前言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、因特網(wǎng)之后信息技術的第三次革命浪潮，是一個新興產(chǎn)業(yè)，而物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)則是教育部為該產(chǎn)業(yè)發(fā)展特別設立的新專業(yè)。無線傳感網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門核心課程，在培養(yǎng)學生專業(yè)技能和課程體系建設中起著重要作用，我們總結出近年來課程建設和教學過程中的體會、經(jīng)驗，以開發(fā) 平臺的視角完成教材內容的編寫工作。本書的目的是系統(tǒng)介紹無線傳感網(wǎng)的基本概念、發(fā)展歷程、基本原理和核心技術，以及學術界和工業(yè)界流行的TinyOS開發(fā)平臺，給學生較為整體的課程知識，以實踐為導向激發(fā)其專業(yè)學習興趣。

形而上者謂之道，形而下者謂之器。本書在闡述無線傳感網(wǎng)理論知識的同時，融入實踐的視角組織文字，力求深入淺出。另一方面，在具體介紹無線傳感網(wǎng)實踐開發(fā)時，又力爭抽象出工作原理，以原理指導應用開發(fā)。因此，本教材道器有效融合，既有工作原理的深入分析，也有應用開發(fā)的設計實踐，點面結合； 通過核心技術 開發(fā)實踐將相關章節(jié)有效聯(lián)系起來，系統(tǒng)性較強。在上述寫作方針的指導下，全書共分10章，其章節(jié)內容組織如圖1所示。

第1章為概述，介紹無線傳感網(wǎng)的發(fā)展概況、場景應用和發(fā)展趨勢，并簡要闡述無線傳感網(wǎng)節(jié)點硬件、微操作系統(tǒng)平臺、節(jié)點開發(fā)語言。

第2章為無線傳感網(wǎng)的組織結構，介紹無線傳感網(wǎng)整體結構、協(xié)議棧、核心技術、物理層基本概念，并通過具體應用實例，描述無線傳感網(wǎng)應用的程序框架，拋出學習問題。

第3章為無線傳感網(wǎng)MAC協(xié)議，主要包括無線廣播信道、基于競爭的介質訪問控制協(xié)議和混合介質訪問協(xié)議，詳細闡述IEEE 802.15.4標準，簡要介紹其他類型的無線傳感網(wǎng)MAC協(xié)議。

第4章為無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議，主要包括無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議的特點、路由協(xié)議設計的核心問題，詳細闡述無線傳感網(wǎng)分層路由協(xié)議、平面路由協(xié)議的設計，重點分析工業(yè)標準ZigBee網(wǎng)絡路由協(xié)議。

第5章為無線傳感網(wǎng)同步技術，包括無線傳感網(wǎng)時間同步的必要性、同步技術分類、時間同步模型，詳細闡述無線傳感網(wǎng)經(jīng)典的時間同步機制。

第6章為無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)感知與融合技術，主要包括典型傳感器網(wǎng)絡節(jié)點硬件、數(shù)據(jù)采集板和網(wǎng)關節(jié)點，模擬量采集

圖1本書章節(jié)內容框架結構

轉換的工作原理和組織結構，并以一個實例介紹無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)感知、采集的系統(tǒng)組成和程序實現(xiàn)。

第7章為無線傳感網(wǎng)其他核心技術，包括節(jié)點的能量管理機制、拓撲控制技術、節(jié)點定位技術、網(wǎng)絡安全控制。

第8章為微操作系統(tǒng)TinyOS，主要包括TinyOS的體系結構、內核調度機制，重點探討任務、事件和任務調度模型； 深入分析TinyOS及其應用程序的啟動過程、TinyOS的網(wǎng)絡協(xié)議棧結構和實現(xiàn)、TinyOS的資源管理。

第9章為NesC程序設計語言，包括NesC語言的特點、組成，重點討論接口、組件、配置和模塊等概念； 深入分析NesC程序的運行模型、NesC語言的程序設計。

第10章為無線傳感網(wǎng)應用開發(fā)，以兩個實例詳細介紹無線傳感網(wǎng)的應用開發(fā)，包括基于節(jié)點RSSI的位置識別、基于樹狀路由的無線傳感網(wǎng)多跳數(shù)據(jù)傳輸。

課時安排上，考慮到各個學校有各自的側重點，不同物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)辦學依托的學科不一樣，因此辦學特色也不盡相同，這些特色將決定該門課程內容講授范圍不盡相同，建議大致課時為45～75。對于同一本教材，由于教學定位不同、教學對象不同，教學內容也會有所不同，針對不同院校，為便于使用，我們建議的教學內容如表1所示，這些內容可根據(jù)實際情況做一定調整。

表1教學內容建議

教學對象

章節(jié)內容

普通高校物聯(lián)網(wǎng)工

程

本科專業(yè)

普通高校其他信息

技術類本科專業(yè)

職業(yè)技術類

第1章概述

▲

▲

▲

第2章無線傳感網(wǎng)的組織結構

2.1～2.2

▲

▲

▲

2.3

▲

▲

2.4～2.5

▲

▲

▲

第3章無線傳感網(wǎng)MAC協(xié)議

3.1～3.2

▲

▲

▲

3.3

▲

3.4

▲

▲

▲

3.5

▲

▲

第4章無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議

4.1～4.2

▲

▲

▲

4.3～4.4

▲○

○

4.5

▲

▲

▲

4.6

▲

▲

第5章無線傳感網(wǎng)同步技術

5.1

▲

▲

▲

5.2

▲

5.3

▲○

▲○

▲○

5.4

▲

第6章無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)感知與融合技術

6.1

▲○

▲○

▲

6.2

▲

▲

▲

6.3

▲

○

6.4

▲

▲

▲

第7章無線傳感網(wǎng)其他核心技術

7.1～7.2

○

7.3

▲

7.4

○

○

○

第8章微操作系統(tǒng)TinyOS

8.1～8.4

▲

▲

▲

8.5

○

第9章NesC程序設計語言

▲

▲

▲

第10章無線傳感網(wǎng)應用開發(fā)

10.1

10.2

▲○

▲○

▲

○

注：▲表示必講，○表示內部可選。

本書由無線傳感網(wǎng)課程組的老師合作編寫。熊書明負責制訂了全書的大綱、內容安排和寫作風格，負責編寫了第2~4章和第8章； 第1章由熊書明、辛燕與趙俊杰合寫完成； 辛燕負責完成第5章和第6章的編寫工作； 趙俊杰負責完成第7章和第9章的編寫工作； 包松負責完成第10章的編寫工作。熊書明負責完成了全書的統(tǒng)稿、組織和審校工作； 研究生郝偉強完成了本書大量插圖的繪制工作，胡永娣、王謙、蘇遠、王文駿參與了書稿的材料收集工作，感謝他們?yōu)楸緯�付出的辛勤勞動。在此衷心感謝王良民教授，本教材的撰寫來自他對我們國家專業(yè)綜合改革試點的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設安排，最初是他把我?guī)нM了傳感網(wǎng)研究與物聯(lián)網(wǎng)教學，這本教材的章節(jié)安排以及內容設計多數(shù)來自和他商談討論中獲得的啟發(fā)，也是他的鼓勵和鞭策讓我最終負責完成了這本教材的編寫。作者所在課題組從2007年開始研究無線傳感網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)，先后承擔了與此有關的國家自然科學基金、國家統(tǒng)計局重點項目等多項課題，在無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)研究與應用方面積累了較深厚的理論和技術基礎，編寫過程得到江蘇大學重點教材建設項目的支持，在此表示感謝！本教材的相關實驗例程來自兼容TinyOS 2.x的韓伯開發(fā)套件，并根據(jù)需要做了適當調整，同時，教材編寫的一些靈感來自無錫泛太公司實驗設備使用過程中的經(jīng)驗積累，也參考了眾多優(yōu)秀教材的編寫，在此一并衷心感謝。

由于作者水平有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正，在汲取大家建議和意見的基礎上，我們會不斷修正、完善本書內容，聯(lián)系電子郵箱地址： 37939881@qq.com。專業(yè)建設任重道遠，希望本書的出版能為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)等的發(fā)展盡一份綿薄之力。

熊書明

2017年10月

于玉帶河畔