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1 无线传感器网络概述1

1.1 引言1

1.2 传感器网络的体系结构2

1.2.1 传感器网络的系统架构2

1.2.2 传感器网络结点的结构5

1.2.3 传感器网络的结构8

1.3 传感器网络的特征10

1.3.1 与现有无线网络的区别10

1.3.2 与现场总线的区别10

1.3.3 传感器结点的限制条件11

1.3.4 组网特点12

1.4 传感器网络的应用领域15

1.4.1 军事领域15

1.4.2 工业领域15

1.4.3 农业领域16

1.4.4 家庭与健康领域17

1.4.5 环境保护领域17

1.4.6 其他领域19

1.5 传感器网络的发展历史19

1.5.1 计算设备的演化历史19

1.5.2 无线传感器网络的发展过程20

1.5.3 我国传感器网络的发展情况21

1.6 无线传感器网络技术的未来挑战与展望22

1.6.1 无线传感器网络技术的未来挑战22

1.6.2 展望22

参考文献23

2 传感器简介24

2.1 传感器概述24

2.1.1 传感器的定义和作用24

2.1.2 传感器的组成25

2.1.3 传感器的分类25

2.2 常见传感器的类型介绍26

2.2.1 能量控制型传感器26

2.2.2 能量转换型传感器26

2.2.3 集成与智能传感器27

2.3 传感器的一般特性和选型28

2.3.1 传感器的一般特性28

2.3.2 传感器选型的原则31

2.4 微型传感器示例32

2.4.1 DS18B20数字式温度传感器32

2.4.2 温湿度传感器SHT1x/7x38

参考文献39

3 无线传感器网络的组网基础40

3.1 物理层40

3.1.1 物理层概述40

3.1.2 传感器网络物理层的设计43

3.2 MAC子层及协议44

3.2.1 MAC子层44

3.2.2 MAC协议概述50

3.2.3 IEEE 802.1 1MAC协议52

3.2.4 典型MAC协议：S- MAC协议54

3.3 路由协议57

3.3.1 路由协议概述57

3.3.2 地理位置路由协议58

3.3.3 定向扩散路由协议65

参考文献67

4 无线传感器网络的关键技术68

4.1 时间同步机制68

4.1.1 传感器网络的时间同步机制68

4.1.2 传感器网络时间同步协议72

4.2 定位技术74

4.2.1 传感器网络结点定位问题74

4.2.2 基于测距的定位技术78

4.2.3 非测距的定位技术84

4.2.4 定位系统的典型应用87

4.3 能量管理88

4.3.1 能量管理的意义88

4.3.2 传感器网络的电源节能方法89

4.3.3 动态能量管理91

参考文献99

5 无线传感器网络的数据融合与安全机制100

5.1 数据融合100

5.1.1 多传感器数据融合概述100

5.1.2 传感器网络中数据融合的作用101

5.1.3 数据融合技术的分类103

5.1.4 数据融合的主要方法105

5.1.5 传感器网络应用层的数据融合示例107

5.2 安全机制109

5.2.1 安全概述109

5.2.2 安全攻击113

5.2.3 SPINS安全解决方案120

5.2.4 安全管理128

参考文献136

6 无线传感器网络的技术标准137

6.1 无线传感器网络技术标准的意义137

6.2 IEEE 1451系列标准138

6.3 IEEE 802.15.4 标准142

6.3.1 概述142

6.3.2 IEEE 802.1 5.4 网络简介143

6.3.3 物理层146

6.3.4 MAC子层148

6.3.5 符合IEEE 802.1 5.4 标准的无线传感器网络实例151

6.4 ZigBee协议标准153

6.4.1 ZigBee概述153

6.4.2 ZigBee网络层规范156

6.4.3 ZigBee系统软件的设计开发157

参考文献159

7 CC253x系列射频收发微控制器160

7.1 CC253x系列射频收发微控器简介160

7.1.1 CPU和内存160

7.1.2 时钟和电源160

7.1.3 外设161

7.1.4 无线模块162

7.2 AES协处理器162

7.2.1 AES操作163

7.2.2 密钥和IV163

7.2.3 填充输入数据163

7.2.4 AES协处理器和CPU通信163

7.2.5 工作模式163

7.2.6 CBC-MAC模式164

7.2.7 CCM模式164

7.2.8 层之间共享AES协处理器166

7.2.9 AES中断166

7.2.1 0AES DMA触发166

7.2.1 1 AES寄存器166

7.3 定时器2 （MAC定时器）167

7.3.1 定时器操作168

7.3.2 中断170

7.3.3 事件输出（DMA触发和CSP事件）170

7.3.4 定时器启动/停止同步170

7.3.5 定时器2的寄存器171

7.4 无线模块171

7.4.1 RF内核171

7.4.2 FIFO访问173

7.4.3 DMA173

7.4.4 存储器映射173

7.4.5 频率和通道编程173

7.4.6 IEEE 802.1 5.4 —2006调制格式174

7.4.7 IEEE 802.1 5.4 —2006帧格式175

7.4.8 发送模式176

7.4.9 接收模式178

7.4.10 RXFIFO访问182

7.4.11 无线模块控制状态机制184

7.4.12 随机数的产生184

7.4.13 数据包分析器和无线模块测试输出信号185

7.4.14 命令选通/CSMA-CA处理器185

7.4.15 寄存器188

8 无线传感器网络应用190

8.1 汽车道闸控制系统190

8.1.1 概述190

8.1.2 道闸控制系统的无线通信技术方案190

8.1.3 道闸控制系统的硬件设计191

8.1.4 道闸控制系统的软件设计200

8.1.5 实验结果与分析206

8.2 城市照明监控系统207

8.2.1 研究内容207

8.2.2 城市照明监控系统设计方案208

8.2.3 城市照明监控系统的硬件设计214

8.2.4 城市照明监控系统的嵌入式软件设计222

8.2.5 城市照明监控系统测试231

8.3 高压输电线监测系统234

8.3.1 概述234

8.3.2 高压输电线故障监测系统设计方案236

8.3.3 高压输电线故障监测系统的硬件设计240

8.3.4 高压输电线故障监测系统的嵌入式软件设计248

8.3.5 实验结果252

参考文献253

附录 中英文术语对照表255