无线传感器网络技术及其应用

本书介绍了无线传感器网络研究领域中的相关技术和应用，共11章，内容涵盖无线传感器网络的物理层及信道接入技术，路由、覆盖与拓扑控制技术，定位、跟踪与时间同步技术，网络安全和数据管理技术，短距离低功耗无线通信协议标准，无线传感器网络操作系统等方面。本书还重点介绍了无线传感器网络中间件技术、物联网环境下的无线传感器网络接入技术、传感器节点的硬件设计，最后介绍了多个典型的无线传感器网络的应用实例。本书在编写上既重视基础知识，又跟踪前沿技术;既具有学术深度，又具有教材的系统性和可读性。

本书可以作为普通高等院校物联网、传感器网络通信工程、电子信息、计算机等专业高年级本科生和研究生的教材，也可作为无线传感器网络领域的研究人员及广大对无线传感器网络感兴趣的工程技术人员的参考书。

第1章 无线传感器网络概述 1

1.1 无线传感器网络的基本概念 1

1.2 无线传感器网络的体系结构 2

1.3 无线传感器网络的基本特点 4

1.4 无线传感器网络的发展现状与趋势 5

1.5 无线传感器网络面临的挑战 7

1.6 无线传感器网络的应用领域 8

参考文献 11

课后习题 11

第2章 物理层及信道接入技术 12

2.1 物理层相关技术 12

2.1.1 频率分配 12

2.1.2 物理层设计 13

2.2 信道接入技术 14

2.2.1 无线传感器网络信道接入概述 14

2.2.2 基于竞争的信道接入技术 16

2.2.3 基于固定分配的信道接入技术 22

2.2.4 按需分配的信道接入技术 27

2.2.5 无线传感器网络信道接入技术面临的挑战 28

2.3 IEEE 802.15.4标准 28

2.4 ZigBee标准 32

参考文献 39

课后习题 39

第3章 路由、覆盖与拓扑技术 40

3.1 无线传感器网络路由 40

3.1.1 无线传感器网络路由概述 40

3.1.2 路由协议设计的关键问题 41

3.1.3 简单的无结构路由协议 42

3.1.4 树类路由协议 46

3.1.5 地理路由协议 50

3.1.6 无线传感器网络路由协议比较 53

3.2 无线传感器网络拓扑控制技术 55

3.2.1 拓扑控制技术概述 55

3.2.2 拓扑控制的意义 56

3.2.3 拓扑控制的设计目标 57

3.2.4 功率控制技术 58

3.2.5 典型的层次型拓扑控制方法 59

3.2.6 拓扑控制中的休眠调度技术 61

3.3 无线传感器网络覆盖技术 63

3.3.1 无线传感器网络覆盖算法设计思路及性能评价标准 63

3.3.2 无线传感器网络覆盖感知模型 64

3.3.3 无线传感器网络覆盖算法分类 65

3.3.4 典型的无线传感器网络覆盖算法与协议 66

参考文献 70

课后习题 73

第4章 无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术 74

4.1 无线传感器网络定位技术 74

4.1.1 无线传感器网络测距技术 75

4.1.2 无线传感器网络定位机制与性能评价标准 77

4.1.3 现有无线传感器网络定位方法 80

4.2 无线传感器网络跟踪技术 89

4.2.1 无线传感器网络跟踪技术概述 89

4.2.2 无线传感器网络目标跟踪的基本过程 90

4.3 无线传感器网络时间同步技术 91

4.3.1 时间同步模型 91

4.3.2 时间同步协议 95

参考文献 102

课后习题 103

第5章 无线传感器网络安全 104

5.1 无线传感器网络安全问题概述 104

5.1.1 安全需求 104

5.1.2 攻击与威胁 106

5.1.3 跨层的安全框架 108

5.2 无线传感器网络中的密码学理论 108

5.2.1 密码算法的选择 108

5.2.2 密钥管理 110

5.2.3 安全协议 113

5.3 无线传感器网络安全防护技术 116

5.3.1 安全认证技术 116

5.3.2 访问控制技术 117

5.3.3 安全通信与路由技术 118

5.3.4 安全定位与时钟同步技术 119

5.3.5 入侵检测、容侵容错技术 121

5.4 无线传感器网络的发展与安全趋势 123

5.4.1 车载传感网络及其安全性 123

5.4.2 物联网及其安全性 124

参考文献 126

课后习题 129

第6章 无线传感器网络操作系统 130

6.1 无线传感器网络操作系统概述 130

6.2 TinyOS操作系统 130

6.2.1 nesC语言基础 131

6.2.2 TinyOS的组件模型 139

6.2.3 TinyOS的通信模型 140

6.2.4 TinyOS 1.0的安装与调试 141

6.2.5 TinyOS 2.0的安装与调试 145

6.2.6 TinyOS的典型应用分析 147

6.3 MantisOS操作系统 150

6.3.1 MantisOS简介 150

6.3.2 MantisOS的体系架构 150

6.3.3 MantisOS应用程序开发与发布 153

6.4 SOS操作系统 158

6.4.1 SOS简介 158

6.4.2 系统架构 159

6.4.3 SOS的通信机制 162

6.4.4 SOS应用程序开发与发布 164

6.5 无线传感器网络操作系统的主要技术挑战 166

参考文献 168

课后习题 168

第7章 无线传感器网络中间件 169

7.1 无线传感器中间件体系结构及功能 169

7.1.1 通用的中间件体系结构及功能 169

7.1.2 体系结构设计原则 172

7.1.3 已有的不同无线传感器网络中间件体系结构 173

7.2 典型的无线传感器网络中间件 177

7.2.1 Impala 177

7.2.2 MiLAN 181

7.2.3 AMF 183

7.2.4 DSWare 184

7.2.5 MSM 186

7.2.6 DFuse 187

7.2.7 SensorWare 188

7.2.8 Agilla 191

7.2.9 TinyDB 192

7.3 基于Agent的无线传感器网络中间件DisWare 194

7.3.1 DisWare体系结构 194

7.3.2 DisWare关键技术 196

7.3.3 DisWare中间件 198

7.4 DisWare中间件平台软件MeshIDE 201

7.4.1 无线传感器网络集成开发平台MeshIDE概述 202

7.4.2 无线传感器网络集成开发平台MeshIDE for TinyOS 202

7.4.3 无线传感器网络集成开发平台MeshIDE for DisWare 210

7.5 无线多媒体传感器网络中间件技术 214

7.5.1 无线多媒体传感器网络的概述 214

7.5.2 无线多媒体传感器网络中间件的特点 216

7.5.3 基于Agent的无线多媒体传感器网络中间件体系结构 217

参考文献 219

课后习题 220

第8章 无线传感器网络数据管理技术 221

8.1 无线传感器网络数据管理的基本概念 221

8.1.1 以数据为中心的无线传感器网络数据库 221

8.1.2 无线传感器网络数据管理系统的特殊性及设计目标 222

8.1.3 无线传感器网络数据管理技术的研究热点 224

8.2 无线传感器网络数据管理的关键技术 225

8.2.1 无线传感器网络数据存储结构 225

8.2.2 数据查询处理技术 228

8.2.3 数据压缩技术 232

8.2.4 数据融合技术 234

8.3 现有传感器网络数据管理系统介绍 237

8.3.1 TinyDB系统 237

8.3.2 Cougar系统 239

8.3.3 现有无线传感器网络数据管理系统分析 241

8.4 无线传感器网络数据管理系统DiswareDM 242

8.4.1 基于移动Agent中间件的传感器网络数据管理概述 242

8.4.2 DiswareDM整体功能和系统结构设计 245

8.4.3 DiswareDM系统的详细设计 249

8.4.4 DiswareDM的系统功能 253

参考文献 256

课后习题 258

第9章 物联网环境下的无线传感器网络接入技术 259

9.1 基于无线传感器网络的多网络融合系统结构 259

9.2 多种无线传感器网络接入技术的比较 260

9.2.1 现有接入技术概述 260

9.2.2 面向以太网的无线传感器网络接入技术 262

9.2.3 面向无线局域网的无线传感器网络接入技术 264

9.2.4 面向移动通信网的无线传感器网络接入技术 269

9.3 多网络融合网关硬件设计 271

9.3.1 多网络融合网关硬件总体结构设计 272

9.3.2 通信模块设计 276

9.3.3 外围应用电路设计 283

9.4 多网络融合网关数据传输方式的设计与实现 288

9.4.1 多网络融合网关与无线传感器网络节点的数据传输 288

9.4.2 多网络融合网关接入外部基础设施网络的实现 289

参考文献 291

课后习题 291

第10章 无线传感器网络硬件设计 292

10.1 无线传感器网络硬件节点设计 292

10.1.1 无线传感器网络节点设计技术概述 292

10.1.2 中央处理模块 295

10.1.3 高频无线通信模块 299

10.1.4 传感模块 304

10.1.5 能量供应模块 305

10.1.6 节点外围功能模块 307

10.1.7 典型的无线传感器网络节点 310

10.1.8 无线传感器网络节点开发套件 314

10.2 面向应用的多媒体传感器网络节点 317

10.2.1 无线多媒体传感器网络节点总体架构 317

10.2.2 无线音频传感器节点设计与实现 320

10.2.3 无线图像传感器节点设计与实现 325

10.2.4 无线视频传感器节点设计与实现 331

10.3 无线传感器网络低功耗硬件设计技术 336

10.3.1 无线传感器网络能耗问题概述 336

10.3.2 MEMS技术基本原理 337

10.3.3 MEMS通信设计理论 338

10.3.4 无线传感器网络硬件供能模块设计 339

参考文献 340

课后习题 341

第11章 无线传感器网络的应用 342

11.1 无线传感器网络在农业中的应用 342

11.1.1 应用背景描述 342

11.1.2 无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术 343

11.1.3 面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统 345

11.2 无线传感器网络在智能交通的应用 348

11.2.1 应用背景概述 348

11.2.2 采集传感器选择 348

11.2.3 无线传感器网络在智能交通系统的应用 351

11.3 基于无线传感器网络的医疗健康护理系统 352

11.3.1 应用背景概述 352

11.3.2 总体系统架构 354

11.3.3 无线医疗传感节点的设计与实现 354

11.3.4 无线传感器网络网关设备的设计与实现 358

11.3.5 泛在无线医疗信息传感系统的设计与实现 360

11.4 基于无线多媒体传感器网络的智能家居系统 363

11.4.1 应用背景概述 363

11.4.2 基于无线多媒体传感器网络的智能家居场景设计 365

11.4.3 智能家居系统实现流程 366

11.4.4 节点片上程序设计 366

11.4.5 基站节点的设计与实现 373

11.4.6 电器控制节点的设计与实现 374

11.4.7 基站上位机控制端软件设计 376

参考文献 379

课后习题 380

书 名 无线传感器网络技术及其应用(战略性新兴产业系列丛书--物联网)

丛 书 名 21世纪高等院校信息与通信工程规划教材--精品系列

标准书号 ISBN 978-7-115-24987-6

编目分类 TP212

作 者 王汝传 孙力娟 主编

译 者 --

责任编辑 蒋亮

开 本 16 开

印 张 24.25

字 数 596 千字

页 数 380 页

装 帧 平装

版 次 第1版第1次

初版时间 2011年4月

本 印 次 2011年4月

首 印 数 -- 册

定 价 48.00 元

《无线传感器网络技术与应用》

丛 书 名: 冷配在线

出版时间:2007-03-01

版 次:1

页 数:290

装 帧:平装

《无线传感器网络技术与应用》的内容涉及无线传感器网络的理论与应用两个方面，重点介绍了在无线传感器网络研究中的最新研究成果和在开发领域中的最新应用技术，全书共分为8章，以全新的视野，翔实的资料，深刻阐述了无线传感器网络领域的一些新问题、解决问题的方案和工程应用开发的设计方法，书中相当一部分内容基本上反映了近年来本领域国内外专家与学者的最新研究成果，并提供了详细的参考文献。

《无线传感器网络技术与应用》内容丰富，叙述深入浅出，既注重理论方法的引导，又注重技术的工程实用性，既可用做通信与信息系统、计算机科学与技术、计算机网络、电子与信息、传感器技术等专业的大学本科高年级学生和研究生教材、教辅、教学参考或自学用书，也可用做广大对传感器网络技术感兴趣的工程技术人员和管理人员的参考书。