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无线传感器网络:原理与实践

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标签: 传感器

传感器

无线

无线

本书介绍了无线传感器网络的基本概念、硬件构成、网络协议栈、操作系统、中间件、定位技术、安全策略、数据管理、同步等内容,并给出了典型无线传感器网络的工作机制,通过两个案例进一步说明了无线传感器网络相关技术的综合应用。本书内容丰富、语言简练,理论叙述深入浅出。书中提供了丰富的课后练习题、思考题和学习资源,可供学习者充分巩固所学内容。 

  本书适合作为高等院校物联网工程专业、计算机科学与技术及相关专业的“无线传感器网络”课程的教材,也可供从事相关领域工作的工程技术人员参考。

译者序 

前言 

部分 基础知识 

第1章 绪论 

1.1基础知识 

1.2介质访问控制层 

1.3路由 

1.4其他通信问题 

1.5传感器定位 

1.6时钟同步 

1.7电源管理 

1.8特殊的无线传感器网络 

1.8.1无线多媒体传感器网络 

1.8.2水下声学无线传感器网络 

1.9无线传感器网络的应用 

问题与练习 

第二部分 工程设计 

第2章 硬件——传感器节点的体系结构与设计 

2.1传感器节点的模块 

2.1.1传感器 

2.1.2微处理器 

2.1.3存储器 

2.1.4无线通信模块 

2.1.5电源 

2.1.6外围模块支持 

2.2综合设计 

2.3Mica节点设计 

2.4定制节点——Spec 

2.5COTS微尘系统 

2.6Telos节点 

2.7CargoNet 

问题与练习 

第三部分 网络协议栈 

第3章 无线传感器网络中的介质访问控制技术 

3.1引言 

3.1.1无线传感器网络中的介质访问控制 

3.1.2无线传感器网络中MAC设计的挑战性 

3.2IEEE802.11标准概述 

3.2.1点协调功能 

3.2.2分布式协调功能 

3.3MAC协议的分类 

3.3.1基于竞争的MAC协议 

3.3.2基于调度的MAC协议 

3.3.3混合型与事件驱动的MAC协议 

3.4总结 

问题与练习 

第4章 无线传感器网络的路由技术 

4.1引言 

4.1.1资源受限 

4.1.2容错性 

4.1.3数据报告与融合 

4.1.4节点部署 

4.1.5可扩展性和覆盖度 

4.1.6网络动态性和异构性 

4.2本章 的组织结构 

4.3无线传感器网络路由协议的分类 

4.3.1主动式路由协议和反应式路由协议 

4.3.2平面路由协议和分层路由协议 

4.4以数据为中心的路由协议 

4.4.1洪泛和闲聊 

4.4.2SPIN:基于信息协商的传感器网络路由协议 

4.4.3DD:定向扩散路由 

4.5分层路由协议 

4.5.1LEACH:低功耗自适应按簇分层路由协议 

4.5.2TEEN:阈值敏感的能量高效传感器网络路由协议 

4.6基于位置信息的路由协议 

4.7多径QoS路由 

4.7.1多径路由 

4.7.2多径QoS路由协议 

4.8小结 

问题与练习 

第5章 无线传感器网络传输层技术 

5.1引言 

5.2PSFQ 

5.2.1为什么TCP协议不适用于传感器网络 

5.2.2基本工作原理 

5.2.3协议描述 

5.3ESRT:事件到汇聚节点的可靠传输协议 

5.3.1可靠传输问题 

5.3.2归一化事件可靠性与报告速率之间的关系 

5.3.3拥塞检测 

5.4E2SRT:事件到汇聚节点的增强可靠传输协议 

5.5CODA:传感器网络中的拥塞检测与避免 

5.5.1开环逐跳反压 

5.5.2拥塞检测 

5.5.3基于采样的信道监听 

5.6STCP:无线传感器网络的传输控制协议 

5.6.1STCP中的数据传输序列 

5.6.2STCP分组的格式 

5.6.3连续数据流 

5.6.4事件触发数据流 

5.6.5可靠性 

5.6.6拥塞检测与避免 

5.6.7以数据为中心的应用 

5.7GARUDA:实现有效可靠的下行通信 

5.7.1无线传感器网络中下行数据可靠性面临的挑战 

5.7.2GARUDA基本设计 

5.7.3GARUDA  架构 

问题与练习 

第四部分 计算机科学原理 

第6章 传感器节点的操作系统 

6.1TinyOS 

6.1.1概述 

6.1.2组件模型 

6.1.3执行模块与并发性 

6.1.4主动消息 

6.1.5实现状况 

6.1.6主要特性 

6.1.7低功率优化 

6.2LATinyOS:无线传感器网络中的一种局部性感知的操作系统 

6.2.1改变定时器以支持时间和空间局部性 

6.2.2多级任务调度器 

6.2.3LATinyOS系统的代码结构 

6.3SOS 

6.3.1模块 

6.3.2动态内存 

6.4RETOS:  弹性可扩展多线程操作系统 

6.4.1应用代码检查 

6.4.2多线程系统 

6.4.3可加载内核模块 

问题与练习 

第7章 无线传感器网络中的中间件设计 

7.1引言 

7.2无线传感器网络中间件参考模型 

7.3中间件实例:Agilla 

7.4用于获取数据的中间件实例:Mires 

7.5数据存储实例:DSWare 

7.6无线传感器网络运行时支持实例:Mate 

7.7QoS支持实例:MiLAN 

问题与练习 

第8章 传感器数据管理 

8.1传感器数据清理 

8.1.1背景 

8.1.2通用模型 

8.1.3降低不确定性 

8.2TinyDB:应用于传感器网络的可获取的查询处理系统 

8.2.1数据模型 

8.2.2基本语言特点 

8.2.3基于事件查询 

8.2.4TinyDB定义的其他查询 

8.2.5基于能量的查询优化 

8.2.6TinyDB策略一览 

8.3数据聚合:独立于应用的数据聚合(AIDA) 

8.4传感器数据存储:层次化数据存储结构(TSAR) 

8.5多分辨率数据处理 

问题与练习 

第五部分 高级话题 

第9章 传感器定位 

9.1引言 

9.2定位的基本要素 

9.2.1接收信号强度指示 

9.2.2到达时间 

9.2.3到达时间差 

9.2.4到达角度 

9.2.5三角测量 

9.2.6三边测量 

9.2.7多边定位 

9.3使用移动机器人进行传感器定位 

9.4多维标度节点定位 

9.4.1经典多维标度 

9.4.2迭代多维标度 

9.5无线传感器网络中的定位 

9.5.1蒙特卡洛方法 

9.5.2算法(1) 

9.5.3算法(2) 

9.6无GPS环境中的移动无线传感器网络的节点定位方法 

9.7高精度低功耗的无线传感器网络定位系统 

9.8LOCALE:稀疏移动传感器网络的协同定位估计 

9.8.1协同位置估计 

9.8.2LOCALE中的定位 

9.8.3局部定位阶段 

9.8.4转换阶段 

9.8.5更新阶段 

9.9无线传感器网络定位的安全 

9.9.1SeRLoc 

9.9.2信标套件 

9.9.3攻击容忍的节点定位 

9.9.4稳健统计方法 

问题与练习 

第10章 无线传感器网络中的时间同步技术 

10.1引言 

10.2一般网络(非无线传感器网络)中的时间同步 

10.2.1远程时钟读取 

10.2.2偏移时延估计方法 

10.3无线传感器网络中的时钟同步 

10.4同步性能的评估 

10.4.1精度 

10.4.2协议开销 

10.4.3收敛时间 

10.4.4能效 

10.4.5可扩展性 

10.4.6鲁棒性 

10.5无线传感器网络同步协议的例子 

10.5.1参考广播同步 

10.5.2时间扩散同步协议 

10.5.3概率时钟同步 

问题与练习 

第11章 无线传感器网络安全与隐私 

11.1引言 

11.1.1一般攻击类型 

11.1.2物理节点攻击 

11.1.3针对无线传感器网络通信议栈的攻击 

11.2攻击与对策示例:虫洞攻击 

11.3无线传感器网络安全示例:基于Blom模型的方法 

11.4广播认证:基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μTESLA 

11.5面向传感器节点的实用安全机制 

11.5.1TinySec 

11.5.2MiniSec:一种面向无线传感器网络的安全通信架构 

11.6案例:无线传感器网络中的安全时间同步 

问题与练习 

第六部分 特殊无线传感器网络 

第12章 无线传感器和执行器网络 

12.1引言 

12.2传感器-执行器协同问题 

12.2.1网络和能量模型 

12.2.2ILP算法 

12.2.3传感器-执行器协同工作:分布式协议 

12.2.4DEPR概述 

12.3层次化传感器-执行器协同工作机制 

12.3.1层次化WSAN协同工作架构 

12.3.2“传感器-传感器”协同工作层次——使用聚类 

12.3.3“传感器-执行器”协同工作层次 

12.3.4“执行器-执行器”协同工作层次问题与练习 

第13章 水下传感器网络 

13.1引言 

13.1.1水下无线传感器网络应用 

13.1.2水下无线传感器网络与陆上无线传感器网络的区别 

13.1.3网络拓扑 

13.1.4声频信号传输 

13.1.5水下传感器 

13.2水下无线传感器网络协议栈 

13.2.1物理层 

13.2.2数据链路层 

13.2.3网络层(路由层) 

13.2.4传输层 

13.3介质访问控制设计实例 

13.4路由设计实例:基于矢量的转发协议 

13.5硬件原型设计 

13.5.1硬件设计 

13.5.2软件设计 

13.5.3系统测试 

问题与练习 

第14章 视频传感器网络 

14.1引言 

14.2Panoptes 

14.2.1视频捕捉 

14.2.2视频压缩 

14.2.3数据过滤 

14.2.4数据缓存 

14.3Cyclops 

14.4视频传感器网络定标 

14.4.1确定重叠的程度 

14.4.2估计koverlap值 

14.5SensEye 

问题与练习 

第七部分 其他主题 

第15章 无线传感器网络能量模型 

15.1基本WSN能量模型 

15.2基于仿真的能量模型 

15.3能量感知路由 

问题与练习 

第16章 传感器网络仿真器 

16.1GloMoSim 

16.2SensorSim 

16.3TOSSIM 

16.4PowerTOSSIM 

16.4.1PowerTOSSIM的结构 

16.4.2组件装配 

16.4.3CPU能耗分析 

16.4.4PowerState模块 

16.4.5分析工具 

问题与练习 

第八部分 案例研究 

第17章 案例研究1:远程医疗服务 

17.1引言 

17.2远程心电图传感器网络的硬件设计 

17.3可靠的MASN通信协议 

17.3.1增强的基于聚类的MASN数据传输 

17.3.2MASN的路由性能 

17.4MASN的软件设计 

17.5RFID和可穿戴传感器的集成 

问题与练习 

第18章 案例研究2:灯光控制18.1引言 

18.2Illumimote系统的传感器 

18.3系统结构 

18.4校准 

18.5系统评估 

问题与练习 

参考文献 

索引

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