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第1章 无线传感器网络基本概况1

1.1 无线传感器网络概述1

1.1.1 无线传感器网络的产生与发展1

1.1.2 无线传感器网络的含义与作用2

1.2 物联网与WSN的关系3

1.2.1 物联网的产生与发展3

1.2.2 物联网的含义4

1.2.3 物联网体系结构5

1.2.4 WSN与物联网的关系6

1.3 WSN与互联网的关系7

1.3.1 互联网内涵的理解7

1.3.2 互联网的特点8

1.3.3 WSN与互联网的关系8

1.4 WSN的技术特点12

1.4.1 WSN与现有无线网络的区别12

1.4.2 WSN与现场总线网络的区别13

1.4.3 WSN的特点13

1.5 WSN的相关技术基础15

1.5.1 传感器技术15

1.5.2 无线电技术16

1.5.3 短距离无线通信技术19

思考题26

第2章 无线传感器网络体系结构27

2.1 系统结构27

2.1.1 基本结构27

2.1.2 多网络融合系统结构28

2.1.3 无线传感器网络拓扑结构29

2.2 节点结构31

2.2.1 传感器节点的特点与类型31

2.2.2 节点结构与作用32

2.2.3 节点约束条件32

2.3 传感器网络工作模式33

2.3.1 网络的组成和特点33

2.3.2 通信机制34

2.4 网络整体结构36

2.4.1 OSI分层模型37

2.4.2 网络体系结构37

2.5 无线传感器网络服务质量及其体系结构40

2.5.1 服务质量体系40

2.5.2 通信协议QoS42

2.5.3 管理系统QoS43

2.5.4 功能模块QoS46

2.6 无线传感器网络体系结构的设计原则与优化设计方法46

2.6.1 设计原则46

2.6.2 优化设计方法48

2.6.3 跨层设计总体架构49

2.6.4 跨层设计的步骤50

2.6.5 设计模型与问题求解方法51

2.6.6 网络效能最大化模型53

思考题54

第3章 无线传感器网络传感技术55

3.1 传感技术概述55

3.1.1 传感技术的地位和作用55

3.1.2 传感技术的现状及发展趋势58

3.1.3 传感技术与无线传感器网络系统61

3.2 传感器的含义与分类62

3.2.1 传感器的含义62

3.2.2 传感器的分类和性能要求63

3.3 典型传感器64

3.3.1 力敏传感器64

3.3.2 磁敏传感器65

3.3.3 光敏传感器68

3.3.4 温度传感器70

3.3.5 气敏传感器74

3.3.6 湿敏传感器76

3.3.7 其他传感器78

3.4 射频识别传感技术83

3.4.1 射频识别技术概述83

3.4.2 射频识别系统基本构成84

3.4.3 射频识别系统分类及典型应用89

3.4.4 射频识别的基本原理及关键技术92

3.5 模式识别传感技术95

3.5.1 模式和模式识别95

3.5.2 模式识别的发展和应用95

3.5.3 模式识别的研究内容、分类及研究方法97

3.6 图像识别传感技术99

3.6.1 图像的定义及分类99

3.6.2 数字图像处理与应用101

3.6.3 图像识别过程103

3.6.4 二值图像压缩编码技术104

3.7 纳米技术与小型化技术107

3.7.1 纳米技术107

3.7.2 微机电系统及装置109

3.7.3 封装、组装与连接技术111

思考题112

第4章 无线传感器网络感知节点技术113

4.1 感知节点技术的基本概况113

4.1.1 感知节点技术的发展情况113

4.1.2 感知节点设计的基本原则115

4.2 感知节点硬件技术117

4.2.1 电源技术117

4.2.2 传感器模块123

4.2.3 微处理器模块124

4.2.4 存储模块130

4.2.5 通信模块135

4.3 感知节点软件技术138

4.3.1 软件的基本概况138

4.3.2 汇编语言141

4.3.3 C语言143

4.3.4 C＋＋语言145

4.3.5 Java语言147

4.3.6 VHDL语言152

4.4 常用微处理器154

4.4.1 单片微处理器154

4.4.2 ARM处理器161

4.4.3 DSP处理器164

4.4.4 FPGA处理器169

4.5 操作系统175

4.5.1 操作系统基本概述175

4.5.2 WSN操作系统（WSNOS）179

思考题185

第5章 无线传感器网络通信技术186

5.1 信息通信构建基础186

5.1.1 构建框架186

5.1.2 物理层187

5.1.3 数据链路层187

5.1.4 网络层187

5.1.5 传输层190

5.1.6 应用层190

5.2 IEEE 802标准190

5.2.1 标准概述190

5.2.2 MAC协议191

5.3 通信模块硬件架构212

5.3.1 蓝牙模块212

5.3.2 ZigBee模块220

5.3.3 无线射频模块224

5.3.4 WiFi通信模块226

5.3.5 红外通信模块228

5.3.6 GPRS模块229

5.3.7 全球定位系统模块231

5.4 无线通信协议235

5.4.1 ZigBee协议235

5.4.2 蓝牙协议238

5.4.3 WiFi协议240

5.4.4 其他协议244

思考题245

第6章 无线传感器网络控制技术246

6.1 无线传感器网络控制系统的构成246

6.1.1 控制系统结构246

6.1.2 控制关键技术251

6.1.3 控制模式252

6.1.4 控制系统设计原则255

6.2 无线传感器网络的控制终端255

6.2.1 可编程逻辑控制器255

6.2.2 数字控制器261

6.2.3 嵌入式控制器264

6.3 网络远程控制技术266

6.3.1 移动通信远程控制266

6.3.2 网络遥控操作268

6.3.3 Web动态服务及控制269

6.4 无线传感器网络的控制策略271

6.4.1 智能控制策略271

6.4.2 自适应控制系统策略273

6.4.3 能耗控制策略275

6.5 数据融合与优化决策276

6.5.1 数据融合结构276

6.5.2 优化决策278

6.6 现场控制网络通信281

6.6.1 现场总线简介281

6.6.2 基金会现场总线281

6.6.3 局部操作网络总线282

6.6.4 过程现场总线283

6.6.5 CAN总线网络285

思考题286

第7章 无线传感器网络管理技术287

7.1 无线传感器网络管理概述287

7.1.1 无线传感器网络管理面临的问题287

7.1.2 无线传感器网络管理系统设计要求288

7.1.3 无线传感器网络管理系统的分类288

7.2 网络拓扑结构管理系统290

7.2.1 网络拓扑结构管理系统概述290

7.2.2 分簇层次型拓扑结构291

7.2.3 功率控制的拓扑结构295

7.2.4 启发式节点唤醒和睡眠机制296

7.3 能量管理298

7.3.1 能量管理概述298

7.3.2 硬件能耗设计299

7.3.3 状态调制机制302

7.3.4 通信能耗303

7.3.5 拓扑结构能耗分析304

7.3.6 路由协议能耗分析305

思考题306

第8章 无线传感器网络安全技术307

8.1 网络安全技术概述307

8.1.1 网络安全问题307

8.1.2 安全防护技术的分类310

8.1.3 WSN的网络安全设计策略312

8.1.4 网络安全框架协议分析317

8.2 无线传感器网络的安全机制320

8.2.1 节点的安全机制320

8.2.2 信息通信的安全机制322

8.2.3 信息应用的安全机制323

8.3 信息隐私权与保护325

8.3.1 隐私保护325

8.3.2 隐私保护面临的威胁327

8.3.3 隐私权的保护策略328

8.4 数据计算安全性330

8.4.1 数据计算的关键技术330

8.4.2 数据计算安全问题333

8.5 业务认证与加密技术335

8.5.1 业务认证机制335

8.5.2 加密机制337

8.6 物理设备安全问题343

8.6.1 物理安全概况343

8.6.2 物理设备的安全问题344

8.6.3 其他物理安全问题346

8.7 移动互联网安全漏洞与防范技术349

8.7.1 移动互联网的基本概况349

8.7.2 移动互联网面临的安全威胁350

8.7.3 移动系统的安全措施351

思考题354

第9章 无线传感器网络其他关键技术355

9.1 时间同步机制355

9.1.1 时间同步面临的问题355

9.1.2 时钟模型356

9.1.3 接收者和接收者交互时间同步机制357

9.1.4 发送者和接收者的双向时间同步机制358

9.1.5 发送者和接收者的单向时间同步机制359

9.1.6 时间同步机制的误差来源及性能指标361

9.1.7 时间同步机制的主要应用362

9.2 无线传感器网络定位技术363

9.2.1 无线传感器网络节点定位的基本原理363

9.2.2 无线传感器网络节点定位算法365

9.2.3 定位算法的应用案例369

9.3 数据融合技术370

9.3.1 数据融合概述370

9.3.2 主要数据融合方法分析374

9.4 无线传感器网络目标跟踪技术379

9.4.1 目标跟踪概述379

9.4.2 无线传感器网络协作跟踪方法381

9.4.3 典型目标跟踪算法比较分析384

9.4.4 无线传感器网络主要跟踪技术386

思考题389

第10章 无线传感器网络的应用390

10.1 无线传感器网络应用基本概况390

10.2 军事领域的应用391

10.2.1 智能尘埃网络系统392

10.2.2 灵巧传感器网络393

10.2.3 WSN在协同作战中的应用393

10.2.4 WSN在军事目标定位和跟踪中的应用396

10.3 气象生态环保领域的应用397

10.3.1 气象环境监测397

10.3.2 生态环境监测399

10.3.3 海洋与空间生态监测401

10.4 工业领域的应用403

10.4.1 智能制造传感器网络403

10.4.2 矿业领域传感器网络405

10.4.3 数字化油田传感器网络406

10.5 智能电网领域的应用408

10.5.1 智能抄表传感器网络408

10.5.2 智能变电站传感器网络409

10.6 农林领域的应用412

10.6.1 智慧农业传感器网络412

10.6.2 智慧林业传感器网络413

10.7 智能交通领域的应用415

10.8 智能家居领域的应用416

10.9 其他领域的应用417

思考题418