無線傳感器網(wǎng)絡：理論及應用

第1章緒論
1.1傳感器網(wǎng)絡的概念
1.1.1傳感器及其發(fā)展
1.1.2無線傳感器網(wǎng)絡
1.1.3無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)勢
1.2傳感器網(wǎng)絡的典型應用
1.2.1應用類型
1.2.2典型應用領(lǐng)域
1.3傳感器網(wǎng)絡的應用特征
1.3.1感知信息收集的任務型網(wǎng)絡
1.3.2以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡
1.3.3資源限制的傳感器節(jié)點
1.3.4可擴展的動態(tài)自治網(wǎng)絡系統(tǒng)
1.3.5大規(guī)模的異構(gòu)系統(tǒng)
1.4傳感器網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)
1.4.1系統(tǒng)設計的挑戰(zhàn)
1.4.2關(guān)鍵技術(shù)
1.5傳感器網(wǎng)絡的標準化
1.5.1標準化工作概述
1.5.2IEEE 802.15標準族
1.5.3基于IEEE 802.15.4的協(xié)議族
1.5.4其他標準
1.6傳感器網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展
1.7本書章節(jié)安排
習題
參考文獻
第2章傳感器網(wǎng)絡節(jié)點
2.1設計需求
2.2結(jié)構(gòu)與接口
2.2.1數(shù)據(jù)通路
2.2.2外部接口
〖〗〖〗2.3硬件模塊
2.3.1傳感模塊
2.3.2處理器模塊
2.3.3無線通信模塊
2.3.4能量供應模塊
2.3.5存儲模塊
2.4節(jié)能技術(shù)
2.4.1動態(tài)功耗管理
2.4.2動態(tài)電壓調(diào)節(jié)
2.5節(jié)點硬件平臺
2.5.1通用平臺
2.5.2專用平臺
2.5.3高性能平臺
2.5.4網(wǎng)關(guān)平臺
2.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第3章操作系統(tǒng)
3.1概述
3.1.1傳感器網(wǎng)絡對操作系統(tǒng)的需求
3.1.2傳感網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的設計要素
3.2體系結(jié)構(gòu)
3.3調(diào)度
3.3.1事件驅(qū)動
3.3.2多線程
3.3.3混合調(diào)度結(jié)構(gòu)
3.4文件系統(tǒng)
3.5內(nèi)存分配
3.5.1靜態(tài)內(nèi)存分配
3.5.2動態(tài)內(nèi)存分配
3.6重編程
3.6.1單一映像
3.6.2虛擬機
3.6.3可加載模塊
3.6.4增量更新
3.7典型的節(jié)點操作系統(tǒng)
3.7.1TinyOS操作系統(tǒng)
3.7.2Contiki操作系統(tǒng)
3.7.3常見操作系統(tǒng)的對比分析
3.8本章小結(jié)
習題
參考文獻
第4章無線傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)
4.1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
4.1.1扁平結(jié)構(gòu)與分層結(jié)構(gòu)
4.1.2單sink與多sink
4.2協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
4.2.1傳統(tǒng)的TCP/IP分層協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.2.2二維型傳感器網(wǎng)絡協(xié)議模型
4.2.3細腰型傳感器網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.3跨層設計
4.3.1跨層設計的基本概念
4.3.2典型的跨層協(xié)議結(jié)構(gòu)
4.4全IP化
4.4.1傳感器網(wǎng)絡全IP化的必要性
4.4.2全IP化的挑戰(zhàn)及標準化工作
4.5網(wǎng)絡管理
4.5.1傳感器網(wǎng)絡管理概述
4.5.2傳感器網(wǎng)絡管理功能
4.5.3傳感器網(wǎng)絡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第5章無線通信基礎(chǔ)
5.1無線通信技術(shù)概述
5.2無線通信頻譜
5.2.1電磁頻譜
5.2.2ISM免費頻段
5.2.3ISM頻段的干擾與共存性
5.3無線通信媒介
5.3.1無線電波
5.3.2紅外線
5.3.3激光
5.4天線
5.5無線電波傳播特性
5.5.1無線信號基本傳播機制
5.5.2無線信號覆蓋范圍
5.5.3無線信號強度表示
5.6無線信道傳播模型
5.7調(diào)制與解調(diào)
5.7.1調(diào)制與解調(diào)基本概念
5.7.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)
5.8擴頻通信技術(shù)
5.8.1直接序列擴頻
5.8.2跳頻擴頻
5.9無線信道的多路復用
5.9.1頻分復用
5.9.2時分復用
5.9.3碼分復用
5.9.4空分復用
5.9.5正交頻分復用
5.10超寬帶技術(shù)
5.11本章小結(jié)
習題
參考文獻
第6章拓撲控制技術(shù)
6.1網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)簡介
6.2拓撲控制基礎(chǔ)知識
6.2.1基本術(shù)語
6.2.2影響因素
6.2.3拓撲控制的設計目標
6.2.4拓撲控制的主要技術(shù)
6.3功率控制
6.3.1基于節(jié)點度的功率控制
6.3.2基于鄰近圖的功率控制
6.3.3基于方向的功率控制
6.3.4基于干擾的拓撲控制
6.4睡眠調(diào)度
6.4.1連通支配集算法
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本章小結(jié)
習題
參考文獻
第7章MAC協(xié)議
7.1概述
7.1.1無線網(wǎng)絡的信道訪問控制方式分類
7.1.2傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議的特點
7.1.3傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議的節(jié)能設計
7.2競爭型的MAC協(xié)議
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協(xié)議
7.3.1TRAMA（TDMAW）
7.3.2BMAMAC (IPSN04)
7.3.3DMAC (IPDPS04)
7.4混合型的MAC協(xié)議
7.4.1ZMAC （SenSys, CSMA/TDMA）
7.4.2FunnelingMAC （SenSys，CSMA/TDMA）
7.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第8章路由技術(shù)
8.1傳統(tǒng)網(wǎng)絡中的路由
8.1.1有線Internet網(wǎng)絡中的路由
8.1.2Ad Hoc網(wǎng)絡中的路由
8.2傳感器網(wǎng)絡中的路由
8.2.1傳感器網(wǎng)絡的路由需求
8.2.2傳感器網(wǎng)絡特點對路由協(xié)議設計的影響
8.2.3路由選擇考慮的因素
8.2.4傳感器網(wǎng)絡路由的評價標準
8.3傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議分類
8.4典型傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議
8.4.1洪泛和閑聊路由
8.4.2以數(shù)據(jù)為中心的路由
8.4.3地理位置信息路由
8.4.4層次式路由
8.4.5QoS路由
8.4.6多徑路由
8.4.7基于節(jié)點移動的路由
8.4.8實用化路由協(xié)議介紹
8.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第9章傳輸控制技術(shù)
9.1傳輸控制協(xié)議概述
9.1.1傳輸層協(xié)議的功能
9.1.2TCP協(xié)議
9.1.3傳感器網(wǎng)絡中的傳輸控制
9.1.4傳感器網(wǎng)絡傳輸層協(xié)議評價指標
9.2擁塞控制機制
9.2.1擁塞產(chǎn)生的原因
9.2.2擁塞的分類
9.2.3擁塞控制
9.2.4典型的擁塞控制方法
9.2.5擁塞避免
9.3可靠傳輸機制
9.3.1可靠性的定義
9.3.2可靠性保障的基本思想
9.3.3典型的可靠性保障機制
9.4本章小結(jié)
習題
參考文獻
第10章實用化組網(wǎng)標準協(xié)議
10.1IEEE 802.15.4
10.1.1網(wǎng)絡設備類型
10.1.2網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)
10.1.3物理層
10.1.4MAC層
10.2ZigBee
10.2.1網(wǎng)絡節(jié)點類型及網(wǎng)絡拓撲
10.2.2協(xié)議棧
10.2.3網(wǎng)絡層
10.2.4應用層
10.2.5ZigBee安全框架
10.3工業(yè)無線網(wǎng)絡
10.3.1WireleessHART
10.3.2ISA 100.11a
10.3.3WIAPA
10.3.4WIAPA、WirelessHART、ISA SP100三種工業(yè)無線技術(shù)的比較
10.46LowPAN
10.4.1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與設備
10.4.2協(xié)議棧
10.4.3適配層
10.4.4路由協(xié)議
10.5藍牙
10.5.1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與設備
10.5.2藍牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)
10.5.3射頻
10.5.4基帶
10.5.5藍牙組網(wǎng)技術(shù)
10.5.6藍牙應用規(guī)范
10.5.7低功耗藍牙
10.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第11章感知覆蓋
11.1覆蓋基本知識
11.1.1基本概念和術(shù)語
11.1.2節(jié)點感知模型
11.1.3覆蓋問題的分類
11.1.4傳感器網(wǎng)絡覆蓋技術(shù)考慮的主要因素
11.2點覆蓋
11.2.1確定性點覆蓋
11.2.2隨機點覆蓋
11.3區(qū)域覆蓋
11.3.1確定性區(qū)域覆蓋
11.3.2隨機區(qū)域覆蓋
11.4柵欄覆蓋
11.4.1最壞與最佳情況覆蓋模型
11.4.2基于暴露量的覆蓋模型
11.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第12章時間同步
12.1基礎(chǔ)知識
12.1.1本地時間
12.1.2時間同步
12.1.3協(xié)議分類
12.1.4面臨的挑戰(zhàn)
12.2基于消息的時間同步協(xié)議
12.2.1網(wǎng)絡時間協(xié)議
12.2.2參考廣播協(xié)議
12.2.3TPSN同步協(xié)議
12.2.4FTSP同步協(xié)議
12.2.5tinysync和minisync同步協(xié)議
12.2.6最新進展
12.3基于全局信號的時間同步協(xié)議
12.3.1授時同步
12.3.2基于電力線的時鐘同步協(xié)議
12.3.3基于FM無線信號的時鐘同步協(xié)議ROCS
12.4本章小結(jié)
習題
參考文獻
第13章定位技術(shù)
13.1基礎(chǔ)知識
13.1.1無線定位
13.1.2傳感器網(wǎng)絡定位
13.2測距技術(shù)
13.2.1基于ToA的測距
13.2.2基于TDoA的測距
13.2.3基于AoA的測距
13.2.4基于RSS的測距
13.3基于測距的定位算法
13.3.1定位方法
13.3.2定位系統(tǒng)
13.4測距無關(guān)的定位算法
13.4.1質(zhì)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指紋定位算法
13.5其他相關(guān)問題討論
13.5.1節(jié)點可定位性
13.5.2定位誤差分析
13.5.3定位誤差控制
13.5.4移動節(jié)點輔助定位
13.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第14章仿真與測試
14.1概述
14.2模擬仿真
14.2.1TOSSIM
14.2.2OMNeT++
14.2.3NS2
14.2.4其他工具
14.3系統(tǒng)驗證
14.3.1HINT
14.3.2MoteWorks
14.3.3MoteLab
14.4在線監(jiān)測
14.4.1網(wǎng)絡嗅探
14.4.2網(wǎng)絡斷層掃描
14.5協(xié)議測試
14.5.1一致性測試
14.5.2互操作性測試
14.5.3性能測試
14.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第15章安全技術(shù)
15.1概述
15.1.1安全威脅
15.1.2安全需求
15.1.3安全機制
15.2密鑰管理
15.2.1密鑰管理協(xié)議的安全需求
15.2.2密鑰管理協(xié)議的分類
15.2.3對稱密鑰管理
15.2.4非對稱密鑰管理
15.3認證及完整性保護
15.3.1基于對稱密碼體制的廣播認證方案
15.3.2基于非對稱密碼體制的認證方案研究
15.4入侵檢測
15.4.1入侵檢測體系
15.4.2入侵檢測方法
15.4.3入侵容忍
15.5其他安全技術(shù)
15.5.1安全路由
15.5.2安全定位
15.5.3安全時間同步
15.5.4安全數(shù)據(jù)融合
15.5.5隱私及匿名保護
15.6本章小結(jié)
習題
參考文獻