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第一部分 总论5

第1章 绪论5

1.1无线传感器网络概述5

1.1.1无线传感器网络的基本概念5

1.1.2无线传感器网络的特点6

1.1.3无线传感器网络的应用领域8

1.2无线传感器网络的发展11

1.2.1无线数据网络12

1.2.2无线传感器网络15

1.3无线传感器网络的研究16

1.3.1无线传感器网络面临的挑战16

1.3.2无线传感器网络的关键技术18

1.3.3无线传感器网络技术发展趋势21

参考文献23

第二部分 无线传感器网络通讯技术27

第2章 无线传感器网络的物理层27

2.1物理层技术概述27

2.1.1物理层的基本概念27

2.1.2无线通信物理层的主要技术29

2.2 IEEE 802.15.443

2.2.1 IEEE 802.15.4物理层概述43

2.2.2 IEEE 802.15.4物理层服务规范44

2.2.3 IEEE 802.15.4物理层的帧结构49

2.3超宽带技术50

2.3.1超宽带技术的基本原理51

2.3.2超宽带技术的特点54

2.3.3超宽带技术的研究现状55

2.3.4超宽带技术在无线传感器网络中的应用56

2.4无线传感器网络物理层的研究57

2.4.1无线传感器网络物理层需要解决的问题57

2.4.2无线传感器网络物理层的研究现状59

2.5无线传感器网络物理层面临的技术挑战67

参考文献67

第3章 无线传感器网络的信道接入70

3.1无线网络信道接入概述70

3.2基于竞争机制的信道接入技术71

3.2.1基于竞争协议的信道接入技术概述71

3.2.2隐藏终端和暴露终端75

3.2.3退避算法78

3.3基于固定分配的信道接入技术79

3.3.1 FDMA方式79

3.3.2 TDMA方式80

3.3.3 CDMA方式82

3.3.4 SDMA方式84

3.4按需分配的信道接入技术84

3.4.1 PCF方式85

3.4.2 WTRP方式85

3.5无线传感器网络信道接入技术的研究91

3.5.1无线传感器网络信道接入技术需要解决的问题91

3.5.2无线传感器网络信道接入技术的研究现状92

3.5.3 S-MAC协议94

3.5.4 DE-MAC协议99

3.5.5 MD协议101

3.6无线传感器网络信道接入技术面临的技术挑战105

3.7信道接入算例——S-MAC算法106

3.7.1流程图106

3.7.2 S-MAC算法伪代码107

3.7.3仿真实验113

参考文献115

第三部分 无线传感器网络组网技术119

第4章 无线传感器网络的路由119

4.1无线网络路由协议概述119

4.1.1路由的基本概念119

4.1.2路由算法及协议120

4.2无线自组网络路由协议研究122

4.2.1无线自组网络路由协议需要解决的主要问题122

4.2.2无线自组网络路由协议的分类123

4.2.3无线自组网络平面路由协议124

4.2.4无线自组网络分层路由协议127

4.2.5无线自组网络地理定位辅助路由协议129

4.3无线传感器网络路由协议研究130

4.3.1无线传感器网络路由协议需要解决的问题130

4.3.2无线传感器网络路由协议的分类132

4.3.3无线传感器网络平面路由协议133

4.3.4网络分层路由协议139

4.3.5无线传感器网络地理定位辅助路由协议145

4.4无线传感器网络路由协议的优化148

4.4.1路由协议的比较148

4.4.2路由协议的优化方法149

4.4.3以数据为中心的启发式数据收集算法150

4.5无线传感器网络路由协议面临的技术挑战151

4.6路由算例——LEACH算法153

4.6.1流程图153

4.6.2 LEACH算法伪代码154

4.6.3仿真实验159

参考文献160

第5章 无线传感器网络传输协议164

5.1无线传输协议概述164

5.1.1传输层的基本概念164

5.1.2传输协议164

5.2无线传感器网络传输协议研究167

5.2.1无线传感器网络传输协议需要解决的问题167

5.2.2 PSFQ协议169

5.2.3 ESRT协议170

5.3无线传感器网络与Internet的互联174

5.3.1网络互联结构174

5.3.2网络互联协议178

5.4传输协议算法——PSFQ算法180

5.4.1流程图180

5.4.2 PSFQ算法伪代码181

5.4.3仿真实验187

参考文献188

第四部分 无线传感器网络管理技术193

第6章 无线传感器网络的构建193

6.1无线传感器网络的拓扑发现193

6.1.1拓扑发现的基本概念193

6.1.2拓扑发现研究193

6.1.3拓扑发现面临的技术挑战197

6.2无线传感器网络节点定位197

6.2.1节点定位的基本概念197

6.2.2节点定位的研究198

6.2.3节点定位面临的技术挑战205

6.3无线传感器网络的时间同步205

6.3.1时间同步的基本概念205

6.3.2时间同步的研究206

6.3.3时间同步面临的技术挑战210

6.4定位算例——质心算法211

6.4.1流程图211

6.4.2质心算法伪代码211

6.4.3仿真实验215

参考文献217

第7章 无线传感器网络的网络管理219

7.1网络管理技术及协议概述219

7.1.1网络管理的基本概念219

7.1.2网络管理的基本内容219

7.1.3 Internet网络管理协议219

7.1.4无线自组网络网络管理协议220

7.1.5无线传感器网络管理体系及协议221

7.2无线传感器网络的拓扑管理222

7.2.1拓扑管理的基本概念222

7.2.2拓扑管理的研究222

7.2.3拓扑管理面临的技术挑战224

7.3无线传感器网络的传感器管理224

7.3.1传感器管理的基本概念224

7.3.2传感器管理的研究224

7.3.3传感器管理面临的技术挑战228

7.4无线传感器网络的能量管理228

7.4.1能量管理的基本概念228

7.4.2能量管理研究229

7.4.3能量管理面临的技术挑战232

7.5无线传感器网络的网络性能监测232

7.5.1网络性能监测的基本概念232

7.5.2网络性能监测的研究232

7.5.3网络性能监测面临的技术挑战234

7.6无线传感器网络的安全管理235

7.6.1无线传感器网络的安全需求236

7.6.2无线传感器网络安全问题的特点238

7.6.3无线传感器网络安全问题的研究现状239

7.6.4基于生物免疫原理的无线传感器网络安全体系243

7.6.5实现无线传感器网络安全的途径248

7.7拓扑管理算例——SPAN算法248

7.7.1流程图248

7.7.2 SPAN算法伪代码249

7.7.3仿真实验251

参考文献252

第五部分 无线传感器网络协同技术257

第8章 无线传感器网络的协同问题257

8.1无线传感器网络协同问题概述257

8.2无线传感器网络协同需要解决的问题258

8.3典型的无线传感器网络协同问题——追踪259

8.3.1追踪问题描述259

8.3.2追踪步骤261

8.4协同问题算例——时延定位算法263

8.4.1流程图263

8.4.2时延定位算法伪代码264

8.4.3仿真实验264

参考文献268

第9章 协同信息处理方法269

9.1贝叶斯估计方法269

9.1.1贝叶斯估计的传感器节点模型269

9.1.2贝叶斯估计的过程模型270

9.1.3结论276

9.2卡尔曼滤波方法277

9.2.1卡尔曼滤波方法277

9.2.2扩展卡尔曼滤波方法279

9.2.3联合卡尔曼滤波方法280

9.3协同信息处理方法算例——卡尔曼滤波算法282

9.3.1流程图282

9.3.2卡尔曼滤波算法伪代码282

9.3.3仿真实验285

参考文献286

第10章 多智能体系统中的协同方法288

10.1多智能体系统概述288

10.2协同方法290

10.2.1合同网290

10.2.2组织结构设计法292

10.2.3多智能体计划调度292

10.2.4协商293

10.2.5设计协同方法的准则295

10.3分布式决策及搜索方法296

10.4多智能体系统中的协同方法算例——多智能体计划调度算法297

10.4.1流程图297

10.4.2多智能体计划调度算法伪代码298

10.4.3仿真实验301

参考文献302

第11章 基于多智能体理论的无线传感器网络协同方法304

11.1基于合同网及拍卖的无线传感器网络协同方法304

11.1.1基于合同网及拍卖的协同方法概述304

11.1.2无线传感器网络中任务间的相互作用关系305

11.1.3基于中心的任务分配方法306

11.1.4仲裁方法与组合拍卖方法307

11.1.5迭代式组合拍卖方法310

11.1.6动态仲裁方法312

11.2基于动态联盟的无线传感器网络协同方法317

11.2.1动态联盟方法概述317

11.2.2初始联盟的形成318

11.2.3联盟的形成322

11.2.4联盟的确认327

11.3基于组织结构设计的无线传感器网络协同方法327

11.3.1组织结构设计方法概述327

11.3.2组织结构设计方法的运行原理328

11.4基于分布式约束满足的无线传感器网络协同方法331

11.4.1分布式探测调度问题331

11.4.2低负载分布式方法333

11.5无线传感器网络协同问题面临的技术挑战336

11.6协同方法算例——动态仲裁算法337

11.6.1流程图337

11.6.2动态仲裁算法伪代码337

11.6.3仿真实验339

参考文献342

第六部分 无线传感器网络开发与应用347

第12章 无线传感器网络的典型开发环境与仿真平台347

12.1无线传感器网络硬件系统347

12.1.1传感器节点设计与开发需要解决的问题347

12.1.2传感器节点的开发347

12.2无线传感器网络软件环境350

12.2.1 TinyOS操作系统350

12.2.2 nesC编程语言353

12.3无线传感器网络仿真平台357

12.3.1网络仿真概述357

12.3.2无线传感器网络仿真需要解决的问题357

12.3.3无线传感器网络仿真的研究358

12.3.4无线传感器网络常用的仿真软件362

参考文献368

第13章 无线传感器网络的应用369

13.1 NSOF系统369

13.1.1 NSOF系统概述369

13.1.2系统体系结构369

13.1.3 NSOF系统关键技术370

13.2 GDI系统372

13.2.1 GDI系统概述372

13.2.2系统体系结构373

13.2.3原型系统与实验374

13.3建筑结构健康监测376

13.3.1建筑健康监测概述376

13.3.2系统体系结构377

13.3.3原型系统与实验379

13.4未来家庭健康监测381

13.4.1家庭健康监测概述381

13.4.2系统体系结构381

13.4.3 WWM实验系统382

参考文献384

附录 英汉缩略语对照表386