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第1章 无线传感器网络 1

1.1 无线传感器网络概述 1

1.1.1 发展历程 2

1.1.2 定义 3

1.2 无线传感器网络的应用领域 4

1.2.1 军事 5

1.2.2 农业 5

1.2.3 医疗 6

1.2.4 建筑工程与建筑物 7

1.2.5 智能建筑与市政建设管理 7

1.3 无线传感器网络的特点 9

1.3.1 系统特点 9

1.3.2 技术特点 9

1.4 无线传感器网络的关键技术 10

1.4.1 技术组成 11

1.4.2 面临的挑战 12

本章习题 13

第2章 网络与通信技术 14

2.1 体系结构 14

2.2 物理层 16

2.2.1 物理层概述 16

2.2.2 链路特性 21

2.2.3 物理层设计 22

2.2.4 低速物理层 23

2.2.5 中高速物理层 24

2.3 数据链路层 25

2.3.1 MAC概述 26

2.3.2 基于竞争的MAC协议 27

2.3.3 基于时分复用的MAC协议 29

2.3.4 其他类型的MAC协议 30

2.4 ZigBee 32

2.4.1 ZigBee与IEEE 802.15.4的分工 32

2.4.2 ZigBee与IEEE 802.15.4的区别 33

2.4.3 ZigBee协议框架 34

2.4.4 ZigBee技术的特点 34

2.4.5 网络层规范 35

2.4.6 应用层规范 36

2.5 拓扑控制 37

2.5.1 拓扑控制概述 37

2.5.2 功率控制技术 39

2.5.3 层次型拓扑结构控制 40

2.6 路由协议 42

2.6.1 路由协议概述 43

2.6.2 平面路由协议 44

2.6.3 分簇路由协议 45

2.6.4 其他路由协议 47

2.7 覆盖技术 48

2.7.1 覆盖的评价标准 48

2.7.2 覆盖的分类 49

2.7.3 覆盖算法 50

本章习题 51

第3章 管理技术 52

3.1 时间同步技术 52

3.1.1 时间同步概述 53

3.1.2 影响时间同步的关键因素 54

3.1.3 时间同步机制的基本原理 55

3.1.4 同步算法 57

3.2 定位技术 62

3.2.1 定位技术概述 63

3.2.2 基于距离的定位 64

3.2.3 与距离无关的定位 66

3.3 数据管理技术 71

3.3.1 数据管理概述 71

3.3.2 系统结构 72

3.3.3 数据存储与索引技术 73

3.3.4 查询处理技术 76

3.4 目标跟踪技术 77

3.4.1 目标跟踪概述 78

3.4.2 目标跟踪的主要技术 80

3.4.3 几种目标跟踪算法中的节点调度策略 82

本章习题 88

第4章 安全技术 89

4.1 无线传感器网络安全问题概述 89

4.2 无线传感器网络安全分析 91

4.2.1 安全性目标和挑战 92

4.2.2 安全体系结构 94

4.3 无线传感器网络协议栈的安全 95

4.3.1 物理层的攻击与安全策略 95

4.3.2 链路层的攻击与安全策略 97

4.3.3 网络层的攻击与安全策略 97

4.3.4 传输层和应用层的安全策略 98

4.4 密钥管理 99

4.4.1 预共享密钥分配模型 100

4.4.2 随机密钥预分配模型 101

4.4.3 基于位置的密钥预分配模型 107

4.4.4 其他的密钥管理方案 108

4.5 入侵检测技术 108

4.5.1 入侵检测技术概述 109

4.5.2 入侵检测技术的分类 110

4.5.3 入侵检测体系框架 110

4.5.4 三种入侵检测方案的工作原理 111

本章习题 114

第5章 技术标准 115

5.1 国内标准 115

5.2 无线传感器网络标准工作组 116

5.2.1 WGSN工作组简介 117

5.2.2 WGSN标准框架 117

5.3 ISO/IEC JTC1 WG7标准 119

5.3.1 ISO/IEC JTC1 WG7标准工作组简介 119

5.3.2 ISO/IEC JTC1 WG7标准框架 119

5.4 无线传感器网络相关标准 120

5.4.1 ISO系列相关标准 120

5.4.2 IEC系列相关标准 121

5.4.3 ITU-T系列相关标准 122

5.4.4 IEEE 802.15系列相关标准 122

5.4.5 IEEE 1451系列相关标准 123

5.4.6 IEEE 1588相关标准 124

5.4.7 ISA100相关标准 124

5.4.8 ZigBee联盟标准 125

5.4.9 IETF相关标准 125

5.4.10 OGC OpenGIS相关标准 126

本章习题 127

第6章 软、硬件设计与测试 128

6.1 传感器节点的分类 129

6.1.1 标量感知节点 129

6.1.2 媒体感知节点 130

6.2 传感器节点硬件设计 130

6.2.1 节点的设计原则 130

6.2.2 节点的硬件设计 131

6.3 网络开发测试平台技术 135

6.3.1 操作系统 135

6.3.2 WSN专用的软件开发平台TinyOS 136

本章习题 141

第7章 典型应用设计 142

7.1 智能家居系统 142

7.1.1 相关技术 143

7.1.2 需求分析 143

7.1.3 系统架构 144

7.1.4 功能模块 144

7.1.5 软件设计与评测 146

7.2 智能温室系统 147

7.2.1 需求分析 147

7.2.2 系统架构 148

7.2.3 功能模块 149

7.2.4 软件设计与评测 150

7.3 智能化远程医疗监护系统 152

7.3.1 需求分析 152

7.3.2 系统架构 153

7.3.3 功能模块 154

7.3.4 软件设计与评测 156

本章习题 160

第8章 工程实验指导 161

8.1 建立一个简单的实验工程 161

8.2 看门狗定时器实验 165

8.3 液晶LCD显示 167

8.4 温度传感器数据读取及LCD显示实验 170

8.5 无线点亮LED灯实验 173

8.6 点对点无线通信实验 177

附录 CC2530芯片简介 185

参考文献 192