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内容简介

　　全面论述了无线传感器网络的基础理论、技术方法和新研究成果。
　　《无线传感器网络》共11章，对涉及无线传感器网络关键技术的网络部署、拓扑结构、节点定位、目标跟踪、路由协议、数据融合、拥塞控制、网络安全等问题进行了深入研究，并以TinyOS为基础详细介绍了无线传感器网络操作系统，最后通过实例说明了无线传感器网络的工程设计方法。
　　《无线传感器网络》可供无线传感器网络研究人员和无线传感器网络设计工程师参考，也可作为高等学校、研究院所信息与控制领域的本科生和研究生课程的教材。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 引言
1．2 无线传感器网络概述
1．2．1 无线传感器网络定义
1．2．2 系统组成
1．2．3 网络模型
1．3 网络体系结构
1．4 网络节点
1．5 网络特点与性能评价
1．5．1 网络特点
1．5．2 性能评价
1．6 网络应用
1．7 无线传感器网络与物联网
1．8 主要研究内容
1．9 内容组织
参考文献

第2章 无线传感器网络部署
2．1 概述
2．2 覆盖及评价指标
2．2．1 基本假设
2．2．2 覆盖及优化
2．2．3 覆盖问题分类
2．2．4 网络覆盖评价指标
2．3 覆盖模型与区域覆盖概率
2．3．1 基本概念
2．3．2 感知、通信和连通覆盖的物理模型
2．3．3 感知、通信和连通覆盖的数学模型
2．3．4 区域随机覆盖概率与覆盖数
2．3．5 节点覆盖的随机分布函数
2．3．6 一维区域传感器节点覆盖的分布实验
2．4 一维区域节点覆盖模型
2．4．1 一维区域定义
2．4．2 节点覆盖模型
2．4．3 一维区域覆盖
2．5 二维区域节点覆盖模型
2．5．1 正六边形节点覆盖模型
2．5．2 节点通信半径
2．5．3 邻居节点数与连通图的分形
2．5．4 区域的最小覆盖
2．6 三维区域节点覆盖模型
2．6．1 正六面体节点覆盖模型
2．6．2 切顶八面体节点覆盖模型
2．6．3 相对于感知范围的通信半径
参考文献

第3章 网络拓扑控制
3．1 概述
3．1．1 网络拓扑结构及分类
3．1．2 拓扑控制研究内容
3．2 拓扑控制设计原则与算法评价
3．2．1 网络能耗模型
3．2．2 拓扑控制协议设计原则
3．2．3 拓扑控制算法评价
3．3 功率控制算法
3．3．1 相关研究
3．3．2 XTC算法
3．4 睡眠调度算法
3．4．1 相关研究
3．4．2 CCP算法
3．4．3 SPAN算法
3．4．4 HEED算法
3．5 层次型无线传感器网络拓扑控制
3．5．1 基本定义
3．5．2 分簇算法
3．5．3 求解连通支配集算法
3．6 能量高效的虚拟骨干网构造算法
3．6．1 问题背景
3．6．2 系统假设
3．6．3 算法模型及符号描述
3．6．4 骨干节点选举方法
3．6．5 EVBC算法描述及实现
3．6．6 EVBC算法的路由生成方法
3．6．7 算法性能仿真测试与分析
参考文献

第4章 节点定位
4．1 概述
4．1．1 定位研究的主要问题
4．1．2 定位算法性能评价
4．2 相关研究
4．3 节点定位原理
4．3．1 基本概念及定义
4．3．2 定位计算方法
4．4 ADV-Hop定位算法研究
4．4．1 DV-HoD算法描述
4．4．2 DV-Hop算法改进思路
4．4．3 ADV-Hop算法要旨
4．4．4 ADV-Hop算法的实现
4．4．5 算法仿真实验分析
4．5 GSAL定位算法研究
4．5．1 基于GA的定位算法及其局限
4．5．2 基于SA的定位算法及其局限
4．5．3 基于模拟退火思想的遗传算法
4．5．4 GSAL定位算法实现
4．5．5 GSAL算法仿真分析
参考文献

第5章 目标跟踪
5．1 概述
5．1．1 目标跟踪过程
5．1．2 目标跟踪关键技术
5．2 二进制传感器分类与跟踪算法评价
5．2．1 二进制传感器分类与通信模型
5．2．2 目标跟踪算法的评价指标
5．3 目标定位跟踪算法
5．3．1 质心算法
5．3．2 加权算法
5．3．3 线性拟合算法
5．3．4 解析算法
5．3．5 粒子滤波算法
5．4 动态成簇算法
5．4．1 动态成簇算法简介
5．4．2 网络部署方案
5．4．3 节点激活方式
5．4．4 簇头选举及成员选择方法
5．4．5 簇头移交方法
5．5 面向单目标跟踪的BWSN异步动态成簇算法
5．5．1 问题描述
5．5．2 目标发现及节点激活
5．5．3 动态跟踪簇构建及调整
5．5．4 异步跟踪时间的标定、传递及计算
5．5．5 ADC算法的仿真实验及分析
参考文献

第6章 网络协议
6．1 概述
6．1．1 计算机网络协议
6．1．2 WSN协议
6．2 网络层路由协议
6．2．1 路由算法评价指标
6．2．2 长链型路由协议
6．2．3 平面型路由协议
6．2．4 层次型路由协议
6．2．5 其他路由协议
6．3 数据链路层MAC协议
6．3．1 关于MAC协议
6．3．2 IEEE 802．11和IEEE 802．15．4介绍
6．3．3 传感器网络MAC协议的差异和限制
6．3．4 非调度式MAC协议
6．3．5 调度式MAC协议
6．3．6 未来展望
6．4 时钟同步
6．4．1 传统时钟同步技术
6．4．2 传感器网络时钟同步基本原理
6．4．3 典型传感器网络时钟同步技术
6．5 服务质量QoS
参考文献

第7章 数据融合
7．1 概述
7．2 关于数据融合
7．2．1 多传感器数据融合
7．2．2 WSN数据融合
7．2．3 数据融合模型
7．2．4 网络层中的数据融合
7．2．5 基于事件驱动的数据融合
7．2．6 数据融合技术难点
7．3 数据融合节点延时分配算法
7．3．1 经典延时分配算法
7．3．2 数据传输端到端延时分析
7．4 SSF．M／G／1算法
7．4．1 算法思想
7．4．2 0N／OFF模型及分组平均到达速率
7．4．3 M／G／I队列及分组到达时间间隔
7．4．4 允许延时时间分配算法
7．4．5 算法伪代码
7．5 仿真实验及分析
7．5．1 评价指标
7．5．2 仿真参数设置
7．5．3 实验分析
参考文献

第8章 拥塞控制
8．1 概述
8．2 无线传感器网络拥塞控制机制
8．2．1 基于拥塞检测与处理的缓解机制
8．2．2 拥塞避免机制
8．3 网关节点拥塞控制
8．3．1 瓶颈网络模型
8．3．2 AOM反馈控制系统模型
8．3．3 RBF神经网络
8．3．4 灰色预测GM（1．1）模型
8．3．5 RBF．GM算法
8．3．6 仿真及其结果
8．4 基于主动队列管理的拥塞控制机制
8．4．1 主动队列管理
8．4．2 自适应主动队列管理API算法
8．4．3 区分丢包的速率调节DR算法
8．4．4 API．DR算法
8．4．5 API．DR算法仿真实验及分析
参考文献

第9章 网络安全
9．1 概述
9．1．1 WSN的安全威胁
9．1．2 安全体系结构
9．1．3 安全要求与目标
9．2 无线传感器网络安全技术
9．2．1 安全技术分类
9．2．2 密码技术
9．2．3 密钥确立和管理
9．2．4 路由安全
9．2．5 数据融合安全
9．2．6 入侵检测
9．2．7 DoS攻击
9．2．8 访问控制和权限管理
9．2．9 无线传感器网络安全协议
9．3 链路层加密方案
9．3．1 TinyOS的安全保护措施TinySec
9．3．2 链路层加密方案SenSec
9．4 无线传感器网络用户认证技术
9．4．1 认证技术分类
9．4．2 用户认证协议
9．4．3 基于μTPCT的广播认证协议
9．5 密钥管理技术
9．5．1 密钥管理的安全和性能评价
9．5．2 密钥管理方案和协议的分类
9．5．3 典型密钥管理方案和协议
9．5．4 层次型WSN动态密钥管理方法
参考文献

第10章 无线传感器网络操作系统
10．1 概述
10．2 WSNOS设计原则
10．3 操作系统关键技术
10．3．1 体系结构
10．3．2 层次化技术
10．3．3 框架技术
10．3．4 节能通信模型
10．3．5 可裁减的构件技术
10．3．6 普适计算技术
10．4 TinyOS操作系统
10．4．1 系统简介
10．4．2 体系结构与特点
10．4．3 组件模型和命名规则
10．4．4 TinyOS的任务
10．4．5 TinyOS调度器
10．4．6 系统启动和初始化
10．4．7 TinyOS通信
10．4．8 并发模型
10．4．9 能量管理
10．4．10 模拟服务
10．4．11 TinyOS系统的编程
10．5 Mantis系统
10．6 SenOS系统
参考文献

第11章 无线传感器网络工程设计
11．1 概述
11．2 监测区域分类
11．3 覆盖数计算
11．3．1 一维长线区域
11．3．2 二维平面区域
11．3 3三维空间区域
11．4 无线传感器网络部署的工程设计
11．4．1 设计流程
11．4．2 技术参数设计
11．5 ZigBee系统技术
11．5．1 ZigBee技术特点
11．5．2 ZigBee技术的协议构架
11．5．3 ZigBee技术的网络拓扑结构
11．6 基于ZigBee技术的石油钻井现场WSN
11．6．1 系统结构设计
11．6．2 拓扑控制机制与节点定位方法
11．6．3 路由机制
11．6．4 系统工作模式
11．7 实验测试
11．7．1 实验方法
11．7．2 中断模式实验
11．7．3 周期性模式实验
参考文献

前言/序言

　　无线传感器网络是21世纪改变人类生活的重大技术之一。作者以无线传感器网络的重点研究问题为主线，在参考国内外无线传感器网络最新资料的基础上，结合自己10年来对无线传感器网络进行持续研究所取得的若干成果，科学组织内容，精心著述成书。
　　在内容安排上，作者力图通过有限的篇幅，对涉及无线传感器网络的基础理论、关键技术、重点研究内容、主要研究方法、国内外的典型研究成果，以及作者的研究成果进行详细讨论。读者通过参阅本书能够了解到无线传感器网络的系统知识，把握无线传感器网络的研究方向，通过对一些基本研究方法和研究成果的批判，生发对有关问题研究的新思路。
　　在组织架构上，首先介绍无线传感器网络系统与体系结构，给出无线传感器网络的问题域，然后详细讨论涉及无线传感器网络的关键技术，包括不同区域的网络部署、能量高效的拓扑控制、网络层路由协议和数据链路层MAC协议、将模拟退火思想的遗传算法应用于WSN的节点定位算法、基于动态成簇的二进制WSN目标跟踪、基于主动队列管理的拥塞控制、基于事件驱动的数据融合和传感器网络安全技术等研究内容。再以TinyOS为基础，详细介绍无线传感器网络操作系统结构、设计准则和主要设计技术。最后以数字化钻井的无线传感器网络监测系统为例，说明无线传感器网络的工程设计流程、技术参数的确定方法和网络部署运行技术。
　　在此谨向帮助和参与本书相关研究工作的所有同仁表示感谢。北京科技大学张朝晖教授、穆志纯教授、王沁教授，清华大学黄德先教授，北京理工大学戴亚平教授曾对书中的研究内容提出中肯的意见，使得有关问题的研究得到了满意的结果；张朝晖教授审阅了本书全稿；研究生陈琳、徐秀兰、徐麦玲、王盼盼、刘思佳和李国全等曾参与了部分研究工作。在本书的著述过程中参阅了大量研究资料，谨向书中已列出和未列出的所有文献资料的作者表示敬意。同时，向长期以来一直默默支持我们研究工作的亲人表示深深的感谢。
　　“思如静水，想若流云”是“思想”的精致状态，作者始终以这种认真态度和满腔热情来从事本书的著述。尽管小心翼翼，然而由于作者才疏学浅，书中的瑕疵仍然在所难免，拜望广大读者不吝赐教，我们感激不尽。
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