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內容簡介

本書介紹瞭無綫傳感器網絡研究領域中的相關技術和應用，共12章，內容涵蓋無綫傳感器網絡的體係結構、傳感器與智能檢測技術、無綫傳感器網絡的協議規範、無綫傳感器網絡通信技術、短距離無綫通信協議標準、覆蓋與拓撲控製技術、定位與跟蹤技術、時間同步技術、網絡安全技術、無綫傳感器網絡數據融閤與管理技術、無綫傳感器網絡中間件技術等方麵，其中重點介紹瞭無綫傳感器網絡開發環境的構建、無綫傳感器網絡操作係統，最後詳細介紹瞭兩個典型的無綫傳感器網絡應用係統實例。本書在編寫上既重視基礎知識，又跟蹤前沿技術；既具有學術深度，又具有教材的係統性和可讀性。
　　本書可作為普通高等院校物聯網、傳感器網絡通信工程、電子信息、計算機等專業高年級本科生和研究生的教材，也可作為無綫傳感器網絡領域的研究人員及廣大對無綫傳感器網絡感興趣的工程技術人員的參考書。

目錄

第1章 無綫傳感器網絡基礎知識 1
　1.1 無綫傳感器網絡的概念與特點 1
　　1.1.1 無綫傳感器網絡的概念 1
　　1.1.2 無綫傳感器網絡的特點 2
　1.2 無綫傳感器網絡的發展 2
　　1.2.1 無綫傳感器網絡的發展階段 2
　　1.2.2 無綫傳感器網絡技術發展背景 3
　1.3 無綫傳感器網絡結構 5
　　1.3.1 無綫傳感器網絡的體係結構 5
　　1.3.2 無綫傳感器網絡的節點結構 5
　　1.3.3 無綫傳感器網絡應用係統結構 6
　　1.3.4 無綫傳感器網絡通信體係結構 7
　1.4 無綫傳感器網絡的應用及關鍵技術 8
　　1.4.1 WSN的應用 8
　　1.4.2 無綫傳感器網絡的關鍵技術 10
　　1.4.3　無綫傳感器網絡的未來發展 12
　練習題 13

第2章 無綫傳感器網絡的協議規範 14
　2.1 IEEE 802.15.4標準 14
　　2.1.1 IEEE 802.15.4標準概述 14
　　2.1.2 IEEE 802.15.4網絡簡介 15
　　2.1.3 IEEE 802.15.4網絡協議棧 16
　　2.1.4 IEEE 802.15.4的安全服務 23
　2.2 ZigBee協議規範 23
　　2.2.1 ZigBee協議概述 23
　　2.2.2 ZigBee協議棧體係結構及規範 24
　　2.2.3 基於ZigBee的WPAN網絡
　　　　　配置應用 27
　2.3 無綫傳感器網絡路由協議 30
　　2.3.1 無綫傳感器網絡路由協議的
　　　　　性能指標 30
　　2.3.2 無綫傳感器網絡路由協議的分類 31
　　2.3.3 廣播式路由協議 32
　　2.3.4 坐標式路由協議 33
　　2.3.5 分簇式路由協議 34
　　2.3.6 無綫傳感器網絡路由協議比較 35
　練習題 36

第3章 傳感器及檢測技術 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 39
　　3.1.4 傳感器的組成和結構 40
　3.2 檢測技術基礎 41
　　3.2.1 檢測係統概述 41
　　3.2.2 檢測技術的分類 42
　　3.2.3 檢測係統的組成 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 紅外對射傳感器 46
　　3.3.4 紅外反射傳感器 47
　　3.3.5 結露傳感器 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 智能檢測係統 56
　　3.4.1 智能檢測係統的組成及類型 56
　　3.4.2 智能檢測係統的設計 57
　　3.4.3 智能傳感器技術 58
　練習題 60

第4章 射頻識彆技術 62
　4.1 射頻識彆技術概述 62
　　4.1.1 射頻識彆 62
　　4.1.2 RFID技術分類及標準 63
　　4.1.3 RFID技術標準 67
　4.2 RFID係統的組成 68
　　4.2.1 RFID係統的工作原理及組成 68
　　4.2.2 RFID係統中的軟件組件 69
　4.3 幾種常見的RFID係統 71
　　4.3.1 電感耦閤RFID係統 71
　　4.3.2 反嚮散射耦閤RFID係統 72
　4.4 RFID中間件技術 74
　　4.4.1 RFID中間件的組成及功能特點 75
　　4.4.2 RFID中間件體係結構 76
　4.5 RFID典型模塊應用及實訓 78
　　4.5.1 RFID的TX125係列射頻讀卡模塊 78
　　4.5.2 RFID讀卡的應用 82
　練習題 84

第5章 無綫傳感器網絡通信技術 87
　5.1　藍牙技術 87
　　5.1.1 藍牙技術概述 87
　　5.1.2　藍牙協議棧體係結構 87
　　5.1.3　藍牙網關 91
　　5.1.4　藍牙係統的結構及組成 91
　　5.1.5 藍牙配對實踐 93
　5.2 GPRS技術 96
　　5.2.1 GPRS概述 96
　　5.2.2 GPRS無綫通信實踐 97
　5.3 ZigBee技術 102
　　5.3.1 ZigBee技術概述 102
　　5.3.2 基於ZigBee技術的煙霧傳感器應用實踐 104
　5.4　WiFi技術 114
　　5.4.1 WiFi技術的概念 114
　　5.4.2　WiFi網絡結構和原理 114
　5.5 無綫自組織網絡技術 116
　　5.5.1 Ad Hoc網絡的基本概念 116
　　5.5.2 Ad Hoc網絡的體係結構 117
　　5.5.3 Ad Hoc網絡的應用 119
　練習題 120

第6章 無綫傳感器網絡開發環境的構建及應用實踐 123
　6.1 無綫傳感器網絡操作係統概述 123
　6.2 TinyOS操作係統 123
　　6.2.1 Ubuntu下TinyOS2.x環境的搭建 124
　　6.2.2 NesC語言和TinyOS的組件 126
　6.3 無綫傳感器網絡實驗平颱 133
　　6.3.1 無綫傳感器網絡實驗平颱簡介 133
　　6.3.2 TinyOS操作係統在無綫傳感器網絡中的應用實踐 135
　練習題 165

第7章 無綫傳感器網絡的節點定位技術 166
　7.1 節點定位技術簡介 166
　　7.1.1 節點定位的幾個基本概念 166
　　7.1.2 節點定位技術基本原理 167
　7.2 無綫傳感器網絡自身定位技術 170
　　7.2.1 無綫傳感器網絡節點定位算法的分類 170
　　7.2.2 無綫傳感器網絡自身定位係統和算法 171
　7.3 無綫傳感器網絡跟蹤技術 174
　7.4 無綫傳感器網絡時間同步技術 176
　　7.4.1 時間同步模型 176
　　7.4.2 時間同步算法與性能對比分析 177
　7.5 無綫傳感器網絡測距技術 180
　　7.5.1 基於距離的定位技術 180
　　7.5.2 與距離無關的定位算法 182
　練習題 185

第8章 無綫傳感器網絡拓撲控製與覆蓋技術 186
　8.1 無綫傳感器網絡拓撲控製技術 186
　　8.1.1 拓撲控製技術概述 186
　　8.1.2　拓撲控製的設計目標 186
　　8.1.3　拓撲控製的研究方法 187
　　8.1.4　功率控製技術 188
　　8.1.5　典型的功率控製協議與算法 189
　　8.1.6　拓撲控製中的休眠調度技術 193
　8.2 無綫傳感器網絡覆蓋技術 195
　　8.2.1 無綫傳感器網絡覆蓋算法基礎 195
　　8.2.2 無綫傳感器網絡覆蓋算法分類 197
　　8.2.3 典型的無綫傳感器網絡覆蓋算法與協議 199
　練習題 202

第9章 無綫傳感器網絡的安全技術 204
　9.1 無綫傳感器網絡安全問題概述 204
　　9.1.1 傳感網安全分析 204
　　9.1.2 傳感網的安全性目標 205
　　9.1.3 傳感網安全策略 207
　　9.1.4　跨層的安全框架 208
　9.2 無綫傳感器網絡協議棧的安全 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 網絡層的攻擊與安全策略 211
　　9.2.4 傳輸層和應用層的安全策略 212
　9.3 無綫傳感器網絡密鑰管理 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 密鑰管理的評估指標 214
　　9.3.4 密鑰管理方案典型案例分析 215
　9.4 拒絕服務(DoS)攻擊原理及防禦技術 221
　　9.4.1 DoS攻擊原理 221
　　9.4.2 DoS攻擊屬性 224
　　9.4.3 預防DoS攻擊的策略 227
　9.5 無綫傳感器網絡的安全路由 228
　　9.5.1 無綫傳感器網絡幾種典型路由協議的安全性分析 228
　　9.5.2 無綫傳感器網絡安全路由協議 230
　練習題 231

第10章 無綫傳感器網絡中間件技術 232
　10.1　無綫傳感器中間件體係結構及功能 232
　　10.1.1 通用的中間件的定義 232
　　10.1.2 無綫傳感器網絡中間件體係 233
　　10.1.3 無綫傳感器網絡中間件設計方法 235
　10.2 基於Agent的無綫傳感器網絡中間
　　　　件DisWare 237
　　10.2.1 DisWare體係結構 238
　　10.2.2　DisWare中間件 239
　10.3 DisWare中間件平颱軟件MeshIDE 240
　　10.3.1 無綫傳感器網絡集成開發平颱MeshIDE概述 240
　　10.3.2 無綫傳感器網絡集成開發平颱MeshIDE for TinyOS 241
　10.4　無綫多媒體傳感器網絡中間件技術 244
　　10.4.1　無綫多媒體傳感器網絡概述 244
　　10.4.2 無綫多媒體傳感器網絡中間件的特點 244
　　10.4.3 基於Agent的無綫多媒體傳感器網絡中間件體係結構 245
　10.5 支持多應用任務的WSN中間件的設計 247
　　10.5.1 多應用任務的WSN中間件係統架構設計 247
　　10.5.2 多應用任務的WSN中間件係統實現 248
　練習題 251

第11章 無綫傳感器網絡數據融閤與管理技術 252
　11.1 無綫傳感器網絡的數據融閤概述 252
　　11.1.1 無綫傳感器網絡中的數據融閤 252
　　11.1.2 無綫傳感器網絡中數據融閤的層次結構 253
　　11.1.3 基於信息抽象層次的數據融閤模型 253
　11.2 無綫傳感器網絡的數據融閤技術與算法 254
　　11.2.1 傳感器網絡數據傳輸及融閤技術 254
　　11.2.2 多傳感器數據融閤算法 259
　　11.2.3 傳感器網絡數據融閤路由算法 261
　11.3 無綫傳感器網絡數據管理技術 263
　　11.3.1 傳感器網絡中的數據管理概述 263
　　11.3.2 無綫傳感器網絡數據管理的關鍵技術 264
11.4 基於策略和代理的無綫傳感器網絡數據管理架構 269
　11.5 現有傳感器網絡數據管理係統簡介 271
　11.6 無綫傳感器網絡數據管理係統DisWareDM 273
　　11.6.1 DisWareDM無綫傳感器網絡數據管理概述 273
　　11.6.2 DisWareDM整體功能和係統結構設計 274
　練習題 277


第12章 無綫傳感器網絡應用係統典型案例詳解 278
　12.1 基於無綫傳感器網絡的遠程醫療監護係統設計 278
　　12.1.1 無綫傳感器網絡的遠程醫療監護係統概述 278
　　12.1.2 無綫傳感器網絡的遠程醫療監護係統硬件設計 280
　　12.1.3 無綫監護傳感器節點的底層代碼設計 288
12.2 基於無綫傳感器網絡的光強環境監測係統設計 297
　　12.2.1 環境監測係統需求分析 297
　　12.2.2 係統結構體係設計 298
　　12.2.3 係統功能模塊設計 299
　　12.2.4 係統實現 301
　練習題 308
參考文獻 309

前言/序言

無綫傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用將會給人類的生活和生産的各個領域帶來深遠影響。可以預計，無綫傳感器網絡的研究與應用的進一步發展是一種必然趨勢。為滿足各地無綫傳感器網絡技術與應用人纔培養的需要，我們編寫瞭本書。
　　本書詳細介紹瞭無綫傳感器網絡的概念、關鍵技術和典型應用。書中首先討論瞭無綫傳感器網絡的概念與特點、無綫傳感器網絡體係結構、節點結構、應用係統結構和通信體係結構；無綫傳感器網絡的協議規範，包括IEEE802.15.4標準、ZigBee協議棧體係結構及規範、無綫傳感器網絡路由協議，傳感器及檢測技術，智能傳感器技術，智能檢測係統的設計，RFID的工作原理及係統組成，RFID中間件技術及RFID典型模塊應用等；其次介紹瞭物聯網通信與網絡技術知識，主要包括無綫通信技術、藍牙技術、WiFi技術、ZigBee技術、GPS技術、無綫局域網、無綫城域網、無綫自組織網絡技術、Ad Hoc網絡的體係結構與應用等；然後介紹瞭無綫傳感器網絡開發環境的構建、TinyOS操作係統與編程、無綫傳感器網絡的節點定位與跟蹤技術、時間同步技術、測距技術、無綫傳感器網絡拓撲控製與覆蓋技術、無綫傳感器網絡安全技術、無綫傳感器網絡密鑰管理、無綫傳感器網絡中間件技術、無綫傳感器網絡中數據融閤與管理技術、無綫傳感器網絡應用係統設計與開發等，使課程理論與實踐緊密地結閤起來。
　　本書由熊茂華、熊昕編寫，周順先教授主審。全書由熊茂華負責內容規劃和編排。其中，第1～5章由熊昕編寫，第6～12章由熊茂華編寫。
　　本書在編寫過程中，得到瞭部分同事和無锡清華信息科學與技術國傢實驗室物聯網技術中心的幫助，部分內容參考瞭本書所列的參考文獻，在此謹嚮所有給予幫助的同誌和所列參考文獻的作者深錶謝意。
　　由於時間倉促，加之編者的水平有限，書中難免存在疏漏之處，敬請各位專傢以及廣大讀者批評指正。與本書配套的開發工具軟件、練習題參考答案和課件可登錄西安電子科技大學齣版社網站下載。
　　
　 編　者　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2013年9月　

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