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第一部分　总论5

第1章　绪论5

1.1　无线传感器网络概述5

1.1.1　无线传感器网络的基本概念5

1.1.2　无线传感器网络的特点6

1.1.3　无线传感器网络的应用领域8

1.2　无线传感器网络的发展11

1.2.1　无线数据网络11

1.2.2　无线传感器网络14

1.3　无线传感器网络的研究15

1.3.1　无线传感器网络面临的挑战15

1.3.2　无线传感器网络的关键技术17

1.3.3　无线传感器网络技术发展趋势20

参考文献22

第二部分　无线传感器网络通信技术27

第2章　无线传感器网络的物理层27

2.1　物理层技术概述27

2.1.1　物理层的基本概念27

2.1.2　无线通信物理层的主要技术29

2.2 IEEE802.15.442

2.2.1 IEEE802.15.4物理层概述42

2.2.2 IEEE802.15.4物理层服务规范43

2.2.3 IEEE802.15.4物理层的帧结构48

2.3　超宽带技术49

2.3.1　超宽带技术的基本原理50

2.3.2　超宽带技术的特点53

2.3.3　超宽带技术的研究现状54

2.3.4　超宽带技术在无线传感器网络中的应用55

2.4　无线传感器网络物理层的研究56

2.4.1　无线传感器网络物理层需要解决的问题56

2.4.2　无线传感器网络物理层的研究现状58

2.5　无线传感器网络物理层面临的技术挑战65

参考文献66

第3章　无线传感器网络的信道接入68

3.1　无线网络信道接入概述68

3.2　基于竞争机制的信道接入技术69

3.2.1　基于竞争协议的信道接入技术概述69

3.2.2　隐藏终端和暴露终端72

3.2.3　退避算法75

3.3.2 TDMA方式77

3.3.1 FDMA方式77

3.3　基于固定分配的信道接入技术77

3.3.3 CDMA方式80

3.3.4 SDMA方式82

3.4 按需分配的信道接入技术82

3.4.1 PCF方式83

3.4.2 WTRP方式83

3.5　无线传感器网络信道接入技术的研究88

3.5.1　无线传感器网络信道接入技术需要解决的问题88

3.5.2　无线传感器网络信道接入技术的研究现状89

3.5.3 S-MAC协议91

3.5.4 DE-MAC协议96

3.5.5 MD协议98

参考文献102

3.6　无线传感器网络信道接入技术面临的技术挑战102

第4章　无线传感器网络的路由107

4.1　无线网络路由协议概述107

4.1.1　路由的基本概念107

第三部分　无线传感器网络组网技术107

4.1.2　路由算法及协议108

4.2　无线自组网络路由协议研究110

4.2.1　无线自组网络路由协议需要解决的主要问题110

4.2.2　无线自组网络路由协议的分类111

4.2.3　无线自组网络平面路由协议112

4.2.4　无线自组网络分层路由协议115

4.2.5　无线自组网络地理定位辅助路由协议116

4.3.1　无线传感器网络路由协议需要解决的问题118

4.3　无线传感器网络路由协议研究118

4.3.2　无线传感器网络路由协议的分类119

4.3.3　无线传感器网络平面路由协议120

4.3.4　网络分层路由协议126

4.3.5　无线传感器网络地理定位辅助路由协议132

4.4　无线传感器网络路由协议的优化135

4.4.1　路由协议的比较135

4.4.2　路由协议的优化方法136

4.4.3　以数据为中心的启发式数据收集算法137

4.5　无线传感器网络路由协议面临的技术挑战138

参考文献139

5.1.2　传输协议142

5.1.1　传输层的基本概念142

第5章　无线传感器网络传输协议142

5.1　无线传输协议概述142

5.2　无线传感器网络传输协议研究144

5.2.1　无线传感器网络传输协议需要解决的问题145

5.2.2 PSFQ协议146

5.2.3 ESRT协议148

5.3　无线传感器网络与Internet的互联151

5.3.1　网络互联结构152

5.3.2　网络互联协议156

参考文献158

6.1　无线传感器网络的拓扑发现161

6.1.2　拓扑发现研究161

6.1.1　拓扑发现的基本概念161

第6章　无线传感器网络的构建161

第四部分　无线传感器网络管理技术161

6.1.3　拓扑发现面临的技术挑战165

6.2　无线传感器网络节点定位165

6.2.1　节点定位的基本概念165

6.2.2　节点定位的研究166

6.2.3　节点定位面临的技术挑战173

6.3　无线传感器网络的时间同步173

6.3.1　时间同步的基本概念173

6.3.2　时间同步的研究174

6.3.3　时间同步面临的技术挑战178

参考文献178

7.1.3　Internet网络管理协议181

7.1.1　网络管理的基本概念181

7.1.2　网络管理的基本内容181

第7章　无线传感器网络的网络管理181

7.1　网络管理技术及协议概述181

7.1.4　无线自组网络网络管理协议182

7.1.5　无线传感器网络管理体系及协议183

7.2　无线传感器网络的拓扑管理184

7.2.1　拓扑管理的基本概念184

7.2.2　拓扑管理的研究184

7.2.3　拓扑管理面临的技术挑战186

7.3　无线传感器网络的传感器管理186

7.3.1　传感器管理的基本概念186

7.3.2　传感器管理的研究186

7.3.3　传感器管理面临的技术挑战189

7.4.1　能量管理的基本概念190

7.4　无线传感器网络的能量管理190

7.4.2　能量管理研究191

7.4.3　能量管理面临的技术挑战193

7.5　无线传感器网络的网络性能监测194

7.5.1　网络性能监测的基本概念194

7.5.2　网络性能监测的研究194

7.5.3　网络性能监测面临的技术挑战196

7.6　无线传感器网络的安全管理197

7.6.1　无线传感器网络的安全需求198

7.6.2　无线传感器网络安全问题的特点199

7.6.3　无线传感器网络安全问题的研究现状201

7.6.4　基于生物免疫原理的无线传感器网络安全体系204

参考文献209

7.6.5　实现无线传感器网络安全的途径209

第五部分　无线传感器网络协同技术215

第8章　无线传感器网络的协同问题215

8.1　无线传感器网络协同问题概述215

8.2　无线传感器网络协同需要解决的问题216

8.3　典型的无线传感器网络协同问题——追踪217

8.3.1　追踪问题描述217

8.3.2　追踪步骤219

参考文献221

第9章　协同信息处理方法222

9.1　贝叶斯估计方法222

9.1.1　贝叶斯估计的传感器节点模型222

9.1.2　贝叶斯估计的过程模型223

9.2　卡尔曼滤波方法229

9.1.3　结论229

9.2.1　卡尔曼滤波方法230

9.2.2　扩展卡尔曼滤波方法232

9.2.3　联合卡尔曼滤波方法233

参考文献235

第10章　多智能体系统中的协同方法236

10.1　多智能体系统概述236

10.2　协同方法237

10.2.1　合同网238

10.2.2　组织结构设计法240

10.2.3　多智能体计划调度240

10.2.4　协商241

10.2.5　设计协同方法的准则243

10.3　分布式决策及搜索方法244

参考文献245

第11章　基于多智能体理论的无线传感器网络协同方法247

11.1　基于合同网及拍卖的无线传感器网络协同方法247

11.1.1　基于合同网及拍卖的协同方法概述247

11.1.2　无线传感器网络中任务间的相互作用关系248

11.1.3　基于中心的任务分配方法249

11.1.4　仲裁方法与组合拍卖方法250

11.1.5　迭代式组合拍卖方法253

11.1.6　动态仲裁方法255

11.2　基于动态联盟的无线传感器网络协同方法259

11.2.1　动态联盟方法概述259

11.2.2　初始联盟的形成260

11.2.3　联盟的形成264

11.3.1　组织结构设计方法概述269

11.3　基于组织结构设计的无线传感器网络协同方法269

11.2.4　联盟的确认269

11.3.2　组织结构设计方法的运行原理270

11.4　基于分布式约束满足的无线传感器网络协同方法273

11.4.1　分布式探测调度问题273

11.4.2　低负载分布式方法275

11.5　无线传感器网络协同问题面临的技术挑战277

参考文献278

第六部分　无线传感器网络开发与应用283

第12章　无线传感器网络的典型开发环境与仿真平台283

12.1　无线传感器网络硬件系统283

12.1.1　传感器节点设计与开发需要解决的问题283

12.1.2　传感器节点的开发283

12.2.1　TinyOS操作系统286

12.2　无线传感器网络软件环境286

12.2.2　nesC编程语言288

12.3　无线传感器网络仿真平台292

12.3.1　网络仿真概述292

12.3.2　无线传感器网络仿真需要解决的问题292

12.3.3　无线传感器网络仿真的研究293

12.3.4　无线传感器网络常用的仿真软件297

参考文献303

第13章　无线传感器网络的应用304

13.1 NSOF系统304

13.1.1　NSOF系统概述304

13.1.2　系统体系结构304

13.1.3　NSOF系统关键技术305

13.2.2　系统体系结构307

13.2　GDI系统307

13.2.1　GDI系统概述307

13.2.3　原型系统与实验309

13.3　建筑结构健康监测311

13.3.1　建筑健康监测概述311

13.3.2　系统体系结构312

13.3.3　原型系统与实验313

13.4　未来家庭健康监测315

13.4.1　家庭健康监测概述315

13.4.2　系统体系结构316

13.4.3　WWM实验系统317

参考文献319

附录　英汉缩略语对照表320