無線傳感器網絡技術及應用

第1章  無線傳感器網絡基礎知識 1
　1.1  無線傳感器網絡的概念與特點 1
　　1.1.1  無線傳感器網絡的概念 1
　　1.1.2  無線傳感器網絡的特點 2
　1.2  無線傳感器網絡的發(fā)展 2
　　1.2.1  無線傳感器網絡的發(fā)展階段 2
　　1.2.2  無線傳感器網絡技術發(fā)展背景 3
　1.3  無線傳感器網絡結構 5
　　1.3.1  無線傳感器網絡的體系結構 5
　　1.3.2  無線傳感器網絡的節(jié)點結構 5
　　1.3.3  無線傳感器網絡應用系統(tǒng)結構 6
　　1.3.4  無線傳感器網絡通信體系結構 7
　1.4  無線傳感器網絡的應用及關鍵技術 8
　　1.4.1  WSN的應用 8
　　1.4.2  無線傳感器網絡的關鍵技術 10
　　1.4.3　無線傳感器網絡的未來發(fā)展 12
　練習題 13
第2章  無線傳感器網絡的協議規(guī)范 14
　2.1  IEEE 802.15.4標準 14
　　2.1.1  IEEE 802.15.4標準概述 14
　　2.1.2  IEEE 802.15.4網絡簡介 15
　　2.1.3  IEEE 802.15.4網絡協議棧 16
　　2.1.4  IEEE 802.15.4的安全服務 23
　2.2  ZigBee協議規(guī)范 23
　　2.2.1  ZigBee協議概述 23
　　2.2.2  ZigBee協議棧體系結構及規(guī)范 24
　　2.2.3  基于ZigBee的WPAN網絡
　　　　　配置應用 27
　2.3  無線傳感器網絡路由協議 30
　　2.3.1  無線傳感器網絡路由協議的
　　　　　性能指標 30
　　2.3.2  無線傳感器網絡路由協議的分類 31
　　2.3.3  廣播式路由協議 32
　　2.3.4  坐標式路由協議 33
　　2.3.5  分簇式路由協議 34
　　2.3.6  無線傳感器網絡路由協議比較 35
　練習題 36
第3章  傳感器及檢測技術 37
　3.1  傳感器 37
　　3.1.1  傳感器概述 37
　　3.1.2  傳感器的分類 37
　　3.1.3  傳感器的性能指標 39
　　3.1.4  傳感器的組成和結構 40
　3.2  檢測技術基礎 41
　　3.2.1  檢測系統(tǒng)概述 41
　　3.2.2  檢測技術的分類 42
　　3.2.3  檢測系統(tǒng)的組成 43
　3.3  典型傳感器簡介 44
　　3.3.1  磁檢測傳感器 44
　　3.3.2  光照傳感器 45
　　3.3.3  紅外對射傳感器 46
　　3.3.4  紅外反射傳感器 47
　　3.3.5  結露傳感器 47
　　3.3.6  酒精傳感器 48
　　3.3.7  人體檢測傳感器 49
　　3.3.8  振動檢測傳感器 49
　　3.3.9  聲響檢測傳感器 50
　　3.3.10  溫濕度傳感器 51
　　3.3.11  煙霧傳感器 55
　3.4  智能檢測系統(tǒng) 56
　　3.4.1  智能檢測系統(tǒng)的組成及類型 56
　　3.4.2  智能檢測系統(tǒng)的設計 57
　　3.4.3  智能傳感器技術 58
　練習題 60
第4章  射頻識別技術 62
　4.1  射頻識別技術概述 62
　　4.1.1  射頻識別 62
　　4.1.2  RFID技術分類及標準 63
　　4.1.3  RFID技術標準 67
　4.2  RFID系統(tǒng)的組成 68
　　4.2.1  RFID系統(tǒng)的工作原理及組成 68
　　4.2.2  RFID系統(tǒng)中的軟件組件 69
　4.3  幾種常見的RFID系統(tǒng) 71
　　4.3.1  電感耦合RFID系統(tǒng) 71
　　4.3.2  反向散射耦合RFID系統(tǒng) 72
　4.4  RFID中間件技術 74
　　4.4.1  RFID中間件的組成及功能特點 75
　　4.4.2  RFID中間件體系結構 76
　4.5  RFID典型模塊應用及實訓 78
　　4.5.1  RFID的TX125系列射頻讀卡模塊 78
　　4.5.2  RFID讀卡的應用 82
　練習題 84
第5章  無線傳感器網絡通信技術 87
　5.1　藍牙技術 87
　　5.1.1  藍牙技術概述 87
　　5.1.2　藍牙協議棧體系結構 87
　　5.1.3　藍牙網關 91
　　5.1.4　藍牙系統(tǒng)的結構及組成 91
　　5.1.5  藍牙配對實踐 93
　5.2  GPRS技術 96
　　5.2.1  GPRS概述 96
　　5.2.2  GPRS無線通信實踐 97
　5.3  ZigBee技術 102
　　5.3.1  ZigBee技術概述 102
　　5.3.2  基于ZigBee技術的煙霧傳感器應用實踐 104
　5.4　WiFi技術 114
　　5.4.1  WiFi技術的概念 114
　　5.4.2　WiFi網絡結構和原理 114
　5.5  無線自組織網絡技術 116
　　5.5.1  Ad Hoc網絡的基本概念 116
　　5.5.2  Ad Hoc網絡的體系結構 117
　　5.5.3  Ad Hoc網絡的應用 119
　練習題 120
第6章  無線傳感器網絡開發(fā)環(huán)境的構建及應用實踐 123
　6.1  無線傳感器網絡操作系統(tǒng)概述 123
　6.2  TinyOS操作系統(tǒng) 123
　　6.2.1  Ubuntu下TinyOS2.x環(huán)境的搭建 124
　　6.2.2  NesC語言和TinyOS的組件 126
　6.3  無線傳感器網絡實驗平臺 133
　　6.3.1  無線傳感器網絡實驗平臺簡介 133
　　6.3.2  TinyOS操作系統(tǒng)在無線傳感器網絡中的應用實踐 135
　練習題 165
第7章  無線傳感器網絡的節(jié)點定位技術 166
　7.1  節(jié)點定位技術簡介 166
　　7.1.1  節(jié)點定位的幾個基本概念 166
　　7.1.2  節(jié)點定位技術基本原理 167
　7.2  無線傳感器網絡自身定位技術 170
　　7.2.1  無線傳感器網絡節(jié)點定位算法的分類 170
　　7.2.2  無線傳感器網絡自身定位系統(tǒng)和算法 171
　7.3  無線傳感器網絡跟蹤技術 174
　7.4  無線傳感器網絡時間同步技術 176
　　7.4.1  時間同步模型 176
　　7.4.2  時間同步算法與性能對比分析 177
　7.5  無線傳感器網絡測距技術 180
　　7.5.1  基于距離的定位技術 180
　　7.5.2  與距離無關的定位算法 182
　練習題 185
第8章  無線傳感器網絡拓撲控制與覆蓋技術 186
　8.1  無線傳感器網絡拓撲控制技術 186
　　8.1.1 拓撲控制技術概述 186
　　8.1.2　拓撲控制的設計目標 186
　　8.1.3　拓撲控制的研究方法 187
　　8.1.4　功率控制技術 188
　　8.1.5　典型的功率控制協議與算法 189
　　8.1.6　拓撲控制中的休眠調度技術 193
　8.2  無線傳感器網絡覆蓋技術 195
　　8.2.1  無線傳感器網絡覆蓋算法基礎 195
　　8.2.2  無線傳感器網絡覆蓋算法分類 197
　　8.2.3  典型的無線傳感器網絡覆蓋算法與協議 199
　練習題 202
第9章  無線傳感器網絡的安全技術 204
　9.1  無線傳感器網絡安全問題概述 204
　　9.1.1  傳感網安全分析 204
　　9.1.2  傳感網的安全性目標 205
　　9.1.3  傳感網安全策略 207
　　9.1.4　跨層的安全框架 208
　9.2  無線傳感器網絡協議棧的安全 209
　　9.2.1  物理層的攻擊與安全策略 210
　　9.2.2  鏈路層的攻擊與安全策略 211
　　9.2.3  網絡層的攻擊與安全策略 211
　　9.2.4  傳輸層和應用層的安全策略 212
　9.3  無線傳感器網絡密鑰管理 212
　　9.3.1  密鑰管理的安全需求 213
　　9.3.2  密鑰管理方案的分類 213
　　9.3.3  密鑰管理的評估指標 214
　　9.3.4  密鑰管理方案典型案例分析 215
　9.4  拒絕服務(DoS)攻擊原理及防御技術 221
　　9.4.1  DoS攻擊原理 221
　　9.4.2  DoS攻擊屬性 224
　　9.4.3  預防DoS攻擊的策略 227
　9.5  無線傳感器網絡的安全路由 228
　　9.5.1  無線傳感器網絡幾種典型路由協議的安全性分析 228
　　9.5.2  無線傳感器網絡安全路由協議 230
　練習題 231
第10章  無線傳感器網絡中間件技術 232
　10.1　無線傳感器中間件體系結構及功能 232
　　10.1.1  通用的中間件的定義 232
　　10.1.2  無線傳感器網絡中間件體系 233
　　10.1.3  無線傳感器網絡中間件設計方法 235
　10.2  基于Agent的無線傳感器網絡中間
　　　　件DisWare 237
　　10.2.1  DisWare體系結構 238
　　10.2.2　DisWare中間件 239
　10.3  DisWare中間件平臺軟件MeshIDE 240
　　10.3.1  無線傳感器網絡集成開發(fā)平臺MeshIDE概述 240
　　10.3.2  無線傳感器網絡集成開發(fā)平臺MeshIDE for TinyOS 241
　10.4　無線多媒體傳感器網絡中間件技術 244
　　10.4.1　無線多媒體傳感器網絡概述 244
　　10.4.2  無線多媒體傳感器網絡中間件的特點 244
　　10.4.3  基于Agent的無線多媒體傳感器網絡中間件體系結構 245
　10.5  支持多應用任務的WSN中間件的設計 247
　　10.5.1  多應用任務的WSN中間件系統(tǒng)架構設計 247
　　10.5.2  多應用任務的WSN中間件系統(tǒng)實現 248
　練習題 251
第11章  無線傳感器網絡數據融合與管理技術 252
　11.1  無線傳感器網絡的數據融合概述 252
　　11.1.1  無線傳感器網絡中的數據融合 252
　　11.1.2  無線傳感器網絡中數據融合的層次結構 253
　　11.1.3  基于信息抽象層次的數據融合模型 253
　11.2  無線傳感器網絡的數據融合技術與算法 254
　　11.2.1  傳感器網絡數據傳輸及融合技術 254
　　11.2.2  多傳感器數據融合算法 259
　　11.2.3  傳感器網絡數據融合路由算法 261
　11.3  無線傳感器網絡數據管理技術 263
　　11.3.1  傳感器網絡中的數據管理概述 263
　　11.3.2  無線傳感器網絡數據管理的關鍵技術 264
   11.4  基于策略和代理的無線傳感器網絡數據管理架構 269
　11.5  現有傳感器網絡數據管理系統(tǒng)簡介 271
　11.6  無線傳感器網絡數據管理系統(tǒng)DisWareDM 273
　　11.6.1  DisWareDM無線傳感器網絡數據管理概述 273
　　11.6.2  DisWareDM整體功能和系統(tǒng)結構設計 274
　練習題 277

第12章  無線傳感器網絡應用系統(tǒng)典型案例詳解 278
　12.1  基于無線傳感器網絡的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)設計 278
　　12.1.1  無線傳感器網絡的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)概述 278
　　12.1.2  無線傳感器網絡的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)硬件設計 280
　　12.1.3  無線監(jiān)護傳感器節(jié)點的底層代碼設計 288
   12.2  基于無線傳感器網絡的光強環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計 297
　　12.2.1  環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需求分析 297
　　12.2.2  系統(tǒng)結構體系設計 298
　　12.2.3  系統(tǒng)功能模塊設計 299
　　12.2.4  系統(tǒng)實現 301
　練習題 308
參考文獻 309