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第1章 概述1

1.1 无线传感器网络的概念与特征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征2

1.2 无线传感器网络的关键技术4

1.2.1 微机电系统技术4

1.2.2 无线通信技术4

1.2.3 硬件与软件平台5

1.3 无线传感器网络的设计目标6

1.4 无线传感器网络的应用领域8

1.4.1 环境监测8

1.4.2 国防军事8

1.4.3 工业监控9

1.4.4 健康医疗9

1.4.5 智能家居9

1.4.6 公共安全10

1.5 无线传感器网络的发展与现状10

1.5.1 无线传感器网络的发展历程10

1.5.2 无线传感器网络的研究现状11

1.6 无线传感器网络与物联网12

1.6.1 物联网的概念12

1.6.2 无线传感器网络与物联网的区别13

1.7 本章小结15

参考文献15

第2章 无线传感器网络的体系结构18

2.1 无线传感器节点结构18

2.2 无线传感器网络结构19

2.2.1 单跳网络结构19

2.2.2 多跳网络结构19

2.3 无线传感器网络分类21

2.3.1 单跳网络和多跳网络21

2.3.2 静止网络和移动网络21

2.3.3 确定性网络和非确定性网络22

2.3.4 静止汇聚节点网络和移动汇聚节点网络22

2.3.5 单汇聚节点网络和多汇聚节点网络22

2.3.6 同构网络和异构网络22

2.4 无线传感器网络协议栈22

2.4.1 应用层23

2.4.2 传输层23

2.4.3 网络层24

2.4.4 数据链路层24

2.4.5 物理层25

2.5 无线传感器网络体系结构设计准则26

2.6 本章小结27

参考文献27

第3章 无线传感器网络的MAC协议29

3.1 概述29

3.1.1 无线传感器网络MAC协议的特点29

3.1.2 无线传感器网络MAC协议的分类30

3.2 无线传感器网络MAC协议设计33

3.2.1 设计目标33

3.2.2 节能设计34

3.2.3 技术挑战34

3.3 无线传感器网络的MAC协议35

3.3.1 竞争型MAC协议36

3.3.2 非竞争型MAC协议42

3.3.3 混合型MAC协议46

3.4 本章小结48

参考文献49

第4章 无线传感器网络的路由协议51

4.1 概述51

4.1.1 无线传感器网络路由协议的特点51

4.1.2 无线传感器网络路由协议的分类52

4.2 无线传感器网络路由协议设计53

4.2.1 设计目标54

4.2.2 技术挑战54

4.3 无线传感器网络的路由协议55

4.3.1 基于分层的路由协议55

4.3.2 基于能量的路由协议59

4.3.3 基于位置的路由协议61

4.3.4 基于移动性的路由协议64

4.3.5 基于机会的路由协议68

4.3.6 基于多路径的路由协议71

4.3.7 数据为中心的路由协议73

4.4 无线传感器网络的组播路由协议78

4.4.1 基于树的组播路由协议78

4.4.2 基于位置的组播路由协议79

4.4.3 基于能量的组播路由协议80

4.4.4 基于地域群播的组播路由协议81

4.5 本章小结82

参考文献82

第5章 无线传感器网络的传输协议85

5.1 概述85

5.1.1 无线传感器网络传输协议的特点86

5.1.2 无线传感器网络传输协议的分类87

5.2 无线传感器网络传输协议设计88

5.2.1 设计目标88

5.2.2 技术挑战89

5.3 无线传感器网络的拥塞控制基本机制89

5.3.1 拥塞避免机制90

5.3.2 拥塞消除机制90

5.4 无线传感器网络的可靠传输基本机制92

5.4.1 丢包恢复机制92

5.4.2 冗余传输机制93

5.4.3 速率控制机制93

5.5 无线传感器网络的典型传输协议93

5.5.1 拥塞控制协议94

5.5.2 可靠传输协议98

5.5.3 拥塞控制和可靠传输混合协议103

5.6 本章小结104

参考文献104

第6章 无线传感器网络的时间同步技术106

6.1 概述106

6.1.1 无线传感器网络时间同步的必要性106

6.1.2 无线传感器网络时间同步的特点107

6.1.3 无线传感器网络时间同步的技术挑战108

6.2 时间同步的概念与原理108

6.2.1 时钟模型108

6.2.2 时钟同步的定义109

6.2.3 时钟同步的策略110

6.3 无线传感器网络的时间同步协议111

6.3.1 基本同步协议111

6.3.2 多跳同步协议115

6.3.3 长期同步协议118

6.4 本章小结119

参考文献120

第7章 无线传感器网络的拓扑控制技术121

7.1 概述121

7.1.1 无线传感器网络拓扑控制的概念121

7.1.2 无线传感器网络拓扑控制的必要性121

7.1.3 无线传感器网络拓扑控制的技术挑战122

7.2 基于功率控制的拓扑控制机制123

7.2.1 基于节点度的功率控制算法123

7.2.2 基于邻近图的功率控制算法124

7.3 基于层次结构的拓扑控制机制126

7.3.1 自适应分簇算法126

7.3.2 分布式分簇算法129

7.4 本章小结131

参考文献131

第8章 无线传感器网络的定位技术133

8.1 概述133

8.1.1 无线传感器网络节点定位的必要性133

8.1.2 无线传感器网络定位技术的特点134

8.1.3 无线传感器网络节点定位的技术挑战134

8.2 无线传感器网络定位技术基础134

8.2.1 节点定位的基本概念135

8.2.2 定位系统的基本组成135

8.2.3 节点定位的测距技术136

8.2.4 节点位置的计算方法137

8.2.5 节点定位的性能指标139

8.3 无线传感器网络的定位算法140

8.3.1 基于测距的定位算法140

8.3.2 无需测距的定位算法143

8.4 本章小结149

参考文献149

第9章 无线传感器网络的数据融合技术151

9.1 概述151

9.1.1 无线传感器网络数据融合的概念151

9.1.2 无线传感器网络数据融合的必要性152

9.1.3 无线传感器网络数据融合的技术挑战152

9.2 无线传感器网络的数据融合方法153

9.3 无线传感器网络的数据融合策略154

9.3.1 基于路由的数据融合154

9.3.2 基于树的数据融合156

9.3.3 基于分簇的数据融合158

9.3.4 基于移动代理的数据融合160

9.4 本章小结161

参考文献161

第10章 无线传感器网络的协议标准163

10.1 概述163

10.2 IEEE 802.15.4标准164

10.2.1 IEEE 802.15.4标准概述164

10.2.2 物理层规范165

10.2.3 MAC层规范166

10.3 ZigBee标准172

10.3.1 ZigBee标准概述173

10.3.2 网络层规范175

10.3.3 应用层规范181

10.4 本章小结183

参考文献184

第11章 无线传感器网络与蜂窝网、互联网的互联融合185

11.1 概述185

11.2 无线传感器网络的特征及其对网络互联融合的影响186

11.2.1 无线传感器网络的特征186

11.2.2 无线传感器网络特征对网络互联融合的影响187

11.3 无线传感器网络与蜂窝网的互联融合188

11.3.1 互联融合的网络架构188

11.3.2 互联融合的关键技术190

11.3.3 互联融合的M2M平台191

11.4 无线传感器网络与互联网的互联融合193

11.4.1 互联融合的网络架构193

11.4.2 互联融合的关键技术194

11.4.3 互联融合的6LoWPAN体系架构196

11.5 本章小结199

参考文献199

第12章 无线传感器网络的发展趋势201

12.1 概述201

12.2 无线传感器网络的总体趋势201

12.2.1 应用多样性202

12.2.2 可管理性203

12.2.3 技术标准化203

12.2.4 网络互联融合204

12.3 无线多媒体传感器网络204

12.3.1 网络特征204

12.3.2 网络应用205

12.3.3 网络结构206

12.3.4 关键技术206

12.4 无线容迟传感器网络208

12.4.1 网络特征208

12.4.2 网络应用209

12.4.3 网络结构211

12.4.4 关键技术212

12.5 无线传感器与执行器网络213

12.5.1 网络特征213

12.5.2 网络应用213

12.5.3 网络结构214

12.5.4 关键技术215

12.6 无线传感器网络的标准化趋势216

12.6.1 国内标准化工作现状和趋势216

12.6.2 国际标准化工作现状和趋势217

12.7 本章小结219

参考文献220

附录223

附录A 英汉术语对照表223

附录B 英汉缩略语对照表225