无线传感器网络原理与实践

无线传感器网络现状与发展 1
1.1 无线传感器网络概述 1
1.1.1 无线传感器网络的发展历程 1
1.1.2 无线传感器网络基本概念 2
1.1.3 无线传感器网络核心技术 5
1.1.4 无线传感器网络研究现状及前景 7
1.1.5 无线传感器网络的应用领域 8
1.2 无线传感器网络与物联网 9
1.2.1 物联网的定义 10
1.2.2 无线传感器网络与物联网的关系 11
1.2.3 物联网的关键技术 12
1.2.4 物联网的广阔前景 13
1.3 本章小结 14
1.4 参考文献 14
无线传感器网络平台搭建与仿真 16
2.1 引言 16
2.2 无线传感器网络硬件设计 17
2.2.1 传感器模块 17
2.2.2 处理单元 18
2.2.3 无线收发模块与电源 18
2.3 无线传感器网络软件设计 19
2.3.1 nesC语言 20
2.3.2 TinyOS 27
2.4 仿真平台 32
2.4.1 Tcl语法简介 32
2.4.2 OTcl语法简介 37
2.4.3 NS无线网络仿真 39
2.4.4 进一步阅读 46
2.5 本章小结 46
2.6 思考题 46
2.7 参考文献 47
无线传感器网络的MAC层协议 48
3.1 引言 48
3.2 竞争类MAC层协议 48
3.2.1 S-MAC 49
3.2.2 T-MAC 50
3.2.3 总结 53
3.3 分配类MAC协议 53
3.3.1 GWMAC协议 53
3.3.2 TRAMA协议 54
3.3.3 总结 58
3.4 混合型MAC协议 58
3.4.1 Pair Wise协议 58
3.4.2 其他混合型MAC协议 60
3.5 IEEE802.15.4MAC 61
3.5.1 PHY层简介 62
3.5.2 IEEE802.15.4 MAC层协议 63
3.6 IEEE802.15.4MAC实现实例 65
3.6.1 实例一：Microchip ZigBee MAC 65
3.6.2 实例二：Linux与IEEE802.15.4 81
3.7 本章小结 84
3.8 思考题 85
3.9 参考文献 85
无线传感器网络路由协议 87
4.1 概述 87
4.2 数据中心路由协议 87
4.2.1 泛洪类路由算法 87
4.2.2 DD路由算法 91
4.3 集群结构路由协议 94
4.3.1 LEACH路由协议 95
4.3.2 APTEEN路由协议 98
4.4 地理位置路由协议 100
4.4.1 LAR路由协议 101
4.4.2 其他地理位置路由协议 103
4.5 LEACH仿真实例 103
4.5.1 仿真实现 103
4.5.2 仿真关键代码 106
4.6 本章小结 108
4.7 思考题 108
4.8 参考文献 109
无线传感器网络的定位实现 110
5.1 引言 110
5.2 无线传感器网络节点定位概述 111
5.2.1 节点定位的基本概念 111
5.2.2 定位算法的分类 111
5.2.3 定位算法的性能分析 112
5.2.4 节点位置的计算方法 113
5.3 基于测距的定位算法 116
5.3.1 基于RSSI的定位机制 116
5.3.2 基于TOA的定位机制 117
5.3.3 基于TDOA的定位机制 117
5.3.4 基于AOA的定位机制 118
5.4 距离无关的定位算法 118
5.4.1 质心定位算法 118
5.4.2 凸规划定位算法 119
5.4.3 APS算法 120
5.4.4 Amorphous定位算法 123
5.4.5 APIT定位算法 123
5.4.6 SeRLoc定位算法 127
5.4.7 MDS-MAP定位算法 130
5.5 典型的定位系统 131
5.5.1 RADAR定位系统 132
5.5.2 Active Badge定位系统 133
5.5.3 Active Office定位系统 134
5.5.4 Cricket定位系统 135
5.6 定位算法的仿真及分析 136
5.6.1 网络环境仿真设置 136
5.6.2 DV-Hop定位算法流程 137
5.6.3 算法仿真实现及过程 137
5.6.4 仿真结果及分析 140
5.7 定位系统的设计 141
5.7.1 定位系统设计的原则 141
5.7.2 定位技术的选择 142
5.7.3 节点通信技术选择 142
5.7.4 传感器节点设计 143
5.7.5 CC2431定位引擎 144
5.7.6 定位引擎的使用方法 146
5.7.7 定位系统的测试方法 150
5.7.8 室内定位系统的误差分析 151
5.7.9 扩展定位区域 153
5.8 本章小结 153
5.9 思考题 154
5.10 参考文献 155
无线传感器网络数据融合 156
6.1 引言 156
6.2 数据融合概述 157
6.2.1 数据融合的基本概念 157
6.2.2 数据融合分类 157
6.2.3 数据融合优势 159
6.2.4 常用的数据融合算法 160
6.3 无线传感器网络数据融合技术 164
6.3.1 无线传感器网络数据融合层次 164
6.3.2 路由协议中的数据融合 164
6.3.3 无线传感器网络数据融合方法 165
6.4 无线传感器网络数据融合算法实现 169
6.4.1 数据融合需求 169
6.4.2 传统数据融合算法分析 170
6.4.3 基于组播树的数据融合算法 171
6.5 本章小结 178
6.6 思考题 178
6.7 参考文献 179
无线传感器网络的安全性 180
7.1 无线传感器网络安全问题概述 180
7.2 安全性分析 181
7.2.1 时间同步的安全性 181
7.2.2 网络路由的安全性 188
7.2.3 网络密钥管理的安全性 192
7.2.4 定位协议的安全性 195
7.2.5 数据融合的安全性 198
7.3 本章小结 200
7.4 思考题 200
7.5 参考文献 200
WSN应用实例——ZigBee及智能家电 202
8.1 引言 202
8.2 ZigBee应用概述 203
8.2.1 APS子层 203
8.2.2 ZigBee应用框架 204
8.2.3 ZigBee寻址 205
8.2.4 设备发现与服务发现 206
8.2.5 绑定 206
8.2.6 消息传递方式 206
8.3 ZigBee协议关键细节 207
8.3.1 ZigBee profile 207
8.3.2 ZigBee描述符 208
8.3.3 ZigBee设备profile 212
8.3.4 ZigBee设备对象（ZDO） 213
8.3.5 ZigBee 2004和ZigBee 2006的主要区别 219
8.4 智能家电系统 220
8.4.1 系统概貌 220
8.4.2 无线收发模块 220
8.4.3 微处理器模块 223
8.4.4 实验代码 225
8.4.5 实验结果 228
8.5 本章小结 229
8.6 思考题 229
8.7 参考文献 229
无线传感器网络应用实例——农业监测 230
9.1 应用背景概述 230
9.1.1 农业监测的意义 230
9.1.2 农业监测的发展 231
9.2 系统架构 232
9.3 系统硬件设计 234
9.3.1 传感器节点硬件设计 234
9.3.2 Sink节点硬件设计 238
9.4 6LOWPAN通信协议的实现 240
9.4.1 系统模块和接口 242
9.4.2 6LoWPAN的地址 245
9.4.3 6LoWPAN系统适应层实现 245
9.5 6LOWPAN-GPRS协议转换网关设计 247
9.6 数据中心管理软件的设计 253
9.6.1 数据中心通信实现 253
9.6.2 GPRS通信规约 254
9.7 本章小结 258
9.8 思考题 258
9.9 参考文献 259
参考答案 260