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内容简介

本书介绍了无线传感器网络研究领域中的相关技术和应用，共12章，内容涵盖无线传感器网络的体系结构、传感器与智能检测技术、无线传感器网络的协议规范、无线传感器网络通信技术、短距离无线通信协议标准、覆盖与拓扑控制技术、定位与跟踪技术、时间同步技术、网络安全技术、无线传感器网络数据融合与管理技术、无线传感器网络中间件技术等方面，其中重点介绍了无线传感器网络开发环境的构建、无线传感器网络操作系统，最后详细介绍了两个典型的无线传感器网络应用系统实例。本书在编写上既重视基础知识，又跟踪前沿技术；既具有学术深度，又具有教材的系统性和可读性。
　　本书可作为普通高等院校物联网、传感器网络通信工程、电子信息、计算机等专业高年级本科生和研究生的教材，也可作为无线传感器网络领域的研究人员及广大对无线传感器网络感兴趣的工程技术人员的参考书。

目录

第1章 无线传感器网络基础知识 1
　1.1 无线传感器网络的概念与特点 1
　　1.1.1 无线传感器网络的概念 1
　　1.1.2 无线传感器网络的特点 2
　1.2 无线传感器网络的发展 2
　　1.2.1 无线传感器网络的发展阶段 2
　　1.2.2 无线传感器网络技术发展背景 3
　1.3 无线传感器网络结构 5
　　1.3.1 无线传感器网络的体系结构 5
　　1.3.2 无线传感器网络的节点结构 5
　　1.3.3 无线传感器网络应用系统结构 6
　　1.3.4 无线传感器网络通信体系结构 7
　1.4 无线传感器网络的应用及关键技术 8
　　1.4.1 WSN的应用 8
　　1.4.2 无线传感器网络的关键技术 10
　　1.4.3　无线传感器网络的未来发展 12
　练习题 13

第2章 无线传感器网络的协议规范 14
　2.1 IEEE 802.15.4标准 14
　　2.1.1 IEEE 802.15.4标准概述 14
　　2.1.2 IEEE 802.15.4网络简介 15
　　2.1.3 IEEE 802.15.4网络协议栈 16
　　2.1.4 IEEE 802.15.4的安全服务 23
　2.2 ZigBee协议规范 23
　　2.2.1 ZigBee协议概述 23
　　2.2.2 ZigBee协议栈体系结构及规范 24
　　2.2.3 基于ZigBee的WPAN网络
　　　　　配置应用 27
　2.3 无线传感器网络路由协议 30
　　2.3.1 无线传感器网络路由协议的
　　　　　性能指标 30
　　2.3.2 无线传感器网络路由协议的分类 31
　　2.3.3 广播式路由协议 32
　　2.3.4 坐标式路由协议 33
　　2.3.5 分簇式路由协议 34
　　2.3.6 无线传感器网络路由协议比较 35
　练习题 36

第3章 传感器及检测技术 37
　3.1 传感器 37
　　3.1.1 传感器概述 37
　　3.1.2 传感器的分类 37
　　3.1.3 传感器的性能指标 39
　　3.1.4 传感器的组成和结构 40
　3.2 检测技术基础 41
　　3.2.1 检测系统概述 41
　　3.2.2 检测技术的分类 42
　　3.2.3 检测系统的组成 43
　3.3 典型传感器简介 44
　　3.3.1 磁检测传感器 44
　　3.3.2 光照传感器 45
　　3.3.3 红外对射传感器 46
　　3.3.4 红外反射传感器 47
　　3.3.5 结露传感器 47
　　3.3.6 酒精传感器 48
　　3.3.7 人体检测传感器 49
　　3.3.8 振动检测传感器 49
　　3.3.9 声响检测传感器 50
　　3.3.10 温湿度传感器 51
　　3.3.11 烟雾传感器 55
　3.4 智能检测系统 56
　　3.4.1 智能检测系统的组成及类型 56
　　3.4.2 智能检测系统的设计 57
　　3.4.3 智能传感器技术 58
　练习题 60

第4章 射频识别技术 62
　4.1 射频识别技术概述 62
　　4.1.1 射频识别 62
　　4.1.2 RFID技术分类及标准 63
　　4.1.3 RFID技术标准 67
　4.2 RFID系统的组成 68
　　4.2.1 RFID系统的工作原理及组成 68
　　4.2.2 RFID系统中的软件组件 69
　4.3 几种常见的RFID系统 71
　　4.3.1 电感耦合RFID系统 71
　　4.3.2 反向散射耦合RFID系统 72
　4.4 RFID中间件技术 74
　　4.4.1 RFID中间件的组成及功能特点 75
　　4.4.2 RFID中间件体系结构 76
　4.5 RFID典型模块应用及实训 78
　　4.5.1 RFID的TX125系列射频读卡模块 78
　　4.5.2 RFID读卡的应用 82
　练习题 84

第5章 无线传感器网络通信技术 87
　5.1　蓝牙技术 87
　　5.1.1 蓝牙技术概述 87
　　5.1.2　蓝牙协议栈体系结构 87
　　5.1.3　蓝牙网关 91
　　5.1.4　蓝牙系统的结构及组成 91
　　5.1.5 蓝牙配对实践 93
　5.2 GPRS技术 96
　　5.2.1 GPRS概述 96
　　5.2.2 GPRS无线通信实践 97
　5.3 ZigBee技术 102
　　5.3.1 ZigBee技术概述 102
　　5.3.2 基于ZigBee技术的烟雾传感器应用实践 104
　5.4　WiFi技术 114
　　5.4.1 WiFi技术的概念 114
　　5.4.2　WiFi网络结构和原理 114
　5.5 无线自组织网络技术 116
　　5.5.1 Ad Hoc网络的基本概念 116
　　5.5.2 Ad Hoc网络的体系结构 117
　　5.5.3 Ad Hoc网络的应用 119
　练习题 120

第6章 无线传感器网络开发环境的构建及应用实践 123
　6.1 无线传感器网络操作系统概述 123
　6.2 TinyOS操作系统 123
　　6.2.1 Ubuntu下TinyOS2.x环境的搭建 124
　　6.2.2 NesC语言和TinyOS的组件 126
　6.3 无线传感器网络实验平台 133
　　6.3.1 无线传感器网络实验平台简介 133
　　6.3.2 TinyOS操作系统在无线传感器网络中的应用实践 135
　练习题 165

第7章 无线传感器网络的节点定位技术 166
　7.1 节点定位技术简介 166
　　7.1.1 节点定位的几个基本概念 166
　　7.1.2 节点定位技术基本原理 167
　7.2 无线传感器网络自身定位技术 170
　　7.2.1 无线传感器网络节点定位算法的分类 170
　　7.2.2 无线传感器网络自身定位系统和算法 171
　7.3 无线传感器网络跟踪技术 174
　7.4 无线传感器网络时间同步技术 176
　　7.4.1 时间同步模型 176
　　7.4.2 时间同步算法与性能对比分析 177
　7.5 无线传感器网络测距技术 180
　　7.5.1 基于距离的定位技术 180
　　7.5.2 与距离无关的定位算法 182
　练习题 185

第8章 无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术 186
　8.1 无线传感器网络拓扑控制技术 186
　　8.1.1 拓扑控制技术概述 186
　　8.1.2　拓扑控制的设计目标 186
　　8.1.3　拓扑控制的研究方法 187
　　8.1.4　功率控制技术 188
　　8.1.5　典型的功率控制协议与算法 189
　　8.1.6　拓扑控制中的休眠调度技术 193
　8.2 无线传感器网络覆盖技术 195
　　8.2.1 无线传感器网络覆盖算法基础 195
　　8.2.2 无线传感器网络覆盖算法分类 197
　　8.2.3 典型的无线传感器网络覆盖算法与协议 199
　练习题 202

第9章 无线传感器网络的安全技术 204
　9.1 无线传感器网络安全问题概述 204
　　9.1.1 传感网安全分析 204
　　9.1.2 传感网的安全性目标 205
　　9.1.3 传感网安全策略 207
　　9.1.4　跨层的安全框架 208
　9.2 无线传感器网络协议栈的安全 209
　　9.2.1 物理层的攻击与安全策略 210
　　9.2.2 链路层的攻击与安全策略 211
　　9.2.3 网络层的攻击与安全策略 211
　　9.2.4 传输层和应用层的安全策略 212
　9.3 无线传感器网络密钥管理 212
　　9.3.1 密钥管理的安全需求 213
　　9.3.2 密钥管理方案的分类 213
　　9.3.3 密钥管理的评估指标 214
　　9.3.4 密钥管理方案典型案例分析 215
　9.4 拒绝服务(DoS)攻击原理及防御技术 221
　　9.4.1 DoS攻击原理 221
　　9.4.2 DoS攻击属性 224
　　9.4.3 预防DoS攻击的策略 227
　9.5 无线传感器网络的安全路由 228
　　9.5.1 无线传感器网络几种典型路由协议的安全性分析 228
　　9.5.2 无线传感器网络安全路由协议 230
　练习题 231

第10章 无线传感器网络中间件技术 232
　10.1　无线传感器中间件体系结构及功能 232
　　10.1.1 通用的中间件的定义 232
　　10.1.2 无线传感器网络中间件体系 233
　　10.1.3 无线传感器网络中间件设计方法 235
　10.2 基于Agent的无线传感器网络中间
　　　　件DisWare 237
　　10.2.1 DisWare体系结构 238
　　10.2.2　DisWare中间件 239
　10.3 DisWare中间件平台软件MeshIDE 240
　　10.3.1 无线传感器网络集成开发平台MeshIDE概述 240
　　10.3.2 无线传感器网络集成开发平台MeshIDE for TinyOS 241
　10.4　无线多媒体传感器网络中间件技术 244
　　10.4.1　无线多媒体传感器网络概述 244
　　10.4.2 无线多媒体传感器网络中间件的特点 244
　　10.4.3 基于Agent的无线多媒体传感器网络中间件体系结构 245
　10.5 支持多应用任务的WSN中间件的设计 247
　　10.5.1 多应用任务的WSN中间件系统架构设计 247
　　10.5.2 多应用任务的WSN中间件系统实现 248
　练习题 251

第11章 无线传感器网络数据融合与管理技术 252
　11.1 无线传感器网络的数据融合概述 252
　　11.1.1 无线传感器网络中的数据融合 252
　　11.1.2 无线传感器网络中数据融合的层次结构 253
　　11.1.3 基于信息抽象层次的数据融合模型 253
　11.2 无线传感器网络的数据融合技术与算法 254
　　11.2.1 传感器网络数据传输及融合技术 254
　　11.2.2 多传感器数据融合算法 259
　　11.2.3 传感器网络数据融合路由算法 261
　11.3 无线传感器网络数据管理技术 263
　　11.3.1 传感器网络中的数据管理概述 263
　　11.3.2 无线传感器网络数据管理的关键技术 264
11.4 基于策略和代理的无线传感器网络数据管理架构 269
　11.5 现有传感器网络数据管理系统简介 271
　11.6 无线传感器网络数据管理系统DisWareDM 273
　　11.6.1 DisWareDM无线传感器网络数据管理概述 273
　　11.6.2 DisWareDM整体功能和系统结构设计 274
　练习题 277


第12章 无线传感器网络应用系统典型案例详解 278
　12.1 基于无线传感器网络的远程医疗监护系统设计 278
　　12.1.1 无线传感器网络的远程医疗监护系统概述 278
　　12.1.2 无线传感器网络的远程医疗监护系统硬件设计 280
　　12.1.3 无线监护传感器节点的底层代码设计 288
12.2 基于无线传感器网络的光强环境监测系统设计 297
　　12.2.1 环境监测系统需求分析 297
　　12.2.2 系统结构体系设计 298
　　12.2.3 系统功能模块设计 299
　　12.2.4 系统实现 301
　练习题 308
参考文献 309

前言/序言

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。可以预计，无线传感器网络的研究与应用的进一步发展是一种必然趋势。为满足各地无线传感器网络技术与应用人才培养的需要，我们编写了本书。
　　本书详细介绍了无线传感器网络的概念、关键技术和典型应用。书中首先讨论了无线传感器网络的概念与特点、无线传感器网络体系结构、节点结构、应用系统结构和通信体系结构；无线传感器网络的协议规范，包括IEEE802.15.4标准、ZigBee协议栈体系结构及规范、无线传感器网络路由协议，传感器及检测技术，智能传感器技术，智能检测系统的设计，RFID的工作原理及系统组成，RFID中间件技术及RFID典型模块应用等；其次介绍了物联网通信与网络技术知识，主要包括无线通信技术、蓝牙技术、WiFi技术、ZigBee技术、GPS技术、无线局域网、无线城域网、无线自组织网络技术、Ad Hoc网络的体系结构与应用等；然后介绍了无线传感器网络开发环境的构建、TinyOS操作系统与编程、无线传感器网络的节点定位与跟踪技术、时间同步技术、测距技术、无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术、无线传感器网络安全技术、无线传感器网络密钥管理、无线传感器网络中间件技术、无线传感器网络中数据融合与管理技术、无线传感器网络应用系统设计与开发等，使课程理论与实践紧密地结合起来。
　　本书由熊茂华、熊昕编写，周顺先教授主审。全书由熊茂华负责内容规划和编排。其中，第1～5章由熊昕编写，第6～12章由熊茂华编写。
　　本书在编写过程中，得到了部分同事和无锡清华信息科学与技术国家实验室物联网技术中心的帮助，部分内容参考了本书所列的参考文献，在此谨向所有给予帮助的同志和所列参考文献的作者深表谢意。
　　由于时间仓促，加之编者的水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请各位专家以及广大读者批评指正。与本书配套的开发工具软件、练习题参考答案和课件可登录西安电子科技大学出版社网站下载。
　　
　 编　者　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2013年9月　

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