清华大学出版社 - 图书详细资料

无线传感器网络

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无线传感器网络

作者：孙利民等

图书详细信息：
ISBN：9787302106937
定价：42元
印次：1-5
装帧：平装
印刷日期：2010-7-21

图书简介：
本书介绍了无线传感器网络研究领域中的研究成果和应用技术。全书共分为三篇。第1篇是无线传感器网络的通信协议，包括网络拓扑控制、路由协议、介质访问协议和短距离低功耗无线通信标准；第2篇是无线传感器网络的支撑技术，包括定位机制、时间同步、网络安全、数据管理和数据融合；第3篇是无线传感器网络的应用技术，包括传感器节点的硬件平台、编程语言nesC、操作系统TinyOS、跟踪系统和环境监测系统。全书基本上反映了近几年来无线传感器网络相关方面的最新研究成果，并提供了详尽的参考文献。
本书内容丰富，覆盖面广，叙述深入浅出，既可以作为网络通信、传感器技术等专业的研究生教材，也可以供广大对传感器网络技术感兴趣的工程技术人员参考。

前言： 016610-01.txt

前言

在研究无线传感器网络技术的同时，我们成立了无线传感器网络研发组。在一年的时间内开发了多个版本的传感器节点，构建起了高效的网络研究硬件平台。同时，通过吸收国外大学和研究所的研究成果，开始尝试构建自己的协议栈和通信模块，并针对特定的应用展开通信协议、时间同步、服务质量等方面的开发和实践。通过建立小型的环境监测系统和车场车位管理系统的研发工作，我们对无线传感器网络从技术层面上有了更深入的了解，在算法设计和理论研究方面有了更明确的方向。传感器网络是应用相关的，不同应用的传感器网络技术差别可能很大。所以我们一直秉承的研究路线就是在特定的应用领域内研究特定的传感器网络技术。
连续两年对传感器网络的理论研究和一年多的技术实践经验总结构成了本书全部的内容。作为一类特定的网络形态，无线传感器网络一定拥有构筑网络架构的通信协议；作为一个完整的网络系统，它也一定要有辅佐核心结构的丰富的支撑技术；作为一种源于应用而又服务于应用的现实可行的网络技术，它还要有一套完善的软硬件设计原则、高效的开发平台，以及一系列别具特色的应用实例。根据这三方面内容不同的主题，本书划分为“通信协议”、“支撑技术”和“应用技术”三大部分。
核心技术部分涉及网络系统的基本网络协议的讨论，包括路由协议、MAC协议、拓扑控制协议以及目前非常看好的低功耗低速率的无线网络协议IEEE 802.15.4。支撑技术部分介绍了形成完整网络应用所需要的定位技术、时间同步技术、安全技术、数据管理技术以及数据融合技术，使传感器网络看起来更像一项有血有肉、呼之欲出的网络技术。应用技术从分析现实的软硬件研究平台出发，以跟踪系统和监测系统的实践过程为实例，让读者与传感器网络进行一次亲密接触，揭开传感器网络神秘的面纱，使每一个具有创新冲动的人都能够构建一个切实可行的属于自己的研发平台。
如果这本书能够把国际上在传感器网络方面的研究成果展示出来，能够把我们几年来的理论与实践的体会表现出来，能够缩短人们对传感器网络技术的了解和入门的时间，能够对推动国内无线传感器网络技术的发展有一点帮助，那么对每一位曾为这本书付出心血的人来说，都是一个最大的奖赏。 
我想把前言的最后一部分留给所有为本书的写作和出版付出辛勤劳动的老师和学生，没有他们的聪明才智和认真负责的态度，就不会有本书的出版。
作为本书的主编，我具体编写了第1章、第3章和第7章，哈尔滨工业大学的李建中编写了第9章，清华大学的陈渝编写了第12章和第13章，中科院软件所的朱红松编写了第8章和第11章。作为中科院软件所无线传感器网络课题组的中坚力量，颜庭莘编写了本书的第2章和第15章，杨贺编写了第4章，罗政军编写了第5章，王海东编写了第6章，毕艳忠编写了第10章，李延编写了第14章。我与这些章节的作者一起详细探讨了有关内容，并进行了多次修改。另外，感谢课题组的徐鹏、刘俊涛、孙玉砚、柯欣、乔元松、雷文、石志强和张焕强等，他们多次参与了技术讨论，提供了无线传感器网络的相关资料。
我还要感谢我的家人和朋友，特别是我的妻子和女儿，谨以此书献给他们。
由于水平有限，加之时间仓促，本书一定有不少缺点和错误，希望得到广大读者的指正。无线传感器网络正处在飞速发展的阶段，我们将在吸取大家意见和建议的基础上，不断修改和完善书中有关内容，为推动该领域的进步尽绵薄之力。


孙利民
2005年3月30日
于中科院软件园区

目录： 016610-01.txt
第1篇传感器网络通信协议第1章无线传感器网络概述3 1.1传感器网络体系结构4 1.1.1传感器网络结构4 1.1.2传感器节点结构5 1.1.3传感器网络协议栈5 1.2传感器网络的特征6 1.2.1与现有无线网络的区别6 1.2.2传感器节点的限制7 1.2.3传感器网络的特点9 1.3传感器网络的应用11 1.4传感器网络的研究进展14 1.5传感器网络的关键技术16 1.6本书章节安排23 参考文献25 第2章路由协议27 2.1概述27 2.2路由协议分类28 2.3能量感知路由29 2.3.1能量路由29 2.3.2能量多路径路由31 2.4基于查询的路由32 2.4.1定向扩散路由32 2.4.2谣传路由34 2.5地理位置路由36 2.5.1GEAR路由36 2.5.2GEM路由38 2.5.3边界定位的地理路由42 2.6可靠路由协议45 2.6.1基于不相交路径的多路径路由机制45 2.6.2ReInForM路由47 2.6.3SPEED协议49 2.7路由协议自主切换52 2.8小结54 参考文献55 第3章MAC协议59 3.1概述59 3.2基于竞争的MAC协议61 3.2.1IEEE 802.11 MAC层协议61 3.2.2SMAC协议64 3.2.3TMAC协议67 3.2.4Sift协议70 3.3基于时分复用的MAC协议73 3.3.1基于分簇网络的MAC协议74 3.3.2DEANA协议75 3.3.3基于周期性调度的MAC协议75 3.3.4TRAMA协议78 3.3.5DMAC81 3.4其他类型的MAC协议85 3.4.1SMACS/EAR协议85 3.4.2基于CDMA方式的信道分配协议86 3.5小结87 参考文献88 第4章拓扑控制89 4.1概述89 4.2功率控制90 4.2.1基于节点度的算法91 4.2.2基于邻近图的算法92 4.3层次型拓扑结构控制94 4.3.1LEACH算法95 4.3.2GAF算法97 4.3.3GAF改进算法98 4.3.4TopDisc算法100 4.4启发机制103 4.4.1STEM算法103 4.4.2ASCENT算法105 4.5小结106 参考文献107 第5章IEEE 802.15.4标准109 5.1概述109 5.2IEEE 802.15.4网络简介110 5.2.1IEEE 802.15.4网络的拓扑结构111 5.2.2网络拓扑的形成过程112 5.3IEEE 802.15.4网络协议栈114 5.3.1物理层114 5.3.2MAC子层117 5.3.3鲁棒性125 5.3.4能量消耗125 5.3.5安全服务125 5.4CC2420芯片127 5.4.1CC2420内部结构127 5.4.2外围电路128 5.4.3处理器接口129 5.4.4RAM区的读写130 5.4.5CC2420内部寄存器131 5.4.6MAC子层安全操作132 5.5小结132 参考文献132 第2篇传感器网络支撑技术第6章定位技术135 6.1定位技术简介136 6.1.1基本概念和算法136 6.1.2定位算法分类140 6.2基于距离的定位140 6.2.1基于TOA的定位141 6.2.2基于TDOA的定位141 6.2.3基于AOA的定位143 6.2.4基于RSSI的定位146 6.3距离无关的定位算法148 6.3.1质心算法148 6.3.2DVHop算法149 6.3.3Amorphous 定位算法151 6.3.4APIT算法152 6.4小结154 参考文献155 第7章时间同步157 7.1传感器网络时间同步的要求157 7.2网络时间同步机制159 7.3传感器网络时间同步机制162 7.3.1RBS同步机制163 7.3.2TPSN时间同步协议165 7.3.3minisync和tinysync同步算法168 7.3.4DMTS同步机制171 7.3.5LTS机制173 7.3.6其他同步机制174 7.4小结176 参考文献177 第8章安全技术179 8.1概述179 8.2符号说明182 8.3传感器网络的安全分析182 8.3.1物理层的攻击和防御184 8.3.2链路层的攻击和防御185 8.3.3网络层的攻击和防御186 8.4依赖基站的网络安全框架协议——SPINS188 8.4.1安全网络加密协议SNEP188 8.4.2基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议μTESLA191 8.4.3SPINS协议的实现问题199 8.4.4美国加州大学伯克利分校的模型系统202 8.5安全管理203 8.5.1预共享密钥模型205 8.5.2随机密钥预分布模型206 8.5.3其他安全引导模型213 8.6小结216 参考文献217 第9章数据管理219 9.1概述219 9.2系统结构221 9.3数据模型和查询语言224 9.3.1数据模型224 9.3.2查询语言225 9.4数据存储与索引技术227 9.4.1数据命名方法228 9.4.2以数据为中心的数据存储方法的性能228 9.4.3数据中心存储方法229 9.4.4层次检索结构233 9.4.5一维分布式索引235 9.4.6多维分布式索引236 9.5查询处理技术238 9.5.1集中与分布式查询处理方法238 9.5.2聚集操作的处理技术240 9.5.3连续查询处理技术243 9.5.4TinyDB的查询处理技术245 9.6数据管理系统实例250 9.6.1传感器网络数据管理系统TinyDB250 9.6.2Cougar系统254 9.7小结256 参考文献257 第10章数据融合259 10.1引言259 10.2数据融合的作用260 10.3数据融合的分类262 10.3.1根据融合前后数据的信息含量划分262 10.3.2根据数据融合与应用层数据语义之间的关系划分263 10.3.3根据融合操作的级别划分264 10.4应用层中的数据融合264 10.5网络层中的数据融合267 10.5.1路由方式与数据融合267 10.5.2DC路由中的数据融合268 10.5.3数据融合树的构造270 10.6独立的数据融合协议层271 10.7小结273 参考文献273 第3篇传感器网络应用技术第11章硬件平台277 11.1设计简介277 11.2核心部件的设计要求279 11.2.1处理器模块279 11.2.2无线通信模块281 11.2.3传感器模块284 11.2.4外围模块286 11.3传感器节点实例剖析288 11.3.1节点系列简介288 11.3.2Mica2节点设计分析293 11.3.3Mica系列传感器板设计分析308 11.3.4辅助工具介绍314 11.4小结316 参考文献318 第12章nesC语言319 12.1nesC语言简介319 12.2基于nesC语言的应用程序320 12.3nesC语言的术语325 12.4接口328 12.5组件329 12.6模块及其组成332 12.6.1命令调用和事件通知333 12.6.2任务334 12.7配件及其组成334 12.7.1配件中的组件列表335 12.7.2连接335 12.8小结340 参考文献340 第13章TinyOS操作系统341 13.1传感器网络对操作系统的需求341 13.2TinyOS操作系统的设计思路342 13.3TinyOS组件模型343 13.3.1TinyOS的组件类型345 13.3.2硬件/软件边界346 13.3.3组件示例346 13.3.4组件组合347 13.3.5应用程序总体分析349 13.4TinyOS通信模型350 13.4.1主动消息概述350 13.4.2主动消息的设计实现351 13.4.3主动通信的缓存管理机制351 13.4.4主动消息的显式确认消息机制352 13.5TinyOS情境分析352 13.5.1Blink配件文件分析353 13.5.2BlinkM模块文件分析354 13.5.3ncc编译nesC程序的作用域356 13.5.4Blink应用程序剖析358 13.5.5TinyOS调度机制的实现371 13.5.6TinyOS的事件驱动机制375 13.6安装TinyOS382 13.6.1安装/升级TinyOS的步骤382 13.6.2用模拟器开发组件386 13.6.3TinyViz：TOSSIM图形用户调试接口388 13.7小结390 参考文献390 第14章跟踪系统391 14.1概述391 14.2协作跟踪过程实例392 14.3点目标跟踪395 14.3.1双元检测协作跟踪395 14.3.2信息驱动协作跟踪396 14.3.3传送树跟踪算法399 14.4面目标跟踪算法——对偶空间转换跟踪算法402 14.5小结405 参考文献405 第15章环境监测系统407 15.1环境监测应用中的传感器网络体系结构407 15.2传感器网络用于环境监测中的关键技术409 15.2.1节点及节点部署409 15.2.2能量管理410 15.2.3远程任务控制411 15.2.4数据采样和收集412 15.2.5能量高效的通信机制413 15.3传感器网络用于环境监测的实例413 15.3.1生态环境监控需求414 15.3.2大鸭岛生态环境监控实验415 15.3.3监控实验分析416 15.4小结417 参考文献418 常用术语英汉对照419
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