前言
章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 线传感器网络概述 1
1.2.1 线传感器网络系统结构 1
1.2.2 线传感器网络基本特点 1
1.2.3 线传感器网络关键技术 3
1.3 线传感器网络的发展 4
1.3.1 线传感器网络演变过程 4
1.3.2 线传感器网络发展现状 5
1.3.3 线传感器网络未来趋势 7
1.4 线传感器网络主要应用领域 7
1.4.1 军事领域 8
1.4.2 环境监测领域 8
1.4.3 医疗领域 9
1.4.4 智能家居领域 9
1.4.5 智能交通领域 9
1.4.6 其他领域 9
思考题 10
第2章 线传感器网络节点 11
2.1 概述 11
2.2 节点硬件组成 11
2.2.1 处理器模块 12
2.2.2 存储模块 14
2.2.3 通信模块 14
2.2.4 传感器模块 17
2.2.5 电源模块 18
2.3 线传感器网络操作系统 20
2.3.1 nesC语言 21
2.3.2 TinyOS 28
2.3.3 TinyOS应用实例解析 34
2.3.4 TinyOS的安装 37
2.4 传感器节点分析 38
2.4.1 常见传感器节点 38
2.4.2 MicaZ节点分析 40
思考题 47
第3章 线传感器网络体系结构 48
3.1 传感器网络工作模式 48
3.1.1 网络的组成 48
3.1.2 多跳通信机制 49
3.2 网络整体结构 51
3.2.1 0SI分层模型 51
3.2.2 网络体系结构分析 52
3.3 线传感器网络服务质量与体系结构 54
3.3.1 服务质量体系 54
3.3.2 QoS体系的通信协议 56
3.3.3 QoS体系下的管理系统 58
3.3.4 QoS体系功能模块的联系 60
3.4 线传感器网络跨层优化设计 61
3.4.1 跨层优化设计概述 61
3.4.2 面向QoS优化的跨层设计总体框架 62
3.4.3 基于QoS保证的跨层设计 63
3.4.4 跨层模型与问题求解方法 64
3.4.5 网络效能优选化模型 66
思考题 66
第4章 线传感器网络通信与组网技术 68
4.1 概述 68
4.2 物理层 69
4.2.1 物理层概述 69
4.2.2 通信信道分配 70
4.2.3 调制解调方式 72
4.3 MAC协议 73
4.3.1 MAC协议概述 73
4.3.2 MAC协议设计要求 73
4.3.3 基于竞争的MAC协议 74
43.4 基于信道分配的MAC协议 78
4.4 路由协议 79
4.4.1 路由协议概述 79
4.4.2 层次型路由协议 80
4.4.3 以数据为中心的路由协议 82
4.4.4 基于地理位置的路由协议 84
4.5 传输层协议 85
4.5.1 传输层协议概述 85
4.5.2 数据传输可靠性分析 87
4.5.3 多组传输与多径传输 87
4.5.4 线传感器网络与Jnternet互联 90
思考题 95
第5章 线传感器网络通信技术 96
5.1 IEEE 802 15.4标准 96
5.1.1 物理层 96
5.1.2 MAC层 98
5.2 ZigBee协议规范 99
5.2.1 ZigBee协议概述 99
5.2.2 ZigBee网络层 101
5.2.3 ZigBee应用层 105
5.2.4 ZigBee安全服务 107
5.3 其他线通信标准 109
5.3.1 Wi-Fi 109
5.3.2 蓝牙 111
5.3.3 超宽带技术 112
5.3.4 近距离线传输技术 113
思考题 114
第6章 线传感器网络覆盖与部署技术 115
6.1 线传感器网络覆盖与部署的意义 115
6.2 线传感器网络覆盖与部署问题 115
6.2.1 按照节点部署的线传感器网络分类 115
6.2.2 按照覆盖对象的线传感器网络分类 117
6.2.3 线传感器网络覆盖应用特点 120
6.3 节点感知模型 121
6.3.1 二元感知模型（0-1模型） 121
6.3.2 概率感知模型 122
6.3.3 基于误警率的感知模型 122
6.3.4 方向性传感器的感知模型 125
6.3.5 不规则感知模型 126
6.3.6 多边形感知模型 128
6.3.7 近似圆盘感知模型 129
6.4 线传感器网络覆盖评价指标 129
6.4.1 覆盖率 130
6.4.2 联合探测/丢失概率 131
6.4.3 覆盖场强一致性 131
6.4.4 覆盖重数 132
6.4.5 覆盖均匀性 132
6.1.6 覆盖时间和平均移动距离 132
6.4.7 其他评价指标 133
6.5 传感器网络节点部署策略与算法 133
6.5.1 传感器网络节点的随机撒布 133
6.5.2 基于几何格点和剖分的节点部署 133
6.5.3 移动传感器网络的部署策略 137
6.6 线传感器网络覆盖技术面临的挑战 140
6.6.1 覆盖空洞及修复 140
6.6.2 传感器网络的重部署 140
6.6.3 三维空间传感器网络部署 141
6.6.4 复杂环境下的传感器网络部署 141
思考题 143
第7章 线传感器网络管理技术 144
7.1 网络管理概述 144
7.1.1 线传感器网络管理面临的问题 144
7.1.2 线传感器网络管理系统设计要求 145
7.1.3 线传感器网络管理系统的分类 145
7.2 网络拓扑结构管理 145
7.2.1 网络拓扑结构管理概述 146
7.2.2 基于分簇层次性拓扑结构 148
7.2.3 基于功率控制的拓扑结构 152
7.2.4 启发式节点唤醒和休眠机制 155
7.3 能量管理 157
7.3.1 能量管理概述 157
7.3.2 硬件能耗设计 157
7.3.3 状态调制机制 159
7.3.4 通信能耗 162
7.3.5 拓扑结构能耗分析 163
7.3.6 路由协议能耗分析 163
7.4 网络安全技术管理 165
7.4.1 网络安全技术概述 165
7.4.2 网络安全分类 166
7.4.3 WSN网络安全设计策略 169
7.4.4 网络安全框架协议分析 175
思考题 179
第8章 线传感器网络关键技术 180
8.1 时间同步机制 180
8.1.1 时间同步机制概述 180
8.1.2 时钟模型 181
8.1.3 基于接收者和接收者的时间同步机制 182
8.1.4 基于发送者和接收者的双向时间同步机制 184
8.1.5 基于发送者和接收者的单向时间同步机制 187
8.1.6 时间同步机制的误差来源及性能指标 190
8.1.7 时间同步机制的主要应用 191
8.1.8 时间同步机制面临的问题 192
8.2 线传感器网络定位技术 193
8.2.1 线传感器网络定位技术概述 193
8.2.2 定位技术基本概念 193
8.2.3 节点定位算法分类 194
8.2.4 典型定位系统 201
8.3 数据融合技术 203
8.3.1 数据融合概述 203
8.3.2 数据融合方法分类 204
8.3.3 主要数据融合方法分析 205
8.4 线传感器网络目标跟踪技术 210
8.4.1 日标跟踪概述 210
8.4.2 日标跟踪步骤 211
8.4.3 线传感器网络协作跟踪 211
8.4.4 典型日标跟踪算法比较 216
8.4.5 线传感器网络主要跟踪技术 218
思考题 220
第9章 线传感器网络仿真实验工具 221
9.1 NS2 221
9.1.1 NS2简介 221
9.1.2 TcI/OTcl语言简介 222
9.1.3 OTcl连接 225
9.1.4 NS基本组件 229
9.1.5 实例分析 233
9.2 OPNET 235
9.2.1 OPNET仿真流程 236
9.2.2 OPNET建模 237
9.2.3 OPNET Modeler开发环境 237
9.3 GloMoSim 239
9.4 TOSSIM 240
9.5 SensorSim 241
9.6 OMNeT++ 242
9.7 SENSE 243
思考题 243
0 章线传感器网络应用技术 244
10.1 环境领域的应用 244
10.1.1 生态环境监控实验系统 244
10.1.2 山体滑坡监测系统 245
10.1.3 地震监测系统 246
10.1.4 基于线传感器网的极端环境监测系统 247
10.2 医疗领域的应用 248
10.2.1 人体行为模式监测应用 248
10.2.2 远程监护系统 249
10.3 交通领域的应用 250
10.3.1 车辆检测与识别应用 250
10.3.2 智能交通信息采集系统 251
10.4 农业领域的应用 253
10.4.1 蔬菜园环境监测应用 253
10.4.2 园艺温室环境监控系统 254
10.5 建筑领域的应用 255
10.5.1 建筑质量监测应用 255
10.5.2 建筑火灾探测与监控应用 256
10.5.3 室内空间监控系统 257
10.5.4 智能家居系统 258
10.6 其他应用 259
10.6.1 煤矿安全监测系统 259
10.6.2 高压输电线路监测应用 261
10.6.3 轴承温度监测系统 261
思考题 262
参考文献 263
本书主要讲述无线传感器网络的基本理论与应用技术。在系统介绍无线传感器网络节点的构成与性能、无线传感器网络体系结构的基础上，讲述无线传感器网络的通信与组网技术、网络通信协议、无线传感器网络仿真实验工具等内容，重点讲述无线传感器网络覆盖与部署、无线传感器网络管理、无线传感器网络应用技术等，并通过典型领域的应用案例分析，介绍无线传感器网络系统应用的特点。本书内容丰富，深人浅出，图文并茂，其主要特点是不仅讲述无线传感器网络的基本理论，而且论述无线传感器网络应用的关键技术。本书具有较强的普适性，可作为高等院校研究生和高年级本科生的无线传感器网络课程的教材，也可供无线通信、电子技术、电气工程、计算机网络、自动化技术等领域的工程技术人员学习和参考。
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