A. 有關無線感測器網路中時間同步機制有哪些方法和策略
1 時間同步技術的重要性
感測器節點的時鍾並不完美，會在時間上發生漂移，所以觀察到的時間對於網路中的節點來說是不同的。但很多網路協議的應用，都需要一個共同的時間以使得網路中的節點全部或部分在瞬間是同步的。
第一，感測器節點需要彼此之間並行操作和協作去完成復雜的感測任務。如果在收集信息過程中，感測器節點缺乏統一的時間戳（即沒有同步），估計將是不準確的。
第二，許多節能方案是利用時間同步來實現的。例如，感測器可以在適當的時候休眠（通過關閉感測器和收發器進入節能模式），在需要的時候再喚醒。在應用這種節能模式的時候，節點應該在同等的時間休眠和喚醒，也就是說當數據到來時，節點的接收器可以接收，這個需要感測器節點間精確的定時。
2 時間同步技術所關注的主要性能參數
時間同步技術的根本目的是為網路中節點的本地時鍾提供共同的時間戳。對無線感測器
網路WSN（Wireless Sensor Networks）[1]
的時間同步應主要應考慮以下幾個方面的問題：
(1)能量效率。同步的時間越長，消耗的能量越多，效率就越低。設計WSN的時間同步演算法需以考慮感測器節點有效的能量資源為前提。
(2) 可擴展性和健壯性。時間同步機制應該支持網路中節點的數目或者密度的有效擴展，並保障一旦有節點失效時，餘下網路有效且功能健全。
(3)精確度。針對不同的應用和目的，精確度的需求有所不用。
(4)同步期限。節點需要保持時間同步的時間長度可以是瞬時的，也可以和網路的壽命一樣長。
(5)有效同步范圍。可以給網路內所有節點提供時間，也可以給局部區域的節點提供時間。
(6)成本和尺寸。同步可能需要特定的硬體，另外，體積的大小也影響同步機制的實現。 (7)最大誤差。一組感測器節點之間的最大時間差，或相對外部標准時間的最大差。 3 現有主要時間同步方法研究
時間同步技術是研究WSN的重要問題，許多具體應用都需要感測器節點本地時鍾的同步，要求各種程度的同步精度。WSN具有自組織性、多跳性、動態拓撲性和資源受限性，尤其是節點的能量資源、計算能力、通信帶寬、存儲容量有限等特點，使時間同步方案有其特
殊的需求，也使得傳統的時間同步演算法不適合於這些網路[2]
。因此越來越多的研究集中在設
計適合WSN的時間同步演算法[3]
。針對WSN，目前已經從不同角度提出了許多新的時間同步演算法[4]
。
3.1 成對(pair-wise)同步的雙向同步模式
代表演算法是感測器網路時間同步協議TPSN（Timing-Sync Protocol for Sensor
Networks）[5~6]
。目的是提供WSN整個網路范圍內節點間的時間同步。
該演算法分兩步：分級和同步。第一步的目的是建立分級的拓撲網路，每個節點有個級別。只有一個節點與外界通信獲取外界時間，將其定為零級，叫做根節點，作為整個網路系統的時間源。在第二步，每個i級節點與i-1（上一級）級節點同步，最終所有的節點都與根節點同步，從而達到整個網路的時間同步。詳細的時間同步過程如圖 1 所示。
圖1 TPSN 同步過程
設R為上層節點，S為下層節點，傳播時間為d，兩節點的時間偏差為θ。同步過程由節點R廣播開始同步信息，節點S接收到信息以後，就開始准備時間同步過程。在T1時刻，節點S發送同步信息包，包含信息(T1)，節點R在T2接收到同步信息，並記錄下接收時間T2，這里滿足關系：21TTd
節點R在T3時刻發送回復信息包，包含信息(T1,T2,T3)。在T4時刻S接收到同步信息包，滿足關系：43TTd
最後，節點S利用上述2個時間表達式可計算出的值：(21)(43)2
TTTT
TPSN由於採用了在MAC層給同步包標記時間戳的方式，降低了發送端的不確定性，消除了訪問時間帶來的時間同步誤差，使得同步效果更加有效。並且，TPSN演算法對任意節點的同步誤差取決於它距離根節點的跳數，而與網路中節點總數無關，使TPSN同步精度不會隨節點數目增加而降級，從而使TPSN具有較好的擴展性。TPSN演算法的缺點是一旦根節點失效，就要重新選擇根節點，並重新進行分級和同步階段的處理，增加了計算和能量開銷，並隨著跳數的增加，同步誤差呈線性增長，准確性較低。另外，TPSN演算法沒有對時鍾的頻差進行估計，這使得它需要頻繁同步，完成一次同步能量消耗較大。
3.2 接收方-接收方（Receiver-Receiver）模式
代表演算法是參考廣播時間同步協議RBS（Reference Broadcast Synchronization）[7]
。RBS是典型的基於接收方-接收方的同步演算法，是Elson等人以「第三節點」實現同步的思想而提出的。該演算法中，利用無線數據鏈路層的廣播信道特性，基本思想為：節點(作為發
送者)通過物理層廣播周期性地向其鄰居節點（作為接收者）發送信標消息[10]
，鄰居節點記錄下廣播信標達到的時間，並把這個時間作為參考點與時鍾的讀數相比較。為了計算時鍾偏移，要交換對等鄰居節點間的時間戳，確定它們之間的時間偏移量，然後其中一個根據接收
到的時間差值來修改其本地的時間，從而實現時間同步[11]
。
假如該演算法在網路中有n個接收節點m個參考廣播包，則任意一個節點接收到m個參考包後，會拿這些參考包到達的時間與其它n-1個接收節點接收到的參考包到達的時間進行比較，然後進行信息交換。圖2為RBS演算法的關鍵路徑示意圖。
網路介面卡
關鍵路徑
接收者1
發送者
接收者2
圖2 RBS演算法的關鍵路徑示意圖
其計算公式如下：
,,1
1,:[,]()m
jkikkinjnoffsetijTTm
其中n表示接收者的數量，m表示參考包的數量，,rbT表示接收節點r接收到參考包b時的時鍾。
此演算法並不是同步發送者和接收者，而是使接收者彼此同步，有效避免了發送訪問時間對同步的影響，將發送方延遲的不確定性從關鍵路徑中排除，誤差的來源主要是傳輸時間和接收時間的不確定性，從而獲得了比利用節點間雙向信息交換實現同步的方法更高的精確度。這種方法的最大弊端是信息的交換次數太多，發送節點和接收節點之間、接收節點彼此之間，都要經過消息交換後才能達到同步。計算復雜度較高，網路流量開銷和能耗太大，不適合能量供應有限的場合。
3.3 發送方-接收方(Sender-Receiver)模式
基於發送方-接收方機制的時間同步演算法的基本原理是：發送節點發送包含本地時間戳的時間同步消息，接收節點記錄本地接收時間，並將其與同步消息中的時間戳進行比較，調整本地時鍾。基於這種方法提出的時間同步演算法有以下兩種。
3.3.1 FTSP 演算法[8]
泛洪時間同步協議FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）由Vanderbilt大學Branislav Kusy等提出，目標是實現整個網路的時間同步且誤差控制在微秒級。該演算法用單個廣播消息實現發送節點與接收節點之間的時間同步。
其特點為：(1)通過對收發過程的分析，把時延細分為發送中斷處理時延、編碼時延、傳播時延、解碼時延、位元組對齊時延、接收中斷處理時延，進一步降低時延的不確定度；(2)通過發射多個信令包，使得接收節點可以利用最小方差線性擬合技術估算自己和發送節點的頻率差和初相位差；(3)設計一套根節點選舉機制，針對節點失效、新節點加入、拓撲變化
等情況進行優化，適合於惡劣環境[12]
。
FTSP演算法對時鍾漂移進行了線性回歸分析。此演算法考慮到在特定時間范圍內節點時鍾晶振頻率是穩定的，因此節點間時鍾偏移量與時間成線性關系，通過發送節點周期性廣播時間同步消息，接收節點取得多個數據對，構造最佳擬合直線，通過回歸直線，在誤差允許的時間間隔內，節點可直接通過它來計算某一時間節點間的時鍾偏移量而不必發送時間同步消息進行計算，從而減少了消息的發送次數並降低了系統能量開銷。
FTSP結合TPSN和RBS的優點，不僅排除了發送方延遲的影響，而且對報文傳輸中接收方的不確定延遲（如中斷處理時間、位元組對齊時間、硬體編解碼時間等）做了有效的估計。多跳的FTSP協議採用層次結構，根節點為同步源，可以適應大量感測器節點，對網路拓撲結構的變化和根節點的失效有健壯性，精確度較好。該演算法通過採用MAC層時間戳和線性回歸偏差補償彌補相關的錯誤源，通過對一個數據包打多個時戳，進而取平均和濾除抖動較大的時戳，大大降低了中斷和解碼時間的影響。FTSP 採用洪泛的方式向遠方節點傳遞時間基準節點的時間信息，洪泛的時間信息可由中轉節點生成，因此誤差累積不可避免。另外，FTSP的功耗和帶寬的開銷巨大。
3.3.2 DMTS 演算法[9]
延遲測量時間同步DMTS (delay measurement time synchronization) 演算法的同步機制是基於發送方-接收方的同步機制。DMTS 演算法的實現策略是犧牲部分時間同步精度換取較低的計算復雜度和能耗，是一種能量消耗輕的時間同步演算法。
DMTS演算法的基本原理為：選擇一個節點作為時間主節點廣播同步時間，所有接收節點通過精確地測量從發送節點到接收節點的單向時間廣播消息的延遲並結合發送節點時間戳，計算出時間調整值，接收節點設置它的時間為接收到消息攜帶的時間加上廣播消息的傳輸延遲，調整自己的邏輯時鍾值以和基準點達成同步，這樣所有得到廣播消息的節點都與主節點進行時間同步。發送節點和接收節點的時間延遲dt可由21()dtnttt得出。其中，nt為發送前導碼和起始字元所需的時間，n為發送的信息位個數，t為發送一位所需時間；1t為接收節點在消息到達時的本地時間；2t為接收節點在調整自己的時鍾之前的那一時刻記錄的本地時間，21()tt是接收處理延遲。
DMTS 演算法的優點是結合鏈路層打時間戳和時延估計等技術，消除了發送時延和訪問時延的影響，演算法簡單，通信開銷小。但DMTS演算法沒有估計時鍾的頻率偏差，時鍾保持同步的時間較短，沒有對位偏移產生的時間延遲進行估計，也沒有消除時鍾計時精度對同步精度的影響，因此其同步精度比FTSP略有下降，不適用於定位等要求高精度同步的應用。
基於發送方-接收方單向同步機制的演算法在上述三類方法中需要發送的時間同步消息數目最少。發送節點只要發送一次同步消息，因而具有較低的網路流量開銷和復雜度，減少了系統能耗。
4 結論
文章介紹了WSN時間同步演算法的類型以及各自具有代表性的演算法，分析了各演算法的設計原理和優缺點。這些協議解決了WSN中時間同步所遇到的主要問題，但對於大型網路，已有的方法或多或少存在著一些問題：擴展性差、穩定性不高、收斂速度變慢、網路通信沖突、能耗增大。今後的研究熱點將集中在節能和時間同步的安全性方面。這將對演算法的容錯性、有效范圍和可擴展性提出更高的要求。
B. 無線感測器網路採用哪些調制解調方式，為什麼
感測器網路系統通常包括感測器節點EndDevice、匯聚節點Router和管理節點Coordinator。
大量感測器節點隨機部署在監測區域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經過多跳後路由到匯聚節點，最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理，發布監測任務以及收集監測數據。
感測器節點
處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，通過小容量電池供電。從網路功能上看，每個感測器節點除了進行本地信息收集和數據處理外，還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合，並與其他節點協作完成一些特定任務。
匯聚節點
匯聚節點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，它是連接感測器網路與Internet 等外部網路的網關，實現兩種協議間的轉換，同時向感測器節點發布來自管理節點的監測任務，並把WSN收集到的數據轉發到外部網路上。匯聚節點既可以是一個具有增強功能的感測器節點，有足夠的能量供給和更多的、Flash和SRAM中的所有信息傳輸到計算機中，通過匯編軟體，可很方便地把獲取的信息轉換成匯編文件格式，從而分析出感測節點所存儲的程序代碼、路由協議及密鑰等機密信息，同時還可以修改程序代碼，並載入到感測節點中。
管理節點
管理節點用於動態地管理整個無線感測器網路。感測器網路的所有者通過管理節點訪問無線感測器網路的資源。
無線感測器測距
在無線感測器網路中，常用的測量節點間距離的方法主要有TOA（Time of Arrival），TDOA（Time Difference of Arrival）、超聲波、RSSI（Received Sig nalStrength Indicator）和TOF（Time of Light）等。
C. 什麼是無線感測器網路
無線感測器的無線傳輸功能，常見的無線傳輸網路有RFID、ZigBee、紅外、藍牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB－IoT。
與傳統有線網路相比，無線感測器網路技術具有很明顯的優勢特點，主要的要求有： 低能耗、低成本、通用性、網路拓撲、安全、實時性、以數據為中心等。
D. 什麼是無線感測技術
早在上世紀70年代，就出現了將傳統感測器採用點對點傳輸、連接感測控制器而構成感測網路雛形，我們把它歸之為第一代感測器網路。隨著相關學科的不斷發展和進步，感測器網路同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，並通過與感測控制的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的感測器網路，這是第二代感測器網路。而從上世紀末開始，現場匯流排技術開始應用於感測器網路，人們用其組建智能化感測器網路，大量多功能感測器被運用，並使用無線技術連接，無線感測器網路逐漸形成。
無線感測器網路是新一代的感測器網路，具有非常上世紀70年代，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。
無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據頒布網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分布式網路，再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。
E. 樓房暖氣無線溫度感測器怎麼開機
這要看具體型號。
無線溫度感測器應是集成感測、無線通信、低功耗等技術的無線感測網路產品。無線溫度感測器應以電池供電，在工程實施中避免了大工作量的通訊線纜、管線、供電線路的鋪設，用戶也可根據現場實際使用情況，方便的調整安裝的位置。
無線數據傳輸可使用的技術包括WIFI，433，Zigbee等方式；
Zigbee、WiFi和433MHz無線技術都屬於近距離無線通訊技術，並且都使用ISM免執照頻段，但它們各具特點。
ZigBee的特點是低功耗、高可靠性、強抗干擾性，布網容易。 通過無線中繼器可以非常方便地將網路覆蓋范圍擴展至數十倍。但相比於WiFi技術，Zigbee是定位於低傳輸速率的應用。
WiFi的特點是數據傳輸速率高，並且支持「永遠在線」功能。但功耗大可靠性及性能低。WiFi設備的睡眠喚醒時間一般需要3~5秒。
433MHz技術使用433MHz無線頻段，優勢是無線信號的穿透性強、能夠傳播得更遠。其缺點是數據傳輸速率低，採用數據透明傳輸協議，因此其網路安全可靠性也是較差的。
F. 無線感測器網路的理論及應用的目錄
第1篇總論
第1章無線感測器網路概述
1.1無線感測器網路介紹1
1.1.1無線感測器網路的概念1
1.1.2無線感測器網路的特徵2
1.1.3無線感測器網路的應用4
1.2無線感測器網路的體系結構7
1.2.1無線感測器網路的系統架構7
1.2.2感測器節點的結構7
1.2.3無線感測器網路的體系結構概述8
1.3無線感測器網路的研究進展10
1.3.1無線感測器網路的發展歷程10
1.3.2無線感測器網路的關鍵技術14
1.3.3無線感測器網路所面臨的挑戰14
參考文獻16
第2篇無線感測器網路的通信協議
第2章無線感測器網路的物理層
2.1無線感測器網路物理層概述19
2.1.1無線感測器網路物理層的研究內容19
2.1.2無線感測器網路物理層的研究現狀20
2.1.3無線感測器網路物理層的主要技術挑戰22
2.2無線感測器網路的調制與編碼方法22
2.2.1Mary調制機制22
2.2.2差分脈沖位置調制機制23
2.2.3自適應編碼位置調制機制24
2.3超寬頻技術在無線感測器網路中的應用25
2.3.1超寬頻技術概述25
2.3.2超寬頻技術的基本原理26
2.3.3超寬頻技術的研究現狀29
2.3.4基於超寬頻技術的無線感測器網路31
參考文獻35
第3章無線感測器網路的數據鏈路層
3.1無線感測器網路數據鏈路層概述37
3.1.1無線感測器網路數據鏈路層的研究內容37
3.1.2無線感測器網路數據鏈路層的研究現狀38
3.1.3無線感測器網路數據鏈路層的主要技術挑戰39
3.2無線感測器網路的MAC協議40
3.2.1基於競爭機制的MAC協議40
3.2.2基於時分復用的MAC協議47
3.2.3其他類型的MAC協議54
參考文獻58
第4章IEEE802.15.4標准
4.1IEEE802.15.4標准概述60
4.2IEEE802.15.4的物理層60
4.2.1物理層概述60
4.2.2物理層服務規范61
4.2.3物理層幀結構65
4.3IEEE802.15.4的MAC子層65
4.3.1MAC層概述65
4.3.2MAC層的服務規范66
4.3.3MAC幀結構69
4.3.4MAC層的功能描述70
4.4基於IEEE802.15.4標準的無線感測器網路70
4.4.1組網類型70
4.4.2數據傳輸機制71
參考文獻72
第5章無線感測器網路的網路層
5.1無線感測器網路網路層概述73
5.1.1網路層的研究內容73
5.1.2網路層的研究現狀74
5.1.3網路層的主要技術挑戰75
5.2無線感測器網路的路由協議75
5.2.1以數據為中心的平面路由75
5.2.2網路分層路由77
5.2.3基於查詢的路由79
5.2.4地理位置路由81
5.2.5能量感知路由84
5.2.6基於QoS的路由87
5.2.7路由協議的優化88
5.3無線感測器網路中的數據包轉發策略90
5.3.1包轉發策略的研究背景90
5.3.2基於價格機制的包轉發博弈模型91
5.3.3自發合作的包轉發博弈模型93
參考文獻94
第6章無線感測器網路的傳輸層
6.1無線感測器網路傳輸層概述97
6.1.1無線感測器網路傳輸層的研究內容97
6.1.2無線感測器網路傳輸層的研究現狀98
6.1.3無線感測器網路傳輸層的主要技術挑戰99
6.2無線感測器網路的傳輸協議99
6.2.1PSFQ傳輸協議99
6.2.2ESRT傳輸協議101
6.3無線感測器網路與其他網路的互聯103
6.3.1無線感測器網路與Internet互聯103
6.3.2無線感測器網路接入到網格105
參考文獻109
第7章ZigBee協議規范
7.1ZigBee概述111
7.1.1ZigBee與IEEE802.15.4111
7.1.2ZigBee協議框架112
7.1.3ZigBee的技術特點113
7.2網路層規范113
7.2.1網路層概述113
7.2.2服務規范114
7.2.3幀結構與命令幀115
7.2.4功能描述116
7.3應用層規范117
7.3.1應用層概述117
7.3.2ZigBee應用支持子層117
7.3.3ZigBee應用層框架結構118
7.3.4ZigBee設備協定（profile）119
7.3.5ZigBee目標設備（ZDO）119
7.4ZigBee系統的開發119
7.4.1開發條件和注意事項119
7.4.2軟體開發120
7.4.3硬體開發121
7.5基於ZigBee規范的無線感測器網路122
7.5.1無線感測器的構建122
7.5.2無線感測器網路的構建123
7.5.3基於ZigBee的無線感測器網路與RFID技術的融合124
參考文獻124
第3篇無線感測器網路的核心支撐技術
第8章無線感測器網路的拓撲控制
8.1無線感測器網路的拓撲控制技術概述125
8.1.1無線感測器網路拓撲控制的研究內容125
8.1.2無線感測器網路拓撲控制的研究現狀126
8.1.3無線感測器網路拓撲控制的主要技術挑戰126
8.2無線感測器網路的拓撲控制演算法127
8.2.1功率控制演算法127
8.2.2層次拓撲結構控制演算法129
8.3無線感測器網路的密度控制135
8.3.1連通支配集構造演算法135
8.3.2基於概率覆蓋模型的無線感測器網路密度控制演算法138
參考文獻140
第9章無線感測器網路的節點定位
9.1無線感測器網路的節點定位技術概述142
9.1.1無線感測器網路節點定位的研究內容142
9.1.2無線感測器網路節點定位的研究現狀143
9.1.3無線感測器網路節點定位的主要技術挑戰146
9.2無線感測器網路的定位機制147
9.2.1基於測距的定位演算法147
9.2.2非基於測距的定位演算法151
9.3一種基於測距的協作定位策略159
9.3.1剛性圖理論簡介159
9.3.2基於剛性圖的協作定位理論160
9.3.3LCB定位演算法161
9.4節點位置估計更新策略162
9.4.1動態網路問題162
9.4.2更新策略163
參考文獻164
第10章無線感測器網路的時間同步
10.1無線感測器網路的時間同步概述167
10.1.1無線感測器網路時間同步的研究內容167
10.1.2無線感測器網路時間同步的研究現狀168
10.1.3無線感測器網路時間同步的主要技術挑戰169
10.2無線感測器網路的時間同步機制170
參考文獻180
第11章無線感測器網路的網內信息處理
11.1無線感測器網路的網內信息處理概述182
11.1.1無線感測器網路網內信息處理的研究內容182
11.1.2無線感測器網路網內信息處理的研究現狀183
11.1.3無線感測器網路網內信息處理的主要技術挑戰184
11.2無線感測器網路的數據融合技術184
11.2.1與路由相結合的數據融合184
11.2.2基於反向組播樹的數據融合186
11.2.3基於性能的數據融合187
11.2.4基於移動代理的數據融合189
11.3無線感測器網路的數據壓縮技術191
11.3.1基於排序編碼的數據壓縮演算法191
11.3.2分布式數據壓縮演算法192
11.3.3基於數據相關性的壓縮演算法194
11.3.4管道數據壓縮演算法194
11.4無線感測器網路的協作信號信息處理技術195
11.4.1網元層的CSIP技術195
11.4.2網路層的CSIP技術196
11.4.3應用層的CSIP技術196
11.4.4CSIP技術展望197
參考文獻198
第12章無線感測器網路的安全技術
12.1無線感測器網路的安全問題概述201
12.1.1無線感測器網路安全技術的研究內容201
12.1.2無線感測器網路安全技術的研究現狀202
12.1.3無線感測器網路安全技術的主要技術挑戰205
12.2無線感測器網路的安全問題分析205
12.2.1無線感測器網路物理層的安全策略206
12.2.2無線感測器網路鏈路層的安全策略207
12.2.3無線感測器網路網路層的安全策略207
12.2.4無線感測器網路傳輸層和應用層的安全策略209
12.3無線感測器網路的密鑰管理和入侵檢測技術209
12.3.1無線感測器網路的密鑰管理209
12.3.2無線感測器網路的入侵檢測技術211
參考文獻214
第4篇無線感測器網路的自組織管理技術
第13章無線感測器網路的節點管理
13.1無線感測器網路的節點管理概述216
13.1.1無線感測器網路節點管理的研究內容216
13.1.2無線感測器網路節點管理的研究現狀217
13.1.3無線感測器網路節點管理的主要技術挑戰218
13.2無線感測器網路的節點休眠/喚醒機制218
13.2.1PEAS演算法218
13.2.2基於網格的調度演算法219
13.2.3基於局部圓周覆蓋的節點休眠機制220
13.2.4基於隨機休眠調度的節能機制221
13.3無線感測器網路的節點功率管理222
13.3.1動態功率管理和動態電壓調節222
13.3.2基於節點度的演算法224
13.3.3基於鄰近圖的演算法224
13.3.4基於二分法的功率控制224
13.3.5網路負載自適應功率管理演算法226
參考文獻227
第14章無線感測器網路的資源與任務管理
14.1無線感測器網路的資源與任務管理概述229
14.1.1無線感測器網路資源與任務管理的研究內容229
14.1.2無線感測器網路資源與任務管理的研究現狀230
14.1.3無線感測器網路資源與任務管理的主要技術挑戰230
14.2無線感測器網路的資源管理技術231
14.2.1自組織資源分配方式231
14.2.2計算資源分配232
14.2.3帶寬資源分配235
14.3無線感測器網路的任務管理技術237
14.3.1任務分配237
14.3.2任務調度239
14.3.3負載均衡243
參考文獻245
第15章無線感測器網路的數據管理
15.1無線感測器網路的數據管理概述248
15.1.1無線感測器網路數據管理的研究內容248
15.1.2無線感測器網路數據管理的研究現狀249
15.1.3無線感測器網路數據管理的主要技術挑戰249
15.2無線感測器網路的數據管理系統250
15.2.1TinyDB系統250
15.2.2Cougar系統251
15.2.3Dimensions系統252
15.3無線感測器網路數據管理的基本方法253
15.3.1數據模式253
15.3.2數據存儲254
15.3.3數據索引255
15.3.4數據查詢257
參考文獻260
第16章無線感測器網路的部署、初始化和維護管理
16.1無線感測器網路的部署、初始化和維護管理概述261
16.1.1無線感測器網路部署、初始化和維護管理的研究內容261
16.1.2無線感測器網路部署、初始化和維護管理的研究現狀262
16.1.3無線感測器網路部署、初始化和維護管理的主要技術挑戰263
16.2無線感測器網路的部署技術264
16.2.1採用確定放置的部署技術264
16.2.2採用隨機拋撒且節點不具移動能力的部署技術265
16.2.3採用隨機拋撒且節點具有移動能力的部署技術265
16.3無線感測器網路的初始化技術266
16.3.1UDG模型266
16.3.2基於MIS的初始化演算法266
16.3.3基於MDS的初始化演算法268
16.4無線感測器網路的維護管理技術270
16.4.1覆蓋與連接維護技術270
16.4.2性能監測技術271
參考文獻272
第5篇無線感測器網路的開發與應用
第17章無線感測器網路的模擬技術
17.1無線感測器網路的模擬技術概述275
17.1.1網路模擬概述275
17.1.2無線感測器網路模擬研究概述275
17.2常用網路模擬軟體276
17.2.1OPNET簡介276
17.2.2NS279
17.2.3TOSSIM280
17.3OMNeT++模擬軟體281
17.3.1OMNeT++概述281
17.3.2NED語言282
17.3.3簡單模塊/復合模塊287
17.3.4消息290
17.3.5類庫291
17.4模擬示例296
參考文獻303
第18章無線感測器網路的硬體開發
18.1無線感測器網路的硬體開發概述304
18.1.1硬體系統的設計特點與要求304
18.1.2硬體系統的設計內容304
18.1.3硬體系統設計的主要挑戰305
18.2感測器節點的開發305
18.2.1數據處理模塊設計305
18.2.2換能器模塊設計307
18.2.3無線通信模塊設計307
18.2.4電源模塊設計309
18.2.5外圍模塊設計309
18.3感測器節點原型的開發實例Mica310
18.3.1Mica系列節點簡介310
18.3.2Mica系列處理器/射頻板設計分析313
18.3.3Mica系列感測板設計分析315
18.3.4編程調試介面板介紹317
參考文獻318
第19章無線感測器網路的操作系統
19.1無線感測器網路操作系統概述320
19.1.1無線感測器網路操作系統的設計要求320
19.1.2幾種典型的無線感測器網路操作系統介紹321
19.1.3無線感測器網路操作系統設計的主要技術挑戰321
19.2TinyOS操作系統322
19.2.1TinyOS的設計思路322
19.2.2TinyOS的組件模型322
19.2.3TinyOS的通信模型324
19.3基於TinyOS的應用程序運行過程解析324
19.3.1Blink程序的配件分析325
19.3.2BlinkM模塊分析327
19.3.3ncc編譯nesC程序的過程329
19.3.4Blink程序的運行跟蹤解析329
19.3.5TinyOS的任務調度機制的實現338
19.3.6TinyOS的事件驅動機制的實現342
19.4TinyOS的使用346
19.4.1TinyOS的安裝346
19.4.2創建應用程序348
19.4.3使用TOSSIM模擬調試應用程序348
19.4.4使用TinyViz進行可視化調試349
19.4.5將應用程序導入節點運行350
參考文獻351
第20章無線感測器網路的軟體開發
20.1無線感測器網路軟體開發概述353
20.1.1無線感測器網路軟體開發的特點與設計要求353
20.1.2無線感測器網路軟體開發的內容354
20.1.3無線感測器網路軟體開發的主要技術挑戰355
20.2nesC編程語言355
20.2.1nesC語言介紹355
20.2.2nesC的語法規范356
20.2.3nesC應用程序開發364
20.3無線感測器網路的應用軟體開發367
20.3.1無線感測器網路的編程模式367
20.3.2無線感測器網路的中間件設計370
20.3.3無線感測器網路的服務發現372
參考文獻373
第21章無線感測器網路應用於環境監測
21.1環境監測應用概述375
21.1.1環境監測應用的場景描述375
21.1.2環境監測應用中無線感測器網路的體系架構375
21.2關鍵技術377
21.2.1節點部署377
21.2.2能量管理377
21.2.3通信機制378
21.2.4任務的分配與控制379
21.2.5數據采樣與收集379
21.3無線感測器網路用於環境監測的實例380
21.3.1公路交通監測380
21.3.2建築物健康狀況監測384
21.3.3「狼群計劃」385
參考文獻387
第22章無線感測器網路應用於目標追蹤
22.1目標追蹤應用概述388
22.1.1目標追蹤應用的場景描述388
22.1.2目標追蹤應用的特點與技術挑戰388
22.1.3目標追蹤應用中的無線感測器網路系統架構389
22.2無線感測器網路用於目標追蹤的關鍵技術390
22.2.1追蹤步驟390
22.2.2追蹤演算法392
22.2.3面向目標追蹤的網路布局優化400
22.3基於無線感測器網路的車輛追蹤系統實例402
22.3.1系統架構402
22.3.2關鍵問題403
22.3.3關鍵技術404
參考文獻407
附錄英漢縮略語對照表410
G. 無線感測器網路
無線感測器網路(wirelesssensornetwork，WSN)是綜合了感測器技術、嵌入式計算機技術、分布式信息處理技術和無線通信技術，能夠協作地實時監測、感知和採集網路分布區域內的各種環境或監測對象的信息，並對這些數據進行處理，獲得詳盡而准確的信息。傳送到需要這些信息的用戶。它是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網路系統。感測器、感知對象和觀察者構成了感測器網路的三要素。
無線感測器網路作為當今信息領域新的研究熱點，涉及到許多學科交叉的研究領域，要解決的關鍵技術很多，比如：網路拓撲控制、網路協議、網路安全、時間同步、定位技術、數據融合、數據管理、無線通信技術等方面，同時還要考慮感測器的電源和節能等問題。
所謂部署問題，就是在一定的區域內，通過適當的策略布置感測器節點以滿足某種特定的需求。優化節點數目和節點分布形式，高效利用有限的感測器網路資源，最大程度地降低網路能耗，均是節點部署時應注意的問題。
目前的研究主要集中在網路的覆蓋問題、連通問題和能耗問題3個方面。
基於節點部署方式的覆蓋：1)確定性覆蓋2)自組織覆蓋
基於網格的覆蓋：1)方形網格2)菱形網格
被監測目標狀態的覆蓋：1)靜態目標覆蓋2)動態目標覆蓋
連通問題可描述為在感測器節點能量有限，感知、通信和計算能力受限的情況下，採用一定的策略(通常設計有效的演算法)在目標區域中部署感測器節點，使得網路中的各個活躍節點之間能夠通過一跳或多跳方式進行通信。連通問題涉及到節點通信距離和通信范圍的概念。連通問題分為兩類：純連通與路由連通。
覆蓋中的節能對於覆蓋問題，通常採用節點集輪換機制來調度節點的活躍／休眠時間。連通中的節能針對連通問題，也可採用節點集輪換機制與調整節點通信距離的方法。而文獻中涉及最多的主要是從節約網路能量和平衡節點剩餘能量的角度進行路由協議的研究。
H. 無線感測器網路可能採用哪些無線通信方式
基於XL.SN智能感測網路的無線感測器數據採集傳輸系統，可以實現對溫度，壓力，氣體，溫濕度，液位，流量，光照，降雨量，振動，轉速等數據參數的實時採集，無線傳輸，無線監控與預警。在實際應用中，無線感測器數據採集傳輸系統常見的包括深圳信立科技農業物聯網智能大棚環境監控系統，智慧養殖環境監控系統，智慧管網管溝監控系統，倉儲館藏環境監控系統，機房實驗室環境監控系統，危險品倉庫環境監控系統，大氣環境監控系統，智能製造運行過程監控系統，能源管理系統，電力監控系統等。
無線感測器數據採集傳輸系統，比較常用的的無線數據傳輸組網技術包括433MHZ，Zigbee（2.4G），運營商網路(GPRS)等三種方式，其中433MHZ，Zigbee（2.4G）屬於近距離無線通訊技術，並且都使用ISM免執照頻段。運營商網路(GPRS)屬於遠距離無線通訊技術，按數據流量收費。
1、基於Zigbee（2.4G）的智能感測網路
ZigBee的特點是低功耗、高可靠性、強抗干擾性，布網容易，通過無線中繼器可以非常方便地將網路覆蓋范圍擴展至數十倍，因此從小空間到大空間、從簡單空間環境到復雜空間環境的場合都可以使用。但相比於WiFi技術，Zigbee是定位於低傳輸速率的應用，因此Zigbee顯然不適合於高速上網、大文件下載等場合。對於餐飲行業的無線點餐應用，由於其數據傳輸量一般來說都不是很大，因此Zigbee技術是非常適合該應用的。
2、基於433MHz的智能感測網路
433MHz技術使用433MHz無線頻段，因此相比於WiFi和Zigbee，433MHz的顯著優勢是無線信號的穿透性強、能夠傳播得更遠。但其缺點也是很明顯的，就是其數據傳輸速率只有9600bps，遠遠小於WiFi和Zigbee的數據速率，因此433Mhz技術一般只適用於數據傳輸量較少的應用場合。從通訊可靠性的角度來講，433Mhz技術和WiFi一樣，只支持星型網路的拓撲結構，通過多基站的方式實現網路覆蓋空間的擴展，因此其無線通訊的可靠性和穩定性也遜於Zigbee技術。另外，不同於Zigbee和WiFi技術中所採用的加密功能，433Mhz網路中一般採用數據透明傳輸協議，因此其網路安全可靠性也是較差的。
3、基於運營商的智能感測網路
GPRS無線傳輸設備主要針對工業級應用，是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，採用GSM/GPRS網路為傳輸媒介，是一款基於移動GSM短消息平台和GPRS數據業務的工業級通訊終端。它利用GSM 移動通信網路的簡訊息和GPRS業務為用戶搭建了一個超遠距離的數據傳輸平台。
標准工業規格設計，提供RS232標准介面，直接與用戶設備連接，實現中英文簡訊功能，彩信功能，GPRS數據傳輸功能。具有完備的電源管理系統，標準的串列數據介面。外觀小巧，軟體介面簡單易用。可廣泛應用於工業簡訊收發、GPRS實時數據傳輸等諸多工業與民用領域。