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1 无线传感器网络概述 1

1.1 引言 1

1.2 传感器网络的体系结构 2

1.2.1 传感器网络的系统架构 2

1.2.2 传感器网络结点的结构 5

1.2.3 传感器网络的结构 8

1.3 传感器网络的特征 10

1.3.1 与现有无线网络的区别 10

1.3.2 与现场总线的区别 10

1.3.3 传感器结点的限制条件 11

1.3.4 组网特点 12

1.4 传感器网络的应用领域 15

1.4.1 军事领域 15

1.4.2 工业领域 15

1.4.3 农业领域 16

1.4.4 家庭与健康领域 17

1.4.5 环境保护领域 17

1.4.6 其他领域 19

1.5 传感器网络的发展历史 19

1.5.1 计算设备的演化历史 19

1.5.2 无线传感器网络的发展过程 20

1.5.3 我国传感器网络的发展情况 21

1.6 无线传感器网络技术的未来挑战与展望 22

1.6.1 无线传感器网络技术的未来挑战 22

1.6.2 展望 22

参考文献 23

2 传感器简介 24

2.1 传感器概述 24

2.1.1 传感器的定义和作用 24

2.1.2 传感器的组成 25

2.1.3 传感器的分类 25

2.2 常见传感器的类型介绍 26

2.2.1 能量控制型传感器 26

2.2.2 能量转换型传感器 26

2.2.3 集成与智能传感器 27

2.3 传感器的一般特性和选型 28

2.3.1 传感器的一般特性 28

2.3.2 传感器选型的原则 31

2.4 微型传感器示例 32

2.4.1 DS18B20数字式温度传感器 32

2.4.2 温湿度传感器SHT1x/7x 38

参考文献 39

3 无线传感器网络的组网基础 40

3.1 物理层 40

3.1.1 物理层概述 40

3.1.2 传感器网络物理层的设计 43

3.2 MAC子层及协议 44

3.2.1 MAC子层 44

3.2.2 MAC协议概述 50

3.2.3 IEEE 802.1 1MAC协议 52

3.2.4 典型MAC协议：S- MAC协议 54

3.3 路由协议 57

3.3.1 路由协议概述 57

3.3.2 地理位置路由协议 58

3.3.3 定向扩散路由协议 65

参考文献 67

4 无线传感器网络的关键技术 68

4.1 时间同步机制 68

4.1.1 传感器网络的时间同步机制 68

4.1.2 传感器网络时间同步协议 72

4.2 定位技术 74

4.2.1 传感器网络结点定位问题 74

4.2.2 基于测距的定位技术 78

4.2.3 非测距的定位技术 84

4.2.4 定位系统的典型应用 87

4.3 能量管理 88

4.3.1 能量管理的意义 88

4.3.2 传感器网络的电源节能方法 89

4.3.3 动态能量管理 91

参考文献 99

5 无线传感器网络的数据融合与安全机制 100

5.1 数据融合 100

5.1.1 多传感器数据融合概述 100

5.1.2 传感器网络中数据融合的作用 101

5.1.3 数据融合技术的分类 103

5.1.4 数据融合的主要方法 105

5.1.5 传感器网络应用层的数据融合示例 107

5.2 安全机制 109

5.2.1 安全概述 109

5.2.2 安全攻击 113

5.2.3 SPINS安全解决方案 120

5.2.4 安全管理 128

参考文献 136

6 无线传感器网络的技术标准 137

6.1 无线传感器网络技术标准的意义 137

6.2 IEEE 1451系列标准 138

6.3 IEEE 802.15.4 标准 142

6.3.1 概述 142

6.3.2 IEEE 802.1 5.4 网络简介 143

6.3.3 物理层 146

6.3.4 MAC子层 148

6.3.5 符合IEEE 802.1 5.4 标准的无线传感器网络实例 151

6.4 ZigBee协议标准 153

6.4.1 ZigBee概述 153

6.4.2 ZigBee网络层规范 156

6.4.3 ZigBee系统软件的设计开发 157

参考文献 159

7 CC253x系列射频收发微控制器 160

7.1 CC253x系列射频收发微控器简介 160

7.1.1 CPU和内存 160

7.1.2 时钟和电源 160

7.1.3 外设 161

7.1.4 无线模块 162

7.2 AES协处理器 162

7.2.1 AES操作 163

7.2.2 密钥和IV 163

7.2.3 填充输入数据 163

7.2.4 AES协处理器和CPU通信 163

7.2.5 工作模式 163

7.2.6 CBC-MAC模式 164

7.2.7 CCM模式 164

7.2.8 层之间共享AES协处理器 166

7.2.9 AES中断 166

7.2.1 0AES DMA触发 166

7.2.1 1 AES寄存器 166

7.3 定时器2 （MAC定时器） 167

7.3.1 定时器操作 168

7.3.2 中断 170

7.3.3 事件输出（DMA触发和CSP事件） 170

7.3.4 定时器启动/停止同步 170

7.3.5 定时器2的寄存器 171

7.4 无线模块 171

7.4.1 RF内核 171

7.4.2 FIFO访问 173

7.4.3 DMA 173

7.4.4 存储器映射 173

7.4.5 频率和通道编程 173

7.4.6 IEEE 802.1 5.4 —2006调制格式 174

7.4.7 IEEE 802.1 5.4 —2006帧格式 175

7.4.8 发送模式 176

7.4.9 接收模式 178

7.4.10 RXFIFO访问 182

7.4.11 无线模块控制状态机制 184

7.4.12 随机数的产生 184

7.4.13 数据包分析器和无线模块测试输出信号 185

7.4.14 命令选通/CSMA-CA处理器 185

7.4.15 寄存器 188

8 无线传感器网络应用 190

8.1 汽车道闸控制系统 190

8.1.1 概述 190

8.1.2 道闸控制系统的无线通信技术方案 190

8.1.3 道闸控制系统的硬件设计 191

8.1.4 道闸控制系统的软件设计 200

8.1.5 实验结果与分析 206

8.2 城市照明监控系统 207

8.2.1 研究内容 207

8.2.2 城市照明监控系统设计方案 208

8.2.3 城市照明监控系统的硬件设计 214

8.2.4 城市照明监控系统的嵌入式软件设计 222

8.2.5 城市照明监控系统测试 231

8.3 高压输电线监测系统 234

8.3.1 概述 234

8.3.2 高压输电线故障监测系统设计方案 236

8.3.3 高压输电线故障监测系统的硬件设计 240

8.3.4 高压输电线故障监测系统的嵌入式软件设计 248

8.3.5 实验结果 252

参考文献 253

附录 中英文术语对照表 255