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第1章 绪论1

1.1 WSN的基本概念1

1.1.1无线网络的描述1

1.1.2 WSN的定义2

1.1.3 WSN系统的组成3

1.2 WSN的特点3

1.2.1与无线自组网的区别3

1.2.2与现场总线的区别4

1.2.3传感器节点的限制4

1.2.4 WSN的特点5

1.3 WSN的关键性能指标7

1.4传感器的类型9

1.4.1传感器的基础知识9

1.4.2传感器的分类10

1.4.3常见传感器的类型介绍10

1.4.4传感器的基本特性12

1.5 WSN的应用15

习题116

第2章 WSN开发环境17

2.1概述18

2.2 WSN平台硬件设计19

2.2.1系统结构图19

2.2.2节点设计内容与要求19

2.2.3节点的模块化设计21

2.2.4传感器节点开发实例27

2.2.5常见传感器节点30

2.3 WSN的操作系统32

2.3.1概述32

2.3.2 nesC语言33

2.3.3 TinyOS组件模型34

2.3.4 TinyOS通信模型37

2.3.5 TinyOS事件驱动机制39

2.3.6调度策略40

2.3.7能量管理机制41

2.3.8 LED灯闪烁实验分析42

2.4现代WSN典型实验平台44

2.4.1硬件系统的组成44

2.4.2硬件组件介绍45

2.4.3传感器节点46

2.4.4路由器节点47

2.5 ZigBee硬件平台48

2.5.1 CC2530芯片的特点48

2.5.2 CC2530片上8051内核49

2.5.3 CC2530主要特征外设50

2.5.4 CC2530无线收发器52

2.5.5 CC2530开发环境52

习题255

第3章 WSN拓扑控制与覆盖技术56

3.1 WSN拓扑结构57

3.1.1平面网络结构57

3.1.2分级网络结构57

3.1.3混合网络结构58

3.1.4 Mesh网络结构58

3.2拓扑控制60

3.2.1概述60

3.2.2拓扑控制的意义60

3.2.3拓扑控制设计目标61

3.3功率控制62

3.4层次性拓扑结构控制方法64

3.5启发机制66

3.6覆盖67

3.6.1覆盖理论基础67

3.6.2覆盖感知模型69

3.6.3覆盖算法分类70

3.6.4典型覆盖算法71

3.6.5覆盖能效评价指标74

3.7传感器网络的覆盖控制76

习题380

第4章 WSN通信与组网技术82

4.1 WSN协议结构83

4.1.1传统网络协议OSI参考模型83

4.1.2 WSN协议的分层结构83

4.2物理层85

4.2.1物理层概述85

4.2.2通信信道分配86

4.2.3 WSN物理层的设计89

4.3数据链路层协议90

4.4网络层协议92

4.5传输层协议94

4.5.1 Event-to-Sink传输94

4.5.2 Sink-to-Sensors传输95

4.6应用层协议96

4.6.1传感器管理协议96

4.6.2任务分派与数据广播协议96

4.6.3传感器查询与数据分发协议97

4.7 MAC协议97

4.7.1 MAC协议的分类97

4.7.2 IEEE 802.11协议98

4.7.3基于竞争的MAC协议107

4.7.4基于时分复用的MAC协议112

4.8路由协议115

4.8.1路由协议概述115

4.8.2平面路由协议118

4.8.3层次路由协议121

4.8.4能量感知路由122

习题4125

第5章 WSN支撑技术127

5.1时间同步128

5.1.1时钟同步问题128

5.1.2时间同步问题129

5.1.3时间同步基础131

5.1.4时间同步协议133

5.2定位技术139

5.2.1基本描述139

5.2.2节点位置的计算方法142

5.2.3基于测距的定位算法144

5.2.4距离无关的定位算法147

5.2.5典型的定位系统149

5.3数据融合152

5.3.1数据融合的基本概念152

5.3.2数据融合分类153

5.3.3基于组播树数据融合算法实现155

5.4能量管理162

5.4.1能量管理的意义162

5.4.2电源节能方法163

5.4.3动态能量管理165

5.5容错技术173

5.5.1容错技术的基本描述173

5.5.2故障模型175

5.5.3故障检测与诊断176

5.5.4故障修复181

5.6 QoS保证183

5.6.1 QoS概述183

5.6.2 QoS研究186

5.7安全技术189

5.7.1安全攻击189

5.7.2安全协议194

5.7.3安全管理196

习题5202

第6章 WSN协议技术标准205

6.1 IEEE 1451系列标准206

6.2 IEEE 802.15.4标准209

6.2.1 IEEE 802.15.4标准概述209

6.2.2物理层210

6.2.3 MAC子层212

6.2.4符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例215

6.3 ZigBee协议栈原理217

6.3.1概述217

6.3.2寻址218

6.3.3绑定221

6.3.4路由223

6.3.5 ZDO消息请求225

6.3.6便携式设备226

6.3.7端到端确认226

6.3.8其他227

6.3.9安全228

6.3.10 ZigBee系统软件的设计229

6.3.11符合ZigBee规范的传感器网络实例231

6.4蓝牙233

6.4.1蓝牙协议栈简介233

6.4.2蓝牙协议栈分析234

6.4.3蓝牙技术的发展趋势242

6.5 UWB技术243

6.5.1概述243

6.5.2 UWB主流技术243

6.5.3 UWB的发展趋势245

6.6红外线数据传输技术245

6.7短距离无线通信技术特点比较246

习题6246

第7章 WSN接入技术247

7.1多网融合体系结构248

7.2面向WSN接入249

7.2.1概述249

7.2.2面向以太网的WSN接入250

7.2.3面向无线局域网的WSN接入251

7.2.4面向移动通信网的WSN接入252

7.3 WSN接入Internet254

7.3.1概述254

7.3.2 WSN接入Internet结构255

7.3.3 WSN接入Internet方法257

7.3.4 WSN接入Internet体系结构设计259

7.4 WSN服务提供方法263

7.4.1服务提供体系263

7.4.2服务提供网络中间件263

7.4.3服务提供步骤265

7.5多网融合网关的硬件设计266

7.5.1网关总体结构设计266

7.5.2现代WSN网关实验平台270

7.6网关接入外部基础设施网络的实现274

习题7275

第8章 WSN的应用276

8.1基于WSN路况信息监测技术的实现277

8.1.1路面参数监测传感器选择277

8.1.2道路车流量监测的传感器285

8.1.3交通参数监测技术292

8.1.4交通参数监测的实施方案299

8.2基于WSN的智能家居系统设计与实现301

8.2.1智能家居的基本描述301

8.2.2智能家居系统的整体架构302

8.2.3节点硬件设计306

8.2.4终端节点硬件设计310

8.2.5节点软件部分设计318

8.2.6节点功能的实现322

8.2.7节点能量控制329

8.2.8智能家居网关分析331

8.2.9智能家居网关通信技术332

8.2.10智能家居网关总体设计334

8.2.11智能家居网关硬件设计336

8.2.12智能家居网关操作系统及驱动移植338

8.2.13智能家居网关应用软件设计340

8.2.14智能家居系统演示平台搭建346

8.3基于TinyOS的WSN定位系统的设计348

8.3.1定位系统设计的原则348

8.3.2定位系统算法选择349

8.3.3 WSN节点硬件设计350

8.3.4 TinyOS程序编译与移植351

8.3.5 RSSI定位的TinyOS实现352

8.3.6未知节点程序设计353

8.3.7信标节点程序设计354

8.3.8网关节点程序设计356

8.3.9实验测试结果357

8.3.10无线传输损耗模型分析与验证358

习题8361

第9章 WSN与物联网362

9.1物联网的基本概念363

9.1.1物联网的兴起363

9.1.2物联网的定义363

9.1.3物联网的特点364

9.1.4物联网的技术架构364

9.1.5物联网关键技术365

9.2 RFID与WSN的整合365

9.2.1 RFID的基础理论365

9.2.2 RFID和WSN整合的原因367

9.2.3 RFID标签与传感器的整合369

9.2.4 RFID标签与传感器节点的整合372

9.2.5读写器与传感器节点的整合374

9.2.6 RFID和传感器的整合377

9.3物联网环境下的WSN378

9.4基于RFID的WSN车载信息服务系统设计380

9.4.1系统整体设计380

9.4.2系统硬件设计381

9.4.3系统网络模块382

9.4.4系统软件设计382

9.4.5应用软件设计383

9.4.6系统软件测试385

习题9386

参考文献387