無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

內(nèi)容概要

本書根據(jù)國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展方向和教學(xué)需要，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)最新發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀編寫而成。
感知物理對象信息及信息協(xié)同處理是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的根本區(qū)別，本書追本溯源，從協(xié)同感知與信息處理的角度論述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過追溯感知的本質(zhì)系統(tǒng)地介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本書主要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述，并系統(tǒng)闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、管理技術(shù)和協(xié)同信息處理技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)與典型應(yīng)用；最后探討了相關(guān)的前沿技術(shù)。本書的特色在于內(nèi)容簡單明了、概念準(zhǔn)確、圖文并茂。本書既可作為高等學(xué)校高年級本科生和研究生的教學(xué)教材和工程技術(shù)開發(fā)人員的參考書，也可供無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)人士閱讀。

作者簡介

王營冠，博士、研究員、博士生導(dǎo)師。中科院無線傳感網(wǎng)與通信重點實驗室主任，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所所長助理，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)實驗室主任，中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程中心主任。其研究領(lǐng)域包括無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、輻射物理、衛(wèi)星測試與設(shè)計。目前主要從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)、信息融合技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究。先后承擔(dān)過國家重大專項、國家科技支撐計劃項目、“863計劃”、“973計劃”、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項等課題，成功研制了國內(nèi)多個應(yīng)用領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)及產(chǎn)品。先后發(fā)表論文50余篇，獲得過全軍科技進(jìn)步一等獎、上海市科技進(jìn)步一等獎等獎項。 王智，工學(xué)博士，浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)國家重點實驗室副研究員、博士生導(dǎo)師；IEEE／IEEE—CS學(xué)會會員、中國計算機學(xué)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專委會委員和中國傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)委員會委員。其研究領(lǐng)域包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同信息與信號處理、綠色計算與移動計算、實時理論與系統(tǒng)。先后承擔(dān)“863計劃”、國家自然科學(xué)基金項目、國際合作課題和省部級重點科技攻關(guān)等20余項。在國際期刊和國內(nèi)一級學(xué)報發(fā)表文章30余篇，其中scI、EI檢索30余篇。

書籍目錄

第1章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概況
1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)
1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域
1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用
1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用
1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用
1.2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用
1.2.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用
1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點
1.3.1 系統(tǒng)特點
1.3.2 技術(shù)特點
1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要點
1.4.1 設(shè)計依據(jù)
1.4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br />1.4.3 應(yīng)用服務(wù)
1.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系
1.5.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成
1.5.2 網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)
1.5.3 管理技術(shù)
1.5.4 協(xié)同信息處理技術(shù)
1.6 當(dāng)前各國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展戰(zhàn)略和研究現(xiàn)狀
1.6.1 發(fā)展戰(zhàn)略
1.6.2 研究現(xiàn)狀
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟/硬件設(shè)計與測試
2.1 引言
2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計
2.2.1 傳感節(jié)點
2.2.2 網(wǎng)關(guān)和匯聚節(jié)點設(shè)計
2.2.3 典型節(jié)點
2.2.4 節(jié)點產(chǎn)業(yè)化技術(shù)
2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件技術(shù)
2.3.1 軟件架構(gòu)
2.3.2 中間件
2.3.3 操作系統(tǒng)
2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測試平臺技術(shù)
2.4.1 仿真測試
2.4.2 物理測試
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
3.1 引言
3.2 物理層
3.2.1 物理層概述
3.2.2 鏈路特性
3.2.3 物理層設(shè)計
3.2.4 低速物理層
3.2.5 中高速物理層
3.3 數(shù)據(jù)鏈路層
3.3.1 數(shù)據(jù)鏈路層概述
3.3.2 MAC概述
3.3.3 基于競爭的MAC協(xié)議
3.3.4 基于調(diào)度的MAC協(xié)議
3.3.5 混合式MAC協(xié)議
3.3.6 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議
3.3.7 鏈路質(zhì)量估計與建模
3.4 拓?fù)淇刂?br />3.4.1 拓?fù)淇刂聘攀?br />3.4.2 功率控制
3.4.3 層次型拓?fù)淇刂?br />3.4.4 結(jié)構(gòu)自適應(yīng)拓?fù)淇刂?br />3.5 路由協(xié)議
3.5.1 路由協(xié)議概述
3.5.2 傳統(tǒng)路由協(xié)議
3.5.3 數(shù)據(jù)中心路由協(xié)議
3.5.4 地理位置路由協(xié)議
3.5.5 可靠路由協(xié)議
3.5.6 機會路由
3.6 與IPv6互連
3.6.1 WSN與IPv6網(wǎng)絡(luò)互連的可能性
3.6.2 WSN與IPv6網(wǎng)絡(luò)互連的方式
3.6.3 WSN與IPv6網(wǎng)絡(luò)互連需要解決的問題
3.7 覆蓋技術(shù)
3.7.1 覆蓋概述
3.7.2 覆蓋基本概念
3.7.3 覆蓋模型
3.7.4 覆蓋指標(biāo)
3.7.5 覆蓋算法
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)
4.1 引言
4.2 時間同步技術(shù)
4.2.1 時間同步概述
4.2.2 節(jié)點時鐘概述
4.2.3 同步信息傳輸延時分析
4.2.4 同步算法
4.2.5 同步模型參數(shù)的估計
4.3 定位技術(shù)
4.3.1 定位技術(shù)概述
4.3.2 源定位算法
4.3.3 節(jié)點自定位
4.3.4 匹配定位
4.3.5 典型定位系統(tǒng)實例
4.4 安全技術(shù)
4.4.1 安全問題概述
4.4.2 安全性分析
4.4.3 安全協(xié)議
4.4.4 安全定位
4.5 數(shù)據(jù)管理技術(shù)
4.5.1 數(shù)據(jù)管理技術(shù)概述
4.5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.5.3 數(shù)據(jù)模式
4.5.4 數(shù)據(jù)存儲與索引技術(shù)
4.5.5 查詢處理技術(shù)
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同信息處理技術(shù)
5.1 引言
5.2 信號特征提取與選擇
5.2.1 信號特征提取與選擇概述
5.2.2 特征提取技術(shù)
5.2.3 特征選擇技術(shù)
5.2.4 聲震信號的特征提取與選擇
5.3 模式識別與分類
5.3.1 模式識別與分類概述
5.3.2 傳統(tǒng)模式識別算法
5.3.3 基于模糊推理的分類算法
5.4 協(xié)同感知方法
5.4.1 協(xié)同信息感知方法概述
5.4.2 協(xié)同感知理論基礎(chǔ)
5.4.3 同構(gòu)協(xié)同感知
5.4.4 異構(gòu)協(xié)同感知
5.4.5 協(xié)同感知算法案例
5.4.6 面向WSN的協(xié)同感知體系架構(gòu)
5.5 目標(biāo)跟蹤技術(shù)
5.5.1 目標(biāo)跟蹤技術(shù)概述
5.5.2 跟蹤濾波技術(shù)
5.5.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)
5.5.4 跟蹤系統(tǒng)輔助技術(shù)
5.6 面向協(xié)同信息處理的QoS體系
5.6.1 QoS指標(biāo)體系概述
5.6.2 QoS體系設(shè)計
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
6.1 引言
6.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
6.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組
6.3.1 WGSN工作組簡介
6.3.2 WGSN標(biāo)準(zhǔn)框架
6.4 ISO/IEC JTC1 WG7標(biāo)準(zhǔn)
6.4.1 ISO/IEC JTC1 WG7標(biāo)準(zhǔn)工作組簡介
6.4.2 ISO/IEC JTC1 WG7標(biāo)準(zhǔn)框架
6.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.1 ISO系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.2 IEC系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.3 ITU-T系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.4 IEEE 802.15系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.5 IEEE 1451系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.6 IEEE 1588相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.7 ISA100相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.8 ZigBee聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)
6.5.9 LETF相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
6.5.10 OGC OpenGIS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用
7.1 引言
7.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事方面的應(yīng)用
7.2.1 REMBASS系列
7.2.2 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)
7.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在圍界防入侵方面的應(yīng)用
7.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)監(jiān)控方面的應(yīng)用
7.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用
7.5.1 水文水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測
7.5.2 泥石流監(jiān)測
7.5.3 CitySense城市監(jiān)測系統(tǒng)
7.6 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用
7.7 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)方面的應(yīng)用
7.8 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通方面的應(yīng)用
7.9 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療方面的應(yīng)用
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 前沿探討
8.1 引言
8.2 基于信息驅(qū)動的感知技術(shù)
8.3 海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)
8.3.1 基于海量數(shù)據(jù)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
8.3.2 海量數(shù)據(jù)的存儲與管理
8.3.3 海量數(shù)據(jù)的知識獲取
8.4 具有能量意識的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
8.5 其他前沿技術(shù)
8.5.1 新型能量供應(yīng)技術(shù)
8.5.2 綠色傳感器技術(shù)
本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄A 思考題
附錄B 簡略符號注釋表

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   SOS實現(xiàn)了一個定義完整并且優(yōu)化的帶有入口和出口的模塊，這樣一類模塊組成一個模塊的結(jié)構(gòu)，SOS通過這樣的一個結(jié)構(gòu)來維護(hù)模塊性。模塊之間通過兩種入口機制來實現(xiàn)交互。一種是通過內(nèi)核的調(diào)度表，另一種是通過被模塊注冊的對方使用的函數(shù)。模塊的消息處理是通過模塊的一個特定函數(shù)來處理的，這個消息處理函數(shù)有兩個參數(shù)，一個是正被分發(fā)的消息本身，一個是模塊的狀態(tài)。 出于可靠2性及資源管理的原因，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)一般不支持動態(tài)內(nèi)存。但是靜態(tài)內(nèi)存會導(dǎo)致存在大量的垃圾內(nèi)存碎片，可能對公共任務(wù)產(chǎn)生復(fù)雜的語義。SOS里的動態(tài)內(nèi)存就解決了這些問題，而且消除了模塊加載過程里本來需要對靜態(tài)內(nèi)存的依賴。 SOS有很多動態(tài)內(nèi)存的注解，可以實現(xiàn)簡單方便的調(diào)試。動態(tài)內(nèi)存分配了占有三個基本塊大小的內(nèi)存空間。大多數(shù)內(nèi)存分配塊，如消息頭，都是占用了最小的內(nèi)存空間。但是一些應(yīng)用需要移動很大的連續(xù)的內(nèi)存空間，如模塊的插入。一個未使用內(nèi)存塊的鏈表，為每個內(nèi)存塊提供了一個時間常量，減少了對動態(tài)內(nèi)存的過度使用。隊列及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在SOS運行時會動態(tài)地增加或者減少。通過動態(tài)內(nèi)存的使用和釋放，形成了一個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以有效地對臨時的未使用內(nèi)存再使用，并且在特定的情況下可以調(diào)節(jié)內(nèi)存分配。動態(tài)內(nèi)存自身還設(shè)置了分配的限度，這是很重要的，如果沒有限度的話，當(dāng)運行在實際節(jié)點上時，動態(tài)內(nèi)存將會被全部清空。 SOS通過應(yīng)用的發(fā)展和系統(tǒng)的配置維護(hù)了模塊性，具有高級的能夠支持一般操作系統(tǒng)語義的內(nèi)核接口。SOS體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計也反映了這些想法和特點。內(nèi)核的消息傳遞機制和動態(tài)內(nèi)存分配機制使得模塊的鏡像文件之間可以進(jìn)行相互獨立的交互。為了提供系統(tǒng)性能和編程的接口，SOS系統(tǒng)的模塊之間通過函數(shù)調(diào)用來進(jìn)行交互。SOS的動態(tài)性的實質(zhì)是限制靜態(tài)安全分析，為了達(dá)到這個目的，SOS提供了在運行時檢查函數(shù)調(diào)用的機制以維持系統(tǒng)的整體性。除此之外，SOS系統(tǒng)內(nèi)核還提供了垃圾回收機制。 3.MantisOS MantisOS是由美國科羅拉多大學(xué)Mantis項目組為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的源代碼公開的多線程操作系統(tǒng)。它的內(nèi)核和APl采用標(biāo)準(zhǔn)c語言，提供Linux和Windows開發(fā)環(huán)境，方便用戶使用。MantisOS提供搶占式任務(wù)調(diào)度器，采用節(jié)點循環(huán)休眠策略來提高能量利用率，目前支持的硬件平臺有Mica2、MicaZ及Telos等，其對RAM的最小需求可降至5008，對Flash的需求可低于14KB。

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