《面向複雜環境監測的無線感測網路技術研究》關注複雜環境下面向環境套用的無線感測器網路設計問題，包括物理層的調製解調方式、商業協定的套用性能分析、監測套用中的節點定位、動態跟蹤、定位安全、複雜環境下的節點部署和動態拓撲控制、路由和數據傳播等在監測套用中必須要解決的問題，對每項問題都討論了研究的思路並提出了有效的解決方案。 《面向複雜環境監測的無線感測網路技術研究》可以作為從事無線感測器網路、物聯網領域的科學研究、產業套用等方面專業人士的參考書，也適用於高等院校電子、通信類專業的教師、研究生和高年級學生將其作為技術指導書。
主要內容
第1章 無線感測器網路簡介 1
1.1 無線感測器網路概述 1
1.2 無線感測器網路套用範圍 2
1.3 無線感測器網路設計目標 5
1.4 無線感測器網路設計挑戰 6
1.5 無線感測器網路的技術背景 7
1.5.1 微機電系統技術 7
1.5.2 無線通信技術 7
1.5.3 硬體和軟體平台 8
1.5.4 無線感測器網路標準 9
1.6 本書特色 12
1.7 本書的組織安排 13
參考文獻 14
第2章 無線感測器網路體系結構與協定棧 18
2.1 概述 18
2.2 無線感測器網路的體系結構 18
2.2.1 感測節點結構 18
2.2.2 網路結構 19
2.3 無線感測器網路的分類 22
2.3.1 靜止和行動網路 23
2.3.2 確定性網路和非確定性網路 23
2.3.3 靜止匯聚節點網路和移動匯聚節點網路 23
2.3.4 單匯聚節點網路和多匯聚節點網路 23
2.3.5 單跳網路和多跳網路 24
2.3.6 自配置網路和非自配置網路 24
2.3.7 同構網路和異構網路 24
2.4 無線感測器網路協定棧 24
2.4.1 套用層 25
2.4.2 傳輸層 26
2.4.3 網路層 26
2.4.4 數據鏈路層 27
2.4.5 物理層 28
2.5 媒體訪問控制協定 28
2.5.1 MAC層協定的特徵 29
2.5.2 MAC層協定設計的限制 30
2.5.3 協定設計需考慮因素 32
2.5.4 MAC層的設計目標 32
2.6 無線感測器網路的典型MAC層協定 33
2.6.1 基於競爭的協定 34
2.6.2 無需競爭協定 38
2.6.3 混合協定 42
2.6.4 跨層MAC協定 44
2.7 無線感測器網路各類MAC協定比較 45
2.8 本章小結 47
參考文獻 48
第3章 無線感測器網路的標準化 54
3.1 概述 54
3.2 IEEE 802.15.4標準 55
3.2.1 MAC層的概述 55
3.2.2 信道接入 56
3.2.3 數據傳輸模型 57
3.2.4 MAC層服務 59
3.2.5 安全性 62
3.3 ZigBee標準 62
3.3.1 網路層 63
3.3.2 套用層 69
3.3.3 ZigBee的安全性 72
3.4 本章小結 72
參考文獻 72
第4章 微功耗射頻調製解調方法設計 74
4.1 微功耗射頻物理層設計 74
4.2 全數字調製方法設計 75
4.2.1 數字調製的基本流程 76
4.2.2 數字調製算法分析 77
4.2.3 數字調製方法的簡化 79
4.2.4 實現結果分析 81
4.3 全數字解調方法設計 82
4.3.1 數字解調的基本流程 82
4.3.2 基於截斷誤差和截斷數據的可變步長自適應均衡算法 82
4.3.3 自適應均衡算法原理 83
4.4 CCVSLMS算法 85
4.4.1 CCVSLMS算法性能分析 86
4.4.2 基於LS準則的頻偏估計算法改進及補償方法 88
4.4.3 LS頻偏估計算法改進原理 88
4.4.4 改進頻偏估計算法性能分析 91
4.4.5 頻偏補償方法 93
4.4.6 具有糾錯功能的差分解調方法 94
4.4.7 基於瞬時標定功率的自適應幀檢測方法 98
4.4.8 瞬時標定功率的自適應門限原理 99
4.4.9 低複雜度的幀檢測方法設計 100
4.5 全數字調製解調處理方法的性能仿真與分析 102
4.6 全調製解調信號處理方法的FPGA驗證 104
4.7 本章小結 106
參考文獻 107
第5章 ZigBee協定性能分析 110
5.1 公用頻段短距離無線通信技術比較 110
5.1.1 ZigBee的抗干擾特性分析 110
5.1.2 共存性分析 111
5.1.3 ZigBee協定的安全性 115
5.2 ZigBee星型拓撲網路接入機率分析 116
5.2.1 IEEE 802.11 MAC協定 116
5.2.2 CSMA/CA算法 118
5.2.3 馬爾可夫鏈模型 121
5.2.4 ZigBee星型網路的MAC層接入模型 123
5.3 ZigBee星型拓撲網路延時性分析 126
5.4 基於信道空閒評估的CSMA/CA算法改進 132
5.4.1 改進算法 133
5.4.2 改進的數學模型 135
5.4.3 改進算法仿真結果與性能分析 138
5.5 本章小結 142
參考文獻 144
第6章 無線感測器網路定位追蹤研究 146
6.1 節點定位的必要性 146
6.2 定位算法分類 147
6.2.1 測距和非測距定位算法 147
6.2.2 靜止和移動節點定位算法 147
6.2.3 絕對和相對定位算法 148
6.2.4 緊密耦合和鬆散耦合定位算法 148
6.3 定位算法與追蹤技術的研究現狀 149
6.3.1 靜止節點定位系統現狀 149
6.3.2 移動節點定位系統現狀 151
6.3.3 目標追蹤算法現狀 153
6.4 RSSI測距技術 156
6.4.1 RSSI測量原理 156
6.4.2 RSSI測量值獲取 157
6.4.3 RSSI測距實驗方案設計 158
6.4.4 RSSI實驗數據處理 159
6.4.5 測距數據處理結果對比分析 162
6.5 基於動態權重的固定節點定位算法 163
6.5.1 基於RSSI的質心定位算法 163
6.5.2 基於RSSI的加權質心定位算法 165
6.5.3 靜態權重質心定位算法實驗 166
6.5.4 GFDWCL定位算法 168
6.6 無線感測網路中目標追蹤研究 176
6.6.1 目標節點移動情況分類 176
6.6.2 無線感測器網路套用於目標追蹤的優勢 177
6.6.3 目標追蹤主要研究內容 177
6.6.4 目標追蹤技術所面臨的主要問題 178
6.6.5 目標追蹤研究的基本內容 178
6.6.6 移動目標追蹤QoS評估體系指標 179
6.7 基於最大簇的速度自適應追蹤算法 182
6.7.1 算法基本思想和方法策略 182
6.7.2 CCCP移動節點快速定位算法 184
6.7.3 CCCP算法的結構 186
6.7.4 CCCP算法定位處理過程 186
6.7.5 算法的定位精度與錨節點數量的關係 186
6.7.6 CCCP算法最佳化 189
6.7.7 基於CCCP的移動目標追蹤 191
6.8 本章小結 195
參考文獻 196
第7章 無線感測器網路安全定位策略 206
7.1 定位系統安全分析 206
7.1.1 無線感測器網路攻擊分類 206
7.1.2 針對定位系統的攻擊分析 207
7.1.3 定位算法面臨的攻擊 208
7.2 WSN定位系統中常見惡意攻擊 209
7.3 定位系統安全策略 214
7.3.1 安全定位系統設計思路 214
7.3.2 基於加密實現安全定位的算法 215
7.3.3 距離界限協定實現安全定位 216
7.3.4 VM安全定位機制 216
7.3.5 SLA安全定位機制 217
7.3.6 Serloc安全定位算法 217
7.3.7 基於標籤的Dv-Hop定位算法 219
7.3.8 入侵及異常檢測與隔離技術 220
7.3.9 頑健性的節點定位算法 221
7.4 DPC安全定位算法 222
7.4.1 預備知識 222
7.4.2 惡意節點定位攻擊分析 223
7.4.3 安全定位算法需解決的問題 224
7.4.4 安全定位算法結構 225
7.4.5 安全測距算法 225
7.4.6 虛節點濾除算法 226
7.5 DPC算法性能 227
7.5.1 算法可行性證明 227
7.5.2 算法特例說明 229
7.5.3 算法能耗分析 229
7.5.4 濾除算法重複次數討論 230
7.5.5 算法對節點密度要求 231
7.5.6 平面合併算法 232
7.6 DPC算法對各種攻擊的工作過程 233
7.7 DPC算法實驗分析 236
7.7.1 算法門限值討論 237
7.7.2 DPC算法小結 239
7.8 本章小結 239
參考文獻 240
第8章 無線感測器網路覆蓋控制技術 245
8.1 節點部署算法概述 245
8.1.1 採用確定放置的部署技術 246
8.1.2 採用隨機拋灑且節點不具移動能力的部署技術 247
8.1.3 採用隨機拋灑且節點具移動能力的部署技術 247
8.1.4 節點部署的評價指標 248
8.2 無線感測器網路在礦井的部署 248
8.2.1 小型區域的部署算法 250
8.2.2 大型區域的部署算法 250
8.2.3 井下巷道特殊區域的節點部署算法 252
8.2.4 最佳化部署算法仿真及性能分析 254
8.3 井下無線感測器網路的拓撲控制 256
8.3.1 節點自移動控制算法 256
8.3.2 鄰居節點發現協定 258
8.3.3 邊界移動節點調度控制 260
8.4 基於“虛擬力”的拓撲控制技術 263
8.4.1 虛擬力算法改進 264
8.4.2 VFA算法最佳化 264
8.5 “自愈”拓撲控制算法仿真與性能分析 266
8.6 本章小結 268
參考文獻 268
第9章 面向小區無線抄表系統的數據路由設計 272
9.1 無線抄表系統特點 272
9.2 典型WSN分簇路由協定 275
9.2.1 LEACH協定 275
9.2.2 PEGASIS和Hierachical-PEGASIS協定 276
9.2.3 TEEN和APTEEN協定 277
9.2.4 DCHS協定 277
9.3 適合無線抄表網路的能量均衡多層分簇路由算法 278
9.3.1 無線抄表系統模型 278
9.3.2 網路簇頭選舉策略 279
9.3.3 網路最優簇數分析 280
9.3.4 簇內單/多跳混合通信算法 282
9.3.5 EEMLC算法仿真與性能分析 286
9.4 EEMLC路由算法的實現 289
9.4.1 簇區域確定與節點成簇 289
9.4.2 抄表網路路由樹的建立 290
9.4.3 表計數據的傳輸 292
9.4.4 數據路由的維護 295
9.5 本章小結 297
參考文獻 298
