Red de conocimiento informático - Aprendizaje de código fuente - Contenidos sobre teoría y aplicación de redes de sensores inalámbricos

Contenidos sobre teoría y aplicación de redes de sensores inalámbricos

Parte 1 Introducción general

Capítulo 1 Descripción general de las redes de sensores inalámbricos

1.1 Introducción a las redes de sensores inalámbricos 1

1.1.1 Inalámbrico El concepto de red de sensores 1

1.1.2 Características de la red de sensores inalámbricos 2

1.1.3 Aplicación de la red de sensores inalámbricos 4

1.2 Sistema de sensores inalámbricos Estructura de la red 7

1.2.1 Arquitectura del sistema de la red de sensores inalámbricos 7

1.2.2 Estructura del nodo de sensores 7

1.2.3 Arquitectura de la red de sensores inalámbricos Descripción general 8

1.3 Progreso de la investigación de las redes de sensores inalámbricos 10

1.3.1 Historia del desarrollo de las redes de sensores inalámbricos 10

1.3.2 Tecnologías clave de las redes de sensores inalámbricos 14

1.3.3 Desafíos que enfrentan las redes de sensores inalámbricos 14

Referencia 16

Parte 2 Protocolo de comunicación de redes de sensores inalámbricos

Capítulo 2 Capa física de la red de sensores inalámbricos

2.1 Descripción general de la capa física de la red de sensores inalámbricos 19

2.1.1 Contenido de investigación de la capa física de la red de sensores inalámbricos 19

2.1.2 Estado actual de la investigación de la capa física de las redes de sensores inalámbricos20

2.1.3 Principales desafíos técnicos de la capa física de las redes de sensores inalámbricos22

2.2 Métodos de modulación y codificación de redes de sensores inalámbricos 22

2.2.1 Mecanismo de modulación Mary 22

2.2.2 Mecanismo de modulación de posición de pulso diferencial 23

2.2.3 Mecanismo de modulación de posición de codificación adaptativa 24

2.3 Aplicación de la tecnología de banda ultraancha en redes de sensores inalámbricos 25

2.3.1 Descripción general de la tecnología de banda ultraancha 25

2.3.2 Principios básicos de la tecnología ultraancha -tecnología de banda ancha 26

2.3.3 Estado de la investigación de la tecnología de banda ultra ancha 29

2.3.4 Red de sensores inalámbricos basada en tecnología de banda ultra ancha 31

Referencias 35

Capítulo 3 Capa de enlace de datos de la red de sensores inalámbricos

3.1 Descripción general de la capa de enlace de datos de la red de sensores inalámbricos37

3.1.1 Contenido de investigación de la capa de enlace de datos de la red de sensores inalámbricos37

3.1.2 Estado de la investigación de la capa de enlace de datos de la red de sensores inalámbricos 38

3.1.3 Principales desafíos técnicos de la capa de enlace de datos de la red de sensores inalámbricos 39

3.2 Protocolo MAC de red de sensores inalámbricos 40

3.2.1 Protocolo MAC basado en mecanismo de competencia 40

3.2.2 Protocolo MAC basado en multiplexación por división de tiempo 47

3.2.3 Otros tipos de protocolos MAC 54

Referencias 58

Capítulo 4 Estándar IEEE802.15.4

4.1 Descripción general del estándar IEEE802.15.4 60

4.2 Capa física de IEEE802.15.4 60

4.2.1 Descripción general de la capa física 60

4.2.2 Especificación del servicio de la capa física 61

4.2 3 Estructura de la trama de la capa física 65

4.3 Subcapa MAC de IEEE802.15.4 65

4.3.1 Descripción general de la capa MAC 65

4.3.2 Especificaciones del servicio de la capa MAC. 66

4.3.3 Estructura de la trama MAC 69

4.3.4 Descripción de funciones de la capa MAC 70

4.4 Red de sensores inalámbricos basada en el estándar IEEE802.15.4 70

4.4.1 Tipo de red 70

4.4.2 Mecanismo de transmisión de datos 71

Referencia 72

Capítulo 5 Capa de red de la red de sensores inalámbricos

5.1 Descripción general de la capa de red de redes de sensores inalámbricos73

5.1.1 Contenido de la investigación de la capa de red73

5.1.2 Estado de la investigación de la capa de red74

5.1.3 Principales desafíos técnicos de la capa de red 75

5.2 Protocolos de enrutamiento de redes de sensores inalámbricos 75

5.2.1 Basados ​​en datos

Enrutamiento plano centrado 75

5.2.2 Enrutamiento jerárquico de red 77

5.2.3 Enrutamiento basado en consultas 79

5.2.4 Enrutamiento por ubicación geográfica 81

5.2.5 Enrutamiento consciente de la energía 84

5.2.6 Enrutamiento basado en QoS 87

5.2.7 Optimización de protocolos de enrutamiento 88

5.3 Estrategia de reenvío de paquetes de datos en redes de sensores inalámbricos 90

5.3.1 Antecedentes de la investigación sobre la estrategia de reenvío de paquetes 90

5.3.2 Modelo de juego de reenvío de paquetes basado en el mecanismo de precios 91

5.3.3 Modelo de juego de reenvío cooperativo espontáneo de paquetes 93

Referencia 94

Capítulo 6 Capa de transporte de redes de sensores inalámbricos

6.1 Descripción general inalámbrica de la capa de transmisión de redes de sensores97

6.1.1 Contenidos de la investigación de la capa de transmisión de redes de sensores inalámbricas97

6.1.2 Estado de la investigación de la capa de transmisión de redes de sensores inalámbricas98

6.1.3 Principales desafíos técnicos de la capa de transmisión de la red de sensores inalámbricos99

6.2 Protocolo de transmisión de la red de sensores inalámbricos99

6.2.1Protocolo de transmisión PSFQ99

6.2 .2Protocolo de transmisión ESRT 101

6.3 Interconexión entre redes de sensores inalámbricos y otras redes 103

6.3.1 Interconexión entre redes de sensores inalámbricos e Internet 103

6.3.2 Red de sensores inalámbricos Acceso a Grid 105

Referencias 109

Capítulo 7 Especificación del protocolo ZigBee

7.1 Descripción general de ZigBee 111

7.1 .1 ZigBee e IEEE802. 15.4111

7.1.2 Marco del protocolo ZigBee 112

7.1.3 Características técnicas de ZigBee 113

7.2 Especificaciones de la capa de red 113

7.2 .1 Descripción general de la capa de red 113

7.2.2 Especificación del servicio 114

7.2.3 Estructura de la trama y trama de comando 115

7.2.4 Descripción de la función 116

7.3 Especificación de la capa de aplicación 117

7.3.1 Descripción general de la capa de aplicación 117

7.3.2Subcapa de soporte de aplicaciones ZigBee 117

7.3 .3Capa de aplicación ZigBee estructura del marco 118

7.3.4Protocolo de dispositivo ZigBee (perfil) 119

7.3.5Dispositivo de destino ZigBee (ZDO) 119

7.4Desarrollo del sistema ZigBee 119

7.4.1 Condiciones y precauciones de desarrollo 119

7.4.2 Desarrollo de software 120

7.4.3 Desarrollo de hardware 121

7.5 Basado en red de sensores inalámbricos sobre la especificación ZigBee 122

7.5.1 Construcción de sensor inalámbrico 122

7.5.2 Construcción de red de sensores inalámbricos 123

7.5. Red de sensores inalámbricos y tecnología RFID 124

Referencia 124

Parte 3 Tecnología de soporte central de la red de sensores inalámbricos

Capítulo 8 Control de topología de redes de sensores inalámbricos

8.1 Descripción general de la tecnología de control de topología de redes de sensores inalámbricos125

8.1.1 Contenido de la investigación del control de topología de redes de sensores inalámbricos125

8.1 .2 Estado de la investigación de la topología de redes de sensores inalámbricos control 126

8.1.3 Principales desafíos técnicos del control de topología de la red de sensores inalámbricos 126

8.2 Algoritmo de control de topología de la red de sensores inalámbricos 127

8.2.1 Control de potencia algoritmo 127

8.2.2 Algoritmo de control de topología jerárquica 129

8.3 Control de densidad de redes de sensores inalámbricos 135

8.3 .1 Algoritmo de construcción de conjuntos dominantes conectados 135

8.3.2 Algoritmo de control de densidad de la red de sensores inalámbricos basado en el modelo de cobertura probabilística 138

Referencia 14

0

Capítulo 9 Posicionamiento de nodos de redes de sensores inalámbricos

9.1 Descripción general de la tecnología de posicionamiento de nodos de redes de sensores inalámbricos 142

9.1.1 Posicionamiento de nodos de redes de sensores inalámbricos Contenido de la investigación 142

9.1.2 Estado de la investigación del posicionamiento de nodos de la red de sensores inalámbricos 143

9.1.3 Principales desafíos técnicos del posicionamiento de nodos de la red de sensores inalámbricos 146

9.2 Mecanismo de posicionamiento de redes de sensores inalámbricos 147

9.2.1 Algoritmo de posicionamiento basado en rango 147

9.2.2 Algoritmo de posicionamiento no basado en rango 151

9.3 Un sistema colaborativo estrategia de posicionamiento basada en rangos 159

9.3.1 Introducción a la teoría de grafos rígidos 159

9.3.2 Teoría de posicionamiento colaborativo basada en grafos rígidos 160

9.3.3 Algoritmo de posicionamiento LCB 161

9.4 Estrategia de actualización de la estimación de la posición del nodo 162

9.4.1 Problemas de red dinámica 162

9.4.2 Estrategia de actualización 163

Referencia 164

Capítulo 10 Sincronización horaria de redes de sensores inalámbricos

10.1 Descripción general de la sincronización horaria de redes de sensores inalámbricos 167

10.1.1 Contenido de investigación inalámbrica de sincronización horaria en redes de sensores inalámbricas167

10.1.2 Estado de la investigación de la sincronización horaria en redes de sensores inalámbricas168

10.1.3 Principales desafíos técnicos de la sincronización horaria en redes de sensores inalámbricas169

10.2 Mecanismo de sincronización horaria de la red de sensores inalámbricos 170

Referencia 180

Capítulo 11 Procesamiento de información dentro de la red de la red de sensores inalámbricos

11.1 Descripción general inalámbrica de procesamiento de información de red en redes de sensores182

11.1.1 Investigación del contenido del procesamiento de información dentro de la red en redes de sensores inalámbricos182

11.1.2 Estado de la investigación del procesamiento de información dentro de la red en redes de sensores inalámbricos 183

11.1.3 Principales desafíos técnicos del procesamiento de información en redes de sensores inalámbricos 184

11.2 Tecnología de fusión de datos de redes de sensores inalámbricos 184

11.2.1 y Datos fusión basada en enrutamiento 184

11.2.2 Fusión de datos basada en árbol de multidifusión inversa 186

11.2.3 Fusión de datos basada en rendimiento 187

11.2.4 Datos fusión basada en agentes móviles 189

11.3 Tecnología de compresión de datos para redes de sensores inalámbricos 191

11.3.1 Algoritmo de compresión de datos basado en codificación de clasificación 191

11.3.2 Algoritmo de compresión de datos distribuidos 192

11.3.3 Algoritmo de compresión basado en correlación de datos 194

11.3.4 Algoritmo de compresión de datos de canalización 194

11.4 Tecnología colaborativa de procesamiento de información de señales de redes de sensores inalámbricos 195

11.4.1 Tecnología CSIP en la capa de elementos de red 195

11.4.2 Tecnología CSIP en la capa de red 196

11.4.3 Tecnología CSIP en la capa de aplicación 196

11.4.4 Perspectiva de la tecnología CSIP 197

Referencias 198

Capítulo 12 Tecnología de seguridad de la red de sensores inalámbricos

12.1 Descripción general de los problemas de seguridad de las redes de sensores inalámbricos 201

12.1.1 Contenidos de la investigación de tecnologías de seguridad de redes de sensores inalámbricos 201

12.1.2 Contenidos de la investigación de tecnologías de seguridad de redes de sensores inalámbricos Investigación status 202

12.1.3 Principales desafíos técnicos de la tecnología de seguridad de redes de sensores inalámbricos 205

12.2 Análisis de los problemas de seguridad de las redes de sensores inalámbricos 205

12.2.1 Inalámbrico Estrategia de seguridad para la capa física de la red de sensores 206

12.2.2 Estrategia de seguridad para la capa de enlace de la red de sensores inalámbrica 207

12.2.3 Estrategia de seguridad para la capa de red de la red de sensores inalámbricos 207

12.2.4 Estrategia de seguridad de la capa de transporte y la capa de aplicación de la red de sensores inalámbricos 209

12.3 Gestión de claves y tecnología de detección de intrusiones de la red de sensores inalámbricos 209

12.3.1 Gestión de claves de redes de sensores inalámbricos 209

12.3.2 Tecnología de detección de intrusiones de redes de sensores inalámbricos 211

Referencias 214

Parte 4 Tecnología de gestión autoorganizada de redes de sensores inalámbricos

Capítulo 13 Gestión de nodos de redes de sensores inalámbricos

13.1 Descripción general de la gestión de nodos de redes de sensores inalámbricos 216

13.1.1 Contenido de la investigación de la gestión de nodos de la red de sensores inalámbricos 216

13.1.2 Estado de la investigación de la gestión de nodos de la red de sensores inalámbricos 217

13.1.3 Gestión de nodos de la red de sensores inalámbricos Principales desafíos técnicos 218

13.2 Mecanismo de suspensión/activación del nodo de la red de sensores inalámbricos 218

13.2.1 Algoritmo PEAS 218

13.2.2 Algoritmo de programación basado en grid 219

13.2.3 Mecanismo de inactividad del nodo basado en cobertura circular local 220

13.2.4 Mecanismo de ahorro de energía basado en programación de inactividad aleatoria 221

13.3 Nodo de red de sensores inalámbricos administración de energía 222

13.3.1 Administración dinámica de energía y ajuste dinámico de voltaje 222

13.3.2 Algoritmo basado en el grado de nodo 224

13.3.3 Basado en proximidad Algoritmo gráfico 224

13.3.4 Control de energía basado en dicotomía 224

13.3.5 Algoritmo de administración de energía adaptativo de carga de red 226

Referencias 227

Capítulo 14 Gestión de recursos y tareas de redes de sensores inalámbricos

14.1 Descripción general de la gestión de recursos y tareas de redes de sensores inalámbricos 229

14.1.1 Investigación de Gestión de recursos y tareas de redes de sensores inalámbricos contenido de la gestión de tareas229

14.1.2 Estado de la investigación de los recursos de la red de sensores inalámbricos y la gestión de tareas230

14.1.3 Principales desafíos técnicos de la gestión de tareas y recursos de la red de sensores inalámbricos230

14.2 Tecnología de gestión de recursos de la red de sensores inalámbricos 231

14.2.1 Método de asignación de recursos autoorganizado 231

14.2.2 Asignación de recursos informáticos 232

14.2 .3 Asignación de recursos de ancho de banda 235

14.3 Tecnología de gestión de tareas de la red de sensores inalámbricos 237

14.3.1 Asignación de tareas 237

14.3.2 Programación de tareas 239

14.3.3 Equilibrio de carga 243

Referencias 245

Capítulo 15 Gestión de datos de redes de sensores inalámbricos

15.1 Sensores inalámbricos Descripción general de la gestión de datos de red 248

15.1.1 Contenido de la investigación de la gestión de datos de la red de sensores inalámbricos 248

15.1.2 Estado de la investigación de la gestión de datos de la red de sensores inalámbricos 249

15.1.3 Principal desafíos técnicos de la gestión de datos de la red de sensores inalámbricos 249

15.2 Sistema de gestión de datos de la red de sensores inalámbricos 250

15.2.1Sistema TinyDB 250

15.2 .2 Sistema Cougar 251

15.2.3 Dimensiones del sistema 252

15.3 Método básico de gestión de datos de la red de sensores inalámbricos 253

15.3.1 Modelo de datos 253

15.3.2 Almacenamiento de datos 254

15.3.3 Índice de datos 255

15.3.4 Consulta de datos 257

Referencias 260

Capítulo 16 Gestión de implementación, inicialización y mantenimiento de redes de sensores inalámbricos

16.1 Descripción general de la gestión de implementación, inicialización y mantenimiento de redes de sensores inalámbricos 261

16.1.1 Implementación de redes de sensores inalámbricos, contenido de investigación sobre gestión de inicialización y mantenimiento 261

16.1.2 Estado de la investigación de la gestión de implementación, inicialización y mantenimiento de la red de sensores inalámbricos 262

16.1.3 Gestión de implementación, inicialización y mantenimiento de la red de sensores inalámbricos Los aspectos técnicos principales desafíos 263

16.2 Redes de sensores inalámbricos

Tecnología de implementación 264

16.2.1 Tecnología de implementación utilizando ubicación determinada 264

16.2.2 Tecnología de implementación utilizando dispersión aleatoria y nodos sin movilidad 265

16.2.3 Implementación tecnología que utiliza dispersión aleatoria y nodos con capacidades móviles 265

16.3 Tecnología de inicialización de redes de sensores inalámbricos 266

16.3.1Modelo UDG 266

16.3 .2 Basado en MIS algoritmo de inicialización 266

16.3.3 Algoritmo de inicialización basado en MDS 268

16.4 Tecnología de gestión y mantenimiento de redes de sensores inalámbricos 270

16.4.1 Tecnología de mantenimiento de cobertura y conexión 270

16.4.2 Tecnología de monitoreo del desempeño 271

Referencias 272

Parte 5 Desarrollo y aplicación de redes de sensores inalámbricos

Capítulo 17 Simulación Tecnología de redes de sensores inalámbricos

17.1 Descripción general de la tecnología de simulación de redes de sensores inalámbricos 275

17.1.1 Descripción general de la simulación de redes 275

17.1.2 Descripción general de las redes inalámbricas Investigación de simulación de redes de sensores 275

17.2 Software de simulación de redes de uso común 276

17.2.1 Introducción a OPNET 276

17.2.2NS279

17.2.3TOSSIM280

17.3Software de simulación OMNeT++ 281

17.3.1 Descripción general de OMNeT++ 281

17.3.2Lenguaje NED 282

17.3. módulo/módulo compuesto 287

17.3.4 Mensaje 290

17.3.5 Biblioteca de clases 291

17.4 Ejemplo de simulación 296

Referencias 303

Capítulo 18 Desarrollo de hardware de redes de sensores inalámbricos

18.1 Descripción general del desarrollo de hardware de redes de sensores inalámbricos 304

18.1.1 Características de diseño de sistemas de hardware y requisitos 304

18.1.2 Contenido del diseño del sistema de hardware 304

18.1.3 Principales desafíos del diseño del sistema de hardware 305

18.2 Desarrollo de nodos sensores 305

18.2.1 Diseño del módulo de procesamiento de datos 305

18.2.2 Diseño del módulo transductor 307

18.2.3 Diseño del módulo de comunicación inalámbrica 307

18.2.4 Diseño del módulo de potencia 309

18.2.5 Diseño del módulo periférico 309

18.3 Ejemplo de desarrollo del prototipo de nodo sensor Mica310

18.3.1 Introducción al nodo de la serie Mica 310

18.3.2 Análisis de diseño de placa RF/procesador serie Mica 313

18.3.3 Análisis de diseño de placa de sensor serie Mica 315

18.3.4 Depuración de programación Introducción a la placa de interfaz 317

Referencias 318

Capítulo 19 Sistema operativo de la red de sensores inalámbricos

19.1 Descripción general del sistema operativo de la red de sensores inalámbricos 320

19.1.1 Requisitos de diseño para sistemas operativos de redes de sensores inalámbricos 320

19.1.2 Introducción a varios sistemas operativos de redes de sensores inalámbricos típicos 321

19.1.3 Sistemas operativos de redes de sensores inalámbricos Principales desafíos técnicos del diseño 321

19.2Sistema operativo TinyOS 322

19.2.1Ideas de diseño de TinyOS 322

19.2.2Modelo de componentes de TinyOS 322

19.2.3 Modelo de comunicación de TinyOS 324

19.3 Análisis del proceso de ejecución de aplicaciones basadas en TinyOS 324

19.3.1 Análisis de accesorios del programa Blink 325

19.3 .2BlinkM análisis del módulo 327

19.3.3 El proceso de compilación de ncc del programa nesC 329

19.3.4 Ejecución del análisis de seguimiento del programa Blink 32

9

19.3.5 Implementación del mecanismo de programación de tareas de TinyOS 338

19.3.6 Implementación del mecanismo controlado por eventos de TinyOS 342

19.4 Uso de TinyOS 346

19.4.1 Instalación de TinyOS 346

19.4.2 Creación de aplicaciones 348

19.4.3 Uso de la simulación TOSSIM para depurar aplicaciones 348

19.4.4 Utilice TinyViz para la depuración visual 349

19.4.5 Importe la aplicación al nodo para ejecutarla 350

Referencias 351

Capítulo 20 Desarrollo de software de redes de sensores inalámbricos

20.1 Descripción general del desarrollo de software de redes de sensores inalámbricos 353

20.1.1 Características y requisitos de diseño del desarrollo de software de redes de sensores inalámbricos 353

20.1. 2 Software de red de sensores inalámbricos Contenido desarrollado 354

20.1.3 Principales desafíos técnicos en el desarrollo de software de redes de sensores inalámbricos 355

20.2 Lenguaje de programación nesC 355

20.2.1 Introducción al lenguaje nesC 355

20.2.2 Especificación de sintaxis de nesC 356

20.2.3 Desarrollo de aplicaciones nesC 364

20.3 Desarrollo de software de aplicaciones de redes de sensores inalámbricos 367

20.3.1 Modelo de programación de la red de sensores inalámbricos 367

20.3.2 Diseño de middleware de la red de sensores inalámbricos 370

20.3.3 Descubrimiento de servicios de la red de sensores inalámbricos 372

Referencia 373

Capítulo 21 Aplicación de redes de sensores inalámbricos en monitoreo ambiental

21.1 Descripción general de las aplicaciones de monitoreo ambiental 375

21.1.1 Escenarios de descripción de aplicaciones de monitoreo ambiental375

21.1.2 Arquitectura de redes de sensores inalámbricos en aplicaciones de monitoreo ambiental375

21.2 Tecnologías clave377

21.2.1 Implementación de nodos377

21.2.2 Gestión de energía 377

21.2.3 Mecanismo de comunicación 378

21.2.4 Asignación y control de tareas 379

21.2.5 Muestreo de datos y recolección 379

21.3 Ejemplos de redes de sensores inalámbricos utilizados para el monitoreo ambiental 380

21.3.1 Monitoreo del tráfico en las carreteras 380

21.3.2 Monitoreo del estado de salud del edificio 384

21.3.3 "Proyecto Wolf Pack" 385

Referencias 387

Capítulo 22 Redes de sensores inalámbricos aplicadas al seguimiento de objetivos

22.1 Descripción general de aplicaciones de seguimiento de objetivos388

22.1.1 Descripción del escenario de aplicaciones de seguimiento de objetivos388

22.1.2 Características y desafíos técnicos de las aplicaciones de seguimiento de objetivos388

22.1.3 Sensor inalámbrico Arquitectura del sistema de red en aplicaciones de seguimiento de objetivos 389

22.2 Tecnologías clave de redes de sensores inalámbricos para el seguimiento de objetivos 390

22.2.1 Pasos de seguimiento 390

22.2.2 Seguimiento algoritmo 392

22.2.3 Optimización del diseño de la red para el seguimiento de objetivos 400

22.3 Ejemplo de sistema de seguimiento de vehículos basado en una red de sensores inalámbricos 402

22.3.1 Arquitectura del sistema 402

22.3.2 Cuestiones clave 403

22.3.3 Tecnologías clave 404

Referencias 407

Apéndice Tabla comparativa de abreviaturas inglés-chino 410