無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用

第1章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí) 1
　1.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念與特點(diǎn) 1
　　1.1.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念 1
　　1.1.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 2
　1.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 2
　　1.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段 2
　　1.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展背景 3
　1.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 5
　　1.3.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6
　　1.3.4  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu) 7
　1.4  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù) 8
　　1.4.1  WSN的應(yīng)用 8
　　1.4.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 10
　　1.4.3　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展 12
　練習(xí)題 13
第2章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范 14
　2.1  IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 14
　　2.1.1  IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述 14
　　2.1.2  IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)簡介 15
　　2.1.3  IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 16
　　2.1.4  IEEE 802.15.4的安全服務(wù) 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(luò)
　　　　　配置應(yīng)用 27
　2.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 30
　　2.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的
　　　　　性能指標(biāo) 30
　　2.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(biāo)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(luò)路由協(xié)議比較 35
　練習(xí)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(biāo) 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(chǔ) 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(duì)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(dòng)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(shè)計(jì) 57
　　3.4.3  智能傳感器技術(shù) 58
　練習(xí)題 60
第4章  射頻識(shí)別技術(shù) 62
　4.1  射頻識(shí)別技術(shù)概述 62
　　4.1.1  射頻識(shí)別 62
　　4.1.2  RFID技術(shù)分類及標(biāo)準(zhǔn) 63
　　4.1.3  RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 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(diǎn) 75
　　4.4.2  RFID中間件體系結(jié)構(gòu) 76
　4.5  RFID典型模塊應(yīng)用及實(shí)訓(xùn) 78
　　4.5.1  RFID的TX125系列射頻讀卡模塊 78
　　4.5.2  RFID讀卡的應(yīng)用 82
　練習(xí)題 84
第5章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 87
　5.1　藍(lán)牙技術(shù) 87
　　5.1.1  藍(lán)牙技術(shù)概述 87
　　5.1.2　藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu) 87
　　5.1.3　藍(lán)牙網(wǎng)關(guān) 91
　　5.1.4　藍(lán)牙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成 91
　　5.1.5  藍(lán)牙配對(duì)實(shí)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(shí)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(yīng)用實(shí)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(luò)結(jié)構(gòu)和原理 114
　5.5  無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 116
　　5.5.1  Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基本概念 116
　　5.5.2  Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 117
　　5.5.3  Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 119
　練習(xí)題 120
第6章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建及應(yīng)用實(shí)踐 123
　6.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 133
　　6.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介 133
　　6.3.2  TinyOS操作系統(tǒng)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實(shí)踐 135
　練習(xí)題 165
第7章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù) 166
　7.1  節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)簡介 166
　　7.1.1  節(jié)點(diǎn)定位的幾個(gè)基本概念 166
　　7.1.2  節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)基本原理 167
　7.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位技術(shù) 170
　　7.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的分類 170
　　7.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位系統(tǒng)和算法 171
　7.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跟蹤技術(shù) 174
　7.4  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù) 176
　　7.4.1  時(shí)間同步模型 176
　　7.4.2  時(shí)間同步算法與性能對(duì)比分析 177
　7.5  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(xí)題 185
第8章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù) 186
　8.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂萍夹g(shù) 186
　　8.1.1 拓?fù)淇刂萍夹g(shù)概述 186
　　8.1.2　拓?fù)淇刂频脑O(shè)計(jì)目標(biāo) 186
　　8.1.3　拓?fù)淇刂频难芯糠椒?nbsp;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?fù)淇刂浦械男菝哒{(diào)度技術(shù) 193
　8.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù) 195
　　8.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法基礎(chǔ) 195
　　8.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法分類 197
　　8.2.3  典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法與協(xié)議 199
　練習(xí)題 202
第9章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù) 204
　9.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(biāo) 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(luò)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(luò)層的攻擊與安全策略 211
　　9.2.4  傳輸層和應(yīng)用層的安全策略 212
　9.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(píng)估指標(biāo) 214
　　9.3.4  密鑰管理方案典型案例分析 215
　9.4  拒絕服務(wù)(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(yù)防DoS攻擊的策略 227
　9.5  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全路由 228
　　9.5.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)安全路由協(xié)議 230
　練習(xí)題 231
第10章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)中間件體系 233
　　10.1.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件設(shè)計(jì)方法 235
　10.2  基于Agent的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(tái)軟件MeshIDE 240
　　10.3.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成開發(fā)平臺(tái)MeshIDE概述 240
　　10.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成開發(fā)平臺(tái)MeshIDE for TinyOS 241
　10.4　無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù) 244
　　10.4.1　無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 244
　　10.4.2  無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件的特點(diǎn) 244
　　10.4.3  基于Agent的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件體系結(jié)構(gòu) 245
　10.5  支持多應(yīng)用任務(wù)的WSN中間件的設(shè)計(jì) 247
　　10.5.1  多應(yīng)用任務(wù)的WSN中間件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 247
　　10.5.2  多應(yīng)用任務(wù)的WSN中間件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 248
　練習(xí)題 251
第11章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合與管理技術(shù) 252
　11.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合概述 252
　　11.1.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)融合 252
　　11.1.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)與算法 254
　　11.2.1  傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)融合路由算法 261
　11.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理技術(shù) 263
　　11.3.1  傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)管理概述 263
　　11.3.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)管理架構(gòu) 269
　11.5  現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)簡介 271
　11.6  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)DisWareDM 273
　　11.6.1  DisWareDM無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì) 274
　練習(xí)題 277

第12章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)典型案例詳解 278
　12.1  基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 278
　　12.1.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)概述 278
　　12.1.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 280
　　12.1.3  無線監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點(diǎn)的底層代碼設(shè)計(jì) 288
   12.2  基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的光強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 298
　　12.2.3  系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì) 299
　　12.2.4  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 301
　練習(xí)題 308
參考文獻(xiàn) 309