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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng)

包郵 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng)

出版社:清華大學(xué)出版社出版時(shí)間:2016-12-01
開本: 其他 頁(yè)數(shù): 183
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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng) 版權(quán)信息

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng) 本書特色

該書將理論與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合,符合當(dāng)前高校教學(xué)改革的形勢(shì)。通過(guò)閱讀本書,讀者可以清晰地了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理,時(shí)鐘同步、節(jié)點(diǎn)定位等關(guān)鍵技術(shù),網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)及綜合應(yīng)用。 理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,滿足知識(shí)學(xué)習(xí)需求,強(qiáng)化實(shí)踐和開發(fā)能力

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書根據(jù)當(dāng)前教學(xué)改革形勢(shì)編寫完成。在理論教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,增加了應(yīng)用性較強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。理論教學(xué)部分主要包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義、基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)和安全問(wèn)題等,并且以目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)選方案——ZigBee技術(shù)為例,重點(diǎn)闡述了ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)流程。實(shí)踐教學(xué)部分主要包括軟件平臺(tái)的搭建、控制器實(shí)驗(yàn)、無(wú)線通信基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以及不同類型拓?fù)湎拢c(diǎn)到點(diǎn)、星狀、網(wǎng)狀)的ZigBee協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)。在掌握本書的無(wú)線傳感器理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行更深層次的開發(fā)應(yīng)用。 本書可以作為普通本科高等院校、高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、智能技術(shù)等專業(yè)的教材,也可以作為計(jì)算機(jī)、通信、建筑電氣、網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員的參考書。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng) 目錄

目錄
第1篇理論部分
第1章概論
1.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀
1.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)
1.3.1傳感器節(jié)點(diǎn)
1.3.2傳感器節(jié)點(diǎn)的限制
1.3.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特征
1.4物聯(lián)網(wǎng)
1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史
1.4.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)
1.4.3物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.5無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域
1.5.1環(huán)境監(jiān)測(cè)
1.5.2軍事領(lǐng)域
1.5.3醫(yī)療健康
1.5.4物流監(jiān)控
1.5.5智能家居
1.5.6智能汽車
1.5.7工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用
1.5.8空間探測(cè)應(yīng)用
第2章傳感器應(yīng)用基礎(chǔ)
2.1傳感器概述
2.1.1傳感器的定義
2.1.2傳感器技術(shù)的作用
2.1.3傳感器的特性
2.2常用物理量傳感器
2.2.1壓力傳感器
2.2.2超聲波傳感器
2.2.3溫度、濕度傳感器
2.2.4煙霧、氣體傳感器
2.2.5轉(zhuǎn)速、位移、加速度傳感器
2.2.6磁阻傳感器
第3章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)
3.1時(shí)鐘同步技術(shù)
3.1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步機(jī)制
3.1.2時(shí)間同步協(xié)議
3.1.3時(shí)間同步的應(yīng)用示例
3.2節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)
3.2.1概述
3.2.2基于測(cè)距的定位方式
3.2.3基于非測(cè)距方法的定位方式
3.2.4典型定位應(yīng)用
3.3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證
3.3.1概述
3.3.2數(shù)據(jù)融合
3.3.3擁塞控制
3.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)
3.4.1概述
3.4.2TinyOS操作系統(tǒng)
3.4.3后臺(tái)管理軟件
第4章ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)
4.1ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
4.2IEEE 820.15.4標(biāo)準(zhǔn)
4.2.1概述
4.2.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
4.2.3物理層
4.2.4MAC層
4.3ZigBee中的無(wú)線通信技術(shù)
4.3.1CSMA/CA
4.3.2DSSS
第5章ZigBee應(yīng)用開發(fā)
5.1ZigBee芯片
5.1.1CC2530射頻芯片簡(jiǎn)介
5.1.2CC2530引腳描述
5.1.3CPU和存儲(chǔ)器
5.1.4外部設(shè)備
5.2ZigBee硬件開發(fā)
5.2.1ZigBee硬件平臺(tái)介紹
5.2.2無(wú)線傳感器網(wǎng)通信模塊結(jié)構(gòu)
5.2.3無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊
5.2.4電源板與智能主板
5.2.5嵌入式網(wǎng)關(guān)(Cortex A8DB開發(fā)板)
5.3ZigBee軟件開發(fā)
5.3.1IAR集成開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介
5.3.2IAR工程的建立及配置
5.3.3編譯與調(diào)試
5.4ZigBee協(xié)議棧
5.4.1TI ZStack協(xié)議棧簡(jiǎn)介
5.4.2TI ZStack軟件結(jié)構(gòu)
第6章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)
6.1安全問(wèn)題概述
6.1.1信息安全面臨的障礙
6.1.2安全需求
6.1.3攻擊與威脅
6.2路由安全
6.2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的特點(diǎn)
6.2.2路由攻擊的防范
6.2.3安全路由協(xié)議
6.3密鑰管理
6.3.1數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證
6.3.2密鑰管理方案
6.4入侵檢測(cè)
6.4.1入侵檢測(cè)模型
6.4.2入侵檢測(cè)算法
6.4.3入侵檢測(cè)的常用方法
第7章綜合應(yīng)用
7.1概述
7.2綜合應(yīng)用
7.2.1教育領(lǐng)域
7.2.2工業(yè)領(lǐng)域
7.2.3農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
7.2.4建筑領(lǐng)域
7.2.5城市管理無(wú)線傳感器網(wǎng)
7.2.6醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域
7.2.7環(huán)境監(jiān)測(cè)
7.2.8倉(cāng)儲(chǔ)物流管理
7.2.9智能家居
7.2.10軍事領(lǐng)域
第2篇實(shí)踐部分
第8章軟件平臺(tái)的搭建
8.1IAR EW8051集成開發(fā)環(huán)境及其使用
8.1.1IAR安裝
8.1.2IAR軟件的使用
8.2SmartRF閃存編程器的使用
第9章控制器實(shí)驗(yàn)
9.1實(shí)驗(yàn)一GPIO控制接口實(shí)驗(yàn)
9.2實(shí)驗(yàn)二LCD控制實(shí)驗(yàn)
9.3實(shí)驗(yàn)三CC2530外部中斷實(shí)驗(yàn)
9.4實(shí)驗(yàn)四CC2530定時(shí)器實(shí)驗(yàn)
9.5實(shí)驗(yàn)五CC2530串口通信實(shí)驗(yàn)
9.6實(shí)驗(yàn)六CC2530 ADC實(shí)驗(yàn)
第10章無(wú)線通信基礎(chǔ)
10.1實(shí)驗(yàn)一簡(jiǎn)單點(diǎn)到點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)
10.2實(shí)驗(yàn)二CC2530無(wú)線通信丟包率測(cè)試實(shí)驗(yàn)
10.3實(shí)驗(yàn)三802.15.4—2.4GHz各信道信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)
第11章ZStack協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)——拓?fù)?(點(diǎn)到點(diǎn))
11.1實(shí)驗(yàn)一*大吞吐率測(cè)試
11.2實(shí)驗(yàn)二*大數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試
第12章ZStack協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)——拓?fù)?(星狀網(wǎng))和拓?fù)?(MESH網(wǎng))
12.1實(shí)驗(yàn)一ZStack協(xié)議棧星狀網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)
12.2實(shí)驗(yàn)二ZStack協(xié)議棧MESH網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)
參考文獻(xiàn)

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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)/王利強(qiáng) 節(jié)選

  第3章  CHAPTER 3  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)  3.1時(shí)鐘同步技術(shù)  3.1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步機(jī)制  1. 傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的意義  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的同步管理主要是指時(shí)間上的同步管理。在分布式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘,由于不同節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器存在頻率偏差,所以各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘頻率、相位也各不相同,又由于溫度、濕度變化的影響及電磁干擾的存在,就會(huì)造成不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)行時(shí)間出現(xiàn)偏差。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)單個(gè)節(jié)點(diǎn)能力有限,在某些情況下,一些測(cè)量工作,如移動(dòng)物體定位,需要整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)相互配合共同完成,完成這類工作,就需要所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間保持同步。  時(shí)間同步機(jī)制是分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。在分布式系統(tǒng)中,時(shí)間同步涉及“物理時(shí)間”和“邏輯時(shí)間”兩個(gè)不同的概念。物理時(shí)間指人類社會(huì)使用的絕對(duì)時(shí)間; 邏輯時(shí)間指表示事件發(fā)生先后順序關(guān)系的時(shí)間,是一個(gè)相對(duì)的時(shí)間概念。  分布式系統(tǒng)通常需要一個(gè)表示整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間的全局時(shí)間。全局時(shí)間根據(jù)需要可以是物理時(shí)間或邏輯時(shí)間。  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制的意義和作用主要體現(xiàn)在如下兩方面。  首先,傳感器節(jié)點(diǎn)通常需要彼此協(xié)作,去完成復(fù)雜的監(jiān)測(cè)和感知任務(wù)。  其次,傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些節(jié)能方案是利用時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如利用休眠/喚醒機(jī)制、同步機(jī)制為本地時(shí)鐘提供相同的時(shí)間基準(zhǔn)。  2. 傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議的特點(diǎn)  網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Network Time Protocol,NTP)在因特網(wǎng)得到廣泛使用,具有精度高、魯棒性好和易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。但是它依賴的條件在傳感器網(wǎng)絡(luò)中難以滿足,因而不能直接移植運(yùn)行,主要是由于以下原因: ①NTP應(yīng)用在已有的有線網(wǎng)絡(luò)中,它假定網(wǎng)絡(luò)鏈路失效的概率很小,而傳感器網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線鏈路通信質(zhì)量受環(huán)境影響較大,甚至通信經(jīng)常中斷; ②NTP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,便于為不同位置的節(jié)點(diǎn)手工配置時(shí)間服務(wù)器列表,而傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化,簡(jiǎn)單的靜態(tài)手工配置無(wú)法適應(yīng)這種變化; ③NTP中時(shí)間基準(zhǔn)服務(wù)器間的同步無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自身來(lái)實(shí)現(xiàn),需要其他基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)助; ④NTP需要通過(guò)頻繁交換信息,來(lái)不斷校準(zhǔn)時(shí)鐘頻率偏差帶來(lái)的誤差,并通過(guò)復(fù)雜的修正算法,消除時(shí)間同步消息在傳輸和處理過(guò)程中的非確定因素干擾,CPU使用、信道偵聽和占用都不受任何約束,而傳感器網(wǎng)絡(luò)存在資源約束,必須考慮能量消耗。  因此,由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),在能量、價(jià)格和體積等方面的約束,使得NTP、GPS等現(xiàn)有時(shí)間同步機(jī)制并不適用于通常的傳感器網(wǎng)絡(luò),需要有專門的時(shí)間同步協(xié)議才能使得傳感器網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行和實(shí)用化。  3.1.2時(shí)間同步協(xié)議  傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步協(xié)議(Timingsync Protocol for Sensor Networks,TPSN)類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的NTP,目的是提供傳感器網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步。TPSN采用層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。  1. TPSN的操作過(guò)程  TPSN包括兩個(gè)階段:  (1) **個(gè)階段生成層次結(jié)構(gòu),每個(gè)節(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)級(jí)別,根節(jié)點(diǎn)賦予*高級(jí)別第0級(jí),第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)至少能夠與一個(gè)第(i-1)級(jí)的節(jié)點(diǎn)通信;  (2) 第二個(gè)階段實(shí)現(xiàn)所有樹節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步,第1級(jí)節(jié)點(diǎn)同步到根節(jié)點(diǎn),第i級(jí)的節(jié)點(diǎn)同步到第(i-1)級(jí)的一個(gè)節(jié)點(diǎn),*終所有節(jié)點(diǎn)都同步到根節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。  2. 相鄰級(jí)別節(jié)點(diǎn)間的同步機(jī)制  鄰近級(jí)別的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間通過(guò)交換兩個(gè)消息實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。同步過(guò)程如圖3.1所示。邊節(jié)點(diǎn)S在T1時(shí)間發(fā)送同步請(qǐng)求分組給節(jié)點(diǎn)R,分組中包含S的級(jí)別和T1時(shí)間。節(jié)點(diǎn)R在T2時(shí)間收到分組,T2=(T1+d+Δ),其中Δ=(T2-T1)-(T4-T3)2,然后在T3時(shí)間發(fā)送應(yīng)答分組給節(jié)點(diǎn)S,分組中包含節(jié)點(diǎn)R的級(jí)別和T1、T2和T3信息。節(jié)點(diǎn)S在T4時(shí)間收到應(yīng)答,T4=(T3+d+Δ)。因此可以推導(dǎo)出公式: d=(T2-T1)+(T4-T3)2。節(jié)點(diǎn)S在計(jì)算時(shí)間偏差之后,將它的時(shí)間同步到節(jié)點(diǎn)R。  圖3.1鄰近級(jí)別的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間通過(guò)交換兩個(gè)消息實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步  3.1.3時(shí)間同步的應(yīng)用示例  這里介紹磁阻傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的測(cè)速。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)用途,網(wǎng)絡(luò)必須先完成時(shí)間同步。由于對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的測(cè)速需要兩個(gè)探測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的協(xié)同合作,測(cè)速算法提取車輛經(jīng)過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的磁感應(yīng)信號(hào)的脈沖峰值,并記錄時(shí)間。如圖3.2所示。  ……

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