目　录

第 1章　无线传感器网络概述　1
1.1　无线传感器网络的基本概念　1
1.2　无线传感器网络的体系结构　2
1.3　无线传感器网络的基本特点　4
1.4　无线传感器网络的发展现状与趋势　5
1.5　无线传感器网络面临的挑战　7
1.6　无线传感器网络的应用领域　8
参考文献　11
课后习题　11

第 2章　物理层及信道接入技术　12
2.1　物理层相关技术　12
2.1.1　频率分配　12
2.1.2　物理层设计　13
2.2　信道接入技术　14
2.2.1　无线传感器网络信道接入概述　14
2.2.2　基于竞争的信道接入技术　16
2.2.3　基于固定分配的信道接入技术　22
2.2.4　按需分配的信道接入技术　27
2.2.5　无线传感器网络信道接入技术面临的挑战　28
2.3　IEEE 802.15.4标准　28
2.4　ZigBee标准　32
参考文献　39
课后习题　39

第3章　路由、覆盖与拓扑技术　40
3.1　无线传感器网络路由　40
3.1.1　无线传感器网络路由概述　40
3.1.2　路由协议设计的关键问题　41
3.1.3　简单的无结构路由协议　42
3.1.4　树类路由协议　46
3.1.5　地理路由协议　50
3.1.6　无线传感器网络路由协议比较　53
3.2　无线传感器网络拓扑控制技术　55
3.2.1　拓扑控制技术概述　55
3.2.2　拓扑控制的意义　56
3.2.3　拓扑控制的设计目标　57
3.2.4　功率控制技术　58
3.2.5　典型的层次型拓扑控制方法　59
3.2.6　拓扑控制中的休眠调度技术　61
3.3　无线传感器网络覆盖技术　63
3.3.1　无线传感器网络覆盖算法设计思路及性能评价标准　63
3.3.2　无线传感器网络覆盖感知模型　64
3.3.3　无线传感器网络覆盖算法分类　65
3.3.4　典型的无线传感器网络覆盖算法与协议　66
参考文献　70
课后习题　73

第4章　无线传感器网络定位、跟踪与时间同步技术　74
4.1　无线传感器网络定位技术　74
4.1.1　无线传感器网络测距技术　75
4.1.2　无线传感器网络定位机制与性能评价标准　77
4.1.3　现有无线传感器网络定位方法　80
4.2　无线传感器网络跟踪技术　89
4.2.1　无线传感器网络跟踪技术概述　89
4.2.2　无线传感器网络目标跟踪的基本过程　90
4.3　无线传感器网络时间同步技术　91
4.3.1　时间同步模型　91
4.3.2　时间同步协议　95
参考文献　102
课后习题　103

第5章　无线传感器网络安全　104
5.1　无线传感器网络安全问题概述　104
5.1.1　安全需求　104
5.1.2　攻击与威胁　106
5.1.3　跨层的安全框架　108
5.2　无线传感器网络中的密码学理论　108
5.2.1　密码算法的选择　108
5.2.2　密钥管理　110
5.2.3　安全协议　113
5.3　无线传感器网络安全防护技术　116
5.3.1　安全认证技术　116
5.3.2　访问控制技术　117
5.3.3　安全通信与路由技术　118
5.3.4　安全定位与时钟同步技术　119
5.3.5　入侵检测、容侵容错技术　121
5.4　无线传感器网络的发展与安全趋势　123
5.4.1　车载传感网络及其安全性　123
5.4.2　物联网及其安全性　124
参考文献　126
课后习题　129

第6章　无线传感器网络操作系统　130
6.1　无线传感器网络操作系统概述　130
6.2　TinyOS操作系统　130
6.2.1　nesC语言基础　131
6.2.2　TinyOS的组件模型　139
6.2.3　TinyOS的通信模型　140
6.2.4　TinyOS 1.0的安装与调试　141
6.2.5　TinyOS 2.0的安装与调试　145
6.2.6　TinyOS的典型应用分析　147
6.3　MantisOS操作系统　150
6.3.1　MantisOS简介　150
6.3.2　MantisOS的体系架构　150
6.3.3　MantisOS应用程序开发与发布　153
6.4　SOS操作系统　158
6.4.1　SOS简介　158
6.4.2　系统架构　159
6.4.3　SOS的通信机制　162
6.4.4　SOS应用程序开发与发布　164
6.5　无线传感器网络操作系统的主要技术挑战　166
参考文献　168
课后习题　168

第7章　无线传感器网络中间件　169
7.1　无线传感器中间件体系结构及功能　169
7.1.1　通用的中间件体系结构及功能　169
7.1.2　体系结构设计原则　172
7.1.3　已有的不同无线传感器网络中间件体系结构　173
7.2　典型的无线传感器网络中间件　177
7.2.1　Impala　177
7.2.2　MiLAN　181
7.2.3　AMF　183
7.2.4　DSWare　184
7.2.5　MSM　186
7.2.6　DFuse　187
7.2.7　SensorWare　188
7.2.8　Agilla　191
7.2.9　TinyDB　192
7.3　基于Agent的无线传感器网络中间件DisWare　194
7.3.1　DisWare体系结构　194
7.3.2　DisWare关键技术　196
7.3.3　DisWare中间件　198
7.4　DisWare中间件平台软件MeshIDE　201
7.4.1　无线传感器网络集成开发平台MeshIDE概述　202
7.4.2　无线传感器网络集成开发平台MeshIDE for TinyOS　202
7.4.3　无线传感器网络集成开发平台MeshIDE for DisWare　210
7.5　无线多媒体传感器网络中间件技术　214
7.5.1　无线多媒体传感器网络的概述　214
7.5.2　无线多媒体传感器网络中间件的特点　216
7.5.3　基于Agent的无线多媒体传感器网络中间件体系结构　217
参考文献　219
课后习题　220

第8章　无线传感器网络数据管理技术　221
8.1　无线传感器网络数据管理的基本概念　221
8.1.1　以数据为中心的无线传感器网络数据库　221
8.1.2　无线传感器网络数据管理系统的特殊性及设计目标　222
8.1.3　无线传感器网络数据管理技术的研究热点　224
8.2　无线传感器网络数据管理的关键技术　225
8.2.1　无线传感器网络数据存储结构　225
8.2.2　数据查询处理技术　228
8.2.3　数据压缩技术　232
8.2.4　数据融合技术　234
8.3　现有传感器网络数据管理系统介绍　237
8.3.1　TinyDB系统　237
8.3.2　Cougar系统　239
8.3.3　现有无线传感器网络数据管理系统分析　241
8.4　无线传感器网络数据管理系统DiswareDM　242
8.4.1　基于移动Agent中间件的传感器网络数据管理概述　242
8.4.2　DiswareDM整体功能和系统结构设计　245
8.4.3　DiswareDM系统的详细设计　249
8.4.4　DiswareDM的系统功能　253
参考文献　256
课后习题　258

第9章　物联网环境下的无线传感器网络接入技术　259
9.1　基于无线传感器网络的多网络融合系统结构　259
9.2　多种无线传感器网络接入技术的比较　260
9.2.1　现有接入技术概述　260
9.2.2　面向以太网的无线传感器网络接入技术　262
9.2.3　面向无线局域网的无线传感器网络接入技术　264
9.2.4　面向移动通信网的无线传感器网络接入技术　269
9.3　多网络融合网关硬件设计　271
9.3.1　多网络融合网关硬件总体结构设计　272
9.3.2　通信模块设计　276
9.3.3　外围应用电路设计　283
9.4　多网络融合网关数据传输方式的设计与实现　288
9.4.1　多网络融合网关与无线传感器网络节点的数据传输　288
9.4.2　多网络融合网关接入外部基础设施网络的实现　289
参考文献　291
课后习题　291

第 10章　无线传感器网络硬件设计　292
10.1　无线传感器网络硬件节点设计　292
10.1.1　无线传感器网络节点设计技术概述　292
10.1.2　中央处理模块　295
10.1.3　高频无线通信模块　299
10.1.4　传感模块　304
10.1.5　能量供应模块　305
10.1.6　节点外围功能模块　307
10.1.7　典型的无线传感器网络节点　310
10.1.8　无线传感器网络节点开发套件　314
10.2　面向应用的多媒体传感器网络节点　317
10.2.1　无线多媒体传感器网络节点总体架构　317
10.2.2　无线音频传感器节点设计与实现　320
10.2.3　无线图像传感器节点设计与实现　325
10.2.4　无线视频传感器节点设计与实现　331
10.3　无线传感器网络低功耗硬件设计技术　336
10.3.1　无线传感器网络能耗问题概述　336
10.3.2　MEMS技术基本原理　337
10.3.3　MEMS通信设计理论　338
10.3.4　无线传感器网络硬件供能模块设计　339
参考文献　340
课后习题　341

第 11章　无线传感器网络的应用　342
11.1　无线传感器网络在农业中的应用　342
11.1.1　应用背景描述　342
11.1.2　无线传感器网络应用于农业中的主要关键技术　343
11.1.3　面向智能化温室种植的无线传感器网络监测系统　345
11.2　无线传感器网络在智能交通的应用　348
11.2.1　应用背景概述　348
11.2.2　采集传感器选择　348
11.2.3　无线传感器网络在智能交通系统的应用　351
11.3　基于无线传感器网络的医疗健康护理系统　352
11.3.1　应用背景概述　352
11.3.2　总体系统架构　354
11.3.3　无线医疗传感节点的设计与实现　354
11.3.4　无线传感器网络网关设备的设计与实现　358
11.3.5　泛在无线医疗信息传感系统的设计与实现　360
11.4　基于无线多媒体传感器网络的智能家居系统　363
11.4.1　应用背景概述　363
11.4.2　基于无线多媒体传感器网络的智能家居场景设计　365
11.4.3　智能家居系统实现流程　366
11.4.4　节点片上程序设计　366
11.4.5　基站节点的设计与实现　373
11.4.6　电器控制节点的设计与实现　374
11.4.7　基站上位机控制端软件设计　376
参考文献　379
课后习题　380