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第1章 概述 1

1.1 无线传感网发展概况 1

1.1.1 无线传感网简介 1

1.1.2 无线传感网发展的几个阶段 2

1.1.3 无线传感网的主要特点 3

1.2 无线传感网的应用 5

1.3 无线传感网开发平台简介 8

1.3.1 节点硬件 8

1.3.2 无线传感网微操作系统 10

1.3.3 应用开发语言 11

1.4 无线传感网发展趋势 13

习题 14

第2章 无线传感网的组织结构 15

2.1 无线传感网组织 15

2.1.1 无线传感网总体结构 15

2.1.2 节点通信模块 16

2.1.3 控制器模块 17

2.1.4 节点其他模块 18

2.2 二维协议栈结构 20

2.3 无线传感网的物理层 23

2.4 无线传感网核心技术 27

2.5 简单无线传感网节点应用实例 29

2.5.1 应用的整体框架 30

2.5.2 应用程序的功能实现 30

2.5.3 值得思考的问题 31

习题 32

第3章 无线传感网MAC协议 33

3.1 无线广播信道 33

3.2 无线传感网MAC协议概述 37

3.3 竞争的介质访问协议S-MAC 41

3.3.1 协议特点 41

3.3.2 节点的侦听与睡眠 42

3.3.3 介质访问的冲突避免 48

3.3.4 协议的通信结构设计 51

3.3.5 协议的实现 52

3.3.6 时延分析与性能测试 54

3.4 混合介质访问IEEE 802.15.4标准 60

3.4.1 802.15.4概述 61

3.4.2 物理层 63

3.4.3 MAC层帧结构 68

3.4.4 MAC子层 70

3.5 其他无线传感网MAC协议 76

习题 80

第4章 无线传感网路由协议 81

4.1 无线传感网路由概述 81

4.2 路由设计的核心问题 83

4.3 无线传感网层次结构路由协议 84

4.3.1 LEACH协议 84

4.3.2 链路估计父节点选择协议 89

4.3.3 汇聚树协议CTP 93

4.4 无线传感网平面结构路由协议 98

4.4.1 洪泛路由协议Flooding 98

4.4.2 定向扩散路由协议DD 98

4.4.3 AODV路由协议 102

4.5 ZigBee路由协议 109

4.5.1 ZigBee概述 109

4.5.2 ZigBee协议栈 110

4.5.3 ZigBee拓扑结构 111

4.5.4 网络层帧结构 113

4.5.5 ZigBee协议的路由机制 116

4.6 其他无线传感网路由协议 119

习题 122

第5章 无线传感网同步技术 123

5.1 同步技术简介 123

5.1.1 WSN时间同步的必要性 123

5.1.2 WSN时间同步分类 124

5.2 时间同步模型 125

5.2.1 时钟模型 126

5.2.2 通信模型 127

5.2.3 时间同步的误差源 130

5.3 无线传感网时间同步机制 132

5.3.1 时间同步的性能指标和技术挑战 132

5.3.2 RBS时间同步协议 133

5.3.3 TPSN时间同步协议 135

5.3.4 LTS时间同步协议 137

5.4 时间同步协议的分析比较 139

习题 141

第6章 无线传感网数据感知与融合技术 142

6.1 无线传感网节点 142

6.1.1 Mcia系列感知节点 143

6.1.2 其他感知节点 144

6.1.3 传感器与传感器板 146

6.1.4 网关节点 148

6.2 节点数据感知与采集 149

6.2.1 节点数据采集模块的构成 149

6.2.2 A/D与D/A转换 149

6.2.3 A/D转换芯片ADC0809 152

6.3 无线传感网数据融合技术 153

6.3.1 数据融合的定义和必要性 153

6.3.2 无线传感网数据融合的分类 154

6.3.3 簇内数据融合技术 157

6.3.4 网络层数据融合技术 159

6.4 无线传感网数据采集实例 162

6.4.1 数据采集系统组成 162

6.4.2 数据采集系统的功能实现 163

习题 169

第7章 无线传感网其他核心技术 170

7.1 能量管理 170

7.1.1 节点级低功耗技术 171

7.1.2 网络级能量管理 172

7.1.3 应用级能量管理 173

7.2 拓扑控制 175

7.2.1 分层拓扑控制 175

7.2.2 功率调节拓扑控制 178

7.3 定位技术 180

7.3.1 GPS定位系统 181

7.3.2 基于距离的定位技术 184

7.3.3 距离无关的定位技术 187

7.4 网络安全 188

7.4.1 无线传感网的安全威胁 188

7.4.2 两类密码体制 190

7.4.3 无线传感网路由安全 192

习题 193

第8章 微操作系统TinyOS 195

8.1 TinyOS概述 195

8.1.1 TinyOS简介 195

8.1.2 TinyOS体系结构 196

8.1.3 TinyOS的安装 197

8.2 内核调度机制 198

8.2.1 任务 198

8.2.2 事件 199

8.2.3 任务调度模型 201

8.2.4 调度器的实现 202

8.3 TinyOS的启动 207

8.3.1 内核启动的过程 207

8.3.2 应用组件初始化 213

8.4 TinyOS的网络协议栈 214

8.4.1 TinyOS网络协议栈概述 214

8.4.2 主动消息机制 216

8.4.3 相关访问接口 217

8.5 TinyOS的资源管理 220

8.5.1 资源概述 220

8.5.2 资源的访问接口 223

8.5.3 微控制器电源管理 227

8.5.4 通信模块电源管理 231

8.5.5 外设电源管理 232

习题 233

第9章 NesC程序设计语言 234

9.1 NesC语言概述 234

9.2 NesC语言程序的组成 235

9.2.1 接口 235

9.2.2 组件 236

9.2.3 配置 238

9.2.4 模块 239

9.3 NesC程序的运行模型 241

9.3.1 任务 241

9.3.2 原子代码 242

9.3.3 内部函数 243

9.3.4 代码的同步和异步 243

9.4 NesC语言程序设计 245

9.4.1 可视化的组件组织 245

9.4.2 定时器应用 247

9.4.3 模拟量采集 250

9.5 NesC通信程序设计举例 254

习题 258

第10章 无线传感网应用开发 259

10.1 基于RSSI的节点位置识别 259

10.1.1 基于RSSI的距离测量原理 259

10.1.2 三角测量法与Location Engine 261

10.1.3 节点类型初始化和位置识别过程 263

10.1.4 功能实现 264

10.1.5 代码编译与运行测试 273

10.2 利用Tree路由的多跳传输 274

10.2.1 Tree路由实现的原理 274

10.2.2 TestTreeApp配置文件和模块文件 275

10.2.3 TreeRouting配置文件和模块文件 279

10.2.4 TestTree与TreeRouting头文件 287

10.2.5 代码编译与运行测试 288

习题 289

参考文献 290