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 3
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 4
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 10
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 15
习题1 16
第2章 WSN开发环境 17
2.1概述 18
2.2 WSN平台硬件设计 19
2.2.1系统结构图 19
2.2.2节点设计内容与要求 19
2.2.3节点的模块化设计 21
2.2.4传感器节点开发实例 27
2.2.5常见传感器节点 30
2.3 WSN的操作系统 32
2.3.1概述 32
2.3.2 nesC语言 33
2.3.3 TinyOS组件模型 34
2.3.4 TinyOS通信模型 37
2.3.5 TinyOS事件驱动机制 39
2.3.6调度策略 40
2.3.7能量管理机制 41
2.3.8 LED灯闪烁实验分析 42
2.4现代WSN典型实验平台 44
2.4.1硬件系统的组成 44
2.4.2硬件组件介绍 45
2.4.3传感器节点 46
2.4.4路由器节点 47
2.5 ZigBee硬件平台 48
2.5.1 CC2530芯片的特点 48
2.5.2 CC2530片上8051内核 49
2.5.3 CC2530主要特征外设 50
2.5.4 CC2530无线收发器 52
2.5.5 CC2530开发环境 52
习题2 55
第3章 WSN拓扑控制与覆盖技术 56
3.1 WSN拓扑结构 57
3.1.1平面网络结构 57
3.1.2分级网络结构 57
3.1.3混合网络结构 58
3.1.4 Mesh网络结构 58
3.2拓扑控制 60
3.2.1概述 60
3.2.2拓扑控制的意义 60
3.2.3拓扑控制设计目标 61
3.3功率控制 62
3.4层次性拓扑结构控制方法 64
3.5启发机制 66
3.6覆盖 67
3.6.1覆盖理论基础 67
3.6.2覆盖感知模型 69
3.6.3覆盖算法分类 70
3.6.4典型覆盖算法 71
3.6.5覆盖能效评价指标 74
3.7传感器网络的覆盖控制 76
习题3 80
第4章 WSN通信与组网技术 82
4.1 WSN协议结构 83
4.1.1传统网络协议OSI参考模型 83
4.1.2 WSN协议的分层结构 83
4.2物理层 85
4.2.1物理层概述 85
4.2.2通信信道分配 86
4.2.3 WSN物理层的设计 89
4.3数据链路层协议 90
4.4网络层协议 92
4.5传输层协议 94
4.5.1 Event-to-Sink传输 94
4.5.2 Sink-to-Sensors传输 95
4.6应用层协议 96
4.6.1传感器管理协议 96
4.6.2任务分派与数据广播协议 96
4.6.3传感器查询与数据分发协议 97
4.7 MAC协议 97
4.7.1 MAC协议的分类 97
4.7.2 IEEE 802.11协议 98
4.7.3基于竞争的MAC协议 107
4.7.4基于时分复用的MAC协议 112
4.8路由协议 115
4.8.1路由协议概述 115
4.8.2平面路由协议 118
4.8.3层次路由协议 121
4.8.4能量感知路由 122
习题4 125
第5章 WSN支撑技术 127
5.1时间同步 128
5.1.1时钟同步问题 128
5.1.2时间同步问题 129
5.1.3时间同步基础 131
5.1.4时间同步协议 133
5.2定位技术 139
5.2.1基本描述 139
5.2.2节点位置的计算方法 142
5.2.3基于测距的定位算法 144
5.2.4距离无关的定位算法 147
5.2.5典型的定位系统 149
5.3数据融合 152
5.3.1数据融合的基本概念 152
5.3.2数据融合分类 153
5.3.3基于组播树数据融合算法实现 155
5.4能量管理 162
5.4.1能量管理的意义 162
5.4.2电源节能方法 163
5.4.3动态能量管理 165
5.5容错技术 173
5.5.1容错技术的基本描述 173
5.5.2故障模型 175
5.5.3故障检测与诊断 176
5.5.4故障修复 181
5.6 QoS保证 183
5.6.1 QoS概述 183
5.6.2 QoS研究 186
5.7安全技术 189
5.7.1安全攻击 189
5.7.2安全协议 194
5.7.3安全管理 196
习题5 202
第6章 WSN协议技术标准 205
6.1 IEEE 1451系列标准 206
6.2 IEEE 802.15.4标准 209
6.2.1 IEEE 802.15.4标准概述 209
6.2.2物理层 210
6.2.3 MAC子层 212
6.2.4符合IEEE 802.15.4标准的传感器网络实例 215
6.3 ZigBee协议栈原理 217
6.3.1概述 217
6.3.2寻址 218
6.3.3绑定 221
6.3.4路由 223
6.3.5 ZDO消息请求 225
6.3.6便携式设备 226
6.3.7端到端确认 226
6.3.8其他 227
6.3.9安全 228
6.3.10 ZigBee系统软件的设计 229
6.3.11符合ZigBee规范的传感器网络实例 231
6.4蓝牙 233
6.4.1蓝牙协议栈简介 233
6.4.2蓝牙协议栈分析 234
6.4.3蓝牙技术的发展趋势 242
6.5 UWB技术 243
6.5.1概述 243
6.5.2 UWB主流技术 243
6.5.3 UWB的发展趋势 245
6.6红外线数据传输技术 245
6.7短距离无线通信技术特点比较 246
习题6 246
第7章 WSN接入技术 247
7.1多网融合体系结构 248
7.2面向WSN接入 249
7.2.1概述 249
7.2.2面向以太网的WSN接入 250
7.2.3面向无线局域网的WSN接入 251
7.2.4面向移动通信网的WSN接入 252
7.3 WSN接入Internet 254
7.3.1概述 254
7.3.2 WSN接入Internet结构 255
7.3.3 WSN接入Internet方法 257
7.3.4 WSN接入Internet体系结构设计 259
7.4 WSN服务提供方法 263
7.4.1服务提供体系 263
7.4.2服务提供网络中间件 263
7.4.3服务提供步骤 265
7.5多网融合网关的硬件设计 266
7.5.1网关总体结构设计 266
7.5.2现代WSN网关实验平台 270
7.6网关接入外部基础设施网络的实现 274
习题7 275
第8章 WSN的应用 276
8.1基于WSN路况信息监测技术的实现 277
8.1.1路面参数监测传感器选择 277
8.1.2道路车流量监测的传感器 285
8.1.3交通参数监测技术 292
8.1.4交通参数监测的实施方案 299
8.2基于WSN的智能家居系统设计与实现 301
8.2.1智能家居的基本描述 301
8.2.2智能家居系统的整体架构 302
8.2.3节点硬件设计 306
8.2.4终端节点硬件设计 310
8.2.5节点软件部分设计 318
8.2.6节点功能的实现 322
8.2.7节点能量控制 329
8.2.8智能家居网关分析 331
8.2.9智能家居网关通信技术 332
8.2.10智能家居网关总体设计 334
8.2.11智能家居网关硬件设计 336
8.2.12智能家居网关操作系统及驱动移植 338
8.2.13智能家居网关应用软件设计 340
8.2.14智能家居系统演示平台搭建 346
8.3基于TinyOS的WSN定位系统的设计 348
8.3.1定位系统设计的原则 348
8.3.2定位系统算法选择 349
8.3.3 WSN节点硬件设计 350
8.3.4 TinyOS程序编译与移植 351
8.3.5 RSSI定位的TinyOS实现 352
8.3.6未知节点程序设计 353
8.3.7信标节点程序设计 354
8.3.8网关节点程序设计 356
8.3.9实验测试结果 357
8.3.10无线传输损耗模型分析与验证 358
习题8 361
第9章 WSN与物联网 362
9.1物联网的基本概念 363
9.1.1物联网的兴起 363
9.1.2物联网的定义 363
9.1.3物联网的特点 364
9.1.4物联网的技术架构 364
9.1.5物联网关键技术 365
9.2 RFID与WSN的整合 365
9.2.1 RFID的基础理论 365
9.2.2 RFID和WSN整合的原因 367
9.2.3 RFID标签与传感器的整合 369
9.2.4 RFID标签与传感器节点的整合 372
9.2.5读写器与传感器节点的整合 374
9.2.6 RFID和传感器的整合 377
9.3物联网环境下的WSN 378
9.4基于RFID的WSN车载信息服务系统设计 380
9.4.1系统整体设计 380
9.4.2系统硬件设计 381
9.4.3系统网络模块 382
9.4.4系统软件设计 382
9.4.5应用软件设计 383
9.4.6系统软件测试 385
习题9 386
参考文献 387