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第1章 无线传感器网络基础知识1

1.1无线传感器网络的概念与特点1

1.1.1无线传感器网络的概念1

1.1.2无线传感器网络的特点2

1.2无线传感器网络的发展和现状3

1.2.1无线传感器网络的发展3

1.2.2无线传感器网络的研究现状3

1.3无线传感器网络体系结构4

1.3.1无线传感器网络体系结构4

1.3.2传感器节点的体系结构4

1.4无线传感器网络的关键技术和一些要解决的问题5

1.4.1低耗自组机制5

1.4.2异构系统的互联互通6

1.4.3大结构关联协同地处理数据6

1.4.4无线传感器网络关键技术研究6

1.4.5无线传感器网络技术主要研究的一些问题7

第2章IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范10

2.1 IEEE802.15.4标准10

2.1.1 IEEE802.15.4标准的概述10

2.1.2 IEEE802.15.4的物理层11

2.1.3 IEEE802.15.4的MAC层13

2.2 ZigBee技术以及和IEEE802.15.4的关系16

2.2.1 ZigBee由来16

2.2.2 IEEE802.15.4和ZigBee的关系17

2.3 ZigBee协议规范19

2.4 ZigBee技术的应用25

第3章 无线传感器网络的路由协议27

3.1无线传感器网络的工作特点和路由设计中的性能指标27

3.1.1无线传感器网络的工作特点27

3.1.2无线传感器网络路由协议的性能指标29

3.2网络路由设计中的几个问题30

3.2.1优化能量消耗和均衡能量消耗30

3.2.2传输路径的优化选择30

3.3以数据为中心的平面路由31

3.4网络分层路由34

3.4.1 LEACH协议34

3.4.2 TEEN协议35

3.4.3 PEGASIS协议36

3.5基于位置信息的路由协议36

3.5.1 GPSR协议37

3.5.2 GEAR协议38

3.5.3 GEM路由39

3.5.4其他基于位置的路由技术41

3.6基于查询的路由41

3.6.1定向扩散路由41

3.6.2谣传路由42

3.7能量感知路由43

3.7.1能量路由43

3.7.2能量多路径路由44

3.8基于Qos的路由45

3.8.1 SPEED协议45

3.8.2部分其他可靠路由协议47

第4章 短距无线数据网络基础48

4.1什么是短距无线数据网络48

4.2蓝牙技术49

4.2.1蓝牙标准协议栈49

4.2.2蓝牙设备的功能和与跳频方案49

4.2.3蓝牙的关键技术50

4.2.4蓝牙在通信系统中的应用52

4.2.5应用中的一些问题53

4.3 Wi-Fi技术54

4.3.1无线局域网概述54

4.3.2无线局域网的标准55

4.3.3 Wi-Fi56

4.3.4无线局域网的结构57

4.4超宽频技术60

4.4.1超宽频技术及应用领域60

4.4.2超宽频技术体系61

4.4.3 UWB与标准化的进展62

4.4.4高速UWB技术的应用和发展情况62

4.5近短距无线传输63

4.5.1 NFC技术63

4.5.2技术优势和发展前景63

4.6 ZigBee技术64

4.6.1近距无线通信技术家族中的ZigBee64

4.6.2 ZigBee的特点64

4.7几种不同的短距离无线通信技术的特点比较65

4.8无线自组织网络技术66

4.8.1 Ad hoc网络的基本概念66

4.8.2 Ad hoc网络的特点和分类67

4.8.3 Ad hoc网络的体系结构67

4.8.4 Ad hoc网络的应用69

第5章 无线传感器网络的覆盖控制70

5.1无线传感器网络的覆盖控制问题70

5.1.1进行覆盖控制的原因70

5.1.2传感器节点感知模型71

5.1.3几种典型的覆盖控制问题71

5.2区域覆盖控制算法72

5.2.1区域覆盖控制算法的提出72

5.2.2 SET K-COVER问题及最大覆盖集数74

5.2.3区域覆盖控制中PEAS算法75

5.2.4无需位置信息的节点调度算法77

5.2.5覆盖结构协议78

5.2.6其他一些区域覆盖控制算法简介79

5.3点覆盖控制算法80

5.4无线传感器网络覆盖控制算法的一些共同性问题81

第6章 无线传感器网络的拓扑控制技术83

6.1无线传感器网络的拓扑控制技术概述83

6.1.1无线传感器网络的拓扑结构83

6.1.2拓扑控制技术的概念和内容84

6.1.3传感器节点的能量消耗模型85

6.1.4拓扑结构控制和优化的意义86

6.1.5无线传感器网络的拓扑控制研究现状87

6.2功率控制算法87

6.2.1基于节点度数的控制算法87

6.2.2基于邻近图的算法88

6.3层次拓扑结构控制算法90

6.3.1 LEACH算法91

6.3.2 TopDisc算法92

6.3.3 GAF算法94

第7章 无线传感器网络的节点定位技术96

7.1节点定位技术简介97

7.1.1节点定位的几个基本概念97

7.1.2节点位置计算方法97

7.1.3节点定位算法的分类99

7.2基于距离的定位算法100

7.2.1基于AOA的APS算法100

7.2.2基于TOA的定位101

7.2.3基于TDOA的定位算法之一的AHLos算法101

7.2.4基于RSSI的定位算法102

7.3与距离无关的定位算法104

7.3.1质心算法104

7.3.2 DV-Hop算法105

7.3.3 DV-Distance算法106

7.3.4改进的DV-Hop算法107

第8章 无线传感器网络的安全109

8.1概述109

8.2传感器网络的安全目标与安全问题分析110

8.2.1传感器网络的安全目标110

8.2.2传感器网络的安全问题分析110

8.3无线传感器网络协议栈各层的安全威胁及对策112

8.3.1物理层的攻击与安全策略112

8.3.2链路层的攻击与安全策略113

8.3.3网络层的攻击与安全策略114

8.3.4传输层和应用层的安全策略115

8.4攻击者加入网络与不加入网络的攻击行为116

8.4.1攻击者在网络外部实施的攻击116

8.4.2攻击者加入网络后的攻击116

8.5 Dos攻击与能源攻击118

8.5.1 Dos攻击118

8.5.2能源攻击119

8.6无线传感器网络的安全路由119

8.6.1 SPKI/SDSI安全路由120

8.6.2安全路由121

第9章 传输网络123

9.1 IEEE802.15.4标准和ZigBee网络使用的工作频段123

9.2传输网络的多种组成方式124

9.2.1点对点直接通信方式构成的传输网络124

9.2.2用GPRS、 CDMA 1x、 GSM和3G网络做传输网络125

9.2.3用工业以太网做传输网络127

9.2.4以互联网络做传输网络127

9.3部分模块和功能单元128

9.4传输网络中异构网络的互联互通129

9.4.1异构网络的互联互通129

9.4.2无线传感器网络与Internet互联130

9.5可作为传输网络的无线广域网131

9.5.1 GSM网络131

9.5.2 GPRS网络133

9.5.3 CDMA网络134

9.5.4第3代移动通信网络135

9.5.5 WLAN在传输网络中所起作用138

第10章 无线传感器网络系统的硬件开发与设计140

10.1传感器节点的设计要求与内容140

10.1.1传感器节点设计的几个基本要求140

10.1.2传感器节点的设计内容141

10.2传感器节点的开发141

10.2.1处理器模块的开发141

10.2.2无线通信模块开发142

10.2.3传感器模块开发143

10.2.4电源模块开发143

10.3一个实验教学系统144

10.3.1 C51RF-WSN-CC2520概述144

10.3.2 ZigBee2007/PRO无线传感器网络特点145

10.3.3系统工作流程概述146

10.3.4系统硬件及功能146

10.3.5网络监控软件147

第11章 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络149

11.1应用于建筑环境小规模的无线传感器网络149

11.1.1建筑环境中小规模无线传感器网络149

11.1.2建筑环境小规模无线传感器网络的应用149

11.1.3建筑环境中小规模传感器网络注重解决的问题150

11.2广义无线传感器网络及结构150

11.2.1广义无线传感器网络节点150

11.2.2对建筑环境中特定物理量进行实时监测的简约型网络150

11.2.3灵活实现无线传感器网络各部分的功能151

11.3建筑环境中小规模传感器网络的路由协议设计151

11.3.1建筑环境小规模传感器网络路由协议应用环境的部分特点151

11.3.2传感器节点在电源能量充裕的情况下路由协议设计152

11.4建筑环境中小规模传感器网络的覆盖控制156

11.4.1建筑物内覆盖控制的目的和传感器节点的感知模型156

11.4.2建筑物内覆盖控制的几种主要方式156

11.4.3建筑物内的区域覆盖控制算法157

11.5在建筑环境中应用的异构无线传感器网络158

11.5.1异构无线传感器网络158

11.5.2异构无线传感器网络工作的一些特点159

11.5.3异构无线传感器网络的部署159

第12章 在部分行业中的应用161

12.1无线传感器网络在建筑节能中的应用161

12.2建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统163

12.2.1建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统163

12.3在城市热力站供热计量数据实时监测中的应用166

12.3.1几种不同的实现方案166

12.3.2对供热站点热计量数据实时监测无线传感器网络169

12.3.3 M-Bus仪表总线和数据通信方式170

12.3.4在小区及工业建筑抄表远传系统中的应用171

12.4无线传感器网络在工业测控中的应用173

12.4.1工控领域控制系统的发展173

12.4.2工业无线测控系统的网络结构174

12.4.3工业无线测控系统中应用的通信协议174

12.4.4无线传感器网络在工业无线测控网络技术中的应用175

12.5在矿山环境下的监测应用177

12.5.1无线传感器网络用于煤矿瓦斯监测的应用背景177

12.5.2网络拓扑的设计178

12.5.3传感器节点与客户端178

12.5.4矿井中的无线定位179

12.5.5在矿井环境监测中的应用180

12.6在环境监测中的应用181

12.6.1对地震及部分自然灾害的监测182

参考文献185