無線傳感器網(wǎng)絡原理與實踐

無線傳感器網(wǎng)絡現(xiàn)狀與發(fā)展 1
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述 1
1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展歷程 1
1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡基本概念 2
1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡核心技術 5
1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡研究現(xiàn)狀及前景 7
1.1.5 無線傳感器網(wǎng)絡的應用領域 8
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng) 9
1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義 10
1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)的關系 11
1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術 12
1.2.4 物聯(lián)網(wǎng)的廣闊前景 13
1.3 本章小結(jié) 14
1.4 參考文獻 14
無線傳感器網(wǎng)絡平臺搭建與仿真 16
2.1 引言 16
2.2 無線傳感器網(wǎng)絡硬件設計 17
2.2.1 傳感器模塊 17
2.2.2 處理單元 18
2.2.3 無線收發(fā)模塊與電源 18
2.3 無線傳感器網(wǎng)絡軟件設計 19
2.3.1 nesC語言 20
2.3.2 TinyOS 27
2.4 仿真平臺 32
2.4.1 Tcl語法簡介 32
2.4.2 OTcl語法簡介 37
2.4.3 NS無線網(wǎng)絡仿真 39
2.4.4 進一步閱讀 46
2.5 本章小結(jié) 46
2.6 思考題 46
2.7 參考文獻 47
無線傳感器網(wǎng)絡的MAC層協(xié)議 48
3.1 引言 48
3.2 競爭類MAC層協(xié)議 48
3.2.1 S-MAC 49
3.2.2 T-MAC 50
3.2.3 總結(jié) 53
3.3 分配類MAC協(xié)議 53
3.3.1 GWMAC協(xié)議 53
3.3.2 TRAMA協(xié)議 54
3.3.3 總結(jié) 58
3.4 混合型MAC協(xié)議 58
3.4.1 Pair Wise協(xié)議 58
3.4.2 其他混合型MAC協(xié)議 60
3.5 IEEE802.15.4MAC 61
3.5.1 PHY層簡介 62
3.5.2 IEEE802.15.4 MAC層協(xié)議 63
3.6 IEEE802.15.4MAC實現(xiàn)實例 65
3.6.1 實例一：Microchip ZigBee MAC 65
3.6.2 實例二：Linux與IEEE802.15.4 81
3.7 本章小結(jié) 84
3.8 思考題 85
3.9 參考文獻 85
無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議 87
4.1 概述 87
4.2 數(shù)據(jù)中心路由協(xié)議 87
4.2.1 泛洪類路由算法 87
4.2.2 DD路由算法 91
4.3 集群結(jié)構(gòu)路由協(xié)議 94
4.3.1 LEACH路由協(xié)議 95
4.3.2 APTEEN路由協(xié)議 98
4.4 地理位置路由協(xié)議 100
4.4.1 LAR路由協(xié)議 101
4.4.2 其他地理位置路由協(xié)議 103
4.5 LEACH仿真實例 103
4.5.1 仿真實現(xiàn) 103
4.5.2 仿真關鍵代碼 106
4.6 本章小結(jié) 108
4.7 思考題 108
4.8 參考文獻 109
無線傳感器網(wǎng)絡的定位實現(xiàn) 110
5.1 引言 110
5.2 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位概述 111
5.2.1 節(jié)點定位的基本概念 111
5.2.2 定位算法的分類 111
5.2.3 定位算法的性能分析 112
5.2.4 節(jié)點位置的計算方法 113
5.3 基于測距的定位算法 116
5.3.1 基于RSSI的定位機制 116
5.3.2 基于TOA的定位機制 117
5.3.3 基于TDOA的定位機制 117
5.3.4 基于AOA的定位機制 118
5.4 距離無關的定位算法 118
5.4.1 質(zhì)心定位算法 118
5.4.2 凸規(guī)劃定位算法 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 典型的定位系統(tǒng) 131
5.5.1 RADAR定位系統(tǒng) 132
5.5.2 Active Badge定位系統(tǒng) 133
5.5.3 Active Office定位系統(tǒng) 134
5.5.4 Cricket定位系統(tǒng) 135
5.6 定位算法的仿真及分析 136
5.6.1 網(wǎng)絡環(huán)境仿真設置 136
5.6.2 DV-Hop定位算法流程 137
5.6.3 算法仿真實現(xiàn)及過程 137
5.6.4 仿真結(jié)果及分析 140
5.7 定位系統(tǒng)的設計 141
5.7.1 定位系統(tǒng)設計的原則 141
5.7.2 定位技術的選擇 142
5.7.3 節(jié)點通信技術選擇 142
5.7.4 傳感器節(jié)點設計 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 定位系統(tǒng)的測試方法 150
5.7.8 室內(nèi)定位系統(tǒng)的誤差分析 151
5.7.9 擴展定位區(qū)域 153
5.8 本章小結(jié) 153
5.9 思考題 154
5.10 參考文獻 155
無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合 156
6.1 引言 156
6.2 數(shù)據(jù)融合概述 157
6.2.1 數(shù)據(jù)融合的基本概念 157
6.2.2 數(shù)據(jù)融合分類 157
6.2.3 數(shù)據(jù)融合優(yōu)勢 159
6.2.4 常用的數(shù)據(jù)融合算法 160
6.3 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合技術 164
6.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合層次 164
6.3.2 路由協(xié)議中的數(shù)據(jù)融合 164
6.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合方法 165
6.4 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合算法實現(xiàn) 169
6.4.1 數(shù)據(jù)融合需求 169
6.4.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)融合算法分析 170
6.4.3 基于組播樹的數(shù)據(jù)融合算法 171
6.5 本章小結(jié) 178
6.6 思考題 178
6.7 參考文獻 179
無線傳感器網(wǎng)絡的安全性 180
7.1 無線傳感器網(wǎng)絡安全問題概述 180
7.2 安全性分析 181
7.2.1 時間同步的安全性 181
7.2.2 網(wǎng)絡路由的安全性 188
7.2.3 網(wǎng)絡密鑰管理的安全性 192
7.2.4 定位協(xié)議的安全性 195
7.2.5 數(shù)據(jù)融合的安全性 198
7.3 本章小結(jié) 200
7.4 思考題 200
7.5 參考文獻 200
WSN應用實例——ZigBee及智能家電 202
8.1 引言 202
8.2 ZigBee應用概述 203
8.2.1 APS子層 203
8.2.2 ZigBee應用框架 204
8.2.3 ZigBee尋址 205
8.2.4 設備發(fā)現(xiàn)與服務發(fā)現(xiàn) 206
8.2.5 綁定 206
8.2.6 消息傳遞方式 206
8.3 ZigBee協(xié)議關鍵細節(jié) 207
8.3.1 ZigBee profile 207
8.3.2 ZigBee描述符 208
8.3.3 ZigBee設備profile 212
8.3.4 ZigBee設備對象（ZDO） 213
8.3.5 ZigBee 2004和ZigBee 2006的主要區(qū)別 219
8.4 智能家電系統(tǒng) 220
8.4.1 系統(tǒng)概貌 220
8.4.2 無線收發(fā)模塊 220
8.4.3 微處理器模塊 223
8.4.4 實驗代碼 225
8.4.5 實驗結(jié)果 228
8.5 本章小結(jié) 229
8.6 思考題 229
8.7 參考文獻 229
無線傳感器網(wǎng)絡應用實例——農(nóng)業(yè)監(jiān)測 230
9.1 應用背景概述 230
9.1.1 農(nóng)業(yè)監(jiān)測的意義 230
9.1.2 農(nóng)業(yè)監(jiān)測的發(fā)展 231
9.2 系統(tǒng)架構(gòu) 232
9.3 系統(tǒng)硬件設計 234
9.3.1 傳感器節(jié)點硬件設計 234
9.3.2 Sink節(jié)點硬件設計 238
9.4 6LOWPAN通信協(xié)議的實現(xiàn) 240
9.4.1 系統(tǒng)模塊和接口 242
9.4.2 6LoWPAN的地址 245
9.4.3 6LoWPAN系統(tǒng)適應層實現(xiàn) 245
9.5 6LOWPAN-GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關設計 247
9.6 數(shù)據(jù)中心管理軟件的設計 253
9.6.1 數(shù)據(jù)中心通信實現(xiàn) 253
9.6.2 GPRS通信規(guī)約 254
9.7 本章小結(jié) 258
9.8 思考題 258
9.9 參考文獻 259
參考答案 260