无线传感器网络（冯涛） 冯涛 著 下载 mobi 免费 pdf 百度网盘 epub 2025 在线 电子书

本书介绍了无线传感器网络的基本概念、Contiki操作系统、应用层协议、运输层协议、网络层协议、数据链路层协议、物理层、定位技术、时钟同步、能量管理，对各部分现有的经典协议做了详细阐述。本书还介绍了无线传感器网络标准协议ZigBee协议和6LoWPAN协议，并通过Contiki操作系统下的简单仿真实例讲解了无线传感器网络的基本工作机制。本书内容丰富、语言简练，理论叙述深入浅出。本书可作为高等院校物联网工程、通信工程、计算机科学与技术及相关专业的本科生和研究生教材，也可供从事相关领域工作的工程技术人员参考。

第1章 绪论 11.1 传感器节点结构 11.1.1 传感器节点特点 21.1.2 软件系统 31.2 传感器网络结构和协议栈 31.2.1 传感器网络结构 31.2.2 传感器网络协议栈 41.3 标准协议 61.4 传感器网络特征及应用 71.4.1 传感器网络特征 71.4.2 传感器网络应用 81.5 本书结构安排 10参考文献 11第2章 Contiki操作系统 122.1 概述 122.2 特点 122.3 安装 142.3.1 ubuntu系统下Contiki安装 142.3.2 Windows系统下Contiki安装 152.3.3 Cooja仿真工具 162.4 Contiki目录结构 172.5 Contiki操作系统运行原理 202.5.1 Protothread 212.5.2 进程控制块 212.5.3 进程调度 222.5.4 事件调度 242.5.5 定时器 262.6 Cooja仿真工具举例 27参考文献 32第3章 应用层协议 333.1 信源编码 333.1.1 Sensor LZW 333.1.2 分布式源编码机制 343.2 查询处理 353.2.1 查询描述方法 363.2.2 数据融合 403.3 数据管理系统 413.3.1 Cougar 433.3.2 TinyDB 433.3.3 Antelope 443.4 网络管理 453.4.1 MANNA体系结构 473.4.2 SNMS体系结构 48参考文献 49第4章 运输层协议 514.1 RMST协议 514.2 CODA协议 534.2.1 基于接收者的拥塞检测 544.2.2 开放环逐跳反压 544.2.3 封闭环多源调整 554.3 PSFQ协议 554.3.1 注入操作 554.3.2 提取操作 564.3.3 状态报告 574.4 GARUDA协议 574.4.1 单个/少有分组传输机制 584.4.2 核心节点构造 594.4.3 两阶段丢包恢复机制 59参考文献 60第5章 网络层协议 625.1 数据为中心平面结构路由协议 625.1.1 洪泛机制 635.1.2 闲聊路由 645.1.3 SPIN协议 645.1.4 定向扩散 665.1.5 谣传路由 675.2 位置感知路由协议 685.2.1 MECN协议 695.2.2 有损链路位置转发机制 705.2.3 GAF协议 725.2.4 GEAR协议 735.3 基于QoS的路由协议 745.3.1 SAR协议 745.3.2 SPEED协议 755.4 层次化路由协议 775.4.1 LEACH协议 775.4.2 PEGASIS协议 79参考文献 81第6章 数据链路层协议 836.1 CSMA机制 836.2 基于竞争的MAC协议 866.2.1 SMAC协议 876.2.2 BMAC协议 916.3 基于预约的MAC协议 936.4 混合MAC协议 96参考文献 99第7章 物理层 1017.1 无线通信系统组成 1017.2 信源编码 1027.2.1 模拟数据数字化 1027.2.2 脉码调制和增量调制 1027.3 信道编码 1037.3.1 信道类型 1057.3.2 信道信息传输 1067.3.3 差错检测与纠正 1067.4 调制 1067.4.1 调制类型 1067.4.2 模拟幅度调制 1077.4.3 数字调制 108参考文献 112第8章 定位技术 1138.1 测距技术 1138.1.1 到达时间ToA 1138.1.2 到达时间差TDoA 1148.1.3 到达角度AoA 1148.1.4 接收信号强度 1158.2 基于距离的定位 1158.2.1 三边测量法 1158.2.2 三角测量法 1158.2.3 迭代多边定位和协作多边定位 1168.2.4 基于GPS的定位 1178.3 距离无关定位 1188.3.1 Ad Hoc定位系统APS 1198.3.2 APIT 119参考文献 120第9章 时钟同步 1219.1 时钟同步基础 1219.1.1 同步消息 1219.1.2 通信时延 1239.2 时钟同步协议 1239.2.1 NTP协议 1239.2.2 TPSN协议 1249.2.3 RBS协议 1269.2.4 LTS协议 1279.2.5 FTSP协议 1289.2.6 TDP协议 1309.2.7 MiniSync和TinySync协议 132参考文献 132第10章 能量管理 13410.1 局部能量管理 13510.1.1 处理器子系统 13510.1.2 通信子系统 13510.1.3 总线频率和内存时序 13610.1.4 活动存储器 13610.1.5 电源子系统 13710.2 动态电源管理 13810.2.1 动态操作模式 13810.2.2 动态调度 14010.2.3 节能模式 14110.3 概念架构 141参考文献 143第11章 ZigBee协议 14411.1 物理层协议 14411.2 MAC层协议 14511.2.1 超帧结构 14511.2.2 MAC层帧结构 14611.3 网络层协议 14911.3.1 网络层功能 14911.3.2 网络拓扑结构 15011.3.3 数据传播 15011.4 路由 15111.4.1 路由代价 15111.4.2 路由表 15111.4.3 路由发现 15211.4.4 路由维护和修复 15311.4.5 网络层服务 15411.4.6 网络层分组结构 15411.5 应用层协议 15511.5.1 应用层架构 15511.5.2 应用层帧结构 15611.6 ZigBee协议安全机制 15711.6.1 加密 15711.6.2 授权 15811.6.3 APS子层安全命令 158参考文献 159第12章 6LoWPAN协议 16012.1 6LoWPAN概述 16012.2 6LoWPAN网络体系结构 16112.2.1 6LoWPAN网络的优势 16312.2.2 6LoWPAN网络的关键技术 16312.2.3 6LoWPAN网络面临的问题 16412.2.4 6LoWPAN网络解决方案 16412.3 6LoWPAN适配层技术 16612.3.1 6LoWPAN协议栈 16612.3.2 适配层基本功能 16612.3.3 适配层数据帧结构 16712.3.4 适配层分片和重组 16812.3.5 适配层报头压缩 16912.3.6 6LoWPAN网络路由 16912.4 RPL路由协议 17212.4.1 RPL协议概述 17212.4.2 RPL协议功能和原理 17412.4.3 DODAG的构建 17412.4.4 RPL协议路由过程 17512.4.5 环路避免和环路检测 17712.5 CoAP协议 17712.5.1 CoAP协议栈 17812.5.2 CoAP协议特点 17812.5.3 CoAP协议消息类型 17912.5.4 CoAP协议的URI 18012.5.5 CoAP协议交互模型 18012.5.6 CoAP协议安全问题 18112.5.7 CoAP协议安全模式 18112.5.8 CoAP协议总结 18112.6 6LoWPAN网络举例 18212.6.1 星型网通信仿真 18212.6.2 多跳网通信仿真 18412.6.3 CoAP应用仿真 185参考文献 186

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前言

随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络已成为研究热点领域之一。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，为建立低功耗、低成本的无线传感器网络提供了有利条件。无线传感器网络为日益增加的应用需求提供了足够的发展空间和有效的解决方案，扩展了人们获取物理世界信息的能力。无线传感器网络作为边缘网络，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，将在下一代互联网、物联网中为人们提供最直接、有效和最真实的信息。无线传感器网络具有十分广泛的应用前景，将在智慧城市、智慧医疗、精细农业、智能能源、环境监测、抢险救灾等领域发挥巨大潜力。无线传感器网络可以自组织组网，与传统网络相比具有许多优势。然而，无线传感器网络是资源受限的网络，其硬件平台、网络协议、应用设计都需考虑其资源受限的特点，以满足特殊的通信和应用需求。本书结合无线传感器网络的特点，采用自顶向下的方法，首先介绍广泛使用的无线传感器网络操作系统Contiki，然后按照网络协议栈的应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层的顺序逐层介绍各层的经典技术，这样做的好处是便于读者在阅读本书时能够进行实验操作，做到理论与实践相结合。本书也对无线传感器网络的支撑技术、定位技术、时钟同步技术和能量管理技术做了介绍。最后，介绍了两种无线传感器网络的标准协议ZigBee协议和6LoWPAN协议。在本书的编写过程中，主编冯涛研究员、郭显副教授对本书做了全面统筹规划以及全书内容的审校工作，方君丽讲师编写了第7章物理层内容，张恩展讲师编写了第11章ZigBee协议部分的内容。除第7章和第11章外，其他内容由郭显、冯涛编写。此外，特别感谢兰州理工大学网络与信息安全研究所的王晶、鲁烨博士，硕士陈成、郭嘉琦、汪燕、赵炯等对本书中的资料整理做了大量工作。本书得到了国家自然科学基金项目61461027、61462060和兰州理工大学校级规划教材项目的资助。