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第1章 无线传感器网络1

1.1 无线传感器网络概述1

1.1.1 发展历程2

1.1.2 定义3

1.2 无线传感器网络的应用领域4

1.2.1 军事5

1.2.2 农业5

1.2.3 医疗6

1.2.4 建筑工程与建筑物7

1.2.5 智能建筑与市政建设管理7

1.3 无线传感器网络的特点9

1.3.1 系统特点9

1.3.2 技术特点9

1.4 无线传感器网络的关键技术10

1.4.1 技术组成11

1.4.2 面临的挑战12

本章习题13

第2章 网络与通信技术14

2.1 体系结构14

2.2 物理层16

2.2.1 物理层概述16

2.2.2 链路特性21

2.2.3 物理层设计22

2.2.4 低速物理层23

2.2.5 中高速物理层24

2.3 数据链路层25

2.3.1 MAC概述26

2.3.2 基于竞争的MAC协议27

2.3.3 基于时分复用的MAC协议29

2.3.4 其他类型的MAC协议30

2.4 ZigBee32

2.4.1 ZigBee与IEEE 802.15.4的分工32

2.4.2 ZigBee与IEEE 802.15.4的区别33

2.4.3 ZigBee协议框架34

2.4.4 ZigBee技术的特点34

2.4.5 网络层规范35

2.4.6 应用层规范36

2.5 拓扑控制37

2.5.1 拓扑控制概述37

2.5.2 功率控制技术39

2.5.3 层次型拓扑结构控制40

2.6 路由协议42

2.6.1 路由协议概述43

2.6.2 平面路由协议44

2.6.3 分簇路由协议45

2.6.4 其他路由协议47

2.7 覆盖技术48

2.7.1 覆盖的评价标准48

2.7.2 覆盖的分类49

2.7.3 覆盖算法50

本章习题51

第3章 管理技术52

3.1 时间同步技术52

3.1.1 时间同步概述53

3.1.2 影响时间同步的关键因素54

3.1.3 时间同步机制的基本原理55

3.1.4 同步算法57

3.2 定位技术62

3.2.1 定位技术概述63

3.2.2 基于距离的定位64

3.2.3 与距离无关的定位66

3.3 数据管理技术71

3.3.1 数据管理概述71

3.3.2 系统结构72

3.3.3 数据存储与索引技术73

3.3.4 查询处理技术76

3.4 目标跟踪技术77

3.4.1 目标跟踪概述78

3.4.2 目标跟踪的主要技术80

3.4.3 几种目标跟踪算法中的节点调度策略82

本章习题88

第4章 安全技术89

4.1 无线传感器网络安全问题概述89

4.2 无线传感器网络安全分析91

4.2.1 安全性目标和挑战92

4.2.2 安全体系结构94

4.3 无线传感器网络协议栈的安全95

4.3.1 物理层的攻击与安全策略95

4.3.2 链路层的攻击与安全策略97

4.3.3 网络层的攻击与安全策略97

4.3.4 传输层和应用层的安全策略98

4.4 密钥管理99

4.4.1 预共享密钥分配模型100

4.4.2 随机密钥预分配模型101

4.4.3 基于位置的密钥预分配模型107

4.4.4 其他的密钥管理方案108

4.5 入侵检测技术108

4.5.1 入侵检测技术概述109

4.5.2 入侵检测技术的分类110

4.5.3 入侵检测体系框架110

4.5.4 三种入侵检测方案的工作原理111

本章习题114

第5章 技术标准115

5.1 国内标准115

5.2 无线传感器网络标准工作组116

5.2.1 WGSN工作组简介117

5.2.2 WGSN标准框架117

5.3 ISO/IEC JTC1 WG7标准119

5.3.1 ISO/IEC JTC1 WG7标准工作组简介119

5.3.2 ISO/IEC JTC1 WG7标准框架119

5.4 无线传感器网络相关标准120

5.4.1 ISO系列相关标准120

5.4.2 IEC系列相关标准121

5.4.3 ITU-T系列相关标准122

5.4.4 IEEE 802.15系列相关标准122

5.4.5 IEEE 1451系列相关标准123

5.4.6 IEEE 1588相关标准124

5.4.7 ISA100相关标准124

5.4.8 ZigBee联盟标准125

5.4.9 IETF相关标准125

5.4.10 OGC OpenGIS相关标准126

本章习题127

第6章 软、硬件设计与测试128

6.1 传感器节点的分类129

6.1.1 标量感知节点129

6.1.2 媒体感知节点130

6.2 传感器节点硬件设计130

6.2.1 节点的设计原则130

6.2.2 节点的硬件设计131

6.3 网络开发测试平台技术135

6.3.1 操作系统135

6.3.2 WSN专用的软件开发平台TinyOS136

本章习题141

第7章 典型应用设计142

7.1 智能家居系统142

7.1.1 相关技术143

7.1.2 需求分析143

7.1.3 系统架构144

7.1.4 功能模块144

7.1.5 软件设计与评测146

7.2 智能温室系统147

7.2.1 需求分析147

7.2.2 系统架构148

7.2.3 功能模块149

7.2.4 软件设计与评测150

7.3 智能化远程医疗监护系统152

7.3.1 需求分析152

7.3.2 系统架构153

7.3.3 功能模块154

7.3.4 软件设计与评测156

本章习题160

第8章 工程实验指导161

8.1 建立一个简单的实验工程161

8.2 看门狗定时器实验165

8.3 液晶LCD显示167

8.4 温度传感器数据读取及LCD显示实验170

8.5 无线点亮LED灯实验173

8.6 点对点无线通信实验177

附录 CC2530芯片简介185

参考文献192