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第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 传感器网络的体系结构 3

1.2.1 传感器网络的应用系统架构 3

1.2.2 传感器网络结点的结构 6

1.2.3 网络体系结构 7

1.3 传感器网络的特征 11

1.3.1 与现有无线网络的区别 11

1.3.2 与现场总线的区别 11

1.3.3 传感器结点的限制条件 12

1.3.4 组网特点 14

1.4 传感器网络的应用领域 16

1.4.1 军事领域 16

1.4.2 工业领域 18

1.4.3 农业领域 18

1.4.4 智能交通领域 19

1.4.5 家庭与健康领域 20

1.4.6 环境保护领域 20

1.4.7 其他领域 21

1.5 传感器网络的发展历史 22

1.5.1 计算设备的演化历史 22

1.5.2 无线传感器网络的发展过程 22

1.5.3 我国的传感器网络发展情况 24

思考题 25

第2章 微型传感器的基本知识 26

2.1 传感器概述 26

2.1.1 传感器的定义和作用 26

2.1.2 传感器的组成 27

2.1.3 传感器的分类 28

2.2 常见传感器的类型介绍 28

2.2.1 能量控制型传感器 28

2.2.2 能量转换型传感器 29

2.2.3 光敏传感器 29

2.2.4 气、湿敏传感器 30

2.2.5 集成与智能传感器 30

2.3 传感器的一般特性和选型 31

2.3.1 传感器的一般特性 31

2.3.2 传感器选型的原则 34

2.4 微型传感器应用示例 35

2.4.1 磁阻传感器简介 35

2.4.2 磁阻传感器用于车辆探测 37

思考题 45

第3章 传感器网络的通信与组网技术 46

3.1 物理层 46

3.1.1 物理层概述 46

3.1.2 传感器网络物理层的设计 50

3.2 MAC协议 52

3.2.1 MAC协议概述 52

3.2.2 IEEE 802.11 MAC协议 53

3.2.3 典型MAC协议：S-MAC协议 56

3.3 路由协议 59

3.3.1 路由协议概述 59

3.3.2 典型路由协议：定向扩散路由 61

思考题 62

第4章 传感器网络的支撑技术 64

4.1 时间同步机制 64

4.1.1 传感器网络的时间同步机制 64

4.1.2 TPSN时间同步协议 66

4.1.3 时间同步的应用示例 68

4.2 定位技术 69

4.2.1 传感器网络结点定位问题 69

4.2.2 基于测距的定位技术 72

4.2.3 无须测距的定位技术 76

4.2.4 定位系统的典型应用 78

4.3 数据融合 79

4.3.1 多传感器数据融合概述 79

4.3.2 传感器网络中数据融合的作用 80

4.3.3 数据融合技术的分类 83

4.3.4 数据融合的主要方法 85

4.3.5 传感器网络应用层的数据融合示例 88

4.4 能量管理 90

4.4.1 能量管理的意义 90

4.4.2 传感器网络的电源节能方法 91

4.5 安全机制 94

4.5.1 传感器网络的安全问题 94

4.5.2 传感器网络的安全设计分析 97

4.5.3 传感器网络安全框架协议：SPINS 100

4.5.4 SPINS协议的实现问题与系统性能 102

思考题 105

第5章 传感器网络的应用开发基础 107

5.1 仿真平台和工程测试床 107

5.1.1 传感器网络的仿真技术概述 107

5.1.2 常用网络仿真软件平台 110

5.1.3 仿真平台的选择和设计 119

5.1.4 传感器网络工程测试床 120

5.2 网络结点的硬件开发 123

5.2.1 硬件开发概述 123

5.2.2 传感器结点的模块化设计 124

5.2.3 传感器结点的开发实例 131

5.3 操作系统和软件开发 138

5.3.1 网络结点操作系统 138

5.3.2 软件开发 148

5.3.3 后台管理软件 152

思考题 156

第6章 传感器网络协议的技术标准 158

6.1 技术标准的意义 158

6.2 IEEE 1451系列标准 159

6.3 IEEE 802.15.4标准 163

6.3.1 IEEE 802.15.4标准概述 163

6.3.2 物理层 164

6.3.3 MAC子层 166

6.3.4 符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例 168

6.4 ZigBee协议标准 171

6.4.1 ZigBee概述 171

6.4.2 网络层规范 174

6.4.3 ZigBee网络系统的设计开发 175

6.4.4 符合ZigBee规范的传感器网络实例 176

思考题 178

第7章 传感器网络技术的军事应用 179

7.1 战场感知的网络架构 179

7.2 常见的地面战场微型传感器 181

7.2.1 微震动传感器 182

7.2.2 声响传感器 183

7.2.3 磁性传感器 183

7.2.4 红外传感器 184

7.2.5 压力传感器 184

7.2.6 超声波传感器 184

7.3 美军沙地直线传感器网络项目介绍 185

7.3.1 项目背景 185

7.3.2 目标探测的传感器选型 187

7.3.3 项目系统试验 188

思考题 191

第8章 无线传感器网络实验 192

8.1 实验背景和设计 192

8.2 实验内容和步骤 194

附录A 英汉对照术语表 202

附录B 传感器网络结点部署的概率特性 205

参考文献与网址 207