無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)及應用

第1章  無線傳感器網(wǎng)絡基礎知識 1
　1.1  無線傳感器網(wǎng)絡的概念與特點 1
　　1.1.1  無線傳感器網(wǎng)絡的概念 1
　　1.1.2  無線傳感器網(wǎng)絡的特點 2
　1.2  無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展 2
　　1.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展階段 2
　　1.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展背景 3
　1.3  無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.3  無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6
　　1.3.4  無線傳感器網(wǎng)絡通信體系結(jié)構(gòu) 7
　1.4  無線傳感器網(wǎng)絡的應用及關(guān)鍵技術(shù) 8
　　1.4.1  WSN的應用 8
　　1.4.2  無線傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù) 10
　　1.4.3　無線傳感器網(wǎng)絡的未來發(fā)展 12
　練習題 13
第2章  無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)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(wǎng)絡簡介 15
　　2.1.3  IEEE 802.15.4網(wǎng)絡協(xié)議棧 16
　　2.1.4  IEEE 802.15.4的安全服務 23
　2.2  ZigBee協(xié)議規(guī)范 23
　　2.2.1  ZigBee協(xié)議概述 23
　　2.2.2  ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)及規(guī)范 24
　　2.2.3  基于ZigBee的WPAN網(wǎng)絡
　　　　　配置應用 27
　2.3  無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議 30
　　2.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的
　　　　　性能指標 30
　　2.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的分類 31
　　2.3.3  廣播式路由協(xié)議 32
　　2.3.4  坐標式路由協(xié)議 33
　　2.3.5  分簇式路由協(xié)議 34
　　2.3.6  無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議比較 35
　練習題 36
第3章  傳感器及檢測技術(shù) 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(jié)構(gòu) 40
　3.2  檢測技術(shù)基礎 41
　　3.2.1  檢測系統(tǒng)概述 41
　　3.2.2  檢測技術(shù)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(jié)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(shù) 58
　練習題 60
第4章  射頻識別技術(shù) 62
　4.1  射頻識別技術(shù)概述 62
　　4.1.1  射頻識別 62
　　4.1.2  RFID技術(shù)分類及標準 63
　　4.1.3  RFID技術(shù)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(shù) 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(jié)構(gòu) 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(wǎng)絡通信技術(shù) 87
　5.1　藍牙技術(shù) 87
　　5.1.1  藍牙技術(shù)概述 87
　　5.1.2　藍牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu) 87
　　5.1.3　藍牙網(wǎng)關(guān) 91
　　5.1.4　藍牙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成 91
　　5.1.5  藍牙配對實踐 93
　5.2  GPRS技術(shù) 96
　　5.2.1  GPRS概述 96
　　5.2.2  GPRS無線通信實踐 97
　5.3  ZigBee技術(shù) 102
　　5.3.1  ZigBee技術(shù)概述 102
　　5.3.2  基于ZigBee技術(shù)的煙霧傳感器應用實踐 104
　5.4　WiFi技術(shù) 114
　　5.4.1  WiFi技術(shù)的概念 114
　　5.4.2　WiFi網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和原理 114
　5.5  無線自組織網(wǎng)絡技術(shù) 116
　　5.5.1  Ad Hoc網(wǎng)絡的基本概念 116
　　5.5.2  Ad Hoc網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu) 117
　　5.5.3  Ad Hoc網(wǎng)絡的應用 119
　練習題 120
第6章  無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建及應用實踐 123
　6.1  無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡實驗平臺 133
　　6.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡實驗平臺簡介 133
　　6.3.2  TinyOS操作系統(tǒng)在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用實踐 135
　練習題 165
第7章  無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點定位技術(shù) 166
　7.1  節(jié)點定位技術(shù)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(shù)基本原理 167
　7.2  無線傳感器網(wǎng)絡自身定位技術(shù) 170
　　7.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位算法的分類 170
　　7.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡自身定位系統(tǒng)和算法 171
　7.3  無線傳感器網(wǎng)絡跟蹤技術(shù) 174
　7.4  無線傳感器網(wǎng)絡時間同步技術(shù) 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(wǎng)絡測距技術(shù) 180
　　7.5.1  基于距離的定位技術(shù) 180
　　7.5.2  與距離無關(guān)的定位算法 182
　練習題 185
第8章  無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制與覆蓋技術(shù) 186
　8.1  無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制技術(shù) 186
　　8.1.1 拓撲控制技術(shù)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(shù) 188
　　8.1.5　典型的功率控制協(xié)議與算法 189
　　8.1.6　拓撲控制中的休眠調(diào)度技術(shù) 193
　8.2  無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋技術(shù) 195
　　8.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法基礎 195
　　8.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法分類 197
　　8.2.3  典型的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法與協(xié)議 199
　練習題 202
第9章  無線傳感器網(wǎng)絡的安全技術(shù) 204
　9.1  無線傳感器網(wǎng)絡安全問題概述 204
　　9.1.1  傳感網(wǎng)安全分析 204
　　9.1.2  傳感網(wǎng)的安全性目標 205
　　9.1.3  傳感網(wǎng)安全策略 207
　　9.1.4　跨層的安全框架 208
　9.2  無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)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(wǎng)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(wǎng)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(shù) 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(wǎng)絡的安全路由 228
　　9.5.1  無線傳感器網(wǎng)絡幾種典型路由協(xié)議的安全性分析 228
　　9.5.2  無線傳感器網(wǎng)絡安全路由協(xié)議 230
　練習題 231
第10章  無線傳感器網(wǎng)絡中間件技術(shù) 232
　10.1　無線傳感器中間件體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡中間件體系 233
　　10.1.3  無線傳感器網(wǎng)絡中間件設計方法 235
　10.2  基于Agent的無線傳感器網(wǎng)絡中間
　　　　件DisWare 237
　　10.2.1  DisWare體系結(jié)構(gòu) 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(wǎng)絡集成開發(fā)平臺MeshIDE概述 240
　　10.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡集成開發(fā)平臺MeshIDE for TinyOS 241
　10.4　無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中間件技術(shù) 244
　　10.4.1　無線多媒體傳感器網(wǎng)絡概述 244
　　10.4.2  無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中間件的特點 244
　　10.4.3  基于Agent的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中間件體系結(jié)構(gòu) 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(gòu)設計 247
　　10.5.2  多應用任務的WSN中間件系統(tǒng)實現(xiàn) 248
　練習題 251
第11章  無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合與管理技術(shù) 252
　11.1  無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合概述 252
　　11.1.1  無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)融合 252
　　11.1.2  無線傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)融合的層次結(jié)構(gòu) 253
　　11.1.3  基于信息抽象層次的數(shù)據(jù)融合模型 253
　11.2  無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合技術(shù)與算法 254
　　11.2.1  傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸及融合技術(shù) 254
　　11.2.2  多傳感器數(shù)據(jù)融合算法 259
　　11.2.3  傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合路由算法 261
　11.3  無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理技術(shù) 263
　　11.3.1  傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)管理概述 263
　　11.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵技術(shù) 264
   11.4  基于策略和代理的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理架構(gòu) 269
　11.5  現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)簡介 271
　11.6  無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)DisWareDM 273
　　11.6.1  DisWareDM無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理概述 273
　　11.6.2  DisWareDM整體功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 274
　練習題 277

第12章  無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)典型案例詳解 278
　12.1  基于無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)構(gòu)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(xiàn) 301
　練習題 308
參考文獻 309