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| 編輯推薦： |
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由具有主讲无线传感器网络一线教学经验的高校教师团队编写，编写过程中翻阅了大量的技术文献，对近年来无线传感器网络的技术进行了总结和梳理，将无线传感网络的协议与通信理论作为基础，引导学生应用到实际案例中，学会无线传感网的搭建、研究与设计。本书术语的使用进行了规范化，利于课堂教学使用。
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| 內容簡介： |
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无线传感器网络技术是信息感知和采集领域的一场革命，给人类的生产和生活带来了深远影响。目前，无线传感器网络已成为国际竞争的焦点，引起了学术界和工业界的广泛关注。本书按照无线传感器网络的搭建过程进行介绍，将理论与实际、技术与应用相结合，力求培养具有创新和实践能力的人才，提高学习者分析和解决问题的能力。 本书共分为7章。第1章介绍无线传感器网络的基本概念、特点、关键性能指标、传感器、应用和发展历史，第2章介绍无线传感器网络开发环境，第3章介绍无线传感器网络中的无线通信技术，第4章介绍无线传感器网络的拓扑控制与覆盖技术，第5章介绍无线传感器网络通信与组网技术，第6章介绍无线传感器网络的支撑技术，第7章介绍无线传感器网络的接入技术。 本书适合通信、电子、自动化、物联网等相关专业本科生和研究生学习，也可供物联网相关从业人员自学使用。
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| 關於作者： |
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本书作者均为高校教师，主讲无线传感网络的多年，具有丰富的一线教学经验的，曾参与和主持十三五教改重点项目、教育部协同育人项目，主编出版物联网专业教材多部、教改论文多篇。
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| 目錄：
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第1章无线传感器网络概述1
1.1基本概念1
1.1.1无线传感器网络的定义1
1.1.2远程数据传输网络1
1.1.3无线传感器网络系统结构2
1.2无线传感器网络的特点3
1.3传感器结点概述4
1.3.1传感器结点的组成4
1.3.2传感器结点的角色5
1.3.3传感器结点的唤醒方式5
1.3.4传感器结点的特点6
1.3.5传感器结点面临的威胁及对策6
1.4关键性能指标8
1.4.1网络层指标8
1.4.2抗毁性指标8
1.4.3监测性能指标9
1.4.4定位技术指标9
1.5传感器10
1.6无线传感器网络的应用11
1.6.1主要的应用领域11
1.6.2典型项目案例——油田气管线智能化管理系统12
1.7无线传感器网络发展历史13
第2章无线传感器网络开发环境14
2.1概述14
2.2无线传感器网络平台硬件设计15
2.2.1系统结构图15
2.2.2结点设计要求与内容16
2.2.3结点的模块化设计16
2.2.4常见的无线传感器网络结点19无线传感器网络目录2.3无线传感器网络的操作系统22
2.3.1传感器网络对操作系统的要求22
2.3.2TinyOS23
2.3.3nesC语言23
2.3.4TinyOS组件模型24
2.3.5TinyOS通信模型25
2.3.6TinyOS事件驱动机制、调度策略与能量管理机制26
2.4ZigBee硬件平台26
2.4.1CC2530芯片的特点26
2.4.2CC2530芯片上8051内核27
2.4.3CC2530的主要外设27
2.4.4CC2530无线收发器27
2.4.5CC2530开发环境IAR27
第3章无线传感器网络中的无线通信技术29
3.1IEEE 802.15.4标准概述29
3.1.1网络简介29
3.1.2拓扑结构30
3.1.3网络拓扑的形成过程30
3.2蓝牙技术31
3.2.1蓝牙技术概述31
3.2.2蓝牙协议体系33
3.2.3蓝牙数据包36
3.2.4蓝牙地址38
3.2.5蓝牙的状态38
3.2.6蓝牙的关键技术40
3.3ZigBee技术44
3.3.1ZigBee技术概述44
3.3.2ZigBee网络的组成46
3.3.3ZigBee协议栈的原理48
3.4超宽带技术52
3.4.1超宽带的定义52
3.4.2超宽带技术的实现方式53
3.4.3超宽带技术的特点54
3.5LiFi技术55
3.5.1LiFi技术产生的背景56
3.5.2LiFi技术的原理56
3.5.3LiFi技术的优点和缺点57
3.6LPWAN技术58
3.6.1LPWAN技术的发展58
3.6.2LoRa59
3.6.3NBIoT64
第4章无线传感器网络的拓扑控制与覆盖技术69
4.1无线传感器网络拓扑结构69
4.1.1拓扑结构的分类69
4.1.2煤矿安全监测应用实例70
4.2拓扑控制73
4.2.1拓扑控制研究的主要问题73
4.2.2网络拓扑结构优化的重要性74
4.2.3拓扑控制的目标74
4.2.4拓扑控制的算法与面临的挑战76
4.2.5拓扑控制的分类76
4.3覆盖83
4.3.1无线传感器网络覆盖的基础研究83
4.3.2无线传感器网络覆盖控制90
4.3.3无线传感器网络覆盖技术在矿井中的应用96
4.4无线传感器网络的覆盖空洞检测和修复算法98
4.4.1覆盖空洞的产生原因98
4.4.2覆盖空洞产生的影响99
4.4.3覆盖空洞的检测方法99
4.4.4覆盖空洞的修复策略100
4.5无线传感器网络的移动式覆盖控制103
4.5.1主要衡量指标103
4.5.2存在的问题及挑战103
4.5.3移动式覆盖控制方法的分类104
4.5.4典型的移动式覆盖技术方法105
第5章无线传感器网络通信与组网技术108
5.1无线传感器网络的体系结构与协议108
5.1.1无线传感器网络的体系结构108
5.1.2无线传感器网络的协议栈109
5.2物理层111
5.2.1物理层概述112
5.2.2物理层协议113
5.3数据链路层115
5.3.1MAC层115
5.3.2差错控制117
5.3.3帧结构118
5.4网络层119
5.4.1网络层设计原则119
5.4.2网络层事件及消息类型121
5.4.3网络层数据收发121
5.4.4网络层路由功能121
5.5传输层122
5.5.1事件到汇聚结点的传输123
5.5.2汇聚结点到传感器结点的传输123
5.6应用层124
5.6.1应用层的帧类型124
5.6.2应用层协议124
5.6.3应用层功能实现125
5.7MAC协议127
5.7.1无线传感器网络的介质访问控制问题127
5.7.2无线传感器网络MAC协议分类128
5.7.3常见的无线传感器网络MAC协议129
5.7.4无线传感器网络自适应MAC协议在矿井中的应用137
5.8无线传感器网络路由协议141
5.8.1无线传感器网络路由协议概述141
5.8.2平面结构的路由协议143
5.8.3层次结构的路由协议148
5.8.4基于查询的路由协议150
5.8.5基于地理位置的路由协议151
5.8.6基于能量感知的路由协议154
5.8.7可靠路由协议156
5.8.8无线传感器网络路由协议在智能家居中的应用159
第6章无线传感器网络的支撑技术163
6.1时间同步163
6.1.1时间同步概述163
6.1.2时间同步的分类166
6.1.3消息同步的方法166
6.1.4时间同步协议168
6.1.5时间同步算法在煤矿电网输电线路故障检测中的应用175
6.2定位技术178
6.2.1定位技术概述178
6.2.2结点位置的计算方法180
6.2.3基于测距的定位算法182
6.2.4与距离无关的定位算法185
6.2.5定位算法在智能公交系统的应用与比较191
6.3数据融合192
6.3.1数据融合技术193
6.3.2数据融合的方法199
6.3.3基于数据融合的室内环境监控系统设计202
6.4容错技术204
6.4.1容错技术概述205
6.4.2故障模型206
6.4.3故障检测208
6.4.4故障修复215
6.5能量管理217
6.5.1能量管理概述217
6.5.2节约电能的方法219
6.5.3动态能量管理222
6.5.4能量管理在精准农业中的应用225
6.6服务质量保证228
6.6.1服务质量技术概述228
6.6.2服务质量保障技术230
6.6.3服务质量体系结构232
6.6.4高速铁路中无线传感器网络的服务质量234
6.7安全性238
6.7.1安全需求238
6.7.2关键技术240
6.7.3面临的主要攻击手段与防御方案242
第7章无线传感器网络的接入技术247
7.1基于无线传感器网络的多网融合体系结构247
7.2面向无线传感器网络的接入248
7.2.1无线传感器网络的网关248
7.2.2面向以太网的无线传感器网络接入250
7.2.3面向无线局域网的无线传感器网络接入252
7.2.4面向移动通信网的无线传感器网络接入254
7.3无线传感器网络接入Internet256
7.3.1概述256
7.3.2无线传感器网络接入Internet的方法258
7.3.3无线传感器网络接入Internet的体系结构260
7.4无线传感器网络服务提供方法262
7.4.1服务提供体系262
7.4.2服务提供网络中间件262
7.4.3服务提供步骤263
7.5多网融合网关的硬件设计264
7.5.1多网融合网关的硬件总体结构设计265
7.5.2网关设备通信模块设计268
参考文献274
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| 內容試閱：
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随着通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始出现。由这些微型传感器构成的无线传感器网络引起了人们的极大关注。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够实时监测、感知、采集和处理网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，获得详尽、准确的信息，传送给需要的用户。无线传感器网络可以使人们在任何时间、任何环境获取大量翔实、可靠的信息，真正实现“无处不在的计算”。目前，无线传感器网络已广泛应用于国防军事、生产安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。
无线传感器网络技术是信息感知和采集领域的一场革命，给人类的生产和生活带来了深远影响。美国的《技术评论》曾将无线传感器网络技术列为未来十大新兴技术之首，《商业周刊》也将该技术列入未来四大新技术之一。无线传感器网络的广泛使用是一种发展趋势，必然给人类社会带来极大的变革。
无线传感器网络的研究与应用已成为提高国际竞争力的手段，引起了学术界和工业界的广泛关注。2003年，美国自然科学基金委员会制定了无线传感器网络研究计划，投资3400万美元支持相关基础理论的研究。美国国防部等军事部门也对无线传感器网络技术给予了高度重视，为了提高军队的战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力，还专门设立了一系列军用无线传感器网络研究项目。美国的英特尔公司、微软公司等知名企业也有这方面的研究，设立或启动了相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家的科研人员也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开该领域的研究工作。
我国十分重视无线传感器网络的研究，《中国未来20年技术预见研究》提出的157个技术课题中有7项直接涉及无线传感器网络。国家自然科学基金也已经在该领域设立了多个重点项目和面上项目。
无线传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面带来大量具有挑战性的研究课题。近年来，国内外开展了大量研究，取得了很多研究成果。
学习无线传感器网络之前，只有学习和掌握了相关的专业知识，才能更好地理解无线传感器网络的构建原理、技术特点和实际应用等。本书可作为高校相关专业的高年级本科生或者研究生教材。学习本书之前，读者应具备计算机网络、传感器原理、物联网通信技术等相关知识。无线传感器网络前言本书共分7章，依据理论与实际、技术与应用相结合的编写原则，按照无线传感器网络的搭建过程进行介绍，具体如下。
第1章为无线传感器网络的概述，内容包括基本概念、无线传感器网络的特点、传感器结点概述、关键性能指标、传感器、无线传感器网络的应用和无线传感器网络发展历史。
第2章介绍无线传感器网络开发环境。通过本章的学习，读者可以根据具体应用设计合适的传感器结点，包括硬件组成和操作系统相关知识。本章具体内容包括概述、无线传感器网络平台硬件设计、无线传感器网络的操作系统和ZigBee硬件平台。
第3章介绍无线传感器网络中的无线通信技术，内容包括IEEE 802.15.4标准概述、蓝牙技术、ZigBee技术、UWB技术、LiFi技术和LPWAN技术。
第4章介绍无线传感器网络的拓扑控制与覆盖技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的拓扑结构，以及拓扑结构的实现和覆盖方法。本章具体内容包括无线传感器网络拓扑结构、拓扑控制、覆盖、无线传感器网络覆盖空洞检测和修复算法。
第5章介绍无线传感器网络通信与组网技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的传输介质、无线通信技术、MAC协议、路由协议等。本章具体内容包括无线传感器网络协议体系结构、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、MAC协议和无线传感器网络路由协议。
第6章介绍无线传感器网络的支撑技术。无线传感器网络搭建好后，为了保证数据有效、可靠地传输，还需要各种支撑技术。通过本章的学习，读者可以根据具体应用选择合适的支撑技术。本章具体内容包括时间同步、定位技术、数据融合、容错技术、能量管理、QoS保证和安全性。
第7章介绍无线传感器网络的接入技术，讲解如何采用无线传感器网络接入技术将无线传感器采集的数据传输到外网，为远端用户提供服务。本章具体内容包括基于无线传感器网络的多网融合体系结构、面向无线传感器网络接入、无线传感器网络接入Internet、无线传感器网络服务提供方法和多网融合网关的硬件设计。
本书第1、2章由于洋编写，第3章由王聪和于秀丽编写，第4、5章由史艳翠和杨巨成编写，第6章由史艳翠编写，第7章由王聪编写。在编写过程中，杨巨成教授作为本书的主编，针对技术上的难点给予了方向性的指导。作为本书副主编，于秀丽老师对本书撰写工作提供了宝贵的资料和想法，使本书可以顺利地按期完成编写任务。感谢天津科技大学计算机学院本科生王春峰、陈夕旭、李志鹏、郭闻麒同学为本书的代码验证做了大量的工作，还要感谢所有参考文献中的作者，使本书的内容有据可循。
鉴于作者水平有限，书中难免有疏漏，希望广大读者批评指正。
作者2021年6月
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