无线传感网技术与设计

第1章 无线传感网技术概论 1 1.1 无线传感网体系结构 1 1.1.1 无线传感网网络结构 1 1.1.2 无线传感器节点结构 2 1.1.3 无线传感网协议栈 3 1.2 无线传感网主要特征 4 1.2.1 不同于移动自组网 4 1.2.2 不同于现场总线网络 4 1.2.3 无线传感器节点的限制 5 1.2.4 无线传感网的特点 6 1.2.5 短距离无线通信技术 8 1.2.6 广域网无线通信技术 12 1. 3 无线传感网关键技术 15 1.4 无线传感网的应用 19 1.5 无线传感网发展与现状 20 1.5.1 无线传感网发展的三个阶段 20 1.5.2 无线传感网发展现状 22 1.5.3 无线传感网的发展趋势 24 第2章 WSN关键技术 26 2.1 WSN定位技术 26 2.1.1 定位技术概述 26 2.1.2 定位算法的分类 29 2.1.3 测距方法 31 2.1.4 节点定位计算方法 34 2.1.5 无需测距的定位算法 36 2.2 时间同步技术 39 2.2.1 时间同步概述 39 2.2.2 RBS同步协议 41 2.2.3 Tiny-sync/Mini-sync算法 42 2.2.4 TPSN时间同步协议 43 2.2.5 LTS算法 44 2.3 安全技术 45 2.3.1 安全技术概述 45 2.3.2 WSN安全问题分析 48 2.3.3 WSN安全防护技术 51 2.4 数据融合技术 54 2.4.1 数据融合技术概述 54 2.4.2 数据融合模型 56 2.4.3 基于路由的数据融合 58 2.4.4 基于反向组播树的数据融合 59 2.4.5 数据融合技术的主要算法 60 2.5 WSN数据管理技术 61 2.5.1 系统结构 61 2.5.2 数据模型 64 2.5.3 数据存储与索引技术 64 2.6 无线传感网MAC协议 66 2.6.1 无线传感网MAC协议概述 67 2.6.2 基于竞争的MAC协议 69 2.6.3 基于时分复用的MAC协议 76 2.6.4 混合型MAC协议 80 2.7 无线传感网路由协议 82 2.7.1 路由协议概述 83 2.7.2 能量感知路由协议 85 2.7.3 平面路由协议 87 2.7.4 层次路由协议 90 2.7.5 基于查询的路由协议 93 2.7.6 基于地理位置的路由协议 96 2.7.7 基于QoS的路由协议 101 第3章 Wi-Fi无线通信技术 104 3.1 AT指令集 104 3.1.1 基础AT指令 104 3.1.2 Wi-Fi功能AT指令 107 3.1.3 TCP/IP工具箱AT指令 121 3.2 Wi-Fi无线通信技术实例 129 3.2.1 单连接TCP Client 130 3.2.2 UDP传输 131 3.2.3 透传 134 3.2.4 多连接TCP Server 139 第4章 ZigBee概述 141 4.1 ZigBee技术概述 141 4.1.1 ZigBee的由来和发展 141 4.1.2 无线传感器网络与ZigBee的 关系 142 4.1.3 ZigBee技术的特点 143 4.1.4 ZigBee芯片 143 4.1.5 常见的ZigBee协议栈 146 4.2 ZigBee软件开发平台 146 4.2.1 IAR软件开发平台 147 4.2.2 IAR软件的安装 147 4.2.3 IAR软件的使用 151 第5章 ZigBee技术原理 157 5.1 ZigBee网络结构 157 5.1.1 网络体系 157 5.1.2 拓扑结构 158 5.1.3 协议架构 158 5.2 IEEE 802.15.4通信层 160 5.2.1 物理层 160 5.2.2 MAC层 164 5.2.3 MAC帧的结构 165 5.3 ZigBee网络层 169 5.3.1 功能概述 169 5.3.2 服务规范 169 5.3.3 帧结构 170 5.4 ZigBee应用层 172 5.4.1 基本概念 172 5.4.2 应用支持子层 173 5.4.3 应用框架 173 5.4.4 设备对象 175 第6章 Zstack协议栈 179 6.1 Zstack软件架构 179 6.2 HAL层分析 180 6.2.1 Common文件夹 180 6.2.2 Include文件夹 185 6.2.3 Target文件夹 185 6.3 NWK层分析 188 6.3.1 节点地址类型的选择 189 6.3.2 协议栈模板 190 6.3.3 网络参数配置 191 6.4 Tools配置和分析 194 6.5 Profile层分析 196 6.5.1 端点的管理 197 6.5.2 数据的发送和接收 199 6.6 ZDO层分析 204 6.6.1 ZDO网络设备启动 204 6.6.2 终端设备绑定、辅助绑定和 解除绑定 206 6.7 API函数 209 6.7.1 信息管理API 209 6.7.2 任务同步API 210 6.7.3 定时器管理API 211 6.7.4 中断管理API 212 6.7.5 任务管理API 212 6.7.6 内存管理API 213 6.7.7 电源管理API 213 6.8 APP层分析 214 6.8.1 OSAL_SampleApp.c文件 215 6.8.2 SampleApp.c文件 216 6.8.3 SampleApp.h文件 222 6.9 OSAL运行机制 223 6.9.1 OSAL概述 223 6.9.2 Zstack数据传输 224 6.9.3 OSAL剖析 228 6.9.4 按键事件剖析 231 第7章 ZigBee应用开发与设计 240 7.1 数据传输实验 240 7.1.1 协调器编程 241 7.1.2 终端节点编程 246 7.2 串口收发基础实验 250 7.3 无线温度检测实验 255 7.3.1 实验原理及流程图 255 7.3.2 协调器编程 256 7.3.3 终端节点编程 260 7.4 网络通信实验 265 7.4.1 广播和单播通信 265 7.4.2 组播通信 272 第8章 红外线通信技术 280 8.1 红外线发射和接收 280 8.2 红外线人体感应模块实验 282 8.3 中断方式发射红外信号 283 8.4 PWM方式输出红外信号 288 8.5 红外接收实验 292 参考文献 296