传感器网络服务质量研究118

习题4121

第5章 无线传感器网络MAC层123

5.1 无线传感器网络MAC协议的分类123

5.2 IEEE 802.11协议124

5.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构124

5.2.2 IEEE 802.11协议MAC层的工作模式126

5.2.3 分布式协调功能（DCF）128

5.2.4 集中式协调功能（PCF）130

5.2.5 DCF与PCF机制的局限性131

5.2.6 IEEE 802.11的QoS保障132

5.3 基于竞争的MAC协议133

5.3.1 S-MAC协议133

5.3.2 T-MAC协议135

5.3.3 Sift协议137

5.4 基于时分复用的MAC协议139

5.4.1 基于分簇网络的MAC协议140

5.4.2 DEANA协议140

5.4.3 基于周期性调度的MAC协议141

5.4.4 TRAMA协议143

5.4.5 DMAC146

5.4.6 其他类型的MAC协议148

习题5150

第6章 无线传感器网络协议的技术标准151

6.1 技术标准的意义151

6.2 IEEE 1451系列标准152

6.3 IEEE 802.15.4标准156

6.3.1 IEEE 802.15.4标准概述156

6.3.2 物理层157

6.3.3 MAC子层158

6.3.4 符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例160

6.4 ZigBee协议标准162

6.4.1 ZigBee概述162

6.4.2 网络层规范165

6.4.3 ZigBee系统软件的设计开发166

6.4.4 符合ZigBee规范的传感器网络实例168

6.5 蓝牙（Bluetooth）170

6.5.1 蓝牙协议栈简介170

6.5.2 蓝牙协议栈分析170

6.5.3 蓝牙技术的发展趋势179

6.6 UWB179

6.6.1 UWB技术概括179

6.6.2 UWB主流技术180

6.6.3 UWB的发展趋势181

习题6182

第7章 无线传感器网络的路由协议183

7.1 路由协议概述183

7.1.1 无线传感器网络路由协议的考虑因素183

7.1.2 路由的过程184

7.1.3 无线传感器网络路由协议分类方法186

7.2 平面路由协议187

7.2.1 Flooding和Grossing协议187

7.2.2 SPIN协议188

7.2.3 SAR、DD和MCFA协议189

7.3 层次路由协议190

7.3.1 LEACH190

7.3.2 PEGASIS191

7.3.3 TEEN192

7.3.4 APTEEN、TTDD和EARSN协议193

7.3.5 平面路由协议和层次路由协议比较193

7.4 能量感知路由194

7.4.1 能量消耗源194

7.4.2 能量路由195

7.4.3 能量多路径路由196

7.5 基于查询的路由197

7.5.1 定向扩散路由197

7.5.2 谣传路由199

7.6 地理位置路由200

7.6.1 GEAR路由201

7.6.2 GAF路由203

7.6.3 GPSR路由204

7.6.4 GEM和MECN路由206

7.7 可靠路由协议207

7.7.1 不相交多路径路由机制207

7.7.2 RelnForM路由208

7.7.3 SPEED协议210

7.8 路由协议自主切换211

习题7212

第8章 无线传感器网络安全213

8.1 无线传感器网络安全概述213

8.1.1 无线传感器网络安全威胁模型213

8.1.2 无线传感器网络安全面临的障碍213

8.1.3 无线传感器网络安全要求215

8.1.4 无线传感器网络安全解决方案的评估217

8.2 无线传感器网络中的安全攻击217

8.2.1 物理层安全攻击217

8.2.2 链路层安全攻击218

8.2.3 对无线传感器网络层（路由）的攻击219

8.2.4 对传输层的攻击222

8.3 SPINS安全解决方案223

8.3.1 符号223

8.3.2 SNEP223

8.3.3 μTESLA225

8.3.4 μTESLA详细描述226

8.3.5 SPINS实现228

8.3.6 SPINS性能评估230

8.4 安全管理231

8.4.1 预共享密钥模型232

8.4.2 随机密钥预分布模型233

8.4.3 基于分簇式的密钥管理235

8.4.4 基于本地协作的组密钥分发方案237

习题8238

第9章 无线传感器网络应用开发239

9.1 无线传感器网络硬件平台239

9.1.1 无线传感器网络硬件结构及分类239

9.1.2 网络节点的硬件开发241

9.1.3 传感器节点的模块化设计242

9.1.4 传感器节点开发实例249

9.2 操作系统与软件开发252

9.2.1 网络节点的操作系统252

9.2.2 软件开发260

9.3 后台管理软件263

9.4 无线传感器网络的仿真268

9.4.1 无线传感器网络仿真的特点268

9.4.2 通用网络仿真平台268

9.4.3 针对无线传感器网络的仿真平台272

9.4.4 无线传感器网络工程测试床278

9.5 无线传感器网络应用开发283

9.5.1 WWMS系统分析283

9.5.2 WWMS系统实现的关键技术284

9.5.3 WWMS系统整体测试290

习题9290

第10章 物联网环境下的无线传感器网络292

10.1 RFID与无线传感器网络的整合292

10.1.1 RFID的基础理论292

10.1.2 RFID和无线传感器网络整合的原因293

10.1.3 RFID标签与传感器的整合295

10.1.4 RFID标签与无线传感器节点和无线设备的整合299

10.1.5 读写器与无线传感器节点和无线设备的整合301

10.1.6 RFID和传感器的混合303

10.2 物联网与无线传感器网络304

10.2.1 物联网的基本概念304

10.2.2 物联网环境下的无线传感器网络技术305

习题10306

参考文献307