本书共11章，系统地介绍近年来无线传感器网络相关方面的研究成果，从无线传感器的来源及主要应用介绍的基础上，深入描述了传感器不同协议层的主要技术，让读者能全方位地了解无线传感器网络。本书可作为通信工程、计算机等相关专业的教材，也可供相关领域的教学、科研和工程技术人员参考。

前 言 互联网、通信和信息技术不断融合，工程技术不断进步，催生了的新一代的廉价传感器以及执行器，并带来了高阶时空分辨率和精度。传感和控制技术包括传感器阵列、电场和磁场传感器、地震传感器、无线电波频率传感器、电光和红外传感器、激光雷达以及定位和导航传感器。 传感器设计、材料和概念领域的进步将传感器及其阵列的尺寸、重量和成本减小好几个数量级，并将提高其空间和时间分辨率和准确度。在不久的将来，我们可以将数百万个传感器集成到系统中，以提高性能和使用寿命并降低成本。根据目前的市场预测，2010年将有超过5亿个节点用于无线传感器应用。 现在，传感与控制技术还有明显的发展潜力。该技术不仅在科学和工程领域，在其他领域，包括关键基础设施防护、医疗卫生、环境能源、食品安全、生产工艺、生活质量和国民经济都同等重要。除了降低成本和提高行业和企业的效率之外，无线传感器网络预计将为消费者带来新一代的便利，包括但不限于遥控加热和照明、医疗监控、自动货物盘点、个人健康诊断、自动化汽车检查和儿童保健。 本书旨在成为一本高质量的教科书，阐述无线传感器网络重点的一些内容。本文全面介绍了无线传感器网络，包括应用程序、通信和网络协议、中间件、安全性和管理。本书适用于希望了解这项新技术的优势并计划应用实践的网络专业人员、管理人员和从业者使用，也可以作为本科生、研究生学习无线传感器网络入门课程的参考书。 现在涉及无线传感器网络的参考书只有很少一些。此外，这些书大多数聚焦在领域内相关的特定课题。因此，这些书在许多重要的主题上的覆盖程度不足。随着无线传感器网络普及程度的不断增长，以及它渗透在日常生活中方方面面的巨大潜力，撰写一本能够总体介绍传感器网络的书籍是有必要的，并且满足了工程师、网络专业人员、管理人员以及教育工作者群体的需求。但编者水平有限，另外本书编写较为仓促，有错误在所难免，欢迎读者指正探讨。 感谢： 感谢阿肯色大学研究员—— Chonggang Wang博士为本书编写的内容。

目 录 第1章 无线传感器网络概述 1 1.1 引言 1 1.1.1 无线传感器网络的背景 2 1.1.2 传感器网络的应用 9 1.1.3 本书重点 12 1.2 无线传感器网络技术概述 13 1.2.1 传感器网络体系结构的基本元素 14 1.2.2 传感器网络发展史简要回顾 25 1.2.3 挑战与阻碍 26 1.3 小结 29 参考文献 29 第2章 无线传感器网络的应用 37 2.1 引言 37 2.2 背景知识 37 2.3 应用范围 40 2.4 第二类无线传感器网络应用实例 49 2.4.1 家居控制 50 2.4.2 建筑自动化 51 2.4.3 工业自动化 54 2.4.4 医学应用 55 2.5 第一类无线传感器网络应用举例 56 2.5.1 传感器和机器人 57 2.5.2 可重构传感器网络 59 2.5.3 高速公路监控 60 2.5.4 军事应用 61 2.5.5 土木与环境工程应用 63 2.5.6 火灾仪表 64 2.5.7 环境监测 64 2.5.8 纳米传感器的应用 64 2.6 WSN技术的另一个分类 65 2.7 小结 66 参考文献 67 第3章 基础无线传感器技术 72 3.1 引言 72 3.2 传感器节点技术 72 3.2.1 概述 72 3.2.2 硬件和软件 75 3.3 传感器的分类 78 3.4 无线节点的工作环境 80 3.5 无线节点的发展趋势 82 3.6 小结 85 参考文献 85 第4章 无线传输技术与系统 87 4.1 简介 87 4.2 无线电技术 87 4.2.1 传播与传播损耗 88 4.2.2 调制 93 4.3 可用的无线技术 95 4.3.1 校园网应用 101 4.3.2 城域网/广域网应用 110 4.4 小结 119 参考文献 125 第5章 无线传感器网络介质访问控制协议 129 5.1 简介 129 5.2 背景 130 5.3 介质访问控制协议的基础 131 5.3.1 性能要求 131 5.3.2 通用协议 134 5.4 无线传感器网络介质访问控制协议 142 5.4.1 基于调度的协议 143 5.4.2 随机接入协议 146 5.5 传感器介质访问控制案例 148 5.5.1 协议概况 148 5.5.2 周期性侦听和睡眠操作 149 5.5.3 调度表选择与维护 149 5.5.4 维持同步 150 5.5.5 自适应监听 151 5.5.6 访问控制和数据交换 151 5.5.7 消息传递 152 5.6 IEEE 802.15.4 LR-WPANs服务标准案例研究 153 5.6.1 物理层 155 5.6.2 MAC层 156 5.7 小结 167 参考文献 168 第6章 无线传感器网络路由协议 173 6.1 引言 173 6.2 背景 174 6.3 数据分发与采集 174 6.4 无线传感器网络路由挑战与设计问题 175 6.4.1 网络规模与时变特性 176 6.4.2 资源限制 176 6.4.3 传感器应用数据模型 176 6.5 无线传感器网络路由策略 177 6.5.1 无线传感器网络路由技术 178 6.5.2 洪泛机制及其变形 178 6.5.3 SPIN协议 180 6.5.4 LEACH协议 184 6.5.5 PEGASIS协议 187 6.5.6 定向扩散协议 189 6.5.7 基于地理位置的路由协议 192 6.6 小结 198 参考文献 198 第7章 无线传感器网络传输控制协议 202 7.1 传统的传输控制协议 202 7.1.1 TCP（RFC 793） 204 7.1.2 UDP（RFC 768） 205 7.1.3 移动IP 205 7.1.4 在无线传感器网络中使用TCP或UDP的可行性 206 7.2 传输协议的设计问题 207 7.3 现有的传输控制协议的实例 209 7.3.1 CODA（拥塞检测和避免） 209 7.3.2 ESRT（事件下沉可靠传输） 210 7.3.3 RMST（可靠的多段传输） 210 7.3.4 PSFQ（慢存入，快取出） 210 7.3.5 GARUDA（揭路荼） 211 7.3.6 ATP（自组织网络的传输协议） 211 7.3.7 传输控制协议的问题 212 7.4 传输控制协议的性能 212 7.4.1 拥塞 212 7.4.2 丢包恢复 214 7.5 小结 215 参考文献 215 第8章 无线传感器网络中间件 217 8.1 简介 217 8.2 无线传感器网络中间件工作的原理 217 8.3 中间件的结构 219 8.3.1 与数据相关的函数 220 8.3.2 结构 223 8.4 现有的中间件 224 8.4.1 MiLAN（连接应用和网络的中间件） 224 8.4.2 IrisNet（互联网规模资源密集型传感器网络服务） 225 8.4.3 AMF（自适应中间件框架） 225 8.4.4 DSWare（数据服务中间件） 226 8.4.5 CLMF（基于簇的轻量级中间件框架） 226 8.4.6 MSM（监控中间件服务） 226 8.4.7 Em*（一种开发和部署无线传感器网络的软件环境） 227 8.4.8 Impala（针对自动化的并行传感系统的中间件） 227 8.4.9 Dfuse（一种分布式数据融合框架） 227 8.4.10 DDS（设备数据库系统） 228 8.4.11 传感器件 228 8.5 小结 229 参考文献 229 第9章 无线传感器网络的管理 233 9.1 概述 233 9.2 网络管理需求 233 9.3 传统的网络管理模型 234 9.3.1 简单的网络管理协议 234 9.3.2 电信运营图 235 9.4 网络管理的设计问题 235 9.5 管理架构示例：MANNA 237 9.6 与网络管理相关的其他问题 239 9.6.1 命名 239 9.6.2 定位 240 9.7 小结 241 参考文献 241 第10章 无线传感器网络操作系统 244 10.1 概述 244 10.2 操作系统的设计问题 245 10.3 操作系统实例 247 10.3.1 TinyOS 247 10.3.2 Mate 248 10.3.3 MagnetOS 248 10.3.4 MANTIS 249 10.3.5 OSPM 249 10.3.6 EYESOS 250 10.3.7 SenOS 250 10.3.8 EMERALDS 251 10.3.9 PicOS 251 10.4 小结 251 参考文献 252 第11章 性能和流量管理 254 11.1 简介 254 11.2 背景 254 11.3 无线传感器网络的网络协议 256 11.3.1 MAC协议 256 11.3.2 路由协议 257 11.3.3 传输协议 258 11.4 无线传感器网络的性能建模 258 11.4.1 性能指标 259 11.4.2 基本模型 259 11.4.3 网络模型 263 11.5 案例研究：系统生命周期的简单计算 265 11.5.1 分析 266 11.5.2 讨论 268 11.6 小结 270 参考文献 270