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第1章 绪论1

1.1 无线传感网络概述1

1.1.1 无线网络及其分类1

1.1.2 基本概念2

1.1.3 节点类型3

1.1.4 感知节点功能单元5

1.1.5 体系结构6

1.2 无线传感网络的发展与应用7

1.2.1 发展历程与方向7

1.2.2 典型应用举例8

1.3 无线传感网络的主要特点与关键技术18

1.3.1 主要特点18

1.3.2 关键技术20

1.4 无线传感网与物联网23

1.4.1 物联网概述23

1.4.2 无线传感网与物联网25

本章小结26

课后思考题27

第2章 短距离无线通信技术与标准28

2.1 ZigBee28

2.1.1 ZigBee的性能特点29

2.1.2 ZigBee的体系结构29

2.1.3 ZigBee的工作过程37

2.2 6LoWPAN38

2.2.1 6LoWPAN的基本特点38

2.2.2 6LoWPAN的体系结构39

2.2.3 6LoWPAN的主要功能39

2.2.4 6LoWPAN的帧格式41

2.3 蓝牙44

2.3.1 蓝牙的性能特点44

2.3.2 蓝牙的体系结构45

2.3.3 蓝牙的功能单元48

2.3.4 蓝牙的通信过程48

2.4 Wi-Fi49

2.4.1 Wi-Fi的性能特点50

2.4.2 Wi-Fi的主要技术50

2.4.3 Wi-Fi的功能单元53

2.4.4 Wi-Fi的拓扑结构54

2.5 其他短距离无线通信技术与标准55

2.5.1 ISA100.1 1a55

2.5.2 WirelessHART57

2.5.3 WIA-PA58

2.5.4 Z-Wave59

2.5.5 RFID60

2.5.6 NFC63

2.5.7 UWB63

本章小结65

课后思考题65

第3章 无线传感网络拓扑控制66

3.1 拓扑控制的主要任务和目标66

3.2 无线传感网络拓扑结构形式67

3.2.1 平面网络结构67

3.2.2 层次网络结构68

3.2.3 混合网络结构68

3.2.4 Mesh网络结构69

3.3 基于能量均衡的拓扑控制70

3.3.1 基于统一功率分配的控制方法70

3.3.2 基于节点度数的控制方法71

3.3.3 基于邻近图的拓扑控制71

3.4 基于分簇的拓扑控制73

3.4.1 LEACH算法73

3.4.2 HEED算法75

3.4.3 TopDisc算法76

3.4.4 GAF算法78

3.4.5 ASCENT算法78

本章小结80

课后思考题80

第4章 无线传感网络覆盖控制81

4.1 覆盖控制的主要内容81

4.2 覆盖控制的概念和指标82

4.2.1 基本概念82

4.2.2 算法的评价指标83

4.3 节点部署方式和感知模型84

4.3.1 节点部署方式84

4.3.2 节点感知模型85

4.4 覆盖分类86

4.5 典型的覆盖控制算法88

4.5.1 基于网格的覆盖控制88

4.5.2 基于圆周的覆盖控制89

4.5.3 基于连通传感器的覆盖控制90

4.5.4 基于轮换活跃／休眠的覆盖控制91

本章小结92

课后思考题92

第5章 无线传感网络节点定位93

5.1 概述93

5.2 定位原理与基本术语94

5.3 方法分类95

5.4 技术指标96

5.5 基于测距的定位方法97

5.5.1 测距阶段98

5.5.2 定位阶段99

5.6 与距离无关的定位方法102

5.6.1 质心定位102

5.6.2 DV-Hop定位103

5.6.3 Amorphous定位104

5.6.4 APIT定位104

5.6.5 凸规划定位105

5.6.6 MAP定位105

本章小结105

课后思考题106

第6章 无线传感网络路由协议107

6.1 路由设计原则107

6.2 路由协议分类110

6.3 以数据为中心的平面路由111

6.3.1 Flooding路由111

6.3.2 Gossiping路由113

6.3.3 SPIN路由113

6.4 基于查询的路由114

6.4.1 DD路由115

6.4.2 Rumor谣传路由116

6.5 基于能量感知的路由118

6.5.1 EA路由118

6.5.2 MPEA路由119

6.5.3 能量感知路由的改进121

6.6 基于地理位置的路由122

6.6.1 GPSR路由123

6.6.2 GAF路由124

6.6.3 GEAR路由125

6.6.4 GEM路由127

6.7 基于分簇的路由129

6.7.1 LEACH路由129

6.7.2 TEEN路由131

6.7.3 PEGASIS路由132

6.7.4 TTDD路由133

6.8 基于QoS的路由134

6.8.1 SAR路由135

6.8.2 SPEED路由135

本章小结136

课后思考题137

第7章 无线传感网络操作系统138

7.1 TinyOS操作系统138

7.1.1 TinyOS的框架结构139

7.1.2 TinyOS的硬件平台抽象140

7.1.3 TinyOS的调度机制141

7.1.4 nesC语言141

7.2 Contiki操作系统146

7.2.1 Contiki的功能特点146

7.2.2 Contiki的源代码结构147

7.2.3 Contiki的环境搭建148

7.3 MantisOS操作系统149

7.3.1 MantisOS的体系结构149

7.3.2 MantisOS的设计举例151

7.4 SOS操作系统152

7.4.1 SOS的体系结构152

7.4.2 SOS的功能特点153

7.4.3 SOS的通信机制153

7.5 Z-Stack154

7.5.1 Z-Stack的体系架构155

7.5.2 Z-Stack的目录结构156

7.5.3 Z-Stack的工作流程157

本章小结159

课后思考题160

第8章 无线传感网络安全策略161

8.1 无线传感网络的安全要求161

8.1.1 安全现状分析161

8.1.2 安全需求162

8.1.3 安全目标163

8.2 攻击类型164

8.3 安全威胁165

8.4 安全策略167

8.4.1 加密算法的选择167

8.4.2 密钥管理174

8.4.3 安全认证176

8.5 无线传感网络安全举例178

8.5.1 SNEP加密178

8.5.2 μTESLA认证179

本章小结180

课后思考题181

第9章 无线传感网络远程传输182

9.1 网络传输182

9.1.1 因特网传输182

9.1.2 以太网传输184

9.1.3 无线局域网传输186

9.2 移动通信传输187

9.2.1 移动通信技术188

9.2.2 移动通信远程传输应用举例189

9.3 微波传输191

9.4 卫星传输192

9.4.1 卫星通信简介192

9.4.2 北斗卫星数据传输193

9.5 光纤传输195

9.5.1 光纤通信原理195

9.5.2 光纤通信应用举例197

本章小结199

课后思考题199

第10章 无线传感网络应用设计200

10.1 无线传感节点的设计原则200

10.2 无线传感节点的功能模块201

10.3 无线传感网络节点设计方案206

10.4 设计举例209

10.4.1 芯片选型210

10.4.2 开发环境213

10.4.3 程序示例219

本章小结227

课后思考题227

参考文献228