无线传感器网络原理及应用

第1章 无线传感器网络概述 1

1.1 无线传感器网络的发展历程 1

1.2 无线传感器网络的基本结构 2

1.3 无线传感器网络的关键性能指标 3

1.3.1 网络的工作寿命 3

1.3.2 网络覆盖范围 4

1.3.3 网络搭建成本和难易程度 4

1.3.4 网络响应时间 5

1.4 无线传感器网络的关键技术 5

1.4.1 QoS保证 5

1.4.2 数据融合技术 6

1.4.3 网络安全机制 6

1.4.4 定位技术 7

1.4.5 同步管理机制 7

1.4.6 无线通信网络技术 8

1.4.7 嵌入式实时系统软件技术 8

1.4.8 相关的硬件技术 8

1.5 无线传感器网络的应用范围 9

1.5.1 环境监测 9

1.5.2 军事领域 9

1.5.3 医疗健康 9

1.5.4 交通管理 10

1.5.5 智能家居 10

1.5.6 空间探测应用 10

第2章 无线传感器网络基础 11

2.1 无线传感器网络体系结构 11

2.1.1 无线传感器网络结构 11

2.1.2 无线传感器网络节点结构 15

2.1.3 无线传感器网络协议结构模型 17

2.2 无线传感器网络的特征 22

2.2.1 与现有无线网络的区别 22

2.2.2 无线传感器网络的特点 26

2.2.3 无线传感器网络的性能评价指标 27

第3章 无线传感器网络路由协议 29

3.1 路由协议概述 29

3.1.1 无线传感器网络路由协议的考虑因素 29

3.1.2 路由的过程 30

3.1.3 无线传感器网络路由协议分类方法 32

3.2 平面路由协议和层次路由协议 33

3.2.1 平面路由协议 33

3.2.2 层次路由协议 36

3.2.3 平面路由协议和层次路由协议比较 40

3.3 能量感知路由 41

3.3.1 能量消耗源 41

3.3.2 能量路由 42

3.3.3 能量多路径路由 42

3.4 基于查询的路由 44

3.4.1 定向扩散路由 44

3.4.2 谣传路由 46

3.5 地理位置路由 47

3.5.1 GEAR路由 48

3.5.2 GAF路由 50

3.5.3 GPSR路由 52

3.5.4 其他位置路由 53

3.6 可靠路由协议 54

3.6.1 不相交多路径路由机制 54

3.6.2 ReInForM路由 56

3.6.3 SPEED协议 58

3.7 路由协议自主切换 59

3.8 小结 60

第4章 无线传感器网络MAC层技术 61

4.1 MAC层技术概述 61

4.1.1 无线传感器网络特点对MAC协议的影响 61

4.1.2 无线传感器网络MAC协议的设计准则 63

4.1.3 无线传感器网络MAC协议分类 65

4.2 IEEE 802.11协议 66

4.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构 66

4.2.2 IEEE 802.11协议MAC层的工作模式 68

4.2.3 分布式协调功能（DCF） 70

4.2.4 集中式协调功能（PCF） 72

4.2.5 DCF与PCF机制的局限性 74

4.2.6 IEEE 802.11的QoS保障 74

4.3 小结 75

第5章 常用MAC层协议简介 76

5.1 基于竞争方式的MAC协议 76

5.1.1 S-MAC协议 76

5.1.2 T-MAC协议 85

5.1.3 Sift协议 89

5.1.4 S-MAC Sift协议 90

5.1.5 WiseMAC协议 91

5.1.6 其他基于竞争的MAC协议 92

5.2 基于时分复用的MAC协议 94

5.2.1 基于分簇网络的MAC协议 94

5.2.2 AL-LMAC协议 95

5.2.3 TRAMA协议 96

5.2.4 DMAC 97

5.2.5 其他基于时分复用的MAC协议 100

5.3 TDMA和FDMA结合的协议 101

5.4 小结 103

第6章 无线传感器网络硬件开发 105

6.1 无线传感器网络硬件开发需考虑的因素 105

6.1.1 无线传感器网络的应用类别 105

6.1.2 无线传感器节点的设计要求 107

6.2 节点的组成与核心模块设计 108

6.3 节点设计实例 113

6.3.1 无线传感器网络节点的结构 114

6.3.2 微控制单元芯片选择和设计 114

6.3.3 无线传输单元芯片选择和设计 117

6.3.4 传感器模块芯片选择和设计 122

6.4 小结 126

第7章 嵌入式操作系统 127

7.1 传感器节点对操作系统的需求 127

7.2 TinyOS操作系统 127

7.2.1 简介 127

7.2.2 基于组件的体系结构 128

7.2.3 任务调度机制 130

7.2.4 通信机制 131

7.3 MiniOS操作系统 132

7.3.1 MiniOS简介 132

7.3.2 MiniOS的进程管理 133

7.3.3 系统时钟服务 135

7.3.4 MiniOS的内存管理 135

7.3.5 通信与同步 136

7.3.6 中断过程及处理 138

7.4 小结 139

第8章 无线传感器网络应用 140

8.1 军事领域的应用 140

8.1.1 智能尘埃 141

8.1.2 目标定位和跟踪 143

8.1.3 防核生化袭击 145

8.1.4 灵巧传感器网络（SSW） 145

8.1.5 WSN在协同作战中的应用 145

8.2 无线传感器网络用于城市交通管理 146

8.2.1 智能交通系统 147

8.2.2 智能公交系统 148

8.3 环境科学的应用 148

8.3.1 环境监测 149

8.3.2 无线温室监测系统 151

8.3.3 詹姆斯保护区研究项目 153

8.3.4 PODS研究项目 153

8.3.5 森林火灾监测系统 154

8.3.6 无线传感器在煤田监测中的应用 155

8.4 医疗健康方面的应用 155

8.4.1 医疗检测领域常用传感器 156

8.4.2 远程医疗监护系统 158

8.4.3 呼吸医疗监视仪 159

8.4.4 药物生产监控系统应用 159

8.4.5 药物临床实验监控系统应用 161

8.4.6 无人智能药物超市应用 161

8.4.7 住院患者管理 162

8.5 无线传感器网络技术在室内环境的应用 163

8.5.1 智能家居系统 163

8.5.2 智能建筑系统 164

8.6 其他应用 165

8.7 小结 166

参考文献 167

《无线传感器网络原理及应用》对无线传感器网络的众多关键技术，如网络体系结构、MAC层协议、路由协议等做了详细而深入的描述，同时还着重探讨了无线传感器网络的开发和应用，安排了无线传感器网络的硬件开发、嵌入式操作系统TinyOS和MiniOS等内容。最后，针对无线传感器网络应用方面的最新成果进行全面介绍，有助于读者开拓视野，打开研究思路。
《无线传感器网络原理及应用》既注重基础理论知识，又注重技术的工程实用性，可作为通信与信息系统、计算机科学与技术、计算机网络、电子与信息、传感器技术等专业的大学本科高年级学生和研究生的教材、教辅和教学参考书，也可作为对无线传感器网络技术感兴趣的工程技术人员和管理人员的参考用书。