《國家級特色專業（物聯網工程）規劃教材：物聯網與無線傳感器網絡》結合國內物聯網工程專業的教學情況編寫的。《國家級特色專業（物聯網工程）規劃教材：物聯網與無線傳感器網絡》主要介紹物聯網中核心技術之一的無線傳感器網絡（WSN）的知識，在簡要介紹WSN的基礎上，詳細地敘述了WSN的物理層、數據鏈路層和網絡層的設計要點及其路由協議；然后介紹WSN中的主要技術，如通信標準、時間同步技術、節點定位技術、服務質量保障和網絡管理，并給出了WSN的仿真技術；接著介紹WSN中硬件開發、操作系統和軟件開發的內容；最后給出了WSN的應用案例。
傳感器網絡是物聯網的基本組成部分，是物聯網用來感知和識別周圍環境的信息生成和采集系統，傳感器網絡對信息處理來說如同人體的感覺突觸一樣重要。為了方便感知和部署并提高網絡的可擴展性，傳感器網絡一般采用無線通信方式，從而形成了節點之間可自組織拓撲結構的無線傳感器網絡。無線傳感器網絡技術集成了傳感器技術、嵌入式計算技術、計算機網絡和無線通信技術等重要信息技術，目前已經逐漸走向成熟，在各個領域的應用不斷擴大，被認為21世紀最有影響力的技術之一。
本書比較系統地介紹無線傳感器網絡的理論、技術和若干應用。全書從結構上可以分為三個部分：無線傳感器網絡的基礎理論，主要介紹無線傳感器網絡從物理層到網絡層的各層通信協議，給出了目前常用的針對無線傳感器網絡特點的網絡協議設計思想和若干典型協議，這些理論和技術為無線傳感器網絡的部署和通信提供了基本的支持；無線傳感器的若干關鍵技術，包括無線傳感器網絡的時間同步、節點定位、容錯設計、質量保證和網絡管理等技術，這些技術為無線傳感器網絡的各種應用提供了有力的支撐；無線傳感器網絡的網絡仿真、無線傳感器網絡的硬件開發、操作系統、無線傳感器網絡應用開發等，并給出了部署和應用開發實例。
本書主要有以下特點：
（1）基礎性。本書注重無線傳感器網絡的基本理論和關鍵技術，包括無線傳感器的基本概念、基本原理、基本架構、基本協議和典型基礎應用。力求展示出無線傳感器網絡重要和基礎的內容，并介紹了當前主流的無線傳感器網絡節點和開發平臺，適合于初學者對無線傳感器網絡有清楚的認識和理解，并做到通俗易懂。
（2）系統性。本書涉及無線傳感器網絡的各個方面，注重內容的系統性，以無線傳感器網絡的體系為內容框架，涵蓋了無線傳感器網絡的從物理層到網絡層的各種協議、時間同步技術、節點定位技術、容錯設計技術、網絡管理技術、硬件設計技術、操作系統平臺、應用開發技術等，內容全面，體系完整。
（3）新穎性。為適應無線傳感器網絡理論和技術發展迅速、知識更新快的特點，本書緊跟學科發展前沿，針對當前新出現各種應用，及時將無線傳感器網絡的新技術、新手段和新工具融入內容體系，及時對無線傳感器網絡的技術框架進行擴充和完善，并給出了新的應用和實例。
（4）邏輯性。無線傳感器網絡牽涉到的技術眾多，應用領域寬廣，本書注重介紹時的邏輯性，面向無線傳感器網絡應用這一關鍵問題，由無線傳感器網絡的基本架構和協議引入，再介紹無線傳感器網絡的關鍵支撐技術和建立在基本架構與關鍵技術上的應用開發，以此為主線介紹若干仿真環境、系統平臺和開發環境。層層深入，由淺入深，層次分明，有利于無線傳感器網絡理論和技術的掌握實踐。
本書可作為高等院校物聯網工程專業以及電氣信息類專業的高年級本科生、研究生教材和教學參考用書，也可供從事相關行業的工程技術人員與研究人員參考。
本書受到國家自然科學基金和高等學校博士點科研基會資助，在此表示感謝。
由于時間倉促，本書的錯誤和不足在所難免，敬請廣大讀者批評指正。
第1章 無線傳感器網絡概述
1.1 無線傳感器網絡介紹
1.1.1 無線傳感器網絡的概念
1.1.2 無線傳感器網絡的特點及優勢
1.1.3 無線傳感器網絡的應用
1.2 無線傳感器網絡的體系結構
1.2.1 傳感器的節點結構
1.2.2 無線傳感器網絡架構
1.3 無線傳感器網絡研究及發展現狀
1.4 無線傳感器網絡所面臨的挑戰
1.5 本章小結
參考文獻
第2章 無線傳感器網絡物理層設計
2.1 無線傳感器網絡物理層概述
2.2 無線傳感器網絡物理層研究現狀及發展
2.3 無線傳感器網絡物理層關鍵技術
2.3.1 編碼調制方式的選擇
2.3.2 頻率的選擇
2.4 物理層調制解調方式與編碼方式
2.4.1 M-ary調制機制
2.4.2 差分脈沖位置調制機制
2.4.3 自適應編碼位置調制機制
2.5 無線傳感器網絡物理層設計
2.5.1 頻率分配
2.5.2 通信信道
2.6 本章小結
參考文獻
第3章 無線傳感器網絡的數據鏈路層設計
3.1 無線傳感器網絡數據鏈路層概述
3.2 無線傳感器網絡數據鏈路層研究現狀與發展
3.2.1 無線傳感器網絡MAC協議的分類
3.2.2 無線傳感器網絡MAC協議需要解決的問題
3.3 無線傳感器網絡數據鏈路層的關鍵問題
3.4 無線傳感器網絡的MAC協議
3.4.1 基于競爭的MAC協議
3.4.2 基于分配的MAC協議
3.4.3 混合型MAC協議
3.4.4 跨層MAC協議
3.5 本章小結
參考文獻
第4章 無線傳感器網絡的網絡層
4.1 無線傳感器網絡網絡層概述
4.2 無線傳感器網絡網絡層研究現狀和發展
4.3 無線傳感器網絡網絡層關鍵問題
4.4 無線傳感器網絡路由協議
4.4.1 基于數據的路由協議
4.4.2 基于集群結構的路由協議
4.4.3 基于地理位置信息的路由協議
4.5 本章小結
參考文獻
第5章 無線傳感器網絡傳輸層協議
5.1 無線傳感器網絡傳輸層協議概述
5.2 無線傳感器網絡傳輸層研究現狀和發展
5.2.1 無線傳感器網絡傳輸層關鍵問題
5.2.2 無線傳感器網絡傳輸層協議分析
5.3 無線傳感器網格體系
5.3.1 無線傳感器網絡網格體系結構
5.3.2 MPAS設計
5.4 本章小結
參考文獻
第6章 通信標準
6.1 IEEE 802.15.4標準
6.1.1 IEEE 802.15.4協議簡介
6.1.2 IEEE 802.15.4協議棧
6.2 ZigBee標準
6.2.1 網絡層規范
6.2.2 應用層規范簡介
6.3 無線局域網技術
6.3.1 無線局域網概述
6.3.2 網絡拓撲結構
6.3.3 IEEE 802.11協議棧
6.4 藍牙技術
6.4.1 藍牙核心協議
6.4.2 藍牙優勢
6.5 UWB技術
6.5.1 UWB協議模型
6.5.2 UWB優勢
6.6 本章小結
參考文獻
第7章 時間同步技術
7.1 時間同步技術概述
7.2 時間同步技術研究現狀與發展
7.3 時間同步技術關鍵問題
7.4 傳統時間同步技術
7.4.1 DMTS同步
7.4.2 RBS同步
7.4.3 TPSN同步
7.4.4 FTSP同步
7.4.5 傳統協議比較
7.5 新型時間同步技術
7.5.1 協作同步
7.5.2 螢火蟲同步
7.6 本章小結
參考文獻
第8章 無線傳感器網絡節點定位技術
8.1 節點定位技術概述
8.2 節點定位技術研究現狀與發展
8.3 節點定位技術關鍵問題
8.4 基于測距的定位技術
8.4.1 三邊定位技術
8.4.2 角度定位
8.4.3 測距定位算法性能比較分析
8.5 基于非測距定位技術
8.5.1 基本原理
8.5.2 典型算法
8.5.3 幾種非測距的定位技術性能分析
8.6 協作定位技術
8.6.1 剛性體理論概述
8.6.2 協作體的定義
8.6.3 協作定義原理
8.7 本章小結
參考文獻
第9章 容錯設計技術
9.1 無線傳感器網絡容錯技術概述
9.2 容錯設計模型
9.3 無線傳感器網絡可靠性分析
9.3.1 網絡層可靠性
9.3.2 傳輸層可靠性
9.4 無線傳感器網絡故障檢測與診斷
9.4.1 基于空間相關性的故障診斷
9.4.2 基于貝葉斯信任網絡的故障診斷
9.5 無線傳感器網絡的自恢復策略
9.5.1 基于連接的修復
9.5.2 基于覆蓋的修復
9.6 本章小結
參考文獻
第10章 服務質量保證
10.1 無線傳感器網絡服務質量概述
10.2 無線傳感器網絡服務質量研究現狀與發展
10.3 無線傳感器網絡QOS關鍵問題
10.4 感知QoS保證
10.4.1 感知Qos概述
10.4.2 感知模型
10.4.3 典型的無線傳感器網絡覆蓋控制算法與協議
10.4.4 亟待解決的問題
10.5 傳輸QoS保證
10.5.1 可靠數據傳輸
10.5.2 擁塞控制
10.6 本章小結
參考文獻
第11章 網絡管理
11.1 網絡管理概述
11.1.1 網絡管理的概念
11.1.2 網絡管理的體系結構
11.2 網絡管理研究現狀與發展
11.2.1 SNMP網絡管理架構
11.2.2 網絡管理新技術
11.3 網絡管理關鍵問題
11.4 典型網絡管理系統
11.4.1 集中式網絡管理系統
11.4.2 層次式網絡管理系統
11.4.3 分布式網絡管理系統
11.5 本章小結
參考文獻
第12章 無線傳感器網絡的仿真技術
12.1 網絡仿真概述
12.2 無線傳感器網絡仿真研究現狀與發展
12.3 常用的仿真軟件
12.3.1 OPNET
12.3.2 NS2
12.3.3 TOSSIM
12.4 仿真軟件比較
12.5 本章小結
參考文獻
第13章 無線傳感器網絡的硬件開發
13.1 無線傳感器網絡硬件開發概述
13.2 無線傳感器網絡硬件開發研究現狀與發展
13.3 傳感器節點的設計
13.3.1 核心處理模塊設計
13.3.2 能量模塊設計
13.4 本章小結
參考文獻
第14章 無線傳感器網絡的操作系統
14.1 無線傳感器網絡操作系統概述
14.2 TinyOS操作系統
14.2.1 概述
14.2.2 TinyOS的系統架構
14.2.3 TinyOS編譯機制
14.2.4 TinyOS啟動機制
14.2.5 TinyOS任務調度機制
14.2.6 TinyOS的并發性
14.2.7 TinyOS的能量管理機制
14.2.8 通信機制
14.3 MANTIS OS操作系統
14.3.1 MANTIS OS的系統架構
14.3.2 應用程序設計
14.4 SOS操作系統
14.5 操作系統比較分析
14.6 本章小結
參考文獻
第15章 無線傳感器網絡的軟件開發
15.1 無線傳感器網絡軟件開發概述
15.1.1 軟件開發特點和設計要求
15.1.2 軟件開發的內容
15.1.3 無線傳感器網絡軟件開發的主要技術挑戰
15.2 主要開發環境
15.2.1 nesC語言結構
15.2.2 nesC應用程序的分析
15.2.3 nesC程序的仿真
15.3 無線傳感器網絡中間件設計
15.4 本章小結
參考文獻
第16章 無線傳感器網絡應用
16.1 概述
16.2 無線傳感器網絡的應用場景
16.3 無線傳感器網絡應用技術
16.3.1 靜態部署
16.3.2 動態部署
16.4 無線傳感器網絡應用實例分析
16.4.1 用于礦井環境監測的無線傳感器網絡
16.4.2 山體滑坡案例
16.5 本章
……
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