無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)踐

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展 1
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 1
1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 1
1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 2
1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù) 5
1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及前景 7
1.1.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域 8
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 11
1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 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(xiàn) 14
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺搭建與仿真 16
2.1 引言 16
2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì) 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(luò)軟件設(shè)計(jì) 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(luò)仿真 39
2.4.4 進(jìn)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(xiàn) 47
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)實(shí)例 65
3.6.1 實(shí)例一：Microchip ZigBee MAC 65
3.6.2 實(shí)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(xiàn) 85
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shí)例 103
4.5.1 仿真實(shí)現(xiàn) 103
4.5.2 仿真關(guān)鍵代碼 106
4.6 本章小結(jié) 108
4.7 思考題 108
4.8 參考文獻(xiàn) 109
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位實(shí)現(xiàn) 110
5.1 引言 110
5.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位概述 111
5.2.1 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)位置的計(jì)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(jī)制 116
5.3.2 基于TOA的定位機(jī)制 117
5.3.3 基于TDOA的定位機(jī)制 117
5.3.4 基于AOA的定位機(jī)制 118
5.4 距離無關(guān)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(luò)環(huán)境仿真設(shè)置 136
5.6.2 DV-Hop定位算法流程 137
5.6.3 算法仿真實(shí)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(shè)計(jì) 141
5.7.1 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 141
5.7.2 定位技術(shù)的選擇 142
5.7.3 節(jié)點(diǎn)通信技術(shù)選擇 142
5.7.4 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 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(kuò)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(xiàn) 155
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 164
6.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)融合方法 165
6.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法實(shí)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(xiàn) 179
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性 180
7.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)路由的安全性 188
7.2.3 網(wǎng)絡(luò)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(xiàn) 200
WSN應(yīng)用實(shí)例——ZigBee及智能家電 202
8.1 引言 202
8.2 ZigBee應(yīng)用概述 203
8.2.1 APS子層 203
8.2.2 ZigBee應(yīng)用框架 204
8.2.3 ZigBee尋址 205
8.2.4 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與服務(wù)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(guān)鍵細(xì)節(jié) 207
8.3.1 ZigBee profile 207
8.3.2 ZigBee描述符 208
8.3.3 ZigBee設(shè)備profile 212
8.3.4 ZigBee設(shè)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(shí)驗(yàn)代碼 225
8.4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 228
8.5 本章小結(jié) 229
8.6 思考題 229
8.7 參考文獻(xiàn) 229
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例——農(nóng)業(yè)監(jiān)測 230
9.1 應(yīng)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(shè)計(jì) 234
9.3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 234
9.3.2 Sink節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 238
9.4 6LOWPAN通信協(xié)議的實(shí)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(yīng)層實(shí)現(xiàn) 245
9.5 6LOWPAN-GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì) 247
9.6 數(shù)據(jù)中心管理軟件的設(shè)計(jì) 253
9.6.1 數(shù)據(jù)中心通信實(shí)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(xiàn) 259
參考答案 260