无线传感器网络是近几年来国内外研究和应用的热门领域,在国民经济建设和国防军事上具有十分重要的应用价值。
《无线传感器网络关键技术及应用研究》从实用和科研的角度出发,比较全面、系统地论述了无线传感器网络中的关键技术及其在工程中的应用,主要内容涵盖了无线传感器网络的协议标准、无线传感器网络的MAC协议、无线传感器网络的传输协议等。
《无线传感器网络关键技术及应用研究》结构合理,条理清晰,内容丰富新颖,可供从事无线传感器网络的工程技术人员参考使用。
进入21世纪以来,随着信息技术与感知技术的快速发展,以及人们对于物理世界信息需求的不断增长,物联网作为一种能够实现物与物之间广泛和普遍互联的新型网络,正在受到世界各国越来越广泛的关注和重视。目前,业界普遍认为,物联网将继计算机、互联网和移动通信之后掀起一次新的信息产业革命,成为未来社会进步和发展的重要基础设施,将给人们的日常生活带来翻天覆地的变化。
无线传感器网络作为物联网的“末梢神经”,是一种集综合信息采集、处理和传输功能于一体的智能网络信息系统。无线传感器网络由大量传感器节点组成,这些传感器节点被部署在指定的地理区域,通过无线通信和自组织方式形成无线网络,能够实时感知与采集指定区域内的各种环境数据和目标信息,并将所感知与采集到的数据和信息传送给监控中心或终端用户,实现对物理世界的感知、人与物理世界之间的通信和信息交互。如果说互联网的出现改变了人与人之间的沟通方式,那么无线传感器网络的出现将改变人类与自然界之间的交互方式,使人类可以通过无线传感器网络直接感知客观世界,极大地提高人类认识、改造物理世界的能力。因此,无线传感器网络在民用和军事领域具有十分广阔的应用前景。在民用领域,无线传感器网络可以应用于环境监测、工业控制、医疗健康、智能家居、科学探索、抢险救灾和公共安全等方面;在军事领域,无线传感器网络可以应用于国土安全、战场监视、战场侦察、目标定位、目标识别、目标跟踪等方面。
无线传感器网络能够实现对物理世界的感知,是实现物联网的重要基础。无线传感器网络技术涉及微电子、网络通信和嵌入式计算等主要技术,是当前国际上备受关注的、多学科交叉的一个前沿热点研究领域。由于无线传感器网络拥有广阔的应用前景,近年来引起了国际上许多国家的高度重视。因此,无线传感器网络在过去的十多年中得到了广泛、深入的研究,并在基础理论、关键技术和实际应用等方面取得显著的成果。尽管一些商用的无线传感器网络系统已经出现,并开始投入实际应用,然而,无线传感器网络在传感器、组网、节能、可靠性等技术方面仍然受到许多限制,特别是针对物联网发展来说,许多相关技术和问题还有待进一步探索、研究和解决。
全书由刘洋教授、铁勇教授撰写,编撰过程中得到了刘晋宏、赵小燕、周红丽、吴琼、李琪、李媛、冯浩宇、王海舰、龚政、侯丽娜、沈钦民等研究生的帮助。本书参考了大量相关文献和著作,在此向有关作者表示感谢。本书得到了国家自然科学基金(61461036,61761033)的资助。
由于作者水平所限,书中难免有疏漏和不妥之处,敬请有关专家学者和广大读者批评指正。
前言
第1章 概述
1.1 无线传感器网络的概念与特征
1.2 无线传感器网络的关键技术
1.3 无线传感器网络的设计目标
1.4 无线传感器网络的应用领域
1.5 无线传感器网络的发展与现状
第2章 无线传感器网络的协议标准
2.1 概述
2.2 无线传感器网络技术
2.3 ZigBee标准
第3章 无线传感器网络的MAC协议
3.1 概述
3.2 无线传感器网络的MAC协议设计
3.3 无线传感器网络的MAC协议
第4章 无线传感器网络的传输协议
4.1 概述
4.2 无线传感器网络的传输协议设计
4.3 无线传感器网络的拥塞控制基本机制
4.4 无线传感器网络的可靠传输基本机制
4.5 无线传感器网络的典型传输协议
第5章 无线传感器网络的时间同步技术
5.1 概述
5.2 无线传感器网络的时间同步协议
第6章 无线传感器网络的拓扑控制技术
6.1 概述
6.2 基于功率控制的拓扑控制机制
6.3 基于层次结构的拓扑控制机制
第7章 无线传感器网络的定位技术
7.1 概述
7.2 无线传感器网络的定位技术基础
7.3 无线传感器网络的定位算法
第8章 无线传感器网络中间件技术
8.1 无线传感器网络中间件的体系结构及功能
8.2 基于Agent的无线传感器网络中间件DisWare
8.3 DisWare中间件平台软件MeshIDE
8.4 无线多媒体传感器网络中间件技术
8.5 支持多应用任务的WSN中间件的设计
第9章 无线传感器网络的数据融合与管理技术
9.1 无线传感器网络的数据融合概述
9.2 无线传感器网络的数据融合技术与算法
9.3 无线传感器网络的数据管理技术
9.4 基于策略和代理的无线传感器网络的数据管理架构
9.5 现有传感器网络数据管理系统简介
第10章 无线传感器网络的安全技术
10.1 无线传感器网络的安全问题概述
10.2 无线传感器网络协议栈的安全
10.3 无线传感器网络的密钥管理
10.4 拒绝服务(DoS)攻击的原理及防御技术
10.5 无线传感器网络的安全路由
第11章 无线传感器网络的发展趋势
11.1 概述
11.2 无线传感器网络的总体趋势
11.3 无线多媒体传感器网络
11.4 无线容迟传感器网络
11.5 无线传感器与执行器网络
11.6 无线传感器网络的标准化趋势
参考文献