无线传感器网络原理与应用PDF电子书下载

第1章 无线传感器网络概述 1

1.1无线传感器网络的体系结构 1

1.2无线传感器网络的特征 3

1.2.1与现有无线网络的区别 3

1.2.2传感器节点的限制 4

1.2.3无线传感器网络的特点 5

1.3无线传感器网络的应用及关键技术 6

1.3.1无线传感器网络的应用 6

1.3.2无线传感器网络的发展现状 8

1.3.3无线传感器网络的关键技术 8

1.3.4面临的挑战 11

1.4主流无线传感器网络仿真平台 11

1.4.1基于通用网络的仿真平台 11

1.4.2基于TinyOS的仿真平台 12

1.4.3仿真平台比较 12

习题 13

第2章 拓扑控制 14

2.1概述 14

2.2功率控制 16

2.2.1基于节点度的功率控制 16

2.2.2基于方向的功率控制 16

2.2.3基于邻近图的功率控制 16

2.2.4 XTC算法 18

2.3层次型拓扑结构控制 18

2.3.1 LEACH算法 19

2.3.2 TopDisc算法 20

2.3.3 GAT算法 22

2.4启发机制 23

2.4.1 STEM算法 23

2.4.2 ASCENT算法 24

2.5传感器网络的覆盖控制 24

2.5.1基于虚拟势场力的传感器网络区域覆盖控制 25

2.5.2基于市场竞争行为的无线传感器网络连接与覆盖算法 26

2.6小结 29

习题 30

第3章 无线传感器网络关键技术 31

3.1无线传感器网络的路由技术 31

3.1.1路由协议的分类 32

3.1.2能量感知路由协议 34

3.1.3基于查询路由 35

3.1.4地理位置路由 39

3.1.5基于QoS的路由 41

3.1.6路由协议自主切换 43

3.1.7小结 44

3.2无线传感器网络的链路层技术 45

3.2.1无线传感器网络MAC协议 47

3.2.2基于竞争的MAC协议 47

3.2.3基于时分复用的MAC协议 53

3.2.4其他类型的MAC协议 57

3.2.5小结 59

3.3 ZigBee 59

3.3.1 ZigBee与IEEE802.15.4的分工 59

3.3.2 ZigBee与IEEE802.15.4的区别 60

3.3.3 ZigBee协议框架 61

3.3.4 ZigBee技术的特点 62

3.3.5网络层规范 63

3.3.6应用层规范 67

3.4小结 69

习题 69

第4章 定位技术 70

4.1定位技术简介 71

4.1.1定位技术的概念、常见算法和分类 71

4.1.2定位算法分类 73

4.2基于距离的定位 73

4.2.1基于TOA的定位 73

4.2.2基于TDOA的定位 74

4.2.3基于AOA的定位 74

4.2.4基于RSSI的定位 76

4.3与距离无关的定位算法 77

4.3.1质心定位算法 77

4.3.2 DV-Hop算法 78

4.3.3 APIT算法 79

4.3.4凸规划定位算法 82

习题 83

第5章 目标跟踪技术 84

5.1目标跟踪的基本原理及跟踪策略设计要考虑的问题 85

5.1.1无线传感器网络中目标跟踪的基本原理 85

5.1.2无线传感器网络跟踪策略设计要考虑的问题 86

5.2点目标跟踪 86

5.2.1双元检测协作跟踪 86

5.2.2信息驱动协作跟踪 88

5.2.3传送树跟踪算法 90

5.3面目标跟踪 92

5.3.1对偶空间转换 93

5.3.2对偶空间跟踪算法 93

5.4小结 94

习题 94

第6章 时间同步技术 95

6.1无线传感器网络的时间同步机制 95

6.1.1影响无线传感器网络时间同步的关键因素 95

6.1.2无线传感器网络时间同步机制的基本原理 96

6.2现有时间同步技术分析 98

6.2.1基于接收者和接收者的时间同步机制 98

6.2.2基于发送者和接收者的双向时间同步机制 100

6.2.3基于发送者和接收者的单向时间同步机制 103

6.3时间同步算法设计 105

6.4小结 107

习题 107

第7章 安全技术 108

7.1概述 108

7.2无线传感器网络中的安全问题 108

7.3无线传感器网络的安全性分析 110

7.3.1无线传感器网络的安全挑战 110

7.3.2无线传感器网络的安全策略 110

7.4无线传感器网络的安全管理体系 114

7.4.1预共享密钥分配模型 115

7.4.2随机密钥预分配模型 116

7.4.3基于位置的密钥预分配模型 121

7.4.4其他的密钥管理方案 122

7.5无线传感器网络的入侵检测技术 122

7.5.1入侵检测技术概述 122

7.5.2三种入侵检测方案的工作原理 123

7.6小结 125

习题 126

第8章 硬件平台设计 127

8.1无线传感器网络的硬件开发概述 127

8.1.1硬件系统的设计特点与要求 127

8.1.2硬件系统的设计内容 128

8.2节点的硬件设计 129

8.2.1处理器模块 129

8.2.2传感器模块 130

8.2.3通信模块 131

8.2.4电源模块 132

8.2.5外围模块 133

8.3传感器节点设计实例 133

8.3.1传感器节点系列简介 133

8.3.2 Mica系列传感器设计分析 137

8.4小结 138

习题 139

第9章 无线传感器网络工程实验指导 140

9.1 CC2530芯片简介 140

9.1.1芯片内部框架结构 140

9.1.2芯片引脚和I/O端口配置 141

9.1.3特殊功能寄存器 142

9.1.4中断简介 147

9.2建立一个简单的实验工程 151

9.2.1实验目的 151

9.2.2实验内容 151

9.2.3实验条件 151

9.2.4实验原理 152

9.2.5实验步骤 152

9.2.6实验结果 165

9.3实验二 通用I/O实验 165

9.3.1实验目的 165

9.3.2实验内容 166

9.3.3实验条件 166

9.3.4实验原理 166

9.3.5实验步骤 170

9.3.6实验结果 170

9.4实验三系统时钟源（主时钟源）的选择 170

9.4.1实验目的 170

9.4.2实验内容 171

9.4.3实验条件 171

9.4.4实验原理 171

9.4.5实验步骤 173

9.4.6实验结果 174

9.5实验四UART串口通信实验 174

9.5.1实验目的 174

9.5.2实验内容 174

9.5.3实验条件 174

9.5.4实验原理 175

9.5.5实验步骤 179

9.5.6实验结果 181

9.6实验五ADC（单次转换） 182

9.6.1实验目的 182

9.6.2实验内容 182

9.6.3实验条件 182

9.6.4实验原理 182

9.6.5实验步骤 189

9.6.6实验结果 191

9.7实验六 定时器1定时的配置和使用 191

9.7.1实验目的 191

9.7.2实验内容 191

9.7.3实验条件 192

9.7.4实验原理 192

9.7.5实验步骤 196

9.7.6实验结果 196

9.8实验七 定时器1输入捕获与输出比较 196

9.8.1实验目的 196

9.8.2实验内容 197

9.8.3实验条件 197

9.8.4实验原理 197

9.8.5实验步骤 205

9.8.6实验结果 205

9.9实验八 外部中断 205

9.9.1实验目的 205

9.9.2实验内容 205

9.9.3实验条件 205

9.9.4实验原理 205

9.9.5实验步骤 207

9.9.6实验结果 208

9.10实验九 看门狗实验（看门狗模式和定时器模式） 208

9.10.1实验目的 208

9.10.2实验内容 208

9.10.3实验条件 208

9.10.4实验原理 208

9.10.5实验步骤 210

9.10.6实验结果 210

9.11实验十 随机数产生器实验 211

9.11.1实验目的 211

9.11.2实验内容 211

9.11.3实验条件 211

9.11.4实验原理 211

9.11.5实验步骤 213

9.11.6实验结果 213

9.12实验十一DMA传输实验 214

9.12.1实验目的 214

9.12.2实验内容 214

9.12.3实验条件 214

9.12.4实验原理 214

9.12.5实验步骤 222

9.12.6实验结果 223

9.13实验十二Flash读写实验 223

9.13.1实验目的 223

9.13.2实验内容 223

9.13.3实验条件 223

9.13.4实验原理 223

9.13.5实验步骤 228

9.13.6实验结果 228

9.14实验十三 功耗模式选择实验 230

9.14.1实验目的 230

9.14.2实验内容 230

9.14.3实验条件 230

9.14.4实验原理 230

9.14.5实验步骤 234

9.14.6实验结果 235

9.15实验十四 供电电压监测实验 237

9.15.1实验目的 237

9.15.2实验内容 237

9.15.3实验条件 237

9.15.4实验原理 237

9.15.5实验步骤 237

9.15.6实验结果 239

9.16实验十五 获取芯片信息实验 239

9.16.1实验目的 239

9.16.2实验内容 239

9.16.3实验条件 239

9.16.4实验原理 240

9.16.5实验步骤 242

9.16.6实验结果 242

9.17实验十六外部扩展实验 243

9.17.1实验目的 243

9.17.2实验内容 243

9.17.3实验条件 243

9.17.4实验原理 243

9.17.5实验步骤 243

9.17.6实验结果 243

9.18实验十七 温湿度传感器实验 245

9.18.1实验目的 245

9.18.2实验内容 245

9.18.3实验条件 245

9.18.4实验原理 245

9.18.5实验步骤 249

9.18.6实验结果 250

9.19实验十八 传感器数据读取实验 250

9.19.1实验目的 250

9.19.2实验内容 250

9.19.3实验条件 251

9.19.4实验原理 251

9.19.5实验步骤 256

9.20实验十九 上位机通信实验 258

9.20.1实验目的 258

9.20.2实验内容 258

9.20.3实验条件 259

9.20.4实验原理 259

9.20.5实验步骤 259

9.21实验二十ZigBee网络监控实验 260

9.21.1实验目的 260

9.21.2实验内容 260

9.21.3实验条件 260

9.21.4实验原理 260

9.21.5实验步骤 263

9.21.6实验结果 263

9.22实验二十一 远程监控实验 263

9.22.1实验目的 263

9.22.2实验内容 263

9.22.3实验条件 264

9.22.4实验原理 264

9.22.5实验步骤 264

9.22.6实验结果 265

附录USB转串口模块驱动安装 266

参考文献 269