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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2

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3

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9

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14

1.6 WSN的研究历史16

1.6.1计算设备的演化历史16

1.6.2 WSN发展的三个阶段16

1.6.3 WSN的发展趋势18

习题120

第2章 WSN开发环境22

2.1概述22

2.2 WSN平台硬件设计23

2.2.1系统结构图23

2.2.2节点设计内容与要求23

2.2.3节点的模块化设计25

2.2.4传感器节点开发实例31

2.2.5常见传感器节点34

2.3 WSN的操作系统36

2.3.1概述36

2.3.2 nesC语言37

2.3.3 TinyOS组件模型44

2.3.4 TinyOS通信模型47

2.3.5 TinyOS事件驱动机制49

2.3.6调度策略50

2.3.7能量管理机制51

2.3.8 LED灯闪烁实验分析52

2.4现代WSN典型实验平台54

2.4.1硬件系统的组成54

2.4.2硬件组件介绍55

2.4.3传感器节点56

2.4.4路由器节点57

2.5 ZigBee硬件平台58

2.5.1 CC2530芯片的特点58

2.5.2 CC2530片上8051内核59

2.5.3 CC2530主要特征外设60

2.5.4 CC2530无线收发器62

2.5.5 CC2530开发环境IAR62

习题265

第3章 WSN拓扑控制与覆盖技术66

3.1 WSN拓扑结构66

3.1.1平面网络结构67

3.1.2分级网络结构67

3.1.3混合网络结构67

3.1.4 Mesh网络结构68

3.2拓扑控制69

3.2.1概述69

3.2.2拓扑控制的意义70

3.2.3拓扑控制设计目标70

3.3功率控制72

3.4层次性拓扑结构控制方法74

3.5启发机制76

3.6覆盖77

3.6.1覆盖理论基础77

3.6.2覆盖感知模型79

3.6.3覆盖算法分类80

3.6.4典型覆盖算法81

3.6.5覆盖能效评价指标85

3.7传感器网络的覆盖控制86

习题391

第4章 WSN通信与组网技术92

4.1 WSN协议结构92

4.1.1传统网络协议OSI参考模型92

4.1.2 WSN协议的分层结构93

4.2物理层95

4.2.1物理层概述95

4.2.2通信信道分配95

4.2.3调制解调方式98

4.2.4 WSN物理层的设计99

4.3数据链路层协议101

4.4网络层协议103

4.5传输层协议104

4.5.1 Event-to-Sink传输105

4.5.2 Sink-to-Sensors传输106

4.6应用层协议106

4.6.1传感器管理协议107

4.6.2任务分派与数据广播协议107

4.6.3传感器查询与数据分发协议107

4.7 MAC协议107

4.7.1 MAC协议的分类108

4.7.2 IEEE 802.11协议108

4.7.3基于竞争的MAC协议118

4.7.4基于时分复用的MAC协议125

4.8路由协议134

4.8.1路由协议概述134

4.8.2平面路由协议137

4.8.3层次路由协议140

4.8.4能量感知路由144

4.8.5基于查询的路由147

4.8.6地理位置路由150

4.8.7可靠路由协议156

4.8.8路由协议自主切换161

习题4162

第5章 WSN支撑技术164

5.1时间同步164

5.1.1时钟同步问题165

5.1.2时间同步问题166

5.1.3时间同步基础168

5.1.4时间同步协议170

5.2定位技术176

5.2.1基本描述176

5.2.2节点位置的计算方法178

5.2.3基于测距的定位算法180

5.2.4距离无关的定位算法183

5.2.5典型的定位系统197

5.3数据融合200

5.3.1数据融合的基本概念200

5.3.2数据融合分类201

5.3.3常用的数据融合算法203

5.3.4 WSN数据融合技术206

5.3.5 WSN数据融合算法实现212

5.4能量管理221

5.4.1能量管理的意义221

5.4.2电源节能方法222

5.4.3动态能量管理224

5.5容错技术232

5.5.1容错技术的基本描述232

5.5.2故障模型234

5.5.3故障检测与诊断235

5.5.4故障修复240

5.6 QoS保证242

5.6.1 QoS概述242

5.6.2 QoS研究245

5.7安全性248

5.7.1 WSN安全威胁模型248

5.7.2 WSN安全要求248

5.7.3 WSN中的安全攻击250

习题5256

第6章 WSN协议技术标准257

6.1技术标准的意义257

6.2 IEEE 1451系列标准259

6.3 IEEE 802.15.4标准262

6.3.1 IEEE 802.15.4标准概述262

6.3.2物理层263

6.3.3 MAC子层265

6.3.4符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例268

6.4 ZigBee协议栈原理270

6.4.1概述270

6.4.2寻址271

6.4.3绑定274

6.4.4路由276

6.4.5 ZDO消息请求278

6.4.6便携式设备279

6.4.7端到端确认279

6.4.8其他280

6.4.9安全281

6.4.10 ZigBee系统软件的设计282

6.4.11符合ZigBee规范的传感器网络实例284

6.5蓝牙286

6.5.1蓝牙协议栈简介286

6.5.2蓝牙协议栈分析287

6.5.3蓝牙技术的发展趋势295

6.6 W i-Fi技术296

6.6.1概述296

6.6.2 Wi-Fi协议架构299

6.6.3 W i-Fi技术应用300

6.7.UWB技术302

6.7.1概括302

6.7.2 UWB主流技术302

6.7.3 UWB的发展趋势304

6.8红外线数据传输技术304

6.9短距离无线通信技术特点比较304

习题6305

第7章 WSN接入技术306

7.1多网融合体系结构306

7.2面向WSN接入307

7.2.1概述307

7.2.2面向以太网的WSN接入309

7.2.3面向无线局域网的WSN接入311

7.2.4面向移动通信网的WSN接入312

7.3 WSN接入Internet315

7.3.1概述315

7.3.2 WSN接入Internet结构316

7.3.3 WSN接入Internet方法317

7.3.4 WSN接入Internet体系结构设计321

7.4 WSN服务提供方法324

7.4.1服务提供体系324

7.4.2服务提供网络中间件325

7.4.3服务提供步骤326

7.5多网融合网关的硬件设计327

7.5.1网关总体结构设计328

7.5.2现代WSN网关实验平台332

7.6网关接入外部基础设施网络的实现335

习题7337

第8章 WSN的应用338

8.1基于WSN路况信息监测技术的实现338

8.1.1路面参数监测传感器选择338

8.1.2道路车流量监测的传感器346

8.1.3交通参数监测技术353

8.1.4交通参数监测的实施方案360

8.2基于WSN的智能家居系统设计与实现362

8.2.1智能家居的基本描述362

8.2.2智能家居系统的整体架构363

8.2.3节点硬件设计367

8.2.4终端节点硬件设计371

8.2.5节点软件部分设计379

8.2.6节点功能的实现383

8.2.7节点能量控制390

8.2.8智能家居网关分析392

8.2.9智能家居网关通信技术393

8.2.10智能家居网关总体设计395

8.2.11智能家居网关硬件设计397

8.2.12智能家居网关操作系统及驱动移植399

8.2.13智能家居网关应用软件设计401

8.2.14智能家居系统演示平台搭建406

8.3基于TinyOS的WSN定位系统的设计409

8.3.1定位系统设计的原则409

8.3.2定位系统算法选择410

8.3.3 WSN节点硬件设计411

8.3.4 TinyOS程序编译与移植412

8.3.5 RSSI定位的TinyOS实现413

8.3.6未知节点程序设计414

8.3.7信标节点程序设计415

8.3.8网关节点程序设计417

8.3.9实验测试结果418

8.3.10无线传输损耗模型分析与验证419

习题8422

第9章 WSN与物联网423

9.1物联网的基本概念423

9.1.1物联网的兴起423

9.1.2物联网的定义424

9.1.3物联网的特点424

9.1.4物联网的技术架构425

9.1.5物联网关键技术426

9.2 RFID与WSN的整合426

9.2.1 RFID的基础理论426

9.2.2 RFID和WSN整合的原因427

9.2.3 RFID标签与传感器的整合429

9.2.4 RFID标签与传感器节点的整合433

9.2.5读写器与传感器节点的整合435

9.2.6 RFID和传感器的整合437

9.3物联网环境下的WSN439

9.4基于RFID的WSN车载信息服务系统设计440

9.4.1系统整体设计440

9.4.2系统硬件设计441

9.4.3系统网络模块443

9.4.4系统软件设计443

9.4.5应用软件设计444

9.4.6系统软件测试445

习题9446

参考文献448