基于SunSPOT无线传感器网络实验教程

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图书信息
  作 者:北京西普阳光教育科技有限公司 胡耀东 申兴发 戴国骏 编著
  出 版 社: 电子工业出版社
  出版时间: 2008-11-1
  页 数:204页
  开 本: 16开
  ISBN 9787121075056
  分类: 图书 >> 计算机/硬件>>Sun SPOT无线传感器
  定价:¥35.00元
内容简介
  本书针对国内无线传感器网络实验型教材缺乏的现状,以Sun SPOT产品为硬件平台,从无线传感器网络的节点处理器基本操作、传感器数据获取、基础通信、自组织网络、创新型实验等几个方面,设计并详细分析了Sun SPOT平台的25个实验,给出了每个实验的实验目的、实验设备、实验内容、实验预习要求、实验步骤,并附有详细的实验参考程序,以便初学者循序渐进地提高无线传感器网络编程能力与应用开发水平。
  本书适合各大院校作为相关专业的实验教程。
  随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由这些微型传感器构成的无线传感器网络引起人们的极大关注。无线传感器网络作为一种新的计算模式正在推动科技发展与社会进步,关系到国家政治、经济与社会安全,已成为国际竞争的焦点和制高点,引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。我国最近几年也开始重视传感器网络技术的研究与发展,从各个层面支持这项技术的研究与发展。
  无线传感器网络作为一个全新的研究领域,在基础理论与工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。无线传感器网络研究的实践性很强,要想对其进行深入的研究,必须熟练掌握开发环境、软件编程、程序调试等基本技能,提高实际操作与实践水平。而基础实验平台作为传感器网络研究与教学的基础条件,发展相对滞后,主流的实验平台普遍存在编程入门难、开发环境不友好、程序调试难、开发文档不详、实验指导材料偏少等问题,这都极大地制约了无线传感器网络研究的发展与进一步的应用推广。
  Sun SPOT 是Sun Microsystems公司研发的新一代无线传感器网络平台,基于ARM处理器,与高级语言环境(Java)无缝集成。与目前主流传感器网络实验平台相比,Sun SPOT具有编程入门容易、调试方便、处理器功能强大等显著的优点。本书主要提供Sun SPOT的实验指导,从无线传感器网络的节点处理器基本操作、传感器数据获取、基础通信、自组织网络等几个方面,设计并详细分析了Sun SPOT平台的21个基础性实验,以便读者循序渐进地提高实际操作水平,为无线传感器网络理论研究和应用实践打下坚实的基础。特别地,为了激发读者的兴趣,本书从实际问题出发设计了4个创新型实验,以提高读者的创新能力与解决实际问题的能力。
  总之,本书由浅入深地介绍了无线传感器网络Sun SPOT应用开发过程,分析了可能碰到的各种常见问题,非常适合于该领域的新手入门,是传感器网络技术相关的研究者、应用开发人员及学生提高实际操作水平不可多得的书籍。北京西普阳光教育科技公司作为国内计算机学科实验教学解决方案的提供商,近年来在无线传感领域也推出了自己的解决方案,这次组织出版本书,也为我国无线传感器网络事业添砖加瓦,并促进该领域研究、教学与应用水平的进一步提高。
  香港科技大学计算机科学及工程系客座教授
  倪明选
  2008年9月
前 言
  无线传感器网络是由大量微型化、低成本、低功耗的传感节点组成的分布式自组织网络,是一项涉及微机电系统(MEMS)、微电子、无线通信、计算机等多学科交叉的新兴技术,在环境监测、军事国防、精准农业、卫生医疗、反恐等领域有广阔的应用前景。美国《商业周刊》与《MIT技术评论》分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术与改变未来世界的10项新兴技术之一。
  为什么写作本书
  近几年来,我国国家自然科学基金委员会、科技部、工业和信息化部等均高度重视无线传感器网络技术,分别启动相关的科研项目。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将“传感器网络及智能信息处理”列为未来信息产业及现代服务业的重点方向之一。国内很多高校及科研院所都已在无线传感器网络领域开展研究,从事学术科研与应用推广工作。
  目前,国内无线传感器网络研究蓬勃开展,但是总的来说,国内的研究还处在起步阶段。很多技术还不成熟,硬件平台也不完善,特别是配套教材与实验指导书缺乏,范例少、入门难,阻碍了初学者与应用开发者开发水平的提高,极大地制约了无线传感器网络技术的进一步推广与应用。
  无线传感器网络是一门实践性很强的技术,硬件平台的熟练掌握与使用是开展科研与应用开发的基础。与目前主流传感器网络实验平台相比,Sun Microsystems公司研发的Sun SPOT具有编程入门容易、调试方便、处理器功能强大等显著的优点。本书针对国内无线传感器网络实验型教材缺乏的现状,以Sun SPOT产品为硬件平台,从无线传感器网络的节点处理器基本操作、传感器数据获取、基础通信、自组织网络、创新型实验等几个方面,设计并详细分析了Sun SPOT平台的25个实验,给出了每个实验的实验目的、实验设备、实验内容、实验预习要求、实验步骤,并附有详细的实验参考程序,以便初学者循序渐进地提高无线传感器网络编程能力与应用开发水平。
  关于本书作者
  北京西普阳光教育科技有限公司(http://www.simpleware.com.cn)是一家高新技术企业和双软认定企业,自创立之初就将目标定位于“立足科研管理、专注实验教学、服务学术人群”,并一直为此目标不懈努力。多年来一直专注于教育科研领域信息化建设,深入国家层面科研计划的信息化支持服务,并面向高等院校与科研机构提供教学科研实验室整体解决方案,同时为学问人群提供在线交流的社区网站服务——学问社区网(http://www.51xuewen.com)。公司发展至今,连续多年承担了科技部、教育部以及国家自然基金委的多个重大项目的信息化建设工作,获得国家科技部中小企业创新基金以及国家863计划支持,并成为多个国外专业科学软件的中国区独家合作伙伴,是Sun公司高校联合实验室计划的独家合作伙伴。
  本书主要内容
  本书共包括7章和1个附录,每章的主要内容如下:
  第1章“基础知识”介绍了无线传感器网络的基本概念、发展历程和现在流行的标准如Zigbee、6LowPan等。
  第2章“实验环境”介绍了Sun SPOT的详细结构和其采用的CPU、无线发射模块。
  第3章“基础实验”介绍了利用Sun SPOT进行简单的程序开发的方法和例子。
  第4章“基础通讯实验”介绍了利用Sun SPOT分别以Radiostream和Radiogram两种通讯协议进行数据传输的开发方法和例子。
  第5章“自组织网络实验”介绍了通过Sun SPOT建立出自组织网络以及进行自定义路由实验的例子。
  第6章“创新实验”介绍了利用Sun SPOT进行创新实验的举例。
  第7章“实验室解决方案”介绍了一种无线传感器网络的实验室解决方案。
  附录摘录了Sun SPOT部分的API。
  致谢
  此次北京西普阳光教育科技有限公司能够出版这本书,要特别感谢杭州电子科技大学的申兴发老师和戴国骏老师、Sun中国工程研究院蒋清野经理,没有申兴发老师、戴国骏老师、蒋清野经理的协助执笔,也就没有今天这本书的出版,同时我们还要感谢北京西普阳光教育科技有限公司总经理王建,如果没有王总的执着推动和协调各方面的资源,仅靠胡耀东一人之力此书很难和大家见面。
  需要指出的是,目前无线传感器网络的研究涉及内容十分宽泛,很多技术尚未成熟,要编写一个全面、完善、易于教学的实验教程非常困难。由于水平有限,书中一定存在疏漏,希望广大读者不吝赐教,提出宝贵意见,我们的无线传感交流平台网址是http://wsn.51xuewen.com,意见反馈请发邮件到feedback@simpleware.com
  北京西普阳光教育科技有限公司
  2008年9月
目录
  第1章 基础知识        1
  1.1 无线传感器网络简介        1
  1.2 无线传感器网络应用        2
  1.2.1 在农业、环境领域上的应用        2
  1.2.2 在建筑结构监控领域的应用        3
  1.2.3 在机器人领域的应用        3
  1.2.4 在体育、健康领域的应用        3
  1.2.5 在物流领域的应用        3
  1.2.6 在智能家居领域的应用        4
  1.3 无线传感器网络体系结构        4
  1.3.1 典型网络结构        4
  1.3.2 无线传感器节点结构        4
  1.3.3 无线传感器网络体系结构分类        5
  1.4 无线传感器网络的技术挑战        5
  1.5 无线传感器网络协议与标准        6
  1.5.1 IEEE 802.15.4标准        6
  1.5.2 ZigBee标准        8
  1.5.3 6LoWPan草案        9
  1.5.4 工业无线协议        10
  1.6 无线传感器网络节点实验平台        11
  第2章 实验环境        14
  2.1 Sun SPOT入门        14
  2.2 Sun SPOT的组成        16
  2.3 ARM 920T芯片        17
  2.4 CC2420无线射频模块        19
  2.4.1 CC2420芯片内部结构        19
  2.4.2 CC2420特性参数        20
  2.4.3 CC2420内部寄存器结构        21
  2.4.4 CC2420针脚分布        21
  2.4.5 CC2420接口        22
  2.4.6 CC2420工作模式        23
  2.5 集成开发环境和可视化虚拟平台        24
  2.5.1 NetBeans IDE        24
  2.5.2 SPOT World虚拟环境        25
  2.6 编译环境        26
  2.6.1 Java语言        26
  2.6.2 Sun SPOT SDK        28
  2.6.3 ANT        28
  2.7 准备实验        28
  第3章 基础实验        40
  3.1 Sun SPOT的使用        40
  3.2 集成开发环境实验        42
  3.3 第一个Sun SPOT程序        45
  3.4 Sun SPOT虚拟环境        49
  3.5 走马灯实验        52
  3.6 模拟采样实验        54
  3.7 数字采样实验        57
  3.8 按钮控制实验        59
  3.9 温度监控实验        63
  3.10 光强监控实验        66
  3.11 加速度监控实验        69
  第4章 基础通信实验        73
  4.1 使用Radiostream进行点对点无线通信        74
  4.2 使用Radiogram进行客户端/服务端无线通信        78
  4.3 使用Radiogram进行广播无线通信        83
  4.4 使用Radiogram进行无线交互通信        87
  4.5 自存储、处理实验        92
  4.6 通信综合实验        97
  第5章 自组织网络实验        102
  5.1 指定路由多跳网络实验        102
  5.2 基于简单的泛洪协议的多跳路由网络实验        108
  5.3 传感数据采集的点到基站的综合通信        114
  5.4 网络Sniffer节点        121
  第6章 创新实验        137
  6.1 门开关监控实验        137
  6.2 鼠标控制实验        141
  6.3 基于基站通讯的用户查询节点通信实验        146
  6.4 外接湿温度传感器实验        152
  第7章 无线传感器网络实验室方案        156
  7.1 西普科技介绍        156
  7.1.1 公司部分典型用户        157
  7.1.2 建设背景        157
  7.1.3 建设目标        158
  7.2 实验室方案        159
  7.2.1 设计思路        159
  7.2.2 方案组成        160
  7.2.3 方案优势及特点        163
  7.3 无线传感器网络实验教学平台        163
  7.3.1 课程介绍        164
  7.3.2 基于SunSPOT的无线传感器网络实验安排(参考)        165
  7.3.3 推荐配置清单        166
  7.4 实验室建成的意义        167
  7.5 技术服务        168
  7.5.1 技术服务概述        168
  附录A 常用的接口与类        170
  A.1 常用接口        170
  A.1.1 DatagramConnection        170
  A.1.2 I802_15_4_MAC        171
  A.1.3 I802_15_4_PHY        171
  A.1.4 IAccelerometer3D        171
  A.1.5 ITriColorLED        173
  A.1.6 IScalarInput        173
  A.1.7 ILightSensor        174
  A.1.8 ITemperatureInput        174
  A.2 常用类        175
  A.2.1 Address        175
  A.2.2 CC2420Driver        176
  A.2.3 Connector        177
  A.2.4 EDemoBoard        177
  A.2.5 IEEEAddress        179
  A.2.6 InputPin        179
  A.2.7 IOPin        180
  A.2.8 LowPan        181
  A.2.9 OutputPin        182
  A.2.10 PIOPin        183
  A.2.11 Radiogram        184
  A.2.12 RecordStore        186
  A.2.13 Spot        187

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