《智慧型網路感測器與無線感測器網路》是2011年由國防工業出版社出版的圖書,作者是景博。
基本介紹
- 書名:智慧型網路感測器與無線感測器網路
- 作者:景博
- 出版社:國防工業出版社
- 出版時間:2011-1-1
圖書信息
內容簡介
圖書目錄
第1章 智慧型網路感測器系統……2
1.1 感測器技術發展概述……2
1.2 智慧型網路感測器概述……3
1.2.1 智慧型網路感測器概念與原理……3
1.2.2 智慧型網路感測器實現途徑……4
1.2.3 有線智慧型網路感測器……6
1.2.4 無線智慧型網路感測器……8
1.3 智慧型網路感測器系統體系結構……14
1.3.1 基於IEEE1451.2標準的智慧型網路感測器體系結構……14
1.3.2 基於TCP/IP協定的智慧型網路感測器體系結構……15
1.4 智慧型網路感測器系統發展趨勢……17
第2章 基於乙太網的智慧型網路感測器系統……18
2.1 基於乙太網的智慧型網路感測器系統概述……18
2.2 乙太網協定標準與TCP/IP協定棧……19
2.2.1 工業乙太網協定……19
2.2.2 乙太網協定……21
2.2.3 乙太網協定與TCP/IP協定棧的關係……22
2.2.4 嵌入式乙太網技術的優勢……25
2.3 基於乙太網的智慧型網路感測器硬體結構……25
2.3.1 硬體平台通用總體結構……25
2.3.2 存儲設備……26
2.4 基於乙太網的智慧型網路感測器軟體結構……29
2.4.1 硬體模組驅動程式設計……30
2.4.2 嵌入式作業系統……32
2.4.3 嵌入式TCP/IP協定棧……33
參考文獻……35
第3章 無線智慧型網路感測器……36
3.1 無線智慧型網路感測器構成……36
3.1.1 微處理器與存儲模組……36
3.1.2 電源模組……39
3.1.3 感測器模組……39
3.1.4 無線通信模組……40
3.2 無線智慧型網路感測器實例……42
3.2.1 智慧型灰塵……42
3.2.2 Mica系列節點……45
3.2.3 GAINS節點……46
3.2.4 SIA-MS-1.0節點……48
3.2.5 WMNMCS ……49
3.3 無線智慧型網路感測器天線設計……51
3.3.1 天線類型選擇……51
3.3.2 天線特性……53
3.3.3 鞭狀天線……54
3.3.4 PCB微帶環形天線……55
3.4 無線智慧型網路感測器研究中的若干問題……57
參考文獻……58
第2篇 無線感測器網路體系結構與拓撲結構
第4章 無線感測器網路概述……60
4.1 無線感測器網路的概念、特點及套用……60
4.1.1 無線感測器網路的概念……60
4.1.2 無線感測器網路的特點……62
4.1.3 無線感測器網路的套用……64
4.2 無線感測器網路與現有網路比較……68
4.2.1 無線感測器網路與現場匯流排的區別……69
4.2.2 無線感測器網路與無線自組織網路的區別……69
4.2.3 無線感測器網路與無線自組織網路的共性……70
4.3 無線感測器網路關鍵技術及研究進展……71
4.3.1 無線感測器網路關鍵技術……71
4.3.2 無線感測器網路國外研究進展……73
4.3.3 無線感測器網路國內研究進展……77
4.4 無線感測器網路研究新動態及發展趨勢……79
參考文獻……81
第5章 無線感測器網路體系結構與拓撲結構……82
5.1 無線感測器網路體系結構……82
5.1.1 套用需求與套用模式……82
5.1.2 無線感測器網路功能結構、邏輯結構及典型體系結構……84
5.1.3 網路節點體系結構……87
5.1.4 層次化網路結構……90
5.2 無線感測器網路拓撲結構及控制……98
5.2.1 拓撲結構分類及拓撲發現……98
5.2.2 無線感測器網路拓撲控制……103
5.2.3 無線感測器網路拓撲控制算法……104
參考文獻……115
第6章 無線感測器網路覆蓋與連通……117
6.1 無線感測器網路覆蓋與連通問題概述……117
6.1.1 網路覆蓋問題概述……118
6.1.2 網路連通問題概述……120
6.1.3 覆蓋與連通基本理論……120
6.1.4 網路連通可靠性……122
6.2 無線感測器網路覆蓋與連通模型……125
6.2.1 覆蓋與連通模型……125
6.2.2 網路節點數目計算……128
6.2.3 覆蓋率計算……129
6.3 最優分簇數目……130
6.3.1 節點能耗模型與基本假設……130
6.3.2 簇頭聚集能力不受限時的最優分簇數目……131
6.3.3 簇頭聚集能力受限時的最優分簇數目……133
參考文獻……134
第7章 無線感測器網路物理層協定……138
7.1 物理層概述……138
7.2 物理層主要技術……139
7.2.1 通信介質及頻段……140
7.2.2 調製與解調技術……140
7.2.3 擴頻技術……146
7.3 無線感測器網路物理層協定研究現狀……150
7.3.1 介質和頻段選擇研究……150
7.3.2 休眠機制……151
7.3.3 調製和擴頻機制……152
7.4 物理層面臨的挑戰與有待解決的問題……156
7.4.1 物理層面臨的挑戰……156
7.4.2 物理層有待解決的問題……157
參考文獻……159
第8章 無線感測器網路MAC協定……160
8.1 無線感測器網路MAC協定概述……160
8.2 典型MAC協定分析……161
8.2.1 多收發器式MAC協定……162
8.2.2 調度式MAC協定……163
8.2.3 非調度式MAC協定……165
8.2.4 混合式MAC協定……167
8.2.5 基於跨層設計的MAC協定……167
8.2.6 典型MAC協定性能比較……168
8.3 無線感測器網路MAC協定設計策略……169
8.4 基於動態非等分時隙的MAC協定……170
8.4.1 ASVMAC協定相關定義……170
8.4.2 ASVMAC協定總體描述……171
8.4.3 非等分時隙協定設計與選舉算法……171
8.4.4 ASVMAC協定能耗有效性分析……175
參考文獻……176
第9章 無線感測器網路路由協定……178
9.1 路由協定概述……178
9.2 路由協定分類……179
9.3 路由協定研究現狀……181
9.3.1 典型路由協定原理……181
9.3.2 路由協定性能比較……187
9.3.3 路由協定的設計原則……190
9.4 基於優先權的PMRP多徑路由算法……190
9.4.1 PMRP多徑路由算法原理……191
9.4.2 PMRP算法仿真……193
9.5 基於動態負載均衡樹的DLBTP路由算法……194
9.5.2 DLBTP路由算法仿真……200
9.6 無尺度混合跳分層路由協定……202
9.6.1 網路分層路由的數學模型……202
9.6.2 FSSMH路由協定相關闡述……203
9.6.3 FSSMH路由協定設計……204
9.6.4 FSSMH路由協定仿真試驗與性能評價……207
9.7 路由協定面臨的挑戰與有待解決的問題……210
9.7.1 路由協定面臨的挑戰……210
9.7.2 路由協定有待解決的問題……211
參考文獻……212
第4篇 無線感測器套用支撐與關鍵技術
第10章 無線感測器網路時鐘同步……216
10.1 時鐘同步概述……216
10.1.1 時鐘模型……216
10.1.2 時鐘同步算法執行周期……217
10.1.3 時鐘同步評價指標……217
10.2 傳統網路時鐘同步算法……218
10.3 典型時鐘同步算法……218
10.3.1 額外硬體支持的時鐘同步……220
10.3.2 單向廣播式時鐘同步算法……220
10.3.3 雙向成對時鐘同步……223
10.3.4 基於鎖相環的時間同步機制與算法……225
10.3.5 同步算法性能比較……226
10.4 時鐘同步研究展望……227
參考文獻……227
第11章 無線感測器網路節點定位……229
11.1 節點定位概述……229
11.2 典型定位方法……230
11.2.1 基於距離的定位算法……230
11.2.2 非基於距離的定位算法……236
11.3 基於時間差的節點定位方法……238
11.3.1 網路模型與定位算法……238
11.3.2 定位誤差分析……241
11.3.3 定位試驗……241
11.4 節點定位過程中的安全問題……242
11.4.1 攻擊樣式……242
11.4.2 安全定位系統及算法……243
參考文獻……245
第12章 無線感測器網路接入技術……247
12.1 接入技術概述……247
12.2 接入方式研究現狀……248
12.2.1 代理接入方式……248
12.2.2 直接接入方式……249
12.3 無線感測器網路接入網際網路……250
12.3.2 基於嵌入式Web伺服器的互聯結構……251
12.4 Sink的多接入模式……252
12.5 Sink節點接入乙太網通信傳輸協定研究……256
12.5.1 嵌入式TCP/IP協定棧μLwIP的設計……256
12.5.2 μLwIP層次協定設計……257
12.5.4 嵌入式Web伺服器的實現……266
12.5.5 Sink節點動態網頁和本地檔案讀寫與保存的中間件……267
12.6 無線感測器網路接入格線……269
12.6.1 相關研究工作及關鍵技術……270
12.6.2 無線感測器網路接入格線的結合框架……271
參考文獻……275
第13章 無線感測器網路QoS技術……276
13.1 無線感測器網路QoS概述……276
13.1.1 傳統數據網路QoS技術……276
13.1.2 AdHoc網路QoS技術……277
13.1.3 無線感測器網路QoS需求……278
13.1.4 無線感測器網路QoS特點……280
13.1.5 無線感測器網路QoS研究現狀……282
13.2 無線感測器網路QoS關鍵技術……284
13.2.1 能源管理……284
13.2.2 覆蓋控制……285
13.2.3 數據融合……286
13.2.4 擁塞控制……287
13.3 無線感測器網路QoS評價指標……288
13.4 無線感測器網路QoS路由協定……289
13.5 基於跨層設計的QoS保障機制……290
13.5.1 無線感測器網路基於QoS的總體框架……290
13.5.2 無線感測器網路QoS需求的權衡關係……292
13.5.3 基於QoS保證的跨層設計……293
13.6 其他QoS保障機制……293
13.6.1 基於中間件的主動QoS機制……293
13.6.2 QoS動態資源管理方式……293
13.6.3 確保實時業務的QoS方法……294
13.7 無線感測器網路QoS研究面臨的挑戰……295
參考文獻……296
第14章 無線感測器網路安全技術……298
14.1 無線感測器網路安全概述……298
14.1.1 網路安全需求……299
14.1.2 網路安全問題特點……300
14.1.3 安全問題研究現狀……302
14.1.4 安全問題研究的挑戰……305
14.2 安全問題策略分析……307
14.2.1 物理層安全問題……307
14.2.2 鏈路層安全問題……308
14.2.3 網路層與數據融合層安全問題……309
14.2.4 傳輸層與套用層安全問題……310
14.3 無線感測器網路認證機制……310
14.3.1 信息安全威脅與認證目標……310
14.3.2 基本認證協定……311
14.3.3 雙向認證和廣播認證協定……312
14.3.4 高級認證協定……313
14.4 無線感測器網路密鑰管理機制……315
14.4.1 密鑰管理基礎……315
14.4.2 密鑰管理模型……316
14.5 網路入侵檢測技術……319
14.5.1 入侵檢測需求……319
14.5.2 入侵檢測基礎……320
14.5.3 幾種入侵檢測方案……322
14.5.4 入侵檢測研究方向……325
14.6 基於比較的多源網路簇節點故障判定算法……326
14.6.1 節點故障判定系統模型……326
14.6.2 網路簇節點故障判定模型……328
14.6.3 故障判定模型評價標準……329
14.6.4 網路節點判定處理過程……330
14.6.5 仿真試驗與性能分析……330
參考文獻……332
第5篇 無線感測器原型系統與套用實例
第15章 無線感測器網路節點平台開發實例……336
15.1 網路節點低功耗設計策略……336
15.1.1 微控制器模組低功耗設計……336
15.2 感測器節點模組設計……338
15.2.1 微處理器模組設計……338
15.2.2 無線通信模組設計……339
15.2.3 感測節點軟體設計……341
15.3 Sink節點的特殊性設計……348
15.3.1 處理模組設計……348
15.3.2 乙太網互聯模組設計……350
15.3.3 無線通信軟體設計……350
15.3.4 電源模組設計……355
15.4 網路節點系統實現與功耗測試……356
15.4.1 節點系統實現……356
15.4.2 感測節點功耗測試……356
參考文獻……357
第16章 無線感測器網路原型驗證系統……359
16.1 智慧型監測原型系統體系結構……359
16.2 原型系統模組構成與功能描述……360
16.3 組網算法設計……361
16.3.1 網路協定低功耗設計策略……361
16.3.2 物理層數據傳輸協定設計……362
16.3.3 數據融合算法設計……363
16.4 監測系統套用軟體設計……367
16.5 基於電源實驗台的無線感測器網路功能測試床……369
16.5.1 測試床場景……369
16.5.2 功能性試驗與結論……370
16.6 可靠性測試設備整體性能監測……371
16.6.1 監測需求分析……371
16.6.2 感測器節點數據採集硬軟體設計……372
16.6.3 監測系統體系結構描述……373
16.6.4 監測系統性能測試與運行結果分析……375
參考文獻……378
第17章 無線感測器網路模擬器……379
17.1 常用模擬器原理及特點……379
17.1.1 無線網路模擬器……379
17.1.2 無線感測器網路模擬器……383
17.1.3 無線感測器網路後台軟體……384
17.2 分簇型無線感測器網路模擬器CWSNS的設計與實現……388
17.2.1 CWSNS的結構與原理……388
17.2.2 典型類的設計……389
17.2.3 類的相互關係……392
17.3 CWSNS仿真流程及仿真實例……392
17.3.1 CWSNS仿真流程……392
17.3.2 仿真實例……393
參考文獻……395
第18章 無線感測器網路套用實例……396
18.1 軍事套用……396
18.2 國家安全……399
18.3 工業領域……399
18.3.1 工業安全……399
18.3.2 先進制造……400
18.3.3 交通控制管理……400
18.3.4 安防系統……401
18.3.5 倉儲物流管理……401
18.4 農業領域……402
18.5 其他領域的典型套用……404