無線傳感器網(wǎng)絡：技術、協(xié)議與應用

目  錄
第1章  無線傳感器網(wǎng)絡概述 1
1．1  引言 1
1．1．1  無線傳感器網(wǎng)絡的背景 2
1．1．2  傳感器網(wǎng)絡的應用 9
1．1．3  本書重點 12
1．2  無線傳感器網(wǎng)絡技術概述 13
1．2．1  傳感器網(wǎng)絡體系結構的基本元素 14
1．2．2  傳感器網(wǎng)絡發(fā)展史簡要回顧 25
1．2．3  挑戰(zhàn)與阻礙 26
1．3  小結 29
參考文獻 29
第2章  無線傳感器網(wǎng)絡的應用 37
2．1  引言 37
2．2  背景知識 37
2．3  應用范圍 40
2．4  第二類無線傳感器網(wǎng)絡應用實例 49
2．4．1  家居控制 50
2．4．2  建筑自動化 51
2．4．3  工業(yè)自動化 54
2．4．4  醫(yī)學應用 55
2．5  第一類無線傳感器網(wǎng)絡應用舉例 56
2．5．1  傳感器和機器人 57
2．5．2  可重構傳感器網(wǎng)絡 59
2．5．3  高速公路監(jiān)控 60
2．5．4  軍事應用 61
2．5．5  土木與環(huán)境工程應用 63
2．5．6  火災儀表 64
2．5．7  環(huán)境監(jiān)測 64
2．5．8  納米傳感器的應用 64
2．6  WSN技術的另一個分類 65
2．7  小結 66
參考文獻 67
第3章  基礎無線傳感器技術 72
3．1  引言 72
3．2  傳感器節(jié)點技術 72
3．2．1  概述 72
3．2．2  硬件和軟件 75
3．3  傳感器的分類 78
3．4  無線節(jié)點的工作環(huán)境 80
3．5  無線節(jié)點的發(fā)展趨勢 82
3．6  小結 85
參考文獻 85
第4章  無線傳輸技術與系統(tǒng) 87
4．1  簡介 87
4．2  無線電技術 87
4．2．1  傳播與傳播損耗 88
4．2．2  調(diào)制 93
4．3  可用的無線技術 95
4．3．1  校園網(wǎng)應用 101
4．3．2  城域網(wǎng)/廣域網(wǎng)應用 110
4．4  小結 119
參考文獻 125
第5章  無線傳感器網(wǎng)絡介質(zhì)訪問控制協(xié)議 129
5．1  簡介 129
5．2  背景 130
5．3  介質(zhì)訪問控制協(xié)議的基礎 131
5．3．1  性能要求 131
5．3．2  通用協(xié)議 134
5．4  無線傳感器網(wǎng)絡介質(zhì)訪問控制協(xié)議 142
5．4．1  基于調(diào)度的協(xié)議 143
5．4．2  隨機接入?yún)f(xié)議 146
5．5  傳感器介質(zhì)訪問控制案例 148
5．5．1  協(xié)議概況 148
5．5．2  周期性偵聽和睡眠操作 149
5．5．3  調(diào)度表選擇與維護 149
5．5．4  維持同步 150
5．5．5  自適應監(jiān)聽 151
5．5．6  訪問控制和數(shù)據(jù)交換 151
5．5．7  消息傳遞 152
5．6  IEEE 802．15．4 LR-WPANs服務標準案例研究 153
5．6．1  物理層 155
5．6．2  MAC層 156
5．7  小結 167
參考文獻 168
第6章  無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議 173
6．1  引言 173
6．2  背景 174
6．3  數(shù)據(jù)分發(fā)與采集 174
6．4  無線傳感器網(wǎng)絡路由挑戰(zhàn)與設計問題 175
6．4．1  網(wǎng)絡規(guī)模與時變特性 176
6．4．2  資源限制 176
6．4．3  傳感器應用數(shù)據(jù)模型 176
6．5  無線傳感器網(wǎng)絡路由策略 177
6．5．1  無線傳感器網(wǎng)絡路由技術 178
6．5．2  洪泛機制及其變形 178
6．5．3  SPIN協(xié)議 180
6．5．4  LEACH協(xié)議 184
6．5．5  PEGASIS協(xié)議 187
6．5．6  定向擴散協(xié)議 189
6．5．7  基于地理位置的路由協(xié)議 192
6．6  小結 198
參考文獻 198
第7章  無線傳感器網(wǎng)絡傳輸控制協(xié)議 202
7．1  傳統(tǒng)的傳輸控制協(xié)議 202
7．1．1  TCP（RFC 793） 204
7．1．2  UDP（RFC 768） 205
7．1．3  移動IP 205
7．1．4  在無線傳感器網(wǎng)絡中使用TCP或UDP的可行性 206
7．2  傳輸協(xié)議的設計問題 207
7．3  現(xiàn)有的傳輸控制協(xié)議的實例 209
7．3．1  CODA（擁塞檢測和避免） 209
7．3．2  ESRT（事件下沉可靠傳輸） 210
7．3．3  RMST（可靠的多段傳輸） 210
7．3．4  PSFQ（慢存入，快取出） 210
7．3．5  GARUDA（揭路荼） 211
7．3．6  ATP（自組織網(wǎng)絡的傳輸協(xié)議） 211
7．3．7  傳輸控制協(xié)議的問題 212
7．4  傳輸控制協(xié)議的性能 212
7．4．1  擁塞 212
7．4．2  丟包恢復 214
7．5  小結 215
參考文獻 215
第8章  無線傳感器網(wǎng)絡中間件 217
8．1  簡介 217
8．2  無線傳感器網(wǎng)絡中間件工作的原理 217
8．3  中間件的結構 219
8．3．1  與數(shù)據(jù)相關的函數(shù) 220
8．3．2  結構 223
8．4  現(xiàn)有的中間件 224
8．4．1  MiLAN（連接應用和網(wǎng)絡的中間件） 224
8．4．2  IrisNet（互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模資源密集型傳感器網(wǎng)絡服務） 225
8．4．3  AMF（自適應中間件框架） 225
8．4．4  DSWare（數(shù)據(jù)服務中間件） 226
8．4．5  CLMF（基于簇的輕量級中間件框架） 226
8．4．6  MSM（監(jiān)控中間件服務） 226
8．4．7  Em*（一種開發(fā)和部署無線傳感器網(wǎng)絡的軟件環(huán)境） 227
8．4．8  Impala（針對自動化的并行傳感系統(tǒng)的中間件） 227
8．4．9  Dfuse（一種分布式數(shù)據(jù)融合框架） 227
8．4．10  DDS（設備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)） 228
8．4．11  傳感器件 228
8．5  小結 229
參考文獻 229
第9章  無線傳感器網(wǎng)絡的管理 233
9．1  概述 233
9．2  網(wǎng)絡管理需求 233
9．3  傳統(tǒng)的網(wǎng)絡管理模型 234
9．3．1  簡單的網(wǎng)絡管理協(xié)議 234
9．3．2  電信運營圖 235
9．4  網(wǎng)絡管理的設計問題 235
9．5  管理架構示例：MANNA 237
9．6  與網(wǎng)絡管理相關的其他問題 239
9．6．1  命名 239
9．6．2  定位 240
9．7  小結 241
參考文獻 241
第10章  無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng) 244
10．1  概述 244
10．2  操作系統(tǒng)的設計問題 245
10．3  操作系統(tǒng)實例 247
10．3．1  TinyOS 247
10．3．2  Mate 248
10．3．3  MagnetOS 248
10．3．4  MANTIS 249
10．3．5  OSPM 249
10．3．6  EYESOS 250
10．3．7  SenOS 250
10．3．8  EMERALDS 251
10．3．9  PicOS 251
10．4  小結 251
參考文獻 252
第11章  性能和流量管理 254
11．1  簡介 254
11．2  背景 254
11．3  無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡協(xié)議 256
11．3．1  MAC協(xié)議 256
11．3．2  路由協(xié)議 257
11．3．3  傳輸協(xié)議 258
11．4  無線傳感器網(wǎng)絡的性能建模 258
11．4．1  性能指標 259
11．4．2  基本模型 259
11．4．3  網(wǎng)絡模型 263
11．5  案例研究：系統(tǒng)生命周期的簡單計算 265
11．5．1  分析 266
11．5．2  討論 268
11．6  小結 270
參考文獻 270