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目录3

第1篇 传感器网络通信协议3

第1章 无线传感器网络概述3

1.1 传感器网络体系结构4

1.1.1 传感器网络结构4

1.1.2 传感器节点结构5

1.1.3 传感器网络协议栈5

1.2 传感器网络的特征6

1.2.1 与现有无线网络的区别6

1.2.2 传感器节点的限制7

1.2.3 传感器网络的特点9

1.3 传感器网络的应用11

1.4 传感器网络的研究进展14

1.5 传感器网络的关键技术16

1.6 本书章节安排23

参考文献25

第2章 路由协议27

2.1 概述27

2.2 路由协议分类28

2.3 能量感知路由29

2.3.1 能量路由29

2.3.2 能量多路径路由31

2.4 基于查询的路由32

2.4.1 定向扩散路由32

2.4.2 谣传路由34

2.5 地理位置路由36

2.5.1 GEAR路由36

2.5.2 GEM路由38

2.5.3 边界定位的地理路由42

2.6 可靠路由协议45

2.6.1 基于不相交路径的多路径路由机制45

2.6.2 ReInForM路由47

2.6.3 SPEED协议49

2.7 路由协议自主切换52

2.8 小结54

参考文献55

第3章 MAC协议59

3.1 概述59

3.2 基于竞争的MAC协议61

3.2.1 IEEE 802.11 MAC层协议61

3.2.2 S-MAC协议64

3.2.3 T-MAC协议67

3.2.4 Sift协议70

3.3 基于时分复用的MAC协议73

3.3.1 基于分簇网络的MAC协议74

3.3.2 DEANA协议75

3.3.3 基于周期性调度的MAC协议75

3.3.4 TRAMA协议78

3.3.5 DMAC81

3.4 其他类型的MAC协议85

3.4.1 SMACS/EAR协议85

3.4.2 基于CDMA方式的信道分配协议86

3.5 小结87

参考文献88

第4章 拓扑控制89

4.1 概述89

4.2 功率控制90

4.2.1 基于节点度的算法91

4.2.2 基于邻近图的算法92

4.3 层次型拓扑结构控制94

4.3.1 LEACH算法95

4.3.2 GAF算法97

4.3.3 GAF改进算法98

4.3.4 TopDisc算法100

4.4.1 STEM算法103

4.4 启发机制103

4.4.2 ASCENT算法105

4.5 小结106

参考文献107

第5章 IEEE 802.15.4标准109

5.1 概述109

5.2 IEEE 802.15.4网络简介110

5.2.1 IEEE 802.15.4网络的拓扑结构111

5.2.2 网络拓扑的形成过程112

5.3 IEEE 802.15.4网络协议栈114

5.3.1 物理层114

5.3.2 MAC子层117

5.3.4 能量消耗125

5.3.5 安全服务125

5.3.3 鲁棒性125

5.4 CC2420芯片127

5.4.1 CC2420内部结构127

5.4.2 外围电路128

5.4.3 处理器接口129

5.4.4 RAM区的读写130

5.4.5 CC2420内部寄存器131

参考文献132

5.5 小结132

5.4.6 MAC子层安全操作132

第2篇 传感器网络支撑技术135

第6章 定位技术135

6.1 定位技术简介136

6.1.1 基本概念和算法136

6.1.2 定位算法分类140

6.2 基于距离的定位140

6.2.2 基于TDOA的定位141

6.2.1 基于TOA的定位141

6.2.3 基于AOA的定位143

6.2.4 基于RSSI的定位146

6.3 距离无关的定位算法148

6.3.1 质心算法148

6.3.2 DV-Hop算法149

6.3.3 Amorphous定位算法151

6.3.4 APIT算法152

6.4 小结154

参考文献155

第7章 时间同步157

7.1 传感器网络时间同步的要求157

7.2 网络时间同步机制159

7.3 传感器网络时间同步机制162

7.3.1 RBS同步机制163

7.3.2 TPSN时间同步协议165

7.3.3 mini-sync和tiny-sync同步算法168

7.3.4 DMTS同步机制171

7.3.5 LTS机制173

7.3.6 其他同步机制174

7.4 小结176

参考文献177

第8章 安全技术179

8.1 概述179

8.2 符号说明182

8.3 传感器网络的安全分析182

8.3.1 物理层的攻击和防御184

8.3.2 链路层的攻击和防御185

8.3.3 网络层的攻击和防御186

8.4 依赖基站的网络安全框架协议——SPINS188

8.4.1 安全网络加密协议SNEP188

8.4.2 基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μTESLA191

8.4.3 SPINS协议的实现问题199

8.4.4 美国加州大学伯克利分校的模型系统202

8.5 安全管理203

8.5.1 预共享密钥模型205

8.5.2 随机密钥预分布模型206

8.5.3 其他安全引导模型213

8.6 小结216

参考文献217

第9章 数据管理219

9.1 概述219

9.2 系统结构221

9.3 数据模型和查询语言224

9.3.1 数据模型224

9.3.2 查询语言225

9.4 数据存储与索引技术227

9.4.2 以数据为中心的数据存储方法的性能228

9.4.1 数据命名方法228

9.4.3 数据中心存储方法229

9.4.4 层次检索结构233

9.4.5 一维分布式索引235

9.4.6 多维分布式索引236

9.5 查询处理技术238

9.5.1 集中与分布式查询处理方法238

9.5.2 聚集操作的处理技术240

9.5.3 连续查询处理技术243

9.5.4 TinyDB的查询处理技术245

9.6 数据管理系统实例250

9.6.1 传感器网络数据管理系统TinyDB250

9.6.2 Cougar系统254

9.7 小结256

参考文献257

10.1 引言259

第10章 数据融合259

10.2 数据融合的作用260

10.3 数据融合的分类262

10.3.1 根据融合前后数据的信息含量划分262

10.3.2 根据数据融合与应用层数据语义之间的关系划分263

10.3.3 根据融合操作的级别划分264

10.4 应用层中的数据融合264

10.5 网络层中的数据融合267

10.5.1 路由方式与数据融合267

10.5.2 DC路由中的数据融合268

10.5.3 数据融合树的构造270

10.6 独立的数据融合协议层271

10.7 小结273

参考文献273

11.1 设计简介277

第11章 硬件平台277

第3篇 传感器网络应用技术277

11.2 核心部件的设计要求279

11.2.1 处理器模块279

11.2.2 无线通信模块281

11.2.3 传感器模块284

11.2.4 外围模块286

11.3 传感器节点实例剖析288

11.3.1 节点系列简介288

11.3.2 Mica2节点设计分析293

11.3.3 Mica系列传感器板设计分析308

11.3.4 辅助工具介绍314

11.4 小结316

参考文献318

第12章 nesC语言319

12.1 nesC语言简介319

12.2 基于nesC语言的应用程序320

12.3 nesC语言的术语325

12.4 接口328

12.5 组件329

12.6 模块及其组成332

12.6.1 命令调用和事件通知333

12.6.2 任务334

12.7 配件及其组成334

12.7.1 配件中的组件列表335

12.7.2 连接335

12.8 小结340

参考文献340

第13章 TinyOS操作系统341

13.1 传感器网络对操作系统的需求341

13.2 TinyOS操作系统的设计思路342

13.3 TinyOS组件模型343

13.3.1 TinyOS的组件类型345

13.3.2 硬件／软件边界346

13.3.3 组件示例346

13.3.4 组件组合347

13.3.5 应用程序总体分析349

13.4 TinyOS通信模型350

13.4.1 主动消息概述350

13.4.2 主动消息的设计实现351

13.4.3 主动通信的缓存管理机制351

13.4.4 主动消息的显式确认消息机制352

13.5 TinyOS情境分析352

13.5.1 Blink配件文件分析353

13.5.2 BlinkM模块文件分析354

13.5.3 ncc编译nesC程序的作用域356

13.5.4 Blink应用程序剖析358

13.5.5 TinyOS调度机制的实现371

13.5.6 TinyOS的事件驱动机制375

13.6 安装TinyOS382

13.6.1 安装／升级TinyOS的步骤382

13.6.2 用模拟器开发组件386

13.6.3 TinyViz：TOSSIM图形用户调试接口388

13.7 小结390

参考文献390

第14章 跟踪系统391

14.1 概述391

14.2 协作跟踪过程实例392

14.3 点目标跟踪395

14.3.1 双元检测协作跟踪395

14.3.2 信息驱动协作跟踪396

14.3.3 传送树跟踪算法399

14.4 面目标跟踪算法——对偶空间转换跟踪算法402

参考文献405

14.5 小结405

第15章 环境监测系统407

15.1 环境监测应用中的传感器网络体系结构407

15.2 传感器网络用于环境监测中的关键技术409

15.2.1 节点及节点部署409

15.2.2 能量管理410

15.2.3 远程任务控制411

15.2.4 数据采样和收集412

15.2.5 能量高效的通信机制413

15.3 传感器网络用于环境监测的实例413

15.3.1 生态环境监控需求414

15.3.2 大鸭岛生态环境监控实验415

15.3.3 监控实验分析416

15.4 小结417

参考文献418

常用术语英汉对照419