無線傳感器網(wǎng)絡

第1章無線傳感器網(wǎng)絡概述1
1.1基本概念1
1.1.1無線傳感器網(wǎng)絡的定義1
1.1.2遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡1
1.1.3無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2
1.2無線傳感器網(wǎng)絡的特點3
1.3傳感器結(jié)點概述4
1.3.1傳感器結(jié)點的組成4
1.3.2傳感器結(jié)點的角色5
1.3.3傳感器結(jié)點的喚醒方式5
1.3.4傳感器結(jié)點的特點6
1.3.5傳感器結(jié)點面臨的威脅及對策6
1.4關(guān)鍵性能指標8
1.4.1網(wǎng)絡層指標8
1.4.2抗毀性指標8
1.4.3監(jiān)測性能指標9
1.4.4定位技術(shù)指標9
1.5傳感器10
1.6無線傳感器網(wǎng)絡的應用11
1.6.1主要的應用領(lǐng)域11
1.6.2典型項目案例——油田氣管線智能化管理系統(tǒng)12
1.7無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)展歷史13
第2章無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)環(huán)境14
2.1概述14
2.2無線傳感器網(wǎng)絡平臺硬件設(shè)計15
2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖15
2.2.2結(jié)點設(shè)計要求與內(nèi)容16
2.2.3結(jié)點的模塊化設(shè)計16
2.2.4常見的無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)點19無線傳感器網(wǎng)絡目錄2.3無線傳感器網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)22
2.3.1傳感器網(wǎng)絡對操作系統(tǒng)的要求22
2.3.2TinyOS23
2.3.3nesC語言23
2.3.4TinyOS組件模型24
2.3.5TinyOS通信模型25
2.3.6TinyOS事件驅(qū)動機制、調(diào)度策略與能量管理機制26
2.4ZigBee硬件平臺26
2.4.1CC2530芯片的特點26
2.4.2CC2530芯片上8051內(nèi)核27
2.4.3CC2530的主要外設(shè)27
2.4.4CC2530無線收發(fā)器27
2.4.5CC2530開發(fā)環(huán)境IAR27
第3章無線傳感器網(wǎng)絡中的無線通信技術(shù)29
3.1IEEE 802.15.4標準概述29
3.1.1網(wǎng)絡簡介29
3.1.2拓撲結(jié)構(gòu)30
3.1.3網(wǎng)絡拓撲的形成過程30
3.2藍牙技術(shù)31
3.2.1藍牙技術(shù)概述31
3.2.2藍牙協(xié)議體系33
3.2.3藍牙數(shù)據(jù)包36
3.2.4藍牙地址38
3.2.5藍牙的狀態(tài)38
3.2.6藍牙的關(guān)鍵技術(shù)40
3.3ZigBee技術(shù)44
3.3.1ZigBee技術(shù)概述44
3.3.2ZigBee網(wǎng)絡的組成46
3.3.3ZigBee協(xié)議棧的原理48
3.4超寬帶技術(shù)52
3.4.1超寬帶的定義52
3.4.2超寬帶技術(shù)的實現(xiàn)方式53
3.4.3超寬帶技術(shù)的特點54
3.5LiFi技術(shù)55
3.5.1LiFi技術(shù)產(chǎn)生的背景56
3.5.2LiFi技術(shù)的原理56
3.5.3LiFi技術(shù)的優(yōu)點和缺點57
3.6LPWAN技術(shù)58
3.6.1LPWAN技術(shù)的發(fā)展58
3.6.2LoRa59
3.6.3NBIoT64
第4章無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲控制與覆蓋技術(shù)69
4.1無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)69
4.1.1拓撲結(jié)構(gòu)的分類69
4.1.2煤礦安全監(jiān)測應用實例70
4.2拓撲控制73
4.2.1拓撲控制研究的主要問題73
4.2.2網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性74
4.2.3拓撲控制的目標74
4.2.4拓撲控制的算法與面臨的挑戰(zhàn)76
4.2.5拓撲控制的分類76
4.3覆蓋83
4.3.1無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋的基礎(chǔ)研究83
4.3.2無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制90
4.3.3無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋技術(shù)在礦井中的應用96
4.4無線傳感器網(wǎng)絡的覆蓋空洞檢測和修復算法98
4.4.1覆蓋空洞的產(chǎn)生原因98
4.4.2覆蓋空洞產(chǎn)生的影響99
4.4.3覆蓋空洞的檢測方法99
4.4.4覆蓋空洞的修復策略100
4.5無線傳感器網(wǎng)絡的移動式覆蓋控制103
4.5.1主要衡量指標103
4.5.2存在的問題及挑戰(zhàn)103
4.5.3移動式覆蓋控制方法的分類104
4.5.4典型的移動式覆蓋技術(shù)方法105
第5章無線傳感器網(wǎng)絡通信與組網(wǎng)技術(shù)108
5.1無線傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議108
5.1.1無線傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)108
5.1.2無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧109
5.2物理層111
5.2.1物理層概述112
5.2.2物理層協(xié)議113
5.3數(shù)據(jù)鏈路層115
5.3.1MAC層115
5.3.2差錯控制117
5.3.3幀結(jié)構(gòu)118
5.4網(wǎng)絡層119
5.4.1網(wǎng)絡層設(shè)計原則119
5.4.2網(wǎng)絡層事件及消息類型121
5.4.3網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)收發(fā)121
5.4.4網(wǎng)絡層路由功能121
5.5傳輸層122
5.5.1事件到匯聚結(jié)點的傳輸123
5.5.2匯聚結(jié)點到傳感器結(jié)點的傳輸123
5.6應用層124
5.6.1應用層的幀類型124
5.6.2應用層協(xié)議124
5.6.3應用層功能實現(xiàn)125
5.7MAC協(xié)議127
5.7.1無線傳感器網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問控制問題127
5.7.2無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議分類128
5.7.3常見的無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議129
5.7.4無線傳感器網(wǎng)絡自適應MAC協(xié)議在礦井中的應用137
5.8無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議141
5.8.1無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議概述141
5.8.2平面結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議143
5.8.3層次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議148
5.8.4基于查詢的路由協(xié)議150
5.8.5基于地理位置的路由協(xié)議151
5.8.6基于能量感知的路由協(xié)議154
5.8.7可靠路由協(xié)議156
5.8.8無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議在智能家居中的應用159
第6章無線傳感器網(wǎng)絡的支撐技術(shù)163
6.1時間同步163
6.1.1時間同步概述163
6.1.2時間同步的分類166
6.1.3消息同步的方法166
6.1.4時間同步協(xié)議168
6.1.5時間同步算法在煤礦電網(wǎng)輸電線路故障檢測中的應用175
6.2定位技術(shù)178
6.2.1定位技術(shù)概述178
6.2.2結(jié)點位置的計算方法180
6.2.3基于測距的定位算法182
6.2.4與距離無關(guān)的定位算法185
6.2.5定位算法在智能公交系統(tǒng)的應用與比較191
6.3數(shù)據(jù)融合192
6.3.1數(shù)據(jù)融合技術(shù)193
6.3.2數(shù)據(jù)融合的方法199
6.3.3基于數(shù)據(jù)融合的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計202
6.4容錯技術(shù)204
6.4.1容錯技術(shù)概述205
6.4.2故障模型206
6.4.3故障檢測208
6.4.4故障修復215
6.5能量管理217
6.5.1能量管理概述217
6.5.2節(jié)約電能的方法219
6.5.3動態(tài)能量管理222
6.5.4能量管理在精準農(nóng)業(yè)中的應用225
6.6服務質(zhì)量保證228
6.6.1服務質(zhì)量技術(shù)概述228
6.6.2服務質(zhì)量保障技術(shù)230
6.6.3服務質(zhì)量體系結(jié)構(gòu)232
6.6.4高速鐵路中無線傳感器網(wǎng)絡的服務質(zhì)量234
6.7安全性238
6.7.1安全需求238
6.7.2關(guān)鍵技術(shù)240
6.7.3面臨的主要攻擊手段與防御方案242
第7章無線傳感器網(wǎng)絡的接入技術(shù)247
7.1基于無線傳感器網(wǎng)絡的多網(wǎng)融合體系結(jié)構(gòu)247
7.2面向無線傳感器網(wǎng)絡的接入248
7.2.1無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)關(guān)248
7.2.2面向以太網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡接入250
7.2.3面向無線局域網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡接入252
7.2.4面向移動通信網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡接入254
7.3無線傳感器網(wǎng)絡接入Internet256
7.3.1概述256
7.3.2無線傳感器網(wǎng)絡接入Internet的方法258
7.3.3無線傳感器網(wǎng)絡接入Internet的體系結(jié)構(gòu)260
7.4無線傳感器網(wǎng)絡服務提供方法262
7.4.1服務提供體系262
7.4.2服務提供網(wǎng)絡中間件262
7.4.3服務提供步驟263
7.5多網(wǎng)融合網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計264
7.5.1多網(wǎng)融合網(wǎng)關(guān)的硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計265
7.5.2網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信模塊設(shè)計268
參考文獻274