無線傳感器網絡

內容概要

本書根據國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃及物聯網工程專業(yè)發(fā)展方向和教學需要，結合無線傳感器網絡與物聯網最新發(fā)展及其應用現狀編寫而成。
感知物理對象信息及信息協(xié)同處理是無線傳感器網絡與其他網絡的根本區(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絡，通過追溯感知的本質系統(tǒng)地介紹了無線傳感器網絡。本書主要介紹了無線傳感器網絡概述，并系統(tǒng)闡述了無線傳感器網絡體系架構、網絡與通信技術、管理技術和協(xié)同信息處理技術；在此基礎上，介紹了無線傳感器網絡平臺，以及無線傳感器網絡標準與典型應用；最后探討了相關的前沿技術。本書的特色在于內容簡單明了、概念準確、圖文并茂。本書既可作為高等學校高年級本科生和研究生的教學教材和工程技術開發(fā)人員的參考書，也可供無線傳感器網絡和物聯網相關業(yè)人士閱讀。

作者簡介

王營冠，博士、研究員、博士生導師。中科院無線傳感網與通信重點實驗室主任，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所所長助理，物聯網系統(tǒng)技術實驗室主任，中科院無錫微納傳感網工程中心主任。其研究領域包括無線傳感網、物聯網、輻射物理、衛(wèi)星測試與設計。目前主要從事無線傳感器網絡的組網技術、信息融合技術和物聯網應用及產業(yè)化技術的研究。先后承擔過國家重大專項、國家科技支撐計劃項目、“863計劃”、“973計劃”、中國科學院先導專項等課題，成功研制了國內多個應用領域的無線傳感器網絡應用系統(tǒng)及產品。先后發(fā)表論文50余篇，獲得過全軍科技進步一等獎、上海市科技進步一等獎等獎項。 王智，工學博士，浙江大學工業(yè)控制技術國家重點實驗室副研究員、博士生導師；IEEE／IEEE—CS學會會員、中國計算機學會無線傳感器網絡專委會委員和中國傳感器網絡標準委員會委員。其研究領域包括傳感器網絡、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“863計劃”、國家自然科學基金項目、國際合作課題和省部級重點科技攻關等20余項。在國際期刊和國內一級學報發(fā)表文章30余篇，其中scI、EI檢索30余篇。

書籍目錄

第1章 無線傳感器網絡概述
1.1 無線傳感器網絡概況
1.1.1 無線傳感器網絡基礎
1.1.2 物聯網與無線傳感器網絡
1.2 無線傳感器網絡的應用領域
1.2.1 無線傳感器網絡在軍事領域中的應用
1.2.2 無線傳感器網絡在工業(yè)領域中的應用
1.2.3 無線傳感器網絡在農業(yè)領域中的應用
1.2.4 無線傳感器網絡在智能電網領域中的應用
1.2.5 無線傳感器網絡在醫(yī)療領域中的應用
1.3 無線傳感器網絡的特點
1.3.1 系統(tǒng)特點
1.3.2 技術特點
1.4 無線傳感器網絡設計要點
1.4.1 設計依據
1.4.2 網絡拓撲
1.4.3 應用服務
1.5 無線傳感器網絡技術體系
1.5.1 無線傳感器網絡技術組成
1.5.2 網絡與通信技術
1.5.3 管理技術
1.5.4 協(xié)同信息處理技術
1.6 當前各國無線傳感器網絡的發(fā)展戰(zhàn)略和研究現狀
1.6.1 發(fā)展戰(zhàn)略
1.6.2 研究現狀
本章小結
參考文獻
第2章 無線傳感器網絡軟/硬件設計與測試
2.1 引言
2.2 無線傳感器網絡節(jié)點硬件設計
2.2.1 傳感節(jié)點
2.2.2 網關和匯聚節(jié)點設計
2.2.3 典型節(jié)點
2.2.4 節(jié)點產業(yè)化技術
2.3 無線傳感器網絡節(jié)點軟件技術
2.3.1 軟件架構
2.3.2 中間件
2.3.3 操作系統(tǒng)
2.4 無線傳感器網絡測試平臺技術
2.4.1 仿真測試
2.4.2 物理測試
本章小結
參考文獻
第3章 無線傳感器網絡通信與網絡技術
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 物理層設計
3.2.4 低速物理層
3.2.5 中高速物理層
3.3 數據鏈路層
3.3.1 數據鏈路層概述
3.3.2 MAC概述
3.3.3 基于競爭的MAC協(xié)議
3.3.4 基于調度的MAC協(xié)議
3.3.5 混合式MAC協(xié)議
3.3.6 數據鏈路層協(xié)議
3.3.7 鏈路質量估計與建模
3.4 拓撲控制
3.4.1 拓撲控制概述
3.4.2 功率控制
3.4.3 層次型拓撲控制
3.4.4 結構自適應拓撲控制
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 數據中心路由協(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網絡互連的可能性
3.6.2 WSN與IPv6網絡互連的方式
3.6.3 WSN與IPv6網絡互連需要解決的問題
3.7 覆蓋技術
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
3.7.5 覆蓋算法
本章小結
參考文獻
第4章 無線傳感器網絡管理技術
4.1 引言
4.2 時間同步技術
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 同步模型參數的估計
4.3 定位技術
4.3.1 定位技術概述
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
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 數據管理技術
4.5.1 數據管理技術概述
4.5.2 系統(tǒng)結構
4.5.3 數據模式
4.5.4 數據存儲與索引技術
4.5.5 查詢處理技術
本章小結
參考文獻
第5章 無線傳感器網絡協(xié)同信息處理技術
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
5.2.3 特征選擇技術
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
5.4.3 同構協(xié)同感知
5.4.4 異構協(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
5.5 目標跟蹤技術
5.5.1 目標跟蹤技術概述
5.5.2 跟蹤濾波技術
5.5.3 數據關聯技術
5.5.4 跟蹤系統(tǒng)輔助技術
5.6 面向協(xié)同信息處理的QoS體系
5.6.1 QoS指標體系概述
5.6.2 QoS體系設計
本章小結
參考文獻
第6章 無線傳感器網絡技術標準
6.1 引言
6.2 國內標準
6.3 無線傳感器網絡標準工作組
6.3.1 WGSN工作組簡介
6.3.2 WGSN標準框架
6.4 ISO/IEC JTC1 WG7標準
6.4.1 ISO/IEC JTC1 WG7標準工作組簡介
6.4.2 ISO/IEC JTC1 WG7標準框架
6.5 無線傳感器網絡相關標準
6.5.1 ISO系列相關標準
6.5.2 IEC系列相關標準
6.5.3 ITU-T系列相關標準
6.5.4 IEEE 802.15系列相關標準
6.5.5 IEEE 1451系列相關標準
6.5.6 IEEE 1588相關標準
6.5.7 ISA100相關標準
6.5.8 ZigBee聯盟標準
6.5.9 LETF相關標準
6.5.10 OGC OpenGIS相關標準
本章小結
參考文獻
第7章 無線傳感器網絡典型應用
7.1 引言
7.2 無線傳感器網絡在軍事方面的應用
7.2.1 REMBASS系列
7.2.2 網絡中心戰(zhàn)
7.3 無線傳感器網絡在圍界防入侵方面的應用
7.4 無線傳感器網絡在工業(yè)監(jiān)控方面的應用
7.5 無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測方面的應用
7.5.1 水文水質環(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 無線傳感器網絡在農業(yè)方面的應用
7.7 無線傳感器網絡在智能電網方面的應用
7.8 無線傳感器網絡在智能交通方面的應用
7.9 無線傳感器網絡在醫(yī)療方面的應用
本章小結
參考文獻
第8章 前沿探討
8.1 引言
8.2 基于信息驅動的感知技術
8.3 海量數據處理技術
8.3.1 基于海量數據的協(xié)同網絡架構
8.3.2 海量數據的存儲與管理
8.3.3 海量數據的知識獲取
8.4 具有能量意識的網絡技術
8.5 其他前沿技術
8.5.1 新型能量供應技術
8.5.2 綠色傳感器技術
本章小結
參考文獻
附錄A 思考題
附錄B 簡略符號注釋表

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   SOS實現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構，SOS通過這樣的一個結構來維護模塊性。模塊之間通過兩種入口機制來實現交互。一種是通過內核的調度表，另一種是通過被模塊注冊的對方使用的函數。模塊的消息處理是通過模塊的一個特定函數來處理的，這個消息處理函數有兩個參數，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，無線傳感器網絡嵌入式系統(tǒng)一般不支持動態(tài)內存。但是靜態(tài)內存會導致存在大量的垃圾內存碎片，可能對公共任務產生復雜的語義。SOS里的動態(tài)內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)內存的依賴。 SOS有很多動態(tài)內存的注解，可以實現簡單方便的調試。動態(tài)內存分配了占有三個基本塊大小的內存空間。大多數內存分配塊，如消息頭，都是占用了最小的內存空間。但是一些應用需要移動很大的連續(xù)的內存空間，如模塊的插入。一個未使用內存塊的鏈表，為每個內存塊提供了一個時間常量，減少了對動態(tài)內存的過度使用。隊列及數據結構在SOS運行時會動態(tài)地增加或者減少。通過動態(tài)內存的使用和釋放，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存再使用，并且在特定的情況下可以調節(jié)內存分配。動態(tài)內存自身還設置了分配的限度，這是很重要的，如果沒有限度的話，當運行在實際節(jié)點上時，動態(tài)內存將會被全部清空。 SOS通過應用的發(fā)展和系統(tǒng)的配置維護了模塊性，具有高級的能夠支持一般操作系統(tǒng)語義的內核接口。SOS體系結構的設計也反映了這些想法和特點。內核的消息傳遞機制和動態(tài)內存分配機制使得模塊的鏡像文件之間可以進行相互獨立的交互。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調用來進行交互。SOS的動態(tài)性的實質是限制靜態(tài)安全分析，為了達到這個目的，SOS提供了在運行時檢查函數調用的機制以維持系統(tǒng)的整體性。除此之外，SOS系統(tǒng)內核還提供了垃圾回收機制。 3.MantisOS MantisOS是由美國科羅拉多大學Mantis項目組為無線傳感器網絡而開發(fā)的源代碼公開的多線程操作系統(tǒng)。它的內核和APl采用標準c語言，提供Linux和Windows開發(fā)環(huán)境，方便用戶使用。MantisOS提供搶占式任務調度器，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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