《無線感測器網路基礎：理論和實踐》是2013年清華大學出版社出版的圖書，作者是孫利民、張遠、劉慶超、張宗帥、張文。
基本介紹
- 書名：無線感測器網路基礎：理論和實踐
- 作者：[德] Waltenegus Dargie [美] Christian Poellabauer
- 譯者：孫利民、 張遠、 劉慶超、 張宗帥、 張文
- ISBN：9787302346180
- 定價：49元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2013-12-16
- 版次：1
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書作為一本教科書，主要是針對工程類和計算機科學專業的學生。它介紹了WSN的若干基本概念和設計時的框架模型，並且儘量把理論與實踐相結合，同時介紹了已經構建的系統原型和最新的進展。在每章結尾，給出了大量的實際問題和練習，幫助學生們評估對所學主要概念和理論的理解。此外，本書的部分章節和內容已經充分模組化，為課程內容的設計提供了靈活性。
本書同樣有助於對WSN感興趣的學者，適合自學，並且可以作為重要的參考。對於該類讀者，本書可以當作基礎概念的教程和近期研究成果、技術進展的綜述。
本書同樣有助於對WSN感興趣的學者，適合自學，並且可以作為重要的參考。對於該類讀者，本書可以當作基礎概念的教程和近期研究成果、技術進展的綜述。
目錄
第一部分 序言
第1章 無線感測器網路研究動機 3
1.1 定義與背景 3
1.1.1 感測和感測器 3
1.1.2 無線感測器網路 6
1.2 挑戰和約束 9
1.2.1 能量 9
1.2.2 自我管理 10
1.2.3 無線組網 11
1.2.4 分散式管理 12
1.2.5 設計限制 12
1.2.6?安全 12
1.2.7?其他挑戰 13
練習 13
參考文獻 14
第2章 套用 16
2.1 結構安全監測 16
2.1.1 感知地殼活動 17
2.1.2 使用固有頻率的單損傷檢測 18
2.1.3 使用固有頻率的多損傷檢測 18
2.1.4 使用模態振型的多損傷檢測 19
2.1.5 相關性 19
2.1.6 壓電效應 20
2.1.7 原型 23
2.2 交通控制 24
2.2.1 感知任務 25
2.2.2 原型 28
2.3 醫療保健 29
2.3.1 可用的感測器 30
2.3.2 原型 31
2.4 管道監測 33
2.4.1 原型 33
2.5 精細農業 34
2.5.1 原型 35
2.6 活火山 37
2.6.1 原型 37
2.7 地下採礦 38
2.7.1 事故起因 39
2.7.2 感知任務 40
練習 40
參考文獻 42
2.1 結構安全監測 16
2.1.1 感知地殼活動 17
2.1.2 使用固有頻率的單損傷檢測 18
2.1.3 使用固有頻率的多損傷檢測 18
2.1.4 使用模態振型的多損傷檢測 19
2.1.5 相關性 19
2.1.6 壓電效應 20
2.1.7 原型 23
2.2 交通控制 24
2.2.1 感知任務 25
2.2.2 原型 28
2.3 醫療保健 29
2.3.1 可用的感測器 30
2.3.2 原型 31
2.4 管道監測 33
2.4.1 原型 33
2.5 精細農業 34
2.5.1 原型 35
2.6 活火山 37
2.6.1 原型 37
2.7 地下採礦 38
2.7.1 事故起因 39
2.7.2 感知任務 40
練習 40
參考文獻 42
第3章?節點架構 44
3.1 感測子系統 45
3.1.1 模數轉換器 45
3.2 處理器子系統 48
3.2.1 體系結構概述 48
3.2.2 微控制器 49
3.2.3 數位訊號處理器 51
3.2.4 專用積體電路 51
3.2.5 現場可程式門陣列 52
3.2.6 比較 53
3.3 通信接口 54
3.3.1 串列外圍接口 54
3.3.2 內部積體電路 56
3.3.3 總結 58
3.4 原型機 59
3.4.1 IMote節點的架構 59
3.4.2 XYZ節點的架構 60
3.4.3 Hogthrob節點的架構 61
習題 62
參考文獻 63
第4章?作業系統 65
4.1 功能方面 65
4.1.1 數據類型 65
4.1.2 調度 66
4.1.3 堆疊 66
4.1.4 系統調用 67
4.1.5 處理中斷 67
4.1.6 多執行緒 67
4.1.7 基於執行緒的和基於事件的編程 68
4.1.8 記憶體分配 68
4.2 非功能方面 69
4.2.1 分離關注點 69
4.2.2 系統開銷 69
4.2.3 可移植性 70
4.2.4 動態重編程 70
4.3 作業系統原型 71
4.3.1 TinyOS 71
4.3.2 SOS 73
4.3.3 Contiki 75
4.3.4 LiteOS 79
4.4 評估 82
練習 84
參考文獻 85
3.1 感測子系統 45
3.1.1 模數轉換器 45
3.2 處理器子系統 48
3.2.1 體系結構概述 48
3.2.2 微控制器 49
3.2.3 數位訊號處理器 51
3.2.4 專用積體電路 51
3.2.5 現場可程式門陣列 52
3.2.6 比較 53
3.3 通信接口 54
3.3.1 串列外圍接口 54
3.3.2 內部積體電路 56
3.3.3 總結 58
3.4 原型機 59
3.4.1 IMote節點的架構 59
3.4.2 XYZ節點的架構 60
3.4.3 Hogthrob節點的架構 61
習題 62
參考文獻 63
第4章?作業系統 65
4.1 功能方面 65
4.1.1 數據類型 65
4.1.2 調度 66
4.1.3 堆疊 66
4.1.4 系統調用 67
4.1.5 處理中斷 67
4.1.6 多執行緒 67
4.1.7 基於執行緒的和基於事件的編程 68
4.1.8 記憶體分配 68
4.2 非功能方面 69
4.2.1 分離關注點 69
4.2.2 系統開銷 69
4.2.3 可移植性 70
4.2.4 動態重編程 70
4.3 作業系統原型 71
4.3.1 TinyOS 71
4.3.2 SOS 73
4.3.3 Contiki 75
4.3.4 LiteOS 79
4.4 評估 82
練習 84
參考文獻 85
第二部分 基本架構
第5章 物理層 89
5.1 基本組成部分 89
5.2 信源編碼 90
5.2.1 信源編碼器的效率 91
5.2.2 脈衝編碼調製和增量調製 94
5.3 信道編碼 95
5.3.1 信道類型 96
5.3.2 信道內的信息傳輸 97
5.3.3 檢錯和糾錯 99
5.4 調製 99
5.4.1 調製類型 99
5.4.2 正交幅度調製 106
5.4.3 總結 108
5.5 信號傳播 109
練習 111
參考文獻 115
第5章 物理層 89
5.1 基本組成部分 89
5.2 信源編碼 90
5.2.1 信源編碼器的效率 91
5.2.2 脈衝編碼調製和增量調製 94
5.3 信道編碼 95
5.3.1 信道類型 96
5.3.2 信道內的信息傳輸 97
5.3.3 檢錯和糾錯 99
5.4 調製 99
5.4.1 調製類型 99
5.4.2 正交幅度調製 106
5.4.3 總結 108
5.5 信號傳播 109
練習 111
參考文獻 115
第6章 MAC協定 116
6.1 概述 116
6.1.1 無競爭介質訪問 117
6.1.2 基於競爭的介質訪問 118
6.2 無線MAC協定 119
6.2.1 載波監聽多路訪問 119
6.2.2 帶有碰撞避免機制的多路訪問（MACA）和MACAW 120
6.2.3 基於邀請的MACA協定 121
6.2.4 IEEE 802.11 121
6.2.5 IEEE 802.15.4和ZigBee 123
6.3 感測器網路中MAC協定的特點 124
6.3.1 能量效率 124
6.3.2 可擴展性 125
6.3.3 適應性 125
6.3.4 低延遲和可預測性 126
6.3.5 可靠性 126
6.4 無競爭的MAC協定 126
6.4.1 特性 127
6.4.2 流量自適應介質訪問 127
6.4.3 Y-MAC協定 129
6.4.4 DESYNC-TDMA 130
6.4.5 LEACH協定 132
6.4.6 LMAC協定 134
6.5 基於競爭的MAC協定 135
6.5.1 PAMAS協定 136
6.5.2 S-MAC協定 137
6.5.3 T-MAC協定 139
6.5.4 Pattern MAC協定 140
6.5.5 路由增強MAC 141
6.5.6 數據匯聚MAC 143
6.5.7 前同步碼採樣和WiseMAC 144
6.5.8 接收端驅動式MAC協定 145
6.6 混合型MAC協定 146
6.6.1 Zebra MAC協定 147
6.6.2 MH-MAC協定 148
6.7 總結 149
習題 150
參考文獻 153
6.1 概述 116
6.1.1 無競爭介質訪問 117
6.1.2 基於競爭的介質訪問 118
6.2 無線MAC協定 119
6.2.1 載波監聽多路訪問 119
6.2.2 帶有碰撞避免機制的多路訪問（MACA）和MACAW 120
6.2.3 基於邀請的MACA協定 121
6.2.4 IEEE 802.11 121
6.2.5 IEEE 802.15.4和ZigBee 123
6.3 感測器網路中MAC協定的特點 124
6.3.1 能量效率 124
6.3.2 可擴展性 125
6.3.3 適應性 125
6.3.4 低延遲和可預測性 126
6.3.5 可靠性 126
6.4 無競爭的MAC協定 126
6.4.1 特性 127
6.4.2 流量自適應介質訪問 127
6.4.3 Y-MAC協定 129
6.4.4 DESYNC-TDMA 130
6.4.5 LEACH協定 132
6.4.6 LMAC協定 134
6.5 基於競爭的MAC協定 135
6.5.1 PAMAS協定 136
6.5.2 S-MAC協定 137
6.5.3 T-MAC協定 139
6.5.4 Pattern MAC協定 140
6.5.5 路由增強MAC 141
6.5.6 數據匯聚MAC 143
6.5.7 前同步碼採樣和WiseMAC 144
6.5.8 接收端驅動式MAC協定 145
6.6 混合型MAC協定 146
6.6.1 Zebra MAC協定 147
6.6.2 MH-MAC協定 148
6.7 總結 149
習題 150
參考文獻 153
第7章 網路層 155
7.1 概述 155
7.2 路由度量 157
7.2.1 常用的指標 158
7.3 洪泛和閒聊 160
7.4 數據中心式路由 162
7.4.1 通過協商的感測網信息傳播協定 162
7.4.2 定向擴散路由 164
7.4.3 謠傳路由 166
7.4.4 基於梯度的路由 167
7.5 主動式路由 168
7.5.1 DSDV路由協定 168
7.5.2 最佳化的鏈路狀態路由 169
7.6 按需路由 170
7.6.1 自組網路按需距離矢量 170
7.6.2 動態源路由 171
7.7 分層路由 172
7.8 基於位置的路由 175
7.8.1 基於位置的單播路由 175
7.8.2 基於位置的組播路由 179
7.8.3 地域群播 181
7.9 基於QoS的路由協定 184
7.9.1 順序分配路由協定 184
7.9.2 SPEED協定 184
7.9.3 MMSPEED協定 186
7.10總結 188
練習 189
參考文獻 195
7.1 概述 155
7.2 路由度量 157
7.2.1 常用的指標 158
7.3 洪泛和閒聊 160
7.4 數據中心式路由 162
7.4.1 通過協商的感測網信息傳播協定 162
7.4.2 定向擴散路由 164
7.4.3 謠傳路由 166
7.4.4 基於梯度的路由 167
7.5 主動式路由 168
7.5.1 DSDV路由協定 168
7.5.2 最佳化的鏈路狀態路由 169
7.6 按需路由 170
7.6.1 自組網路按需距離矢量 170
7.6.2 動態源路由 171
7.7 分層路由 172
7.8 基於位置的路由 175
7.8.1 基於位置的單播路由 175
7.8.2 基於位置的組播路由 179
7.8.3 地域群播 181
7.9 基於QoS的路由協定 184
7.9.1 順序分配路由協定 184
7.9.2 SPEED協定 184
7.9.3 MMSPEED協定 186
7.10總結 188
練習 189
參考文獻 195
第三部分 節點和網路管理
第8章 能量管理 199
8.1 局部能量管理 200
8.1.1 處理器子系統 200
8.1.2 通信子系統 201
8.1.3 匯流排頻率和記憶體時序 202
8.1.4 主動式存儲器 203
8.1.5 電源子系統 204
8.2 動態電源管理 207
8.2.1 動態操作模式 208
8.2.2 動態調度 210
8.2.3 任務調度 212
8.3 概念架構 213
8.3.1 體系結構概述 214
習題 215
參考文獻 217
第8章 能量管理 199
8.1 局部能量管理 200
8.1.1 處理器子系統 200
8.1.2 通信子系統 201
8.1.3 匯流排頻率和記憶體時序 202
8.1.4 主動式存儲器 203
8.1.5 電源子系統 204
8.2 動態電源管理 207
8.2.1 動態操作模式 208
8.2.2 動態調度 210
8.2.3 任務調度 212
8.3 概念架構 213
8.3.1 體系結構概述 214
習題 215
參考文獻 217
第9章 時間同步 218
9.1 時鐘和同步的問題 218
9.2 WSN中的時間同步 220
9.2.1 時間同步的必要性 220
9.2.2 時間同步面臨的挑戰 221
9.3 時間同步基礎 223
9.3.1 同步訊息 223
9.3.2 通信延時的不確定性 224
9.4 時間同步協定 225
9.4.1 基於全球時間源的參考廣播 225
9.4.2 基於樹的輕量級同步 226
9.4.3 感測器網路的時間同步協定 227
9.4.4 洪泛時間同步協定 228
9.4.5 參考廣播同步 231
9.4.6 時間擴散同步協定 232
9.4.7 Mini-Sync和Tiny-Sync同步 233
習題 234
參考文獻 235
9.1 時鐘和同步的問題 218
9.2 WSN中的時間同步 220
9.2.1 時間同步的必要性 220
9.2.2 時間同步面臨的挑戰 221
9.3 時間同步基礎 223
9.3.1 同步訊息 223
9.3.2 通信延時的不確定性 224
9.4 時間同步協定 225
9.4.1 基於全球時間源的參考廣播 225
9.4.2 基於樹的輕量級同步 226
9.4.3 感測器網路的時間同步協定 227
9.4.4 洪泛時間同步協定 228
9.4.5 參考廣播同步 231
9.4.6 時間擴散同步協定 232
9.4.7 Mini-Sync和Tiny-Sync同步 233
習題 234
參考文獻 235
第10章 定位 237
10.1 綜述 237
10.2 測距技術 238
10.2.1 到達時間 238
10.2.2 到達時間差 239
10.2.3 到達角 239
10.2.4 接收信號強度 240
10.3 基於距離的定位 240
10.3.1 三角測量法 240
10.3.2 三邊測量法 242
10.3.3 疊代多邊算法和協作多邊算法 243
10.3.4 基於GPS的定位 244
10.4 不需要測距的定位算法 246
10.4.1 Ad Hoc定位系統（APS） 246
10.4.2 三角形內點近似估計法 247
10.4.3 基於多維定標的定位算法 249
10.5 事件驅動定位 250
10.5.1 燈塔定位法 250
10.5.2 多序列定位法 251
習題 252
參考文獻 254
10.1 綜述 237
10.2 測距技術 238
10.2.1 到達時間 238
10.2.2 到達時間差 239
10.2.3 到達角 239
10.2.4 接收信號強度 240
10.3 基於距離的定位 240
10.3.1 三角測量法 240
10.3.2 三邊測量法 242
10.3.3 疊代多邊算法和協作多邊算法 243
10.3.4 基於GPS的定位 244
10.4 不需要測距的定位算法 246
10.4.1 Ad Hoc定位系統（APS） 246
10.4.2 三角形內點近似估計法 247
10.4.3 基於多維定標的定位算法 249
10.5 事件驅動定位 250
10.5.1 燈塔定位法 250
10.5.2 多序列定位法 251
習題 252
參考文獻 254
第11章 安全 256
11.1 網路安全的基本原理 256
11.2 無線感測器網路中安全挑戰 258
11.3 感測器網路中的安全攻擊 259
11.3.1 拒絕服務 259
11.3.2 路由攻擊 260
11.3.3 傳輸層的攻擊 261
11.3.4 針對數據匯聚的攻擊 262
11.3.5 隱私攻擊 262
11.4 安全協定和機制 263
11.4.1 對稱密鑰和公鑰加密 263
11.4.2 密鑰管理 263
11.4.3 防禦DoS攻擊 264
11.4.4 聚合攻擊的防禦 265
11.4.5 路由攻擊的防禦 266
11.4.6 感測器網路的安全協定 267
11.4.7 TinySec 268
11.4.8 局部加密認證協定 269
11.5 IEEE 802.15.4和ZigBee安全 269
11.6 總結 271
習題 271
參考文獻 272
11.1 網路安全的基本原理 256
11.2 無線感測器網路中安全挑戰 258
11.3 感測器網路中的安全攻擊 259
11.3.1 拒絕服務 259
11.3.2 路由攻擊 260
11.3.3 傳輸層的攻擊 261
11.3.4 針對數據匯聚的攻擊 262
11.3.5 隱私攻擊 262
11.4 安全協定和機制 263
11.4.1 對稱密鑰和公鑰加密 263
11.4.2 密鑰管理 263
11.4.3 防禦DoS攻擊 264
11.4.4 聚合攻擊的防禦 265
11.4.5 路由攻擊的防禦 266
11.4.6 感測器網路的安全協定 267
11.4.7 TinySec 268
11.4.8 局部加密認證協定 269
11.5 IEEE 802.15.4和ZigBee安全 269
11.6 總結 271
習題 271
參考文獻 272
第12章 感測器網路編程 274
12.1 感測器網路編程的挑戰 274
12.2 節點為中心的編程 275
12.2.1 nesC語言 275
12.2.2 TinyGALS 279
12.2.3 感測器網路套用構建工具包 280
12.2.4?基於執行緒的模型 281
12.3 宏編程 282
12.3.1 抽象域 282
12.3.2 EnviroTrack 283
12.3.3 資料庫方式 283
12.4 動態重編程 285
12.5 感測器網路仿真器 286
12.5.1 網路仿真工具和運行環境 287
習題 289
參考文獻 289
12.1 感測器網路編程的挑戰 274
12.2 節點為中心的編程 275
12.2.1 nesC語言 275
12.2.2 TinyGALS 279
12.2.3 感測器網路套用構建工具包 280
12.2.4?基於執行緒的模型 281
12.3 宏編程 282
12.3.1 抽象域 282
12.3.2 EnviroTrack 283
12.3.3 資料庫方式 283
12.4 動態重編程 285
12.5 感測器網路仿真器 286
12.5.1 網路仿真工具和運行環境 287
習題 289
參考文獻 289
常用術語英漢對照表 292
