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内容简介

　　《无线传感器网络原理及应用》根据通信工程专业的教学需要和无线传感器网络技术的新发展及其应用编写。
　　《无线传感器网络原理及应用》主要内容有无线传感器网络的基本概念，传感器网络的通信与组网技术、支撑技术，重点阐述传感器网络协议的技术标准和传感器网络的常用开发环境以及射频收发微控制器CC253x，最后介绍具有实际工程背景的应用例子。
　　《无线传感器网络原理及应用》可供通信工程、电子信息工程、计算机网络、自动化等专业本科生及研究生，工程技术开发人员参考使用。

内页插图

目录

1 无线传感器网络概述
1．1 引言
1．2 传感器网络的体系结构
1．2．1 传感器网络的系统架构
1．2．2 传感器网络结点的结构
1．2．3 传感器网络的结构
1．3 传感器网络的特征
1．3．1 与现有无线网络的区别
1．3．2 与现场总线的区别
1．3．3 传感器结点的限制条件
1．3．4 组网特点
1．4 传感器网络的应用领域
1．4．1 军事领域
1．4．2 工业领域
1．4．3 农业领域
1．4．4 家庭与健康领域
1．4．5 环境保护领域
1．4．6 其他领域
1．5 传感器网络的发展历史
1．5．1 计算设备的演化历史
1．5．2 无线传感器网络的发展过程
1．5．3 我国传感器网络的发展情况
1．6 无线传感器网络技术的未来挑战与展望
1．6．1 无线传感器网络技术的未来挑战
1．6．2 展望
参考文献

2 传感器简介
2．1 传感器概述
2．1．1 传感器的定义和作用
2．1．2 传感器的组成
2．1．3 传感器的分类
2．2 常见传感器的类型介绍
2．2．1 能量控制型传感器
2．2．2 能量转换型传感器
2．2．3 集成与智能传感器
2．3 传感器的一般特性和选型
2．3．1 传感器的一般特性
2．3．2 传感器选型的原则
2．4 微型传感器示例
2．4．1 DS18820数字式温度传感器
2．4．2 温湿度传感器SHT1x／7x
参考文献

3 无线传感器网络的组网基础
3．1 物理层
3．1．1 物理层概述
3．1．2 传感器网络物理层的设计
3．2 MAC子层及协议
3．2．1 MAC子层
3．2．2 MAC协议概述
3．2．3 IEEE 802．11 MAC协议
3．2．4 典型MAC协议：S—MAC协议
3．3 路由协议
3．3．1 路由协议概述
3．3．2 地理位置路由协议
3．3．3 定向扩散路由协议
参考文献

4 无线传感器网络的关键技术
4．1 时问同步机制
4．1．1 传感器网络的时间同步机制
4．1．2 传感器网络时间同步协议
4．2 定位技术
4．2．1 传感器网络结点定位问题
4．2．2 基于测距的定位技术
4．2．3 非测距的定位技术
4．2．4 定位系统的典型应用
4．3 能量管理
4．3．1 能量管理的意义
4．3．2 传感器网络的电源节能方法
4．3．3 动态能量管理
参考文献

5 无线传感器网络的数据融合与安全机制
5．1 数据融合
5．1．1 多传感器数据融合概述
5．1．2 传感器网络中数据融合的作用
5．1．3 数据融合技术的分类
5．1．4 数据融合的主要方法
5．1．5 传感器网络应用层的数据融合示例
5．2 安全机制
5．2．1 安全概述
5．2．2 安全攻击
5．2．3 SPINS安全解决方案
5．2．4 安全管理
参考文献

6 无线传感器网络的技术标准
6．1 无线传感器网络技术标准的意义
6．2 IEEE 1451系列标准
6．3 IEEE 802．15．4标准
6．3．1 概述
6．3．2 IEEE 802．15．4网络简介
6．3．3 物理层
6．3．4 MAC子层
6．3．5 符合IEEE 802．15．4标准的无线传感器网络实例
6．4 ZigBee协议标准
6．4．1 ZigBee概述
6．4．2 ZigBee网络层规范
6．4．3 ZigBee系统软件的设计开发
参考文献

7 CC253x系列射频收发微控制器
7．1 CC253x系列射频收发微控器简介
7．1．1 CPU和内存
7．1．2 时钟和电源
7．1．3 外设
7．1．4 无线模块
7．2 AES协处理器
7．2．1 AES操作
7．2．2 密钥和IV
7．2．3 填充输入数据
7．2．4 AES协处理器和CPU通信
7．2．5 工作模式
7．2．6 CBC—MAC模式
7．2．7 CCM模式
7．2．8 层之间共享AES协处理器
7．2．9 AES中断
7．2．10 AES DMA触发
7．2．11 AES寄存器
7．3 定时器2（MAC定时器）
7．3．1 定时器操作
7．3．2 中断
7．3．3 事件输出（DMA触发和（2SP事件）
7．3．4 定时器启动／停止同步
7．3．5 定时器2的寄存器
7．4 无线模块
7．4．1 RF内核
7．4．2 FIF0访问
7．4．3 DMA
7．4．4 存储器映射
7．4．5 频率和通道编程
7．4．6 IEEE 802．15．4—2006调制格式
7．4．7 1EEE 802．15．4—2006帧格式
7．4．8 发送模式
7．4．9 接收模式
7．4．10 RXFIFO访问
7．4．11 无线模块控制状态机制
7．4．12 随机数的产生
7．4．13 数据包分析器和无线模块测试输出信号
7．4．14 命令选通／CSMA—CA处理器
7．4．15 寄存器

8 无线传感器网络应用
8．1 汽车道闸控制系统
8．1．1 概述
8．1．2 道闸控制系统的无线通信技术方案
8．1．3 道闸控制系统的硬件设计
8．1．4 道闸控制系统的软件设计
8．1．5 实验结果与分析
8．2 城市照明监控系统
8．2．1 研究内容
8．2．2 城市照明监控系统设计方案
8．2．3 城市照明监控系统的硬件设计
8．2．4 城市照明监控系统的嵌入式软件设计
8．2．5 城市照明监控系统测试
8．3 高压输电线监测系统
8．3．1 概述
8．3．2 高压输电线故障监测系统设计方案
8．3．3 高压输电线故障监测系统的硬件设计
8．3．4 高压输电线故障监测系统的嵌入式软件设计
8．3．5 实验结果
参考文献

附录 中英文术语对照表

前言/序言

　　自20世纪90年代以来，随着传感器、无线通信、计算机网络、嵌入式系统、分布式信息处理与人工智能等新兴技术的发展与融合，研制出了各种具有感知、通信与计算功能的智能微型传感器。由大量的传感器结点构成的无线传感器网络具有信号采集、实时监测、信息传输、协同处理、信息服务等功能，能感知、采集和处理网络中感知对象的各种信息。这种具有智能获取、传输和处理信息功能的无线传感器网络，正在逐步形成IT领域的新兴产业。无线传感器网络可以广泛应用于军事、科研、环境、交通、医疗、制造、反恐、抗灾、家居等领域。无线传感器网络是一个学科交叉综合、知识高度集成的前沿热点研究领域，正受到各方面的高度关注。美国研究机构和媒体认为它是21世纪世界最具有影响力的、高技术领域的四大支柱型产业之一，是改变世界的十大新兴技术之一。
　　无线传感器网络是通信工程及相关专业的一门重要课程，给本科生讲解无线传感器网络原理及应用具有重要的意义。本书主要介绍无线传感器网络的基本概念、组网基础、关键技术、数据融合、安全机制、协议技术标准等内容，第2章介绍了一些常用的传感器，第7章介绍了一款无线传感器网络射频收发微控制器CC253X。第8章着重介绍了无线传感器网络的3个应用实例。实例1：城市照明监控系统。该系统采用“监控中心一路端通信装置一路端单灯测控器”3层结构。路端通信装置与路端单灯测控器组建ZigBee无线传感器网络。路端通信装置还通过GPRS技术与监控中心的服务器进行无线通信。监控中心的监听软件与城市照明控制系统配合使用可实现对路灯状态的监测和控制。实例2：汽车道闸控制系统。该系统主要由主控器、无线通信模块和无线信号激励源组成。当安置在汽车内的无线通信模块（电子车牌）在汽车进入无线信号激活区内时从休眠状态转换到工作状态，发射出车牌信息，主控器中的无线通信模块接收到此信息，决定是否开放道闸。实例3：高压输电线故障监测系统。系统由监控中心、线上网关和故障监测结点3部分组成。故障监测结点和线上网关组成短距离ZigBee无线传感器网络，线上网关通过GPRS分组数据技术同监控中心服务器主机进行远程通信，所有线上装置均采用电磁互感取电方式作为能量来源。书中给出了3个实例的软硬件设计方案。
　　本课程课时数为45学时左右，通过本课程的学习，使学生掌握无线传感器网络的基本原理，结合实验课程掌握无线传感器网络设计与开发的基本技术，为今后从事无线传感器网络相关工作及进一步学习打下良好基础。本书也可供对传感器网络技术感兴趣的工程技术人员参考。
　　本书参考了许多文献和资料，在此对相关作者深表谢意，书中参考文献若有遗漏，或有内容涉及相关作者的知识产权，敬请谅解。本书由陈小平承担1，3，4，8章的编写及全书的统稿；陈红仙承担第2，5章的编写；檀永承担第6，7章的编写。3个应用实例要特别感谢研究生何赛、董叶、段毅所做的工作。
　　感谢读者使用本书，欢迎读者对本书内容提出批评和建议，我们将非常感激。
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