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无线传感器网络军事应用 PDF下载

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内容简介

无线传感器网络,已发展成为影响未来人类生活的重大新兴技术之一。本书立足军事应用需求和信息技术推动,结合无线传感器网络的**发展现状和技术趋势,成体系地对无线传感器网络的军事应用进行了分析和介绍,构建了无线传感器网络军事应用体系架构和技术架构,提出了无线传感器网络军事应用的关键技术,给出了多个军事领域的应用实例,初步形成了无线传感器网络军事应用理论体系。

全书共9章,重点描述了无线传感器网络军事应用的概念、内涵、现状、趋势、需求、模式、架构、技术、实例和展望等内容,是作者结合多年来无线传感器网络领域理论研究基础和实际工程经验,持续跟踪国内外无线传感器网络的应用发展,深入分析研究而形成的成果。

本书可以作为从事无线传感器网络军事应用领域工作相关人员、高等院校相关专业本科生和研究生的参考书籍,也可以作为广大国防信息化爱好者的普及读物。

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目录

第1章 绪论 1
1.1 无线传感器网络的概念内涵 2
1.1.1 无线传感器网络的概念 2
1.1.2 无线传感器网络特征 3
1.1.3 无线传感器网络体系架构 4
1.1.4 无线传感器网络关键技术 7
1.2 无线传感器网络军事应用现状 10
1.2.1 国外应用现状 11
1.2.2 国内应用现状 14
1.2.3 应用现状总结 15
1.3 无线传感器网络军事应用的趋势 17
第2章 无线传感器网络军事应用理论 21
2.1 无线传感器网络军事应用需求 22
2.1.1 战场感知领域应用需求 24
2.1.2 武器装备领域应用需求 26
2.1.3 后勤保障领域应用需求 28
2.2 无线传感器网络军事应用模式 29
2.2.1 情报侦察应用模式 31
2.2.2 自主反应模式 32
2.2.3 传感器网络战模式 35
2.3 无线传感器网络军事应用体系架构 36
2.3.1 传感器节点架构 36
2.3.2 网络架构 38
2.3.3 协议栈架构 42
2.3.4 体系架构的设计准则 43
2.4 无线传感器网络军事应用技术架构 44
第3章 无线传感器网络物理感知技术 49
3.1 概述 50
3.1.1 传感器定义 50
3.1.2 传感器分类 50
3.1.3 传感器特性 54
3.1.4 传感器校准 62
3.1.5 传感器发展趋势 63
3.2 传统传感器技术 65
3.2.1 电阻式传感器技术 66
3.2.2 电容式传感器技术 67
3.2.3 磁电式传感器技术 69
3.2.4 热电式传感器技术 70
3.2.5 谐振式传感器技术 70
3.2.6 气敏式传感器技术 71
3.3 新型传感器技术 71
3.3.1 MEMS传感器技术 72
3.3.2 数字传感器技术 73
3.3.3 集成传感器技术 74
3.3.4 多功能传感器技术 75
3.3.5 模糊传感器技术 77
3.3.6 网络传感器技术 79
3.3.7 模型传感器技术 81
3.3.8 智能传感器技术 83
3.3.9 图像传感器技术 86
3.4 军用传感器技术 88
3.4.1 军用传感器的作用和要求 88
3.4.2 典型军用传感器 91
3.4.3 军用传感器关键技术 93
3.4.4 军用传感器应用情况 94
第4章 无线传感器网络通信传输技术 97
4.1 概述 98
4.2 数据链路协议 98
4.2.1 MAC协议的特点及分类 98
4.2.2 竞争型MAC协议 101
4.2.3 分配型MAC协议 111
4.2.4 混合型MAC协议 118
4.3 网络协议 124
4.3.1 路由协议特点及分类 124
4.3.2 以数据为中心的路由协议 127
4.3.3 分层路由协议 131
4.3.4 地理位置信息路由协议 134
4.3.5 基于服务质量的路由协议 137
4.4 传输协议 140
4.4.1 传输协议的特点及分类 140
4.4.2 拥塞控制协议 141
4.4.3 可靠传输协议 144
4.4.4 混合协议 146
第5章 无线传感器网络应用支撑技术 149
5.1 数据融合技术 150
5.1.1 数据融合的定义 150
5.1.2 数据融合的作用 150
5.1.3 数据融合的分类 151
5.1.4 数据融合的架构 155
5.1.5 数据融合的方法 158
5.2 协同监控技术 166
5.2.1 无线唤醒技术 166
5.2.2 联动探测技术 179
5.2.3 协同调度技术 190
5.2.4 目标跟踪技术 199
5.3 编码传输技术 211
5.3.1 编码传输技术的基本概念 211
5.3.2 分布式编码基础理论 214
5.3.3 分布式编码实现技术 216
5.4 大数据技术 239
5.4.1 大数据的基本概念 239
5.4.2 大数据处理框架 240
5.4.3 大数据关键技术 244
第6章 无线传感器网络管理技术 251
6.1 拓扑控制技术 252
6.1.1 拓扑控制特点及分类 252
6.1.2 功率型拓扑控制 253
6.1.3 层次型拓扑控制 257
6.1.4 启发式拓扑控制 261
6.1.5 混合型拓扑控制 264
6.2 时间同步技术 266
6.2.1 时间同步技术的特点及分类 267
6.2.2 接收者—接收者时间同步算法 269
6.2.3 发送者—接收者双向时间同步算法 272
6.2.4 发送者—接收者单向时间同步算法 274
6.3 节点定位技术 275
6.3.1 节点定位特点及分类 275
6.3.2 基于距离的定位算法 277
6.3.3 距离无关的定位算法 281
6.4 管理控制技术 285
6.4.1 管控技术的特点及分类 286
6.4.2 网络管控技术 287
6.4.3 节点能耗管控技术 290
6.4.4 探测行为管控技术 292
第7章 无线传感器网络安全技术 297
7.1 概述 298
7.1.1 安全需求与内容 298
7.1.2 安全面临的挑战 300
7.2 安全威胁分析 301
7.2.1 物理层安全威胁 301
7.2.2 链路层安全威胁 302
7.2.3 网络层安全威胁 303
7.2.4 传输层安全威胁 304
7.3 典型安全技术分析 305
7.3.1 安全框架 305
7.3.2 加密技术 308
7.3.3 密钥管理 312
7.3.4 安全服务 314
7.3.5 入侵检测技术 318
第8章 无线传感器网络军事应用实例 323
8.1 慨述 324
8.2 战场态势感知应用实例 325
8.2.1 智能微尘 326
8.2.2 灵巧传感器网络 330
8.3 目标定位跟踪应用实例 332
8.3.1 枪声定位系统 335
8.3.2 战场目标定位跟踪系统 340
8.4 单兵系统应用实例 343
8.4.1 单兵作战系统 344
8.4.2 单兵生命体征监测系统 347
8.5 其他领域应用实例 352
8.5.1 智能武器 352
8.5.2 军事训练 356
8.5.3 目标毁伤效果评估 359
8.6 重要目标防护开发实例 361
8.6.1 应用背景 361
8.6.2 无线传感器网络的节点设计 362
8.6.3 重要目标防护原型系统 370
第9章 建议与展望 381
9.1 无线传感器网络军事应用的建议 382
9.2 无线传感器网络军事应用展望 385
9.3 无线传感器网络军事应用的问题 387
附录A 缩略语对照表 391
参考文献 397

前沿

前言
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多个国家的高度重视,现已发展成为当前国际上备受关注的、多学科交叉的一个前沿研究热点。特别是在军事领域,无线传感器网络可在恶劣环境下近距离隐蔽式实现战场感知,为信息化战争带来新的电子眼和电子耳,正成为信息化战场的宠儿。本书立足军事应用需求,结合无线传感器网络**研究现状和技术发展趋势,系统、全面地对无线传感器网络的概念内涵、军事应用理论、关键技术以及典型军事应用实例进行详细阐述,初步形成了无线传感器网络军事应用理论体系,以推动无线传感器网络军事应用向更高层面、更广领域纵深发展做出应用的贡献。全书共分为9章,具体安排如下。
第1章为绪论,讨论了无线传感器网络的概念内涵,简要描述了无线传感器网络的特征、体系架构和关键技术;分析了无线传感器网络军事应用现状,介绍了近年来世界军事强国实施的典型军事应用项目,总结了目前无线传感器网络军事应用所呈现的特点;并结合应用现状,阐述了无线传感器网络军事应用的趋势。
第2章为无线传感器网络军事应用理论。该章全面梳理和分析了无线传感器网络在战场感知、武器装备和后勤保障等领域的军事应用需求;研究提出了无线传感器网络情报侦察模式、自主反应模式和传感器网络战模式;从传感器节点架构、网络架构、协议栈架构以及体系架构设计准则四个方面,阐述了无线传感器网络军事应用体系架构;*后,结合技术发展和技术实现,提出了无线传感器网络军事应用技术架构。
第3章为无线传感器网络物理感知技术,重点介绍了传感器的分类、特性和校准等;同时,以传统传感器技术和新型传感器技术为典型,系统地介绍了各类传感器的工作原理、特点、性能和应用状况等;并结合军事应用的特点,详细介绍了军用传感器的作用、典型军用传感器的性能、军用传感器关键技术以及军用传感器的应用情况。
第4章为无线传感器网络通信传输技术,其以数据链路层、网络层和传输层协议为核心,结合军事应用特点,系统地分析了无线传感器网络通信传输技术。在数据链路层,重点介绍了竞争型、分配型和混合型MAC协议;在网络层,重点介绍了以数据为中心、地理位置信息、基于服务质量以及分层路由协议;在传输层,重点介绍了拥塞控制、可靠传输以及混合传输协议。
第5章为无线传感器网络应用支撑技术。该章结合无线传感器网络应用驱动性的特点,全面分析了数据融合、协同监控、编码传输和大数据等无线传感器网络应用支撑技术,系统地介绍了数据融合架构和实现方法,设计了无线唤醒、联动探测、协同调度和目标跟踪等协同监控机制,提出了分布式编码框架和实现方案,分析了大数据处理框架和关键技术。
第6章为无线传感器网络管理技术,重点介绍了无线传感器网络走向实用化的关键技术——拓扑控制、时间同步、节点定位和管控等网络管理技术,为网络拓扑有效性构建、节点时钟一致性、节点和目标精确定位以及网络高效管控提供了解决方案和方法。
第7章为无线传感器网络安全技术,阐述了无线传感器网络安全需求与面临的挑战;深入研究和总结了无线传感器网络军事应用中物理层、链路层、网络层和传输层所面临的安全威胁;针对各类安全威胁,设计了无线传感器网络安全框架,并结合军事应用提出加密技术、钥匙管理、安全服务和入侵检测等安全技术,以保证军事应用中数据的采集和传输,及至节点物理分布的安全和保密。
第8章为无线传感器网络军事应用实例,包括战场态势感知、目标定位跟踪、单兵系统、目标防护等多个具体军事领域的典型军事应用案例,研究分析了在各领域无线传感器网络军事应用的机理、流程和方法,提出了未来应用思路和模式,并以重要目标防护作为具体开发实例,详细阐述了无线传感器网络军事应用工程化思路、方法和过程。
第9章为建议和展望,从宏观战略和技术发展两个层面对无线传感器网络军事应用提出发展建议;同时,结合技术发展趋势和美军**的应用探索,对未来无线传感器网络军事应用进行了展望;并从未来技术实现与应用角度,分析和总结了无线传感器网络在军事领域应用中亟需重点关注的问题。
本书由中国电子科技集团公司第二十八研究所多位长期从事国防信息建设和无线传感器网络军事应用研究的科技人员主笔完成。在全书编写过程中,贲伟、秦晅、许建、刘超、王辉、李毅、李伟超、任志宏和张铭等同志提供了多年的科研成果作为参考并拟制相关内容,协助绘制了大量精美图片,以及对书稿进行了认真校阅,提出了许多宝贵意见和建议。在此,向所有为本书的写作和出版做出贡献的领导、专家和同志表示*衷心的感谢!
在编写过程中,作者参阅了大量详实的文献资料,同时融入了多年在军事信息化建设方面的理论积累和实践经验,但是由于无线传感器网络军事应用尚处于探索和发展阶段,同时受时间、作者水平所限,书中难免会存在不足和纰漏之处,敬请广大读者朋友批评斧正。

作 者
2015年1月

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