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第一章 绪论1

1.1 无线传感器网络概述2

1.1.1 无线传感器网络发展历程2

1.1.2 无线传感器网络的基本概念5

1.1.3 无线传感器网络的结构与特点6

1.1.4 无线传感器网络的属性分类8

1.2 无线传感器网络系统所涉及的关键技术10

1.2.1 MAC（Media Access Control）协议和路由协议10

1.2.2 能量管理机制和QoS保证技术12

1.2.3 数据融合技术13

1.2.4 节点定位技术14

1.2.5 数据管理14

1.2.6 网络安全15

1.2.7 无线通信技术15

1.2.8 嵌入式操作系统15

1.3 相关研究领域16

1.3.1 无线个域网·802.15.4·UWB·Zigbee16

1.3.2 Ad-hoc网络18

1.3.3 普适计算（泛在计算）·智能空间19

参考文献21

第二章 无线传感器网络24

2.1 无线传感器网络主要研究内容24

2.1.1 节点硬件和操作系统研究24

2.1.2 网络的拓扑结构及各层通信协议栈研究25

2.1.3 无线传感器网络的纵向管理平面研究26

2.1.4 无线传感器网络的应用研究26

2.1.5 开发工具和环境27

2.2 无线传感器网络类型划分28

2.2.1 从数据处理角度对网络进行区分28

2.2.2 从任务角度对网络进行区分29

2.2.3 从节点移动性的角度对网络进行区分30

2.3 无线传感器网络基本结构形式30

2.3.1 基本结构30

2.3.2 节点同一性原则32

2.3.3 同传统网络的区别33

2.4 无线传感器网络协议与软件环境设计原则34

2.4.1 协议设计的基本原则34

2.4.2 节点软件设计应注意的问题35

2.5 无线传感器网络QoS（Quality of Service）问题36

2.5.1 传统网络的QoS保障技术36

2.5.2 Ad Hoc网络的QoS保障技术37

2.5.3 无线传感器网络的QoS保障技术42

2.5.4 无线传感器网络QoS问题分析45

2.5.5 无线传感器网络主动QoS机制46

2.6 无线传感器网络主要性能评价指标49

参考文献50

第三章 路由协议与成簇算法52

3.1 无线传感器网络路由协议52

3.1.1 路由协议设计的特点与要求52

3.1.2 无线传感器网络路由协议的分类53

3.1.3 路由协议的性能指标54

3.2 分簇路由技术55

3.3 成簇协议研究的进展57

3.3.1 LEACH系列算法57

3.3.2 均衡性的改进61

3.3.3 异构63

3.3.4 覆盖模型的影响66

3.3.5 数据发布模型的影响67

3.3.6 移动性的影响68

3.4 各算法的比较分析69

3.4.1 算法的内在性质70

3.4.2 对节点的要求70

3.4.3 算法的应用场景71

3.4.4 算法的效果72

3.5 各种成簇算法在应用过程中面临的主要问题73

3.5.1 实验模拟与计算模型的局限性73

3.5.2 初始参数与二次部署73

3.5.3 簇首轮转方案的改进74

参考文献74

第四章 无线传感器网络MAC层技术与协议79

4.1 无线传感器网络MAC协议概述79

4.1.1 设计原则79

4.1.2 无线传感器网络MAC协议分类80

4.2 现有MAC协议分析82

4.2.1 基于竞争的MAC协议83

4.2.2 基于调度的MAC协议88

4.2.3 混合MAC协议93

4.2.4 跨层MAC协议95

4.2.5 其它MAC协议及相关研究工作98

4.3 基于休眠调度的介质访问控制101

4.3.1 无线传感器网络休眠调度101

4.3.2 现有协议及不足103

4.3.3 能量消耗与传输延时之间的矛盾104

4.4 LP-MAC协议设计105

4.4.1 流量模型和梯型调度105

4.4.2 数据分组传输和冲突避免108

4.4.3 临时唤醒机制110

4.4.4 延迟分析111

参考文献114

第五章 无线传感器网络节点定位技术121

5.1 无线传感器网络定位技术121

5.1.1 概述121

5.1.2 无线传感器网络定位技术研究现状123

5.1.3 定位算法分类126

5.2 典型无线传感器网络节点定位方法127

5.2.1 基于测距技术的定位方法128

5.2.2 无须测距定位方法134

5.2.3 算法分析与比较138

5.3 定位算法的评价标准140

5.4 定位技术目前存在的主要问题143

参考文献145

第六章 无线传感器网络节点覆盖技术150

6.1 无线传感器网络节点节能覆盖技术的研究现状150

6.2 无线传感器网络的简单覆盖模型153

6.3 无线传感器网络覆盖问题的分类155

6.3.1 按覆盖区域分类155

6.3.2 按目标特性分类157

6.4 评价无线传感器网络覆盖控制算法的主要指标158

6.5 Node Self-Scheduling覆盖控制算法160

6.5.1 基本原理与实现方法161

6.5.2 冗余节点的判断161

6.5.3 盲点的判断与消除163

6.6 质心节能覆盖和节能覆盖节点集方案164

6.6.1 覆盖与定位164

6.6.2 无线传感器网络节能覆盖和质心覆盖法164

6.6.3 选择覆盖网络传感器节点集的方法166

参考文献167

第七章 煤矿安全监控系统169

7.1 系统分析与系统总体方案170

7.1.1 煤矿瓦斯浓度监测系统170

7.1.2 矿工定位系统171

7.1.3 系统总体方案171

7.2 系统中无线网络的通信协议173

7.2.1 无线传感器网络常用的通信协议173

7.2.2 ZigBee技术及其特点175

7.2.3 ZigBee协议栈和支持的拓扑结构177

7.3 煤矿安全监控系统的架构182

7.3.1 系统的总体架构182

7.3.2 系统各组成部分的功能183

7.3.3 系统中无线网络和无线网络的连接183

7.4 系统设计方案184

7.4.1 传感器节点的硬件设计184

7.4.2 系统软件设计192

7.5 煤矿井下人员定位201

7.5.1 煤矿井下人员定位系统软件设计思路202

7.5.2 煤矿井下定位算法的选择与改进204

7.5.3 定位算法误差分析209

7.6 灾害信息的特征分析211

7.6.1 时域特征分析211

7.6.2 频域特征分析212

7.7 监控界面开发与性能测试213

7.7.1 上位机监控界面软件开发213

7.7.2 系统调试217

参考文献222