RFID与传感器网络
2012-7
机械工业出版社
（挪）张彦 等编著，谢志军 等译
490
660000
无
传感器技术、微机电系统、微电子技术和无线通信等技术的进步，推动了无线传感器网络与RFID的产生和发展。
本书为读者提供了一个综合的技术指导，全书分为三大部分，第1部分介绍RFID的基本原理，例如，标签、阅读器、中间件、安全和服务。第2部分介绍WSN的基本原理，例如，路由、媒介访问控制、定位、聚类、移动性、安全和跨层最优化。第3部分探究将RFID与WSN集成的规则和应用。
本书可作为通信、计算机类专业的高年级本科生和研究生教材，也可供相关专业的科学研究工作者和工程技术人员参考。
作者：（挪威）张彦 （加拿大）杨（Laurence T.Yang） 陈积明 译者：谢志军 等
译者序
原书前言
第1部分RFID
第1章 RIFID的媒体访问控制协议
1.1概述
1.2 RFID系统MAC协议的预备知识
1.3标签碰撞
1.3.1确定性的防碰撞机制
1.3.2概率性的防碰撞机制
1.3.3讨论
1.4阅读器碰撞
1.5前景展望
参考文献
第2章 RFID的防碰撞算法
2.1概述
2.2 RFID系统的阅读器碰撞问题
2.3阅读器防碰撞协议
2.3.1’FDMA协议
2.3.1.1 DCS算法
2.3.1.2 Colorwave算法
2.3.2 FDMA协议
2.3.2.1 HiQ协议
2.3.2.2 EPCglobal Gen 2协议
2.3.3 CSMA协议
2.4标签防碰撞协议
2.4.1基于ALOHA的协议
2.4.1.1ALOHA协议
2.4.1.2时隙ALOHA协议
2.4.1.3帧时隙ALOHA协议
2.4.1.4 ISO／IEC 18000-6A协议
2.4.2基于树的协议
2.4.2.1查询树协议
2.4.2.2逐位二进制树协议
2.4.2.3 EPCglobal Class 0
2.4.2.4 TSA协议
2.4.2.5 BSQTA和BSCTTA协议
2.4.2.6 AQS协议
2.4.3基于计数器的协议
2.4.3.1 ISO／IEC 18000-6B协议
2.4.3.2.ABS协议
2.5结论
2.5.1阅读器防碰撞协议的总结和新的研究方向
2.5.2标签防碰撞协议的总结与新的研究方向
参考文献
第3章 用于RFID的低功耗转发器
3.1概述
3.2关于最新的RFID实现的调查
3.3 RFID系统需求
3.3.1电磁传播基础和标签能量消耗
3.3.2制造过程
3.3.3空中接口标准
3.4模拟前端和天线设计讨论
3.4.1天线特性
3.4.2射频整流器
3.4.3电压升压器
3.4.4设备安全保护
3.4.5电压校准
3.4.6 ASK解调器
3.4.7时钟发生器
3.4.8反向散射发送器
3.5数字基带处理器
3.5.1低功耗标准单元设计
3.5.2基带处理器创建模块
3.5.2.1：ISO 18000-6B协议实现的方案
3.5.2.2：ISO 18000-6C实现的方案
3.5.3集成感知设备
3.6开放性问题
3.7结论
参考文献
第4章 RFID的EPC Gen-2标准
4.1概述
4.1.1 EPC Gen-2背景
4.1.1.1 Gen-2标准的目标和需求
4.1.1.2 EPC编码系统的目标和需要
4.1.2 Gen-2通常使用的特性的概述
4.2物理层通信特性
4.2.1数据速率
4.2.2调制类型
4.2.3数据编码
4.2.4信息报头
4.2.4.1阅读器向标签的报头
4.2.4.2标签向阅读器的报头
4.3标签的状态机
4.3.1不同标签状态的概述
4.3.1.1准备状态
4.3.1.2仲裁状态
4.3.1.3回复状态
4.3.1.4确认状态
4.3.1.5开放状态
4.3.1.6安全状态
4.3.1.7死亡状态
4.3.2查询过程期间通过有限状态机移动的概述
4.3.3在一个访问命令期间，通过标签状态机移动的概述
4.4标签查询特性
4.4.1查询命令概述
4.4.1.1查询
4.4.1.2查询重复
4.4.1.3查询调节命令
4.4.1.4选择
4.4.2会话的使用
4.4.3选择命令的特性
4.4.4查询命令的特性
4.4.5查询重复命令的特性
4.4.6查询调节命令的特性
4.5标签单一化
4.5.1 EPC Gen-2标签数据编码分类
4.5.2选择单个标签
4.5.3选择一组标签
4.5.4选择全部的标签
4.6权衡
4.6.1查询货盘上包含一种类型产品的标签
4.6.2访问货盘上包含一种类型产品的标签
4.6.3查询货盘上包含一个单一生产商多种类型的产品的标签
4.6.4访问货盘上包含单一生产商多个产品类型的标签
4.6.5查询货盘上包含多个生产商的多个类型产品的标签
4.6.6访问一个货盘包含的多个生产商的多个类型产品的标签
4.7开放问题
4.8结论和未来研究方向
参考文献
第5章 RFID的认证和隐私
5.1概述
5.2重要的RFID认证和隐私协议
5.2.1标签死亡协议
5.2.2密码协议
5.3 RFID隐私保护设备
5.3.1法拉第笼
5.3.2有源干扰设备
5.3.3拦截器标签
5.4基于hash函数的RFID协议
5.4.1 hash锁：原始的基于hash函数的方法
5.4.2基于树的方法
5.4.3 hash树：一种动态的密钥更新方法
5.5其他的RFID认证和隐私保护协议
5.5.1极简的加密
5.5.2 RFID保护：为被动RFID标签设计的认证和隐私保护协议
5.6结。论
参考文献
第6章 RFID的安全问题
6.1概述
6.2基本定义和参考场景
6.3领域的当前状态
6.3.1原始密码问题概述
6.3.2密码协议问题概述
6.3.3 RFID安全的一些重要的密码协议
6.3.4测量密码图协议的轻量级特性
6.4新的非确定性加密图协议
6.4.1第一个非确定性协议
6.4.2第二个非确定性协议
6.4.3非确定性协议的简要分析
6.5 RFlD安全的开放性问题
6.5.1 RFID系统的物理安全
6.5.2原始密码和加密协议
6.5.3后台系统
6.5.4法律问题
6.5.5一般的RFID安全问题
6.6结论
参考文献
第7章 RFID的部署：供应链案例研究
7.1概述
7.2第一阶段：商业环境
7.2.1商业环境：激励环境
7.2.1.1检查决策行为
7.2.1.2工作案例研究：全国性的供应链
7.2.2商业环境：商业案例
7.2.2.1工作案例研究：全国性供应链
7.2.3商业环境：阶段的过渡动机
7.2.3.1工作案例研究：全国性供应链
7.3第二阶段：基础设施环境：制造商到零售商
7.3.1使用案例环境
7.3.1.1使用案例
7.3.1.2现场评估
7.3.1.3使用案例环境：步骤转换动机
7.3.2 RFID设备环境
7.3.2.1标准设备
7.3.2.2阅读器配置
7.3.2.3 RFID设备：步骤转换动机
7.3.3设计环境
7.3.3.1设计
7.3.3.2文档
7.3.3.3设计：步骤转换动机
7.3.4基础设施环境：阶段转换动机
7.3.4.1工作案例研究：全国性的供应链
7.4第三阶段：部署环境：工厂到陈列室
7.4.1原型测试环境
7.4.1.1使用案例
7.4.1.2原型测试环境：步骤转换动机
7.4.2试验环境
7.4.2.1使用案例
7.4.2.2试验环境：步骤转换动机
7.4.3部署环境：阶段转换动机
7.4.3.1工作案例研究：全国性的供应链
7.5结论
参考文献
第2部分WSN
第8章 无线传感器网络中的地理位置路由
8.1介绍
8.2地理位置路由的原理
8.2.1简介
8.2.2地理位置路由操作
8.3地理位置单播路由
8.3.1贪心方案
8.3.2周边方案
8.3.3处理真实情景
8.4地理位置多播路由
8.4.1从单播到多播
8.4.2多播贪心路由
8.4.3多播周边路由
8.5信标减地理位置路由
8.5.1动机
8.5.2非协作方式
8.5.3协作的方式
8.5.4处理空洞
8.5.5处理实际场景
8.6总结和讨论
参考文献
第9章 无线传感器网络中的媒体访问控制协议
9.1简介
9.2无线传感器网络
9.2.1无线传感器网络特性
9.2.2传感器节点的功耗
9.2.3通信模式
9.3无线MAC协议的概念和基本原理
9.3.1无线MAC协议的需求和设计条件
9.3.2无线MAC协议的分类
9.4无线传感器网络的介质访问
9.4.1在无线传感器网络中的能源资源消耗
9.4.2无线传感器MAC设计需求和权衡
9.5无线传感器网络MAC协议的分类
9.5.1非预定的MAC协议
9.5.1.1多通道的MAC协议
9.5.1.2面向应用的MAC协议
9.5.1.3多路径数据传输MAC协议
9.5.1.4基于汇合的MAC协议
9.5.1.5基于前同步码的MAC协议
9.5.2预定的MAC协议
9.5.2.1基于竞争的分时隙MAC协议
9.5.2.2基于时分的MAC协议
9.5.2.3基于预定的MAC协议
9.5.2.4基于优先权的MAC协议
9.5.3混合MAC协议
9.5.3.1基于前置的混合MAC协议
9.5.3.2基于预定的混合协议
9.5.3.3传输敏感协议
9.5.3.4基于簇的MAC协议
9.5.4特定服务质量的MAC协议
9.5.4.1传感器网络的QoS控制
9.5.4.2无线传感器网络协议的一种能量高效的QoS保证MAC协议
9.5.5跨层的MAC协议
9.5.5.1MAC+PHY
9.5.5.2 MAC+网络
9.5.5.3网络+PHY
9.5.5.4传输+PHY
9.5.5.5三层解决方案
9.6IEEE802.15.4／ZigBee MAC协议
9.6.1 IEEE 802.15.4／ZigBee协议栈架构
9.6.2 ZigBee网络架构
9.6.3超帧结构
9.6.4数据传输
9.6.5蓝牙
9.7开放的研究方向
9.8结论。
参考文献
第10章 无线传感器网络的定位技术
10.1概述
10.2理论基础
10.2.1距离测量
10.2.2三边测量
10.2.3三角测量
10.2.4网络定位理论：定位和固定理论
10.3基于距离的定位方法
10.3.1单跳锚方法
10.3.2多跳锚方法
10.3.2.1迭代和协作多点监视
10.3.2.2扫描法
10.3.2.3多维排列
10.3.3移动锚应用法
10.3.4无锚节点法
10.4无须测距的定位方法
10.4.1基于跳数的方法
10.4.1.1基于距离向量的定位
10.4.1.2其他改进
10.4.2基于区域的方法
10.5总结
参考文献
第1l章 无线传感器网络中的数据聚合技术
11.1概述
11.2无线传感器网络概述
11.3数据聚合
11.3.1基于树的数据聚合协议
11.3.2基于分簇的数据聚合协议
11.3.3基于多路径的数据聚合协议
11.4安全的数据聚合
11.4.1在普通的数据上的安全数据聚合
11.4.2对加密数据的安全数据聚合
11.5开发性的研究问题和未来研究方向
11.6总结
参考文献
第12章 无线传感器网络中的分簇技术
12.1概述_，
12.1.1无线传感器网络中分簇设计的主要目的和挑战
12.2分簇算法分类
12.2.1分簇参数
12.2.2分类簇集协议
12.3概率分簇方法
12.3.1广泛的概率分簇协议
12.3.1.1低能量的自适应分簇层次
12.3.1.2节能高效的层次分簇
12.3.1.3混合节能高效的分布式簇集
12.3.2扩展和其他类似的方法
12.4非概率的分簇方法
12.4.1邻近节点和基于图的分簇协议
12.4.2基于权的簇协议
12.4.3生物激活分簇方法
12.5反应网络的分簇算法
12.6结论
参考文献
第13章 无线传感器网络中能量有效的感知行为
13.1概述
13.2节能模式回顾
13.2.1硬件能量管理
13.2.1.1动态电压缩放比
13.2.1.2能量资源管理
13.2.2能量有效的无线通信
13.2.2.1基于竞争的MAC
13.2.2.2基于TDMA的MAC
13.2.3能量有效的感知
13.2.3.1自适应的感知负载周期
13.2.3.2协调／合作感知
13.3交替感知模式
13.4性能分析
13.5网络充分覆盖范围
13.5.1理论结果
13.5.2模拟结果
13.6尚未解决的问题和争议
13.7总结和对未来工作的展望
参考文献
第14章 无线传感器网络的移动性
14.1概述
14.2传感器移动性
14.2.1非受控移动性
14.2.2受控移动
14.2.3移动控制策略
14.3 Sink节点的移动
14.3.1为什么要移动Sink节点
14.3.1.1稀疏网络的数据聚集
14.3.1.2负载均衡
14.3.1.3缩短通信路径
14.3.2随机移动
14.3.3可预知移动
14.3.4受控移动
14.3.5自适应移动
14.4虚拟移动
14.5传感器或者Sink节点移动的结果
14.5.1对于节点移动的MAC层解决方案
14.5.2路由和移动性
14.6开放性问题
14.7结论
参考文献
第15章 无线传感器网络安全技术
15.1概述
15.1.1安全目标
15.1.2挑战
15.1.3密钥管理
15.1.4安全路由
15.2预备知识
15.2.1椭圆曲线
15.2.2椭圆曲线群和分离对数问题
15.2.3双线性配对
15.2.4 Diffie-Hellman问题
15.3攻击类型
15.3.1被动攻击
15.3.2主动攻击
15.3.3拒绝服务攻击
15.3.4虫孔攻击
15.3.5洪泛攻击
15.3.6伪装攻击
15.3.7重放攻击
15.3.8信息操纵攻击
15.3.9延迟攻击
15.3.10 Sybil攻击
15.4反抗手段
15.4.1密钥建立和管理
15.4.1.1单一广阔网络密钥、对偶密钥建立、受信任基站和认证
15.4.1.2公钥模式
15.4.1.3路由驱动椭圆曲线基于加密的密钥管理模式
15.4.1.4基于身份和配对的安全的密钥管理模式
15.4.2匿名通信
15.4.2.1分层的匿名通信协议
15.4.2.2在匿名传感器网络中寻找路由
15.4.3入侵检测
15.4.3.1使用情感蚂蚁的传感器网络上的入侵检测
15.4.3.2在无线传感器网络中应用入侵检测系统
15.5总结一
参考文献
第16章 无线传感器网络中的网络管理技术
16.1概述
16.2 wSN管理的设计目标
16.2.1可扩展性
16.2.2有限的能量消耗
16.2.3内存和处理限制
16.2.4有限的带宽消耗
16.2.5网络动态适应性
16.2.6容错性
16.2.7网络应答
16.2.8设备代价
16.3管理规模
16.3.1管理功能
16.3.1.1自管理
16.3.1.2自配置
16.3.1.3自愈
16.3.1.4自计费
16.3.1.5自安全
16.3.1.6自优化
16.3.2管理层
16.3.2.1任务层
16.3.2.2服务
16.3.2.3网络
16.3.2.4网络元素管理
16.3.2.5元素层管理
16.4设计管理结构的其他方案
16.4.1基于策略的方法
16.4.2代表管理
16.4.3分布式管理
16.4.4层次管理
16.4.5基于分层的管理
16.4.6移动或者智能的基于代理的方法
16.5已有的研究成果
16.5.1MANNA
16.5.1.1 MANNA的WSN功能的方面
16.5.2 BOSSj：
16.5.3SNMS
16.5.4移动基于代理的管理策略
16.6作为一个整合技术的IP-USN
16.6.1IP-USN NMS的目标
16.6.2.LNMP作为一个例子结构
16.7网络管理作为FCAPS模型：一个新视角
16.7.1以用户为中心
16.7.2群形成
16.7.3源.Sink节点仲裁
16.7.4路由最高级
16.7.5设备移动性
16.8结论
参考文献
第17章 无线传感器网络中的部署
17.1概述
17.2事件监测模型
17.2.1比特模型
17.2.2概率监测模型
17.2.3跟踪监测模型
17.3部署标准
17.3.1部署传感器的数量
17.3.2覆盖和k-覆盖
17.3.3连通性
17.3.4检测概率
17.3.5网络生命周期
17.4传感器网络部署策略
17.4.1问题定义
17.4.2均匀部署策略
17.4.2.1均匀随机部署
17.4.2.2规则部署
17.4.3非均匀部署策略
17.4.3.1最佳解决方案
17.4.3.2基于分布的随机的部署
17.4.3.3 Max-Avg-Coverage
17.4.3.4 Max-Min-Coverage
17.4.3.5 Min-Miss
17.4.3.6 Diff-Deploy
17.4.3.7 Mesh
17.4.3.8分化的基于禁忌(Tabu)搜索方法的传感器部署
17.4.4部署策略对比
17.5结论和开放性的问题
参考文献
第3部分 RFID与WSN集成
第18章 RFID)与无线传感器网络在架构和应用上的集成
18.1概述
18.2集成RFID和WSN的原因
18.3集成RFID网络和传感器网络的要求
18.4 RFID和WSN一体化构架
18.4.1集成RFID标签与传感器
18.4.1.1通信能力受限的集成传感器标签
18.4.1.2集成扩展通信能力的传感器标签
18.4.2集成无线传感器节点的RFID读卡器
18.4.3混合结构
18.5各种集成RFID和WSN的应用方案
18.5.1医疗应用
18.5.2供应链管理中集成REID和传感器网络
18.5.3其他应用
18.6结论和开放性问题
参考文献
第19章 应用于智能家居系统的RFID与无线传感器网络的集成
19.1概述
19.2我们的家居智能环境
19.2.1目标
19.2.2现实需求和实验室限制
19.3通用系统构架
19.4实施
19.4.1无线传感器网络
19.4.2移动机器人
19.4.3射频识别
19.4.4网关/手机
19.5实例
19.6实施体验
19.7结论
参考文献
第20章 应用于卫生保健系统的RFID与无线传感器网络的集成
20.1概述
20.2智能医院使用RFID和传感器网络的调查建议
20.2.1医院人员流动供应和需求管理分析
20.2.2追踪重要的和非常敏感的医疗／生活供应
20.2.3建立一个普适感知医院
20.3医院外卫生保健使用RFID和传感器网络的调查建议
20.3.1移动遥测服务
20.3.2无线健康监测系统
20.3.3家庭老年人卫生保健的原型
20.4卫生保健的传感器网络和RFID发展平台¨
20.4.1介绍
20.4.2编程抽象及相关中间件项目
20.4.2.1编程抽象
20.4.2.2 中间件
20.4.2.3 JADE
20.4.3应用程序开发平台
20.4.3.1准备工作和数据结构
20.4.3.2应用发展进程
20.4.3.3能量管理
20.4.4原型实现
20.4.4.1核心模块：登记和监测
20.4.4.2图形用户界面(GUI)应用程序开发
20.4.4.3实验环境
20.4.4.4应用例子
20.4.5摘要
20.5结论
参考文献
第21章 应用于建筑物结构监测的RFID与传感器网络的集成
21.1概述
21.2电阻基传感器背景
21.3电阻应变计
21.4信号调节电阻应变计
21.5大应变二进制输出电阻基传感器
21.6数据获取和通信
21.6.1无源REID设计
21.6.2节点的设计
21.7控制软件
21.7.1安装和配置传感器
21.7.2实验配置
21.7.3数据记录和显示
21.8 CRM计功能测试
21.8.1测试结果
21.9大规模部署CRM计
21.10结论
参考文献
版权页： 插图： 1.5 前景展望 本章的目的是对RFID的MAC协议提供一个最新的综述。详细叙述了解决阅读器和标签碰撞的不同方法。相关研究领域都是因为RFID系统作为基于射频的技术，使得RFID系统具有了独一无二的特性。这些特性包括特殊的交通模式（trafficpattern），以及在标签上能量和功能的限制。 在RFID系统的改进中，无线传感器网络（WSN）将扮演一个重要的角色。无线传感器网络在许多方式上，与传统的无线音频或是数据网络不同，但与RFID系统有许多的共同点。例如，在无线传感器中有大量的传感器节点，与有源RFID卡相似，这些节点是通过电池供电的。有时候传感器节点也会与无源卡一样，产生能量饥饿现象。另外，许多实际应用会大量部署传感器节点，所以无线传感器网络的密度会随时间和地理位置变化。这种特性与RFID系统部署托盘级（pallet-level）和物品级（itern—level）的标签非常相似。更重要的是，与RFID系统一样，无线传感器网络是触发驱动的网络，并伴随着高级别的动态性。 但是，RFID系统和无线传感器网络也存在着不同。传感器网络中，传感器节点常部署成AdHoc的形式，而不是部署成预先精心规划的形式，这通常使得节点可以自组织来监视和保持不同的网络功能性。而RFID系统中，并没有这种情况。RFID标签，特别是无源RFID标签不能以AdHoc方式进行通信。基于这样的原因，无线传感器网络一般基本的MAC协议是CSMA，而在RFID系统中，这种协议是不可行的。 参考文献（57—59）报道了关于无线传感器网络与RFID系统的集成。可能性的方案包括在标签上集成传感器，标签上集成无线传感器节点，在阅读器上集成无线传感器节点和无线设备，或是以RFID与传感器混合形式集成。但是，这种集成对干扰观点提出了新的挑战。对于在RFID网络和无线传感器网络它们各自的领域中减少干扰，已经有了相当多的成果。尽管如此，随着无线传感器网络与RFID的集成，无线传感器节点、RFID标签、RFID阅读器这些设备的增加，情况将会变差，亟须有协作性的方案来解决设备之间的干扰。在不同的设备类型之间进行分布式的频率调度，RFID标签用在帮助MAC协议的唤醒过程，节能方式下运行和无线传感器网络中上下文意识（context-aware）的MAC调度都是可能的方向。
《RFID与传感器网络:架构、协议、安全与集成》可作为通信、计算机类专业的高年级本科生和研究生教材，也可供相关专业的科学研究工作者和工程技术人员参考。
无