第1篇 智能网络传感器技术
第1章 智能网络传感器系统……2
1.1 传感器技术发展概述……2
1.2 智能网络传感器概述……3
1.2.1 智能网络传感器概念与原理……3
1.2.2 智能网络传感器实现途径……4
1.2.3 有线智能网络传感器……6
1.2.4 无线智能网络传感器……8
1.3 智能网络传感器系统体系结构……14
1.3.1 基于IEEE1451.2标准的智能网络传感器体系结构……14
1.3.2 基于TCP/IP协议的智能网络传感器体系结构……15
1.4 智能网络传感器系统发展趋势……17
第2章 基于以太网的智能网络传感器系统……18
2.1 基于以太网的智能网络传感器系统概述……18
2.2 以太网协议标准与TCP/IP协议栈……19
2.2.1 工业以太网协议……19
2.2.2 以太网协议……21
2.2.3 以太网协议与TCP/IP协议栈的关系……22
2.2.4 嵌入式以太网技术的优势……25
2.3 基于以太网的智能网络传感器硬件结构……25
2.3.1 硬件平台通用总体结构……25
2.3.2 存储设备……26
2.4 基于以太网的智能网络传感器软件结构……29
2.4.1 硬件模块驱动程序设计……30
2.4.2 嵌入式操作系统……32
2.4.3 嵌入式TCP/IP协议栈……33
参考文献……35
第3章 无线智能网络传感器……36
3.1 无线智能网络传感器构成……36
3.1.1 微处理器与存储模块……36
3.1.2 电源模块……39
3.1.3 传感器模块……39
3.1.4 无线通信模块……40
3.2 无线智能网络传感器实例……42
3.2.1 智能灰尘……42
3.2.2 Mica系列节点……45
3.2.3 GAINS节点……46
3.2.4 SIA-MS-1.0节点……48
3.2.5 WMNMCS ……49
3.3 无线智能网络传感器天线设计……51
3.3.1 天线类型选择……51
3.3.2 天线特性……53
3.3.3 鞭状天线……54
3.3.4 PCB微带环形天线……55
3.4 无线智能网络传感器研究中的若干问题……57
参考文献……58
第2篇 无线传感器网络体系结构与拓扑结构
第4章 无线传感器网络概述……60
4.1 无线传感器网络的概念、特点及应用……60
4.1.1 无线传感器网络的概念……60
4.1.2 无线传感器网络的特点……62
4.1.3 无线传感器网络的应用……64
4.2 无线传感器网络与现有网络比较……68
4.2.1 无线传感器网络与现场总线的区别……69
4.2.2 无线传感器网络与无线自组织网络的区别……69
4.2.3 无线传感器网络与无线自组织网络的共性……70
4.3 无线传感器网络关键技术及研究进展……71
4.3.1 无线传感器网络关键技术……71
4.3.2 无线传感器网络国外研究进展……73
4.3.3 无线传感器网络国内研究进展……77
4.4 无线传感器网络研究新动态及发展趋势……79
参考文献……81
第5章 无线传感器网络体系结构与拓扑结构……82
5.1 无线传感器网络体系结构……82
5.1.1 应用需求与应用模式……82
5.1.2 无线传感器网络功能结构、逻辑结构及典型体系结构……84
5.1.3 网络节点体系结构……87
5.1.4 层次化网络结构……90
5.2 无线传感器网络拓扑结构及控制……98
5.2.1 拓扑结构分类及拓扑发现……98
5.2.2 无线传感器网络拓扑控制……103
5.2.3 无线传感器网络拓扑控制算法……104
参考文献……115
第6章 无线传感器网络覆盖与连通……117
6.1 无线传感器网络覆盖与连通问题概述……117
6.1.1 网络覆盖问题概述……118
6.1.2 网络连通问题概述……120
6.1.3 覆盖与连通基本理论……120
6.1.4 网络连通可靠性……122
6.2 无线传感器网络覆盖与连通模型……125
6.2.1 覆盖与连通模型……125
6.2.2 网络节点数目计算……128
6.2.3 覆盖率计算……129
6.3 最优分簇数目……130
6.3.1 节点能耗模型与基本假设……130
6.3.2 簇头聚集能力不受限时的最优分簇数目……131
6.3.3 簇头聚集能力受限时的最优分簇数目……133
参考文献……134
第3篇 无线传感器网络组网协议
第7章 无线传感器网络物理层协议……138
7.1 物理层概述……138
7.2 物理层主要技术……139
7.2.1 通信介质及频段……140
7.2.2 调制与解调技术……140
7.2.3 扩频技术……146
7.3 无线传感器网络物理层协议研究现状……150
7.3.1 介质和频段选择研究……150
7.3.2 休眠机制……151
7.3.3 调制和扩频机制……152
7.4 物理层面临的挑战与有待解决的问题……156
7.4.1 物理层面临的挑战……156
7.4.2 物理层有待解决的问题……157
参考文献……159
第8章 无线传感器网络MAC协议……160
8.1 无线传感器网络MAC协议概述……160
8.2 典型MAC协议分析……161
8.2.1 多收发器式MAC协议……162
8.2.2 调度式MAC协议……163
8.2.3 非调度式MAC协议……165
8.2.4 混合式MAC协议……167
8.2.5 基于跨层设计的MAC协议……167
8.2.6 典型MAC协议性能比较……168
8.3 无线传感器网络MAC协议设计策略……169
8.4 基于动态非等分时隙的MAC协议……170
8.4.1 ASVMAC协议相关定义……170
8.4.2 ASVMAC协议总体描述……171
8.4.3 非等分时隙协议设计与选举算法……171
8.4.4 ASVMAC协议能耗有效性分析……175
参考文献……176
第9章 无线传感器网络路由协议……178
9.1 路由协议概述……178
9.2 路由协议分类……179
9.3 路由协议研究现状……181
9.3.1 典型路由协议原理……181
9.3.2 路由协议性能比较……187
9.3.3 路由协议的设计原则……190
9.4 基于优先级的PMRP多径路由算法……190
9.4.1 PMRP多径路由算法原理……191
9.4.2 PMRP算法仿真……193
9.5 基于动态负载均衡树的DLBTP路由算法……194
9.5.1 DLBTP路由算法原理……197
9.5.2 DLBTP路由算法仿真……200
9.6 无尺度混合跳分层路由协议……202
9.6.1 网络分层路由的数学模型……202
9.6.2 FSSMH路由协议相关阐述……203
9.6.3 FSSMH路由协议设计……204
9.6.4 FSSMH路由协议仿真试验与性能评价……207
9.7 路由协议面临的挑战与有待解决的问题……210
9.7.1 路由协议面临的挑战……210
9.7.2 路由协议有待解决的问题……211
参考文献……212
第4篇 无线传感器应用支撑与关键技术
第10章 无线传感器网络时钟同步……216
10.1 时钟同步概述……216
10.1.1 时钟模型……216
10.1.2 时钟同步算法执行周期……217
10.1.3 时钟同步评价指标……217
10.2 传统网络时钟同步算法……218
10.3 典型时钟同步算法……218
10.3.1 额外硬件支持的时钟同步……220
10.3.2 单向广播式时钟同步算法……220
10.3.3 双向成对时钟同步……223
10.3.4 基于锁相环的时间同步机制与算法……225
10.3.5 同步算法性能比较……226
10.4 时钟同步研究展望……227
参考文献……227
第11章 无线传感器网络节点定位……229
11.1 节点定位概述……229
11.2 典型定位方法……230
11.2.1 基于距离的定位算法……230
11.2.2 非基于距离的定位算法……236
11.3 基于时间差的节点定位方法……238
11.3.1 网络模型与定位算法……238
11.3.2 定位误差分析……241
11.3.3 定位试验……241
11.4 节点定位过程中的安全问题……242
11.4.1 攻击样式……242
11.4.2 安全定位系统及算法……243
参考文献……245
第12章 无线传感器网络接入技术……247
12.1 接入技术概述……247
12.2 接入方式研究现状……248
12.2.1 代理接入方式……248
12.2.2 直接接入方式……249
12.3 无线传感器网络接入因特网……250
12.3.1 网络互联结构……250
12.3.2 基于嵌入式Web服务器的互联结构……251
12.4 Sink的多接入模式……252
12.5 Sink节点接入以太网通信传输协议研究……256
12.5.1 嵌入式TCP/IP协议栈μLwIP的设计……256
12.5.2 μLwIP层次协议设计……257
12.5.3 μLwIP的Sink节点嵌入与移植……264
12.5.4 嵌入式Web服务器的实现……266
12.5.5 Sink节点动态网页和本地文件读写与保存的中间件……267
12.6 无线传感器网络接入网格……269
12.6.1 相关研究工作及关键技术……270
12.6.2 无线传感器网络接入网格的结合框架……271
参考文献……275
第13章 无线传感器网络QoS技术……276
13.1 无线传感器网络QoS概述……276
13.1.1 传统数据网络QoS技术……276
13.1.2 AdHoc网络QoS技术……277
13.1.3 无线传感器网络QoS需求……278
13.1.4 无线传感器网络QoS特点……280
13.1.5 无线传感器网络QoS研究现状……282
13.2 无线传感器网络QoS关键技术……284
13.2.1 能源管理……284
13.2.2 覆盖控制……285
13.2.3 数据融合……286
13.2.4 拥塞控制……287
13.3 无线传感器网络QoS评价指标……288
13.4 无线传感器网络QoS路由协议……289
13.5 基于跨层设计的QoS保障机制……290
13.5.1 无线传感器网络基于QoS的总体框架……290
13.5.2 无线传感器网络QoS需求的权衡关系……292
13.5.3 基于QoS保证的跨层设计……293
13.6 其他QoS保障机制……293
13.6.1 基于中间件的主动QoS机制……293
13.6.2 QoS动态资源管理方式……293
13.6.3 确保实时业务的QoS方法……294
13.7 无线传感器网络QoS研究面临的挑战……295
参考文献……296
第14章 无线传感器网络安全技术……298
14.1 无线传感器网络安全概述……298
14.1.1 网络安全需求……299
14.1.2 网络安全问题特点……300
14.1.3 安全问题研究现状……302
14.1.4 安全问题研究的挑战……305
14.2 安全问题策略分析……307
14.2.1 物理层安全问题……307
14.2.2 链路层安全问题……308
14.2.3 网络层与数据融合层安全问题……309
14.2.4 传输层与应用层安全问题……310
14.3 无线传感器网络认证机制……310
14.3.1 信息安全威胁与认证目标……310
14.3.2 基本认证协议……311
14.3.3 双向认证和广播认证协议……312
14.3.4 高级认证协议……313
14.4 无线传感器网络密钥管理机制……315
14.4.1 密钥管理基础……315
14.4.2 密钥管理模型……316
14.5 网络入侵检测技术……319
14.5.1 入侵检测需求……319
14.5.2 入侵检测基础……320
14.5.3 几种入侵检测方案……322
14.5.4 入侵检测研究方向……325
14.6 基于比较的多源网络簇节点故障判定算法……326
14.6.1 节点故障判定系统模型……326
14.6.2 网络簇节点故障判定模型……328
14.6.3 故障判定模型评价标准……329
14.6.4 网络节点判定处理过程……330
14.6.5 仿真试验与性能分析……330
参考文献……332
第5篇 无线传感器原型系统与应用实例
第15章 无线传感器网络节点平台开发实例……336
15.1 网络节点低功耗设计策略……336
15.1.1 微控制器模块低功耗设计……336
15.1.2 无线通信低功耗设计……337
15.2 传感器节点模块设计……338
15.2.1 微处理器模块设计……338
15.2.2 无线通信模块设计……339
15.2.3 传感节点软件设计……341
15.3 Sink节点的特殊性设计……348
15.3.1 处理模块设计……348
15.3.2 以太网互联模块设计……350
15.3.3 无线通信软件设计……350
15.3.4 电源模块设计……355
15.4 网络节点系统实现与功耗测试……356
15.4.1 节点系统实现……356
15.4.2 传感节点功耗测试……356
参考文献……357
第16章 无线传感器网络原型验证系统……359
16.1 智能监测原型系统体系结构……359
16.2 原型系统模块构成与功能描述……360
16.3 组网算法设计……361
16.3.1 网络协议低功耗设计策略……361
16.3.2 物理层数据传输协议设计……362
16.3.3 数据融合算法设计……363
16.4 监测系统应用软件设计……367
16.5 基于电源实验台的无线传感器网络功能测试床……369
16.5.1 测试床场景……369
16.5.2 功能性试验与结论……370
16.6 可靠性测试设备整体性能监测……371
16.6.1 监测需求分析……371
16.6.2 传感器节点数据采集硬软件设计……372
16.6.3 监测系统体系结构描述……373
16.6.4 监测系统性能测试与运行结果分析……375
参考文献……378
第17章 无线传感器网络模拟器……379
17.1 常用模拟器原理及特点……379
17.1.1 无线网络模拟器……379
17.1.2 无线传感器网络模拟器……383
17.1.3 无线传感器网络后台软件……384
17.2 分簇型无线传感器网络模拟器CWSNS的设计与实现……388
17.2.1 CWSNS的结构与原理……388
17.2.2 典型类的设计……389
17.2.3 类的相互关系……392
17.3 CWSNS仿真流程及仿真实例……392
17.3.1 CWSNS仿真流程……392
17.3.2 仿真实例……393
参考文献……395
第18章 无线传感器网络应用实例……396
18.1 军事应用……396
18.2 国家安全……399
18.3 工业领域……399
18.3.1 工业安全……399
18.3.2 先进制造……400
18.3.3 交通控制管理……400
18.3.4 安防系统……401
18.3.5 仓储物流管理……401
18.4 农业领域……402
18.5 其他领域的典型应用……404 2100433B
