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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2无线传感器网络概述1

1.2.1无线传感器网络系统结构1

1.2.2无线传感器网络基本特点1

1.2.3无线传感器网络关键技术3

1.3无线传感器网络的发展4

1.3.1无线传感器网络演变过程4

1.3.2无线传感器网络发展现状5

1.3.3无线传感器网络未来趋势7

1.4无线传感器网络主要应用领域7

1.4.1军事领域8

1.4.2环境监测领域8

1.4.3医疗领域9

1.4.4智能家居领域9

1.4.5智能交通领域9

1.4.6其他领域9

思考题10

第2章 无线传感器网络节点11

2.1概述11

2.2节点硬件组成11

2.2.1处理器模块12

2.2.2存储模块14

2.2.3通信模块14

2.2.4传感器模块17

2.2.5电源模块18

2.3无线传感器网络操作系统20

2.3.1 nesC语言21

2.3.2 TinyOS28

2.3.3 TinyOS应用实例解析34

2.3.4 TinyOS的安装37

2.4传感器节点分析38

2.4.1常见传感器节点38

2.4.2 MicaZ节点分析40

思考题47

第3章 无线传感器网络体系结构48

3.1传感器网络工作模式48

3.1.1网络的组成48

3.1.2多跳通信机制49

3.2网络整体结构51

3.2.1OSl分层模型51

3.2.2网络体系结构分析52

3.3无线传感器网络服务质量与体系结构54

3.3.1服务质量体系54

3.3.2 QoS体系的通信协议56

3.3.3 QoS体系下的管理系统58

3.3.4 QoS体系功能模块的联系60

3.4无线传感器网络跨层优化设计61

3.4.1跨层优化设计概述61

3.4.2面向QoS优化的跨层设计总体框架62

3.4.3基于QoS保证的跨层设计63

3.4.4跨层模型与问题求解方法64

3.4.5网络效能最大化模型66

思考题66

第4章 无线传感器网络通信与组网技术68

4.1概述68

4.2物理层69

4.2.1物理层概述69

4.2.2通信信道分配70

4.2.3调制解调方式72

4.3 MAC协议73

4.3.1 MAC协议概述73

4.3.2 MAC协议设计要求73

4.3.3基于竞争的MAC协议74

4.3.4基于信道分配的MAC协议78

4.4路由协议79

4.4.1路由协议概述79

4.4.2层次型路由协议80

4.4.3以数据为中心的路由协议82

4.4.4基于地理位置的路由协议84

4.5传输层协议85

4.5.1传输层协议概述85

4.5.2数据传输可靠性分析87

4.5.3多组传输与多径传输87

4.5.4无线传感器网络与Internet互联90

思考题95

第5章 无线传感器网络通信技术96

5.1 IEEE 802.15.4标准96

5.1.1物理层96

5.1.2 MAC层98

5.2 ZigBee协议规范99

5.2.1 ZigBee协议概述99

5.2.2 ZigBee网络层101

5.2.3 ZigBee应用层105

5.2.4 ZigBee安全服务107

5.3其他无线通信标准109

5.3.1 Wi-Fi109

5.3.2蓝牙111

5.3.3超宽带技术112

5.3.4近距离无线传输技术113

思考题114

第6章 无线传感器网络覆盖与部署技术115

6.1无线传感器网络覆盖与部署的意义115

6.2无线传感器网络覆盖与部署问题115

6.2.1按照节点部署的无线传感器网络分类115

6.2.2按照覆盖对象的无线传感器网络分类117

6.2.3无线传感器网络覆盖应用特点120

6.3节点感知模型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基于误警率的感知模型122

6.3.4方向性传感器的感知模型125

6.3.5不规则感知模型126

6.3.6多边形感知模型128

6.3.7近似圆盘感知模型129

6.4无线传感器网络覆盖评价指标129

6.4.1覆盖率130

6.4.2联合探测/丢失概率131

6.4.3覆盖场强一致性131

6.4.4覆盖重数132

6.4.5覆盖均匀性132

6.4.6覆盖时间和平均移动距离132

6.4.7其他评价指标133

6.5传感器网络节点部署策略与算法133

6.5.1传感器网络节点的随机撒布133

6.5.2基于几何格点和剖分的节点部署133

6.5.3移动传感器网络的部署策略137

6.6无线传感器网络覆盖技术面临的挑战140

6.6.1覆盖空洞及修复140

6.6.2传感器网络的重部署140

6.6.3三维空间传感器网络部署141

6.6.4复杂环境下的传感器网络部署141

思考题143

第7章 无线传感器网络管理技术144

7.1网络管理概述144

7.1.1无线传感器网络管理面临的问题144

7.1.2无线传感器网络管理系统设计要求145

7.1.3无线传感器网络管理系统的分类145

7.2网络拓扑结构管理145

7.2.1网络拓扑结构管理概述146

7.2.2基于分簇层次性拓扑结构148

7.2.3基于功率控制的拓扑结构152

7.2.4启发式节点唤醒和休眠机制155

7.3能量管理157

7.3.1能量管理概述157

7.3.2硬件能耗设计157

7.3.3状态调制机制159

7.3.4通信能耗162

7.3.5拓扑结构能耗分析163

7.3.6路由协议能耗分析163

7.4网络安全技术管理165

7.4.1网络安全技术概述165

7.4.2网络安全分类166

7.4.3 WSN网络安全设计策略169

7.4.4网络安全框架协议分析175

思考题179

第8章 无线传感器网络关键技术180

8.1时间同步机制180

8.1.1时间同步机制概述180

8.1.2时钟模181

8.1.3基于接收者和接收者的时间同步机制182

8.1.4基于发送者和接收者的双向时间同步机制184

8.1.5基于发送者和接收者的单向时间同步机制187

8.1.6时间同步机制的误差来源及性能指标190

8.1.7时间同步机制的主要应用191

8.1.8时间同步机制面临的问题192

8.2无线传感器网络定位技术193

8.2.1无线传感器网络定位技术概述193

8.2.2定位技术基本概念193

8.2.3节点定位算法分类194

8.2.4典型定位系统201

8.3数据融合技术203

8.3.1数据融合概述203

8.3.2数据融合方法分类204

8.3.3主要数据融合方法分析205

8.4无线传感器网络目标跟踪技术210

8.4.1目标跟踪概述210

8.4.2目标跟踪步骤211

8.4.3无线传感器网络协作跟踪211

8.4.4典型目标跟踪算法比较216

8.4.5无线传感器网络主要跟踪技术218

思考题220

第9章 无线传感器网络仿真实验工具221

9.1 NS2221

9.1.1 NS2简介221

9.1.2 Tcl/OTcl语言简介222

9.1.3 OTcl连接225

9.1.4 NS基本组件229

9.1.5实例分析233

9.2 OPNET235

9.2.1 OPNET仿真流程236

9.2.2 OPNET建模237

9.2.3 OPNET Modeler开发环境237

9.3 GloMoSim239

9.4 TOSSIM240

9.5 SensorSim241

9.6 OMNeT＋＋242

9.7 SENSE243

思考题243

第10章 无线传感器网络应用技术244

10.1环境领域的应用244

10.1.1生态环境监控实验系统244

10.1.2山体滑坡监测系统245

10.1.3地震监测系统246

10.1.4基于无线传感器网的极端环境监测系统247

10.2医疗领域的应用248

10.2.1人体行为模式监测应用248

10.2.2远程监护系统249

10.3交通领域的应用250

10.3.1车辆检测与识别应用250

10.3.2智能交通信息采集系统251

10.4农业领域的应用253

10.4.1蔬菜园环境监测应用253

10.4.2园艺温室环境监控系统254

10.5建筑领域的应用255

10.5.1建筑质量监测应用255

10.5.2建筑火灾探测与监控应用256

10.5.3室内空间监控系统257

10.5.4智能家居系统258

10.6其他应用259

10.6.1煤矿安全监测系统259

10.6.2高压输电线路监测应用261

10.6.3轴承温度监测系统261

思考题262

参考文献263