无线传感器网络技术原理及应用PDF电子书下载

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1 20

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IAR 62

习题2 65

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3 91

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4 162

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5 256

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6 305

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Internet 315

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7 337

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8 422

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WSN 439

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9 446

参考文献 448