无线传感网技术(第2版)

本书全面介绍了无线传感网的基本原理和应用开发技术，以及无线传感网领域的研究成果。首先介绍了无线传感网的体系结构、关键技术和发展历程，包括低功耗物理层无线通信技术、通信标准，并详细介绍了通信协议，主要涉及MAC协议和路由协议；其次介绍了无线传感网的支撑技术，包括定位技术、同步技术、安全技术、数据融合与数据管理技术；很后讨论了无线传感网的应用开发技术，包括以数据为中心的网络互联技术，节点的硬件平台和软件平台的编程语言nesC和操作系统TinyOS，并提供了开发设计案例，做到课程的理论与实践密切结合。

刘传清：南京工程学院教授；华中科技大学信息与通信工程专业毕业，获工学博士学位。主要研究方向：认知无线电网络、无线传感器网络、物联网技术和智能电网。主讲课程：通信原理，信息论与编码，语音信号处理，计算机网络，移动通信，无线传感网，以及物联网技术等。主持完成湖北省教育厅重点科研项目3项，参与省部级项目多项；获得南京市和轻工业部科技进步奖3项，湖北省教学成果奖1项，校级成果奖多项。发表学术论文40余篇；主编教材1部，合作出版教材2部。

章无线传感网技术概述（1）
1.1无线传感网体系结构（1）
1.1.1无线传感网网络结构（1）
1.1.2无线传感器节点结构（2）
1.1.3无线传感器协议栈（3）
1.2无线传感网的主要特征（4）
1.2.1不同于移动自组网（4）
1.2.2不同于现场总线网络（4）
1.2.3无线传感器节点的（5）
1.2.4无线传感网的特点（6）
1.3无线传感网关键技术（8）
1.4无线传感网的应用（12）
1.5无线传感网发展与现状（14）
1.5.1无线传感网发展的三个阶段（14）
1.5.2无线传感网发展现状（15）
1.5.3无线传感网的发展趋势（17）
本章小结（18）
思考题（19）
第2章物理层通信技术（20）
2.1概述（20）
2.2链路特征（20）
2.2.1通信频率（20）
2.2.2无线通信信道（21）
2.2.3调制解调技术（24）
2.3物理层的设计（30）
2.3.1物理层帧结构（30）
2.3.2物理层设计要素（31）
2.4典型的物理层通信技术（33）
2.4.1近距离无线通信技术（33）
2.4.2广域网无线通信技术（38）
本章小结（41）
思考题（42）
第3章无线传感网MAC协议（43）
3.1概述（43）
3.1.1无线传感网MAC协议设计所面临的问题（43）
3.1.2无线传感网MAC协议分类（45）
3.2基于竞争的MAC协议（46）
3.2.1IEEE802.11MAC协议（46）
3.2.2S-MAC协议（49）
3.2.3T-MAC协议（51）
3.2.4Sift协议（54）
3.3基于时分复用的MAC协议（56）
3.3.1基于分簇网络的MAC协议（56）
3.3.2DEANA协议（57）
3.3.3TRAMA协议（58）
3.3.4DMAC协议（60）
3.4其他类型的MAC协议（62）
3.4.1S-MACS/EAR协议（63）
3.4.2基于CDMA的MAC协议（65）
本章小结（66）
思考题（67）
第4章IEEE802.15.4标准与ZigBee协议（68）
4.1概述（68）
4.2IEEE802.15.4网络简介（69）
4.2.1IEEE802.15.4网络拓扑结构（70）
4.2.2IEEE802.15.4网络协议栈（70）
4.2.3物理层（70）
4.2.4MAC层（72）
4.3ZigBee协议（75）
4.3.1ZigBee协议框架（75）
4.3.2ZigBee协议的主要特征（76）
4.3.3ZigBee网络层（77）
4.3.4ZigBee应用层（78）
4.4CC2530芯片（80）
4.4.1CC2530芯片概述（80）
4.4.2CC2530引脚及功能描述（82）
4.4.3CC2530片上8051内核（84）
4.4.4CC2530主要特征外设（85）
4.4.5CC2530无线收发器（90）
4.4.6参考设计电路（91）
4.4.7可用的软件（92）
4.5Zigbee协议栈（95）
4.5.1Z-Stack协议栈介绍（95）
4.5.2ZigBee设备类型（100）
4.5.3寻址（101）
4.5.4绑定（104）
4.5.5路由（106）
4.5.6其他配置（108）
本章小结（110）
思考题（110）
第5章无线传感网路由协议（111）
5.1概述（111）
5.1.1无线传感网路由协议的特点和要求（111）
5.1.2路由协议的分类（112）
5.2能量感知路由协议（113）
5.2.1能量路由协议（114）
5.2.2能量多路径路由协议（114）
5.3平面路由协议（116）
5.4层次路由协议（119）
5.4.1LEACH协议（119）
5.4.2PEGASIS协议（121）
5.4.3TEEN协议（122）
5.5基于查询的路由协议（123）
5.5.1定向扩散路由协议（123）
5.5.2谣传路由机制（125）
5.6基于地理位置的路由协议（126）
5.6.1GEAR路由协议（126）
5.6.2GAF路由协议（128）
5.6.3GPSR路由协议（130）
5.6.4GEM路由协议（131）
5.7基于QoS的路由协议（131）
5.7.1SPEED协议（132）
5.7.2SAR协议（133）
5.7.3ReInForM协议（133）
5.8路由协议自主切换（133）
本章小结（135）
思考题（136）
第6章定位技术（137）
6.1节点定位概述（137）
6.2基于测距的定位算法（140）
6.2.1测距方法（140）
6.2.2节点定位计算方法（142）
6.3无须测距的定位算法（144）
6.4定位技术的典型应用（148）
本章小结（149）
思考题（149）
第7章同步技术（150）
7.1无线传感网时间同步的重要性和协议特点（150）
7.1.1时间同步的重要性（150）
7.1.2时间同步协议（151）
7.2RBS同步机制（152）
7.3Tiny-sync/Mini-sync同步机制（153）
7.4TPSN时间同步协议（154）
7.5时间同步的应用示例（156）
本章小结（156）
思考题（156）
第8章安全技术（157）
8.1概述（157）
8.2无线传感网的安全分析（158）
8.2.1物理层的攻击与防御（158）
8.2.2链路层的攻击与防御（159）
8.2.3网络层的攻击与防御（159）
8.2.4传输层的攻击与防御（161）
8.3无线传感网的安全防护技术（161）
8.3.1安全框架（162）
8.3.2安全协议与防护技术（162）
本章小结（164）
思考题（164）
第9章数据融合技术（165）
9.1概述（165）
9.2无线传感网数据融合的作用（166）
9.3无线传感网的数据融合模型（169）
9.3.1数据包级融合模型（169）
9.3.2跟踪级融合模型（169）
9.4无线传感网数据融合技术（170）
9.4.1基于路由的数据融合（170）
9.4.2基于反向组播树的数据融合（171）
9.5数据融合技术的主要算法（172）
本章小结（174）
思考题（174）
0章数据管理技术（175）
10.1系统结构（175）
10.2数据模型与查询语言（177）
10.3数据存储与索引技术（180）
10.4查询处理技术（182）
本章总结（187）
思考题（187）
1章nesC语言与TinyOS操作系统（188）
11.1nesC语言（188）
11.1.1nesC语言规范（189）
11.1.2模块及其组成（195）
11.1.3配件及其组成（197）
11.1.4基于nesC语言的应用程序（202）
11.1.5Blink实例（206）
11.1.6nesC语言程序运行模型（210）
11.1.7编程约定（220）
11.2TinyOS操作系统（224）
11.2.1无线传感网对操作系统的要求（224）
11.2.2TinyOS组件模型（226）
11.2.3TinyOS通信模型（231）
本章小结（234）
思考题（234）
2章以数据为中心的网络互联（235）
12.1无线传感网互联技术概述（235）
12.1.1无线传感网接入Internet所面临的挑战（235）
12.1.2无线传感网接入Internet的结构（236）
12.1.3无线传感网接入Internet的方案（238）
12.1.4现有解决方案所存在的问题（240）
12.2无线传感网接入Internet体系结构的设计（241）
12.2.1WSN―Internet网关设计（241）
12.2.2Internet→WSN数据包转换（242）
12.2.3WSN→Internet数据包转换（243）
本章小结（244）
思考题（244）
3章无线传感网应用开发技术（245）
13.1无线传感网节点硬件平台（245）
13.1.1无线传感器节点的设计要求与内容（245）
13.1.2无线传感器节点的设计（247）
13.1.3传感器汇聚节点/网关节点的设计（251）
13.2无线传感网软件平台（252）
13.2.1节点的操作系统（252）
13.2.2应用软件开发（254）
13.3无线传感网的仿真平台（257）
13.3.1无线传感网仿真的特点（257）
13.3.2通用网络仿真平台（258）
13.3.3针对无线传感网的仿真平台（262）
13.4无线传感器节点设计案例（269）
13.4.1硬件设计（269）
13.4.2软件设计（272）
本章小结（277）
思考题（278）
主要参考文献（279）