基本介紹
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書系統地介紹了無線感測網的概念、特點、關鍵技術及其軍事套用。內容包括RFID標籤與感測網的區別與整合，網路安全算法、網路覆蓋算法、定位算法、目標檢測算法以及容錯問題，硬 件、軟體應用程式設計，並給出一些簡單實例。
本書內容新穎，理論與實踐相結合，具有很高的學術價值，適合作為高等院校計算機、通信、信息、網路工程等專業的師生和科研人員、工程技術人員的參考用書，還可作為相關領域研究人員了解無線感測網的自學用書。
圖書目錄
第1章 概述……………………1
1.1 簡介……………………1
1.1.1 無線感測網概述……………………1
1.1.2 無線感測網存在的機遇與挑戰……………………3
1.2 無線感測網體系結構……………………8
1.2.1 無線感測網體系結構概述……………………8
1.2.2 無線感測網體系結構設計要素……………………13
1.3 無線感測網協定的技術標準……………………17
1.3.1 技術標準的意義……………………17
1.3.2 IEEE 802.15.4 標準……………………20
1.3.3 IEEE 1451 系列標準……………………24
1.3.4 ZigBee 協定標準……………………27
參考文獻……………………31
第2章 RFID 與WSN 的整合……………………32
2.1 簡介……………………32
2.1.1 先前工作……………………34
2.1.2 RFID 技術……………………35
2.1.3 射頻識別技術和無線感測網整合的原因……………………36
2.2 RFID 標籤與感測器的整合……………………40
2.2.1 無源標籤與集成感測器……………………41
2.2.2 半無源標籤集成感測器……………………42
2.2.3 有源標籤與集成感測器……………………44
2.3 REID 標籤與無線感測節點和無線設備的整合……………………47
2.4 讀寫器與無線感測節點和無線設備的整合……………………50
2.5 RFID 和感測器的混合……………………54
2.6 結論和未來挑戰……………………57
參考文獻……………………59
第3章 感測網的安全……………………62
3.1 簡介……………………62
3.1.1 安全需求……………………62
3.1.2 攻擊形式……………………64
3.1.3 攻擊特性……………………67
3.2 無線網路安全協定……………………72
3.2.1 IEEE 802.11 中的安全算法……………………73
3.2.2 Ad - Hoc 網路中的安全算法……………………75
3.3 密鑰分配協定研究……………………77
3.3.1 密鑰管理協定的評價標準……………………78
3.3.2 預共享密鑰模型……………………79
3.3.3 隨機密鑰預分布方案……………………81
3.4 無線戰術感測網的安全……………………84
3.4.1 戰術網路的局限性……………………85
3.4.2 無線戰術感測網安全算法的適應性……………………86
參考文獻……………………90
第4章 感測網作業系統……………………91
4.1 感測網作業系統TinyOS ……………………91
4.1.1 嵌入式系統結構簡述……………………91
4.1.2 無線感測網對作業系統的要求……………………92
4.1.3 TinyOS 特點及體系結構……………………94
4.1.4 TinyOS 程式模型及運行機制……………………96
4.1.5 應用程式總體架構……………………99
4.1.6 TinyOS 下載安裝及配置……………………99
4.2 應用程式設計方法……………………103
4.2.1 NesC 語言分析……………………103
4.2.2 TinyOS 程式開發步驟及結果模擬……………………109
4.2.3 程式開發實例演示……………………112
參考文獻……………………119
第5章 感測網覆蓋算法……………………121
5.1 網路覆蓋的基礎知識……………………121
5.1.1 基本概念……………………121
5.1.2 覆蓋分類……………………124
5.1.3 覆蓋控制算法研究現狀……………………127
5.1.4 WSN 覆蓋的性能評價標準……………………129
5.2 無線感測網覆蓋的算法設計……………………131
5.2.1 感測網覆蓋的貪婪算法……………………131
5.2.2 CVT(Centralized Voronoi Tessellation)算法……………………134
5.2.3 貪婪算法與CVT 算法的比較……………………138
參考文獻……………………140
第6章 感測網定位算法……………………142
6.1 簡介……………………142
6.1.1 研究無線感測網節點定位技術的意義……………………142
6.1.2 無線感測網節點定位的基本原理……………………144
6.2 無線感測網節點定位算法分析……………………148
6.2.1 質心定位算法……………………148
6.2.2 凸規劃定位算法……………………149
6.2.3 較先進的改進型估計距離映射定位算法———PDM(P) ……………………149
6.3 PDM(P)定位算法仿真實驗……………………154
6.3.1 無線感測網節點定位算法NS2仿真平台的建立……………………154
6.3.2 PDM(P)定位算法仿真實驗及結果……………………158
6.3.3 PDM(P)定位算法耗能分析……………………162
參考文獻……………………163
第7章 無線感測網的容錯研究……………………165
7.1 簡介……………………165
7.1.1 引言……………………165
7.1.2 失效節點的產生和檢測……………………167
7.1.3 容錯分析……………………169
7.2 感測網中的容錯……………………174
7.2.1 預備知識……………………175
7.2.2 感測網不同層的容錯……………………178
7.2.3 案例研究……………………181
7.3 未來研究方向……………………187
參考文獻……………………189
第8章 基於感測網的目標檢測算法仿真……………………191
8.1 目標定位和MATLAB 仿真平台……………………191
8.1.1 無線感測網目標檢測定位……………………191
8.1.2 MATLAB 仿真平台……………………192
8.2 容錯目標檢測算法……………………194
8.2.1 原理概述……………………194
8.2.2 無線信道模型……………………195
8.2.3 算法實施步驟……………………197
8.3 算法仿真和容錯能力及定位性能分析……………………200
8.3.1 算法性能評價……………………200
8.3.2 容錯檢測算法的MATLAB 仿真……………………201
8.3.3 容錯能力和定位性能的仿真結果分析……………………206
參考文獻……………………210
第9章 ZigBee 無線通信應用程式設計……………………211
9.1 簡介……………………211
9.1.1 ZigBee 的由來……………………211
9.1.2 背景和意義……………………211
9.1.3 國內外的研究現狀和發展趨勢……………………213
9.2 ZigBee 技術標準……………………214
9.2.1 引言……………………214
9.2.2 ZigBee 體系結構……………………215
9.2.3 ZigBee 的協定棧……………………217
9.3 系統的構建……………………222
9.3.1 硬體組成……………………222
9.3.2 編譯環境和系統的建立……………………232
9.4 系統功能的實現……………………233
9.4.1 溫度測量實現……………………233
9.4.2 數據傳輸實現……………………236
9.4.3 無線通信實現……………………248
參考文獻……………………264
第10章 感測網的軍事套用……………………266
10.1 軍用感測網的特點……………………266
10.1.1 潛在優勢……………………266
10.1.2 軍用需求特點……………………267
10.1.3 軍用感測網體系結構……………………268
10.2 感測網的軍事套用……………………270
10.2.1 單兵系統……………………270
10.2.2 智慧型武器……………………276
10.2.3 軍事偵察……………………279
10.2.4 目標跟蹤定位……………………282
10.2.5 基地(邊境)防護……………………283
10.3 WSN 與MOUT(城市戰) ……………………285
10.3.1 城市戰刺激WSN 需求……………………285
10.3.2 城市戰中WSN 體系結構……………………288
10.3.3 WSN 在城市戰中的具體套用……………………300
參考文獻……………………308
附錄1 仿真可視化框架程式……………………309
附錄2 核心仿真程式……………………312
1.1 簡介……………………1
1.1.1 無線感測網概述……………………1
1.1.2 無線感測網存在的機遇與挑戰……………………3
1.2 無線感測網體系結構……………………8
1.2.1 無線感測網體系結構概述……………………8
1.2.2 無線感測網體系結構設計要素……………………13
1.3 無線感測網協定的技術標準……………………17
1.3.1 技術標準的意義……………………17
1.3.2 IEEE 802.15.4 標準……………………20
1.3.3 IEEE 1451 系列標準……………………24
1.3.4 ZigBee 協定標準……………………27
參考文獻……………………31
第2章 RFID 與WSN 的整合……………………32
2.1 簡介……………………32
2.1.1 先前工作……………………34
2.1.2 RFID 技術……………………35
2.1.3 射頻識別技術和無線感測網整合的原因……………………36
2.2 RFID 標籤與感測器的整合……………………40
2.2.1 無源標籤與集成感測器……………………41
2.2.2 半無源標籤集成感測器……………………42
2.2.3 有源標籤與集成感測器……………………44
2.3 REID 標籤與無線感測節點和無線設備的整合……………………47
2.4 讀寫器與無線感測節點和無線設備的整合……………………50
2.5 RFID 和感測器的混合……………………54
2.6 結論和未來挑戰……………………57
參考文獻……………………59
第3章 感測網的安全……………………62
3.1 簡介……………………62
3.1.1 安全需求……………………62
3.1.2 攻擊形式……………………64
3.1.3 攻擊特性……………………67
3.2 無線網路安全協定……………………72
3.2.1 IEEE 802.11 中的安全算法……………………73
3.2.2 Ad - Hoc 網路中的安全算法……………………75
3.3 密鑰分配協定研究……………………77
3.3.1 密鑰管理協定的評價標準……………………78
3.3.2 預共享密鑰模型……………………79
3.3.3 隨機密鑰預分布方案……………………81
3.4 無線戰術感測網的安全……………………84
3.4.1 戰術網路的局限性……………………85
3.4.2 無線戰術感測網安全算法的適應性……………………86
參考文獻……………………90
第4章 感測網作業系統……………………91
4.1 感測網作業系統TinyOS ……………………91
4.1.1 嵌入式系統結構簡述……………………91
4.1.2 無線感測網對作業系統的要求……………………92
4.1.3 TinyOS 特點及體系結構……………………94
4.1.4 TinyOS 程式模型及運行機制……………………96
4.1.5 應用程式總體架構……………………99
4.1.6 TinyOS 下載安裝及配置……………………99
4.2 應用程式設計方法……………………103
4.2.1 NesC 語言分析……………………103
4.2.2 TinyOS 程式開發步驟及結果模擬……………………109
4.2.3 程式開發實例演示……………………112
參考文獻……………………119
第5章 感測網覆蓋算法……………………121
5.1 網路覆蓋的基礎知識……………………121
5.1.1 基本概念……………………121
5.1.2 覆蓋分類……………………124
5.1.3 覆蓋控制算法研究現狀……………………127
5.1.4 WSN 覆蓋的性能評價標準……………………129
5.2 無線感測網覆蓋的算法設計……………………131
5.2.1 感測網覆蓋的貪婪算法……………………131
5.2.2 CVT(Centralized Voronoi Tessellation)算法……………………134
5.2.3 貪婪算法與CVT 算法的比較……………………138
參考文獻……………………140
第6章 感測網定位算法……………………142
6.1 簡介……………………142
6.1.1 研究無線感測網節點定位技術的意義……………………142
6.1.2 無線感測網節點定位的基本原理……………………144
6.2 無線感測網節點定位算法分析……………………148
6.2.1 質心定位算法……………………148
6.2.2 凸規劃定位算法……………………149
6.2.3 較先進的改進型估計距離映射定位算法———PDM(P) ……………………149
6.3 PDM(P)定位算法仿真實驗……………………154
6.3.1 無線感測網節點定位算法NS2仿真平台的建立……………………154
6.3.2 PDM(P)定位算法仿真實驗及結果……………………158
6.3.3 PDM(P)定位算法耗能分析……………………162
參考文獻……………………163
第7章 無線感測網的容錯研究……………………165
7.1 簡介……………………165
7.1.1 引言……………………165
7.1.2 失效節點的產生和檢測……………………167
7.1.3 容錯分析……………………169
7.2 感測網中的容錯……………………174
7.2.1 預備知識……………………175
7.2.2 感測網不同層的容錯……………………178
7.2.3 案例研究……………………181
7.3 未來研究方向……………………187
參考文獻……………………189
第8章 基於感測網的目標檢測算法仿真……………………191
8.1 目標定位和MATLAB 仿真平台……………………191
8.1.1 無線感測網目標檢測定位……………………191
8.1.2 MATLAB 仿真平台……………………192
8.2 容錯目標檢測算法……………………194
8.2.1 原理概述……………………194
8.2.2 無線信道模型……………………195
8.2.3 算法實施步驟……………………197
8.3 算法仿真和容錯能力及定位性能分析……………………200
8.3.1 算法性能評價……………………200
8.3.2 容錯檢測算法的MATLAB 仿真……………………201
8.3.3 容錯能力和定位性能的仿真結果分析……………………206
參考文獻……………………210
第9章 ZigBee 無線通信應用程式設計……………………211
9.1 簡介……………………211
9.1.1 ZigBee 的由來……………………211
9.1.2 背景和意義……………………211
9.1.3 國內外的研究現狀和發展趨勢……………………213
9.2 ZigBee 技術標準……………………214
9.2.1 引言……………………214
9.2.2 ZigBee 體系結構……………………215
9.2.3 ZigBee 的協定棧……………………217
9.3 系統的構建……………………222
9.3.1 硬體組成……………………222
9.3.2 編譯環境和系統的建立……………………232
9.4 系統功能的實現……………………233
9.4.1 溫度測量實現……………………233
9.4.2 數據傳輸實現……………………236
9.4.3 無線通信實現……………………248
參考文獻……………………264
第10章 感測網的軍事套用……………………266
10.1 軍用感測網的特點……………………266
10.1.1 潛在優勢……………………266
10.1.2 軍用需求特點……………………267
10.1.3 軍用感測網體系結構……………………268
10.2 感測網的軍事套用……………………270
10.2.1 單兵系統……………………270
10.2.2 智慧型武器……………………276
10.2.3 軍事偵察……………………279
10.2.4 目標跟蹤定位……………………282
10.2.5 基地(邊境)防護……………………283
10.3 WSN 與MOUT(城市戰) ……………………285
10.3.1 城市戰刺激WSN 需求……………………285
10.3.2 城市戰中WSN 體系結構……………………288
10.3.3 WSN 在城市戰中的具體套用……………………300
參考文獻……………………308
附錄1 仿真可視化框架程式……………………309
附錄2 核心仿真程式……………………312
