ZigBee无线传感器网络及其在物联网中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姚仲敏等编著 著

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• 传感器网络
• 无线通信
• 低功耗
• 智能家居
• 工业物联网
• 无线技术
• 嵌入式系统

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出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560368429

商品编码：28640388008

出版时间：2018-04-01

作  者:姚仲敏 等 编著 定  价:48 出 版 社:哈尔滨工业大学出版社 出版日期:2018年04月01日 页  数:393 装  帧:平装 ISBN:9787560368429 ●篇基础知识
●第1章无线传感器网络
●第2章协议标准
●第3章基于IEEE802.15.4的应用开发
●第二篇ZigBee系统开发
●第4章JN5139-ZigBee硬件平台
●第5章JN5139软件平台
●第6章开发ZigBee应用程序
●第7章JN5168-ZigBee硬件平台
●第8章JN5168的网络节点与开发板
●第9章JN5168的网络节点与开发板
●第10章JN5168的软件开发与示例程序
●第三篇无线传感器网络在物联网中的应用
●第11章无线传感器网络与物联网
●第12章基于Internet构建物联网
●第13章基于无线通信网构建物联网
●第14章基于Wi-Fi网络构建物联网
●缩写词与术语
●参考文献

内容简介

ZigBee无线传感器网络作为一种信息感知和数据采集的新型网络系统，以其低功耗、低成本、分布式、自组网和适应恶劣环境等特点成为物联网感知世界的重要组成部分。本书重点介绍ZigBee无线传感器网络的网络结构、IEEE 802.15.4协议、ZigBee协议标准等基础理论知识并以目前极有发展前途的NXP公司5139和5168片上系统为主要内容，分别介绍以其为基础的ZigBee芯片、硬件模块、网络节点和软件平台等方面的知识，通过示例程序和网关实现应用示例，讲解ZigBee无线传感器网络应用系统设计的过程和方法。本书采用通俗易懂、言简意赅的语言，说明ZigBee无线传感器网络及其在物联网中应用所依据的基本原理与实用技术，为广大读者提供一本理论联系实际、能够学以致用的ZigBee无线传感器网络基础教材。

《ZigBee无线传感器网络及其在物联网中的应用》 内容简介 本书深入剖析了ZigBee无线传感器网络（WSN）的核心技术，并系统阐述了其在蓬勃发展的物联网（IoT）领域中的关键作用与广泛应用。本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的技术视角，帮助理解ZigBee的底层原理、网络架构、通信协议，以及如何在各种物联网场景下进行有效的部署和优化。 第一部分：ZigBee无线传感器网络基础 本部分将为读者构建坚实的ZigBee理论基础。 第一章 ZigBee技术概述： ZigBee标准的起源与发展： 回顾ZigBee标准从IEEE 802.15.4协议栈演进而来的历史，以及其作为低功耗、低速率、低成本短距离无线通信技术的定位。 ZigBee技术的核心优势： 详细阐述ZigBee在功耗、成本、网络容量、鲁棒性、安全性和易用性等方面的突出特点，以及这些优势如何使其成为物联网领域的理想选择。 ZigBee与Wi-Fi、Bluetooth等技术的比较： 深入对比ZigBee与其他主流无线通信技术在应用场景、技术指标、功耗特性、网络拓扑等方面的异同，帮助读者理解ZigBee在特定物联网应用中的独特性和不可替代性。 ZigBee协议栈的层次化结构： 详细介绍ZigBee协议栈的各个层次，包括物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）以及其中的关键组件，如应用框架（APS）、设备配置文件（Device Profile）、应用对象（Application Object）等。 第二章 IEEE 802.15.4协议详解： 物理层（PHY）特性： 深入分析IEEE 802.15.4的物理层规范，包括载波频率（2.4GHz、868/915MHz）、调制方式（O-QPSK）、数据传输速率、信道划分、发送功率、接收灵敏度等，以及这些参数对网络性能的影响。 媒体访问控制层（MAC）机制： 详细讲解MAC层的关键功能，如信标（Beacon）帧、信道接入机制（CSMA/CA）、帧结构、确认帧、轮询机制、设备模式（Active、Sleep）等，以及这些机制如何保证数据的可靠传输和设备的低功耗运行。 MAC层的功能与数据帧格式： 详细解析MAC层的主要功能，如关联/去关联、信道扫描、设备寻址、帧间间隔（Interframe Spacing, IFS）、帧确认等。深入剖析MAC数据帧的各个字段，理解其承载的信息以及如何实现高效的数据传输。 第三章 ZigBee网络层（NWK）与应用层（APL）机制： 网络层（NWK）功能： 深入探讨NWK层的功能，包括网络形成、路由发现与维护（如AODV的变种）、设备寻址（16位短地址、64位IEEE地址）、数据转发、网络拓扑管理（星型、网状、树型）、网络安全等。 网络拓扑结构及其优势： 详细分析ZigBee支持的各种网络拓扑（星型、网状、树型）的特点、适用场景、优缺点，以及不同拓扑下的路由机制和网络性能表现。 ZigBee设备角色： 详细阐述ZigBee网络中的三种核心设备角色：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。分析它们在网络形成、路由、数据存储、功耗管理等方面的职责和协同工作方式。 ZigBee设备配置文件（Device Profile）： 解释设备配置文件的作用，包括定义设备的功能集、簇（Cluster）、属性（Attribute）等，以及它们如何实现设备间的互操作性。 ZigBee应用层（APL）与APS子层： 深入理解APL层的功能，包括消息打包、寻址、绑定（Binding）、发现（Discovery）、命令处理等。重点解析APS（Application Support Sublayer）子层在消息路由、绑定、群发（Multicast）、广播（Broadcast）等方面的关键作用。 第二部分：ZigBee在物联网中的应用 本部分将聚焦ZigBee在实际物联网场景中的应用，展示其价值和潜力。 第四章 物联网概述与ZigBee的定位： 物联网（IoT）的概念与发展趋势： 概述物联网的定义、核心要素（感知、网络、应用）、发展历程、关键技术以及未来的发展趋势，如万物互联、数据智能、边缘计算等。 ZigBee在物联网中的角色与优势： 深入分析ZigBee在物联网体系架构中的位置，特别是在近距离、低功耗、低成本传感器节点连接方面的优势。阐述ZigBee如何成为实现“感知层”连接的关键技术之一。 与其他物联网通信技术的融合： 探讨ZigBee如何与Wi-Fi、NB-IoT、LoRa、蓝牙Mesh等技术协同工作，构建层次化、多网融合的物联网通信网络。例如，ZigBee节点数据如何通过网关上传到云平台。 第五章 智能家居领域的ZigBee应用： 智能照明系统： 详细介绍如何利用ZigBee实现智能灯泡的远程控制、场景联动、亮度调节、色温控制等功能，以及其在节能减排和提升生活品质方面的应用。 智能安防系统： 阐述ZigBee在门窗传感器、人体红外探测器、烟雾报警器、漏水传感器等安防设备中的应用，以及如何构建一个安全可靠的智能家居安防网络。 环境监测与控制： 讲解ZigBee在温湿度传感器、空气质量监测器、智能插座、环境联动控制器等设备中的应用，实现对室内环境的实时监测和自动化调节。 家电互联与远程控制： 探讨ZigBee如何实现冰箱、空调、洗衣机等家电的智能化控制，以及用户如何通过手机APP或语音助手进行远程管理。 智能门锁与访问控制： 介绍ZigBee在智能门锁中的应用，实现指纹、密码、APP等多种开锁方式，并能记录开锁日志。 第六章 智慧城市与工业物联网（IIoT）中的ZigBee应用： 智能交通管理： 探讨ZigBee在交通流量监测、停车位检测、路灯控制、交通信号灯联动等方面的应用，如何提升城市交通效率和安全性。 智慧能源计量： 详细介绍ZigBee在智能电表、水表、气表等计量设备的远程抄表与数据传输中的应用，实现能源的精细化管理。 环境监测与污染控制： 阐述ZigBee在空气质量监测站、水质监测、噪声监测等方面的应用，为城市环境治理提供数据支持。 工业自动化与设备监控： 深入分析ZigBee在工厂车间设备状态监测、生产过程参数采集、故障预警、资产追踪等工业物联网场景中的应用，提高生产效率和降低运营成本。 智能楼宇管理： 讲解ZigBee在楼宇自动化系统中的应用，如HVAC（暖通空调）、照明、安防、能源管理等，实现楼宇的智能化、节能化和舒适化。 第七章 ZigBee在其他物联网领域的应用： 农业物联网： 介绍ZigBee在土壤湿度监测、作物生长环境监测、智能灌溉、农机设备管理等农业智能化应用。 医疗健康监测： 探讨ZigBee在可穿戴健康设备（如心率带、血压计）与家庭健康监测中心的数据传输中的应用，以及远程医疗的潜力。 物流追踪与资产管理： 讲解ZigBee在货物追踪、仓库资产管理、设备状态监控等方面的应用，提高物流效率和资产的可追溯性。 第三部分：ZigBee网络的设计、部署与优化 本部分将从实践角度出发，指导读者如何进行ZigBee网络的实际设计、部署和管理。 第八章 ZigBee网络设计与规划： 需求分析与场景建模： 指导读者如何根据实际应用场景的需求（如节点数量、通信范围、数据吞吐量、功耗要求、安全性级别等）进行详细的需求分析。 网络拓扑选择与优化： 根据需求分析结果，选择最适合的ZigBee网络拓扑（星型、网状、树型），并分析如何根据实际环境进行优化。 设备选型与布局： 介绍选择合适的ZigBee芯片、模组和终端设备时需要考虑的因素，以及如何根据环境特点进行设备的合理布局。 信道选择与干扰规避： 讲解如何选择合适的ZigBee工作信道，以及如何评估和规避潜在的同频或邻频干扰。 安全性设计考量： 强调ZigBee网络的安全设计，包括密钥管理、数据加密、身份认证等，以及如何防范常见的网络攻击。 第九章 ZigBee网络部署与调试： 设备配网与加入网络： 详细讲解ZigBee设备如何进行初始化、扫描网络、与协调器进行关联（Joining）的整个过程。 网络配置与管理： 介绍如何通过协调器或管理软件对ZigBee网络进行配置，如设备参数设置、路由表管理、网络状态监控等。 数据采集与传输测试： 指导读者如何测试ZigBee网络的通信质量，包括数据包丢失率、延迟、吞吐量等，并进行必要的调试。 功耗优化实践： 提供ZigBee设备在实际部署中进行功耗优化的各种策略，如合理设置休眠模式、优化数据传输频率、选择低功耗设备等。 故障排查与诊断： 提供常见ZigBee网络故障的排查思路和诊断方法，帮助读者快速定位并解决问题。 第十章 ZigBee与主流物联网平台的集成： ZigBee网关的作用与选择： 阐述ZigBee网关在连接ZigBee网络与互联网之间的关键作用，以及选择合适网关需要考虑的因素（如协议支持、接口类型、计算能力等）。 与云平台的数据交互： 详细介绍ZigBee设备数据如何通过网关上传到主流物联网云平台（如阿里云IoT、腾讯云IoT、AWS IoT、Azure IoT等），以及平台如何进行数据存储、分析和应用。 MQTT、CoAP等通信协议的应用： 讲解MQTT、CoAP等轻量级通信协议在ZigBee与云平台之间数据传输中的应用，以及它们如何适应物联网环境。 API接口与应用开发： 介绍如何利用云平台的API接口，开发上层应用，实现对ZigBee设备的远程控制、数据可视化、告警通知等功能。 边缘计算在ZigBee网络中的应用： 探讨边缘计算技术如何与ZigBee网络结合，在网关或边缘节点上进行数据预处理、智能分析，从而降低云端压力，提高响应速度。 结论与展望 本书最后将对ZigBee技术在物联网领域的未来发展进行总结和展望，探讨其在智能化、绿色化、互联互通等方面的持续演进和创新潜力。 本书内容翔实，结构清晰，既有对ZigBee技术原理的深度解析，又有对实际应用场景的细致描绘，辅以设计、部署和集成方面的实践指导，旨在为物联网开发者、研究人员、工程师以及对ZigBee技术感兴趣的读者提供一份系统、全面且具有高度参考价值的学习资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构严谨，仿佛在进行一次深入的“X光扫描”，将ZigBee技术从最基础的无线电波层面，一步步解剖到应用层的网络服务。我以前对无线网络协议的理解非常碎片化，总是在不同标准间摇摆不定。然而，这本书通过统一的框架，将各个技术点有机地串联起来。特别是关于网络层寻址和广播机制的论述，展现了分布式系统设计的精妙之处。作者对网络层中节点ID分配的策略分析，直接关系到未来系统的可扩展性。如果ID规划不当，网络的规模将受到严重限制。这本书不仅告诉我们如何实现一个工作中的网络，更重要的是，它指导我们如何构建一个能够长期维护、易于扩展的网络。对于那些希望深入理解无线网状网络（Mesh Networking）核心机制的读者来说，这本书提供了百科全书式的详尽解释，其对路由表维护和网络状态同步的描述，清晰易懂，为我在设计大型分布式传感器集群时提供了坚实的理论支撑，避免了许多设计上的陷阱。

评分☆☆☆☆☆

这本关于ZigBee无线传感器网络的书籍，我花了相当长的时间来研读，坦白说，它在我理解现代物联网（IoT）底层技术架构时，起到了至关重要的铺垫作用。这本书的叙事逻辑非常清晰，从无线通信的基础原理入手，逐步深入到ZigBee协议栈的每一个细节层面，仿佛一位经验丰富的工程师在向你展示蓝图。我特别欣赏作者在阐述网络拓扑结构，例如星型、网状和簇星型网络时的细致程度。光是关于路由选择算法的对比分析，就占据了相当大的篇幅，作者并未简单罗列不同算法的优劣，而是结合实际应用场景，比如能源效率要求高的环境监控系统，来剖析为何Mesh网络中的AODV或DSR变体更具优势。这种理论与实践紧密结合的写法，极大地帮助我消化了原本晦涩难懂的协议规范。此外，书中对功耗管理策略的探讨，尤其是在低速传输和周期性唤醒机制上的优化方案，简直就是为电池供电的边缘设备量身定制的宝典。阅读过程中，我时常需要停下来，对照自己正在进行的项目，思考如何将书中的最佳实践融入到实际的嵌入式系统设计中去。总而言之，这是一部深度与广度兼备的专业参考书，它构建了一个坚实的理论基础，让人不再满足于停留在应用层的“即插即用”，而是真正理解“为什么能用”和“如何用得更好”。

评分☆☆☆☆☆

我阅读这本书的初衷，其实是想找一本能快速上手，了解如何将现有传感器数据通过无线方式汇聚起来的工具书。结果发现，这本著作的深度远超我的预期，它更像是一本系统科学的教科书，而非快速入门指南。书中对物理层和MAC层的技术细节挖掘得极为彻底，涉及到了帧结构、冲突避免机制（CSMA/CA）以及时分复用（TDMA）的精妙结合。最让我感到惊喜的是，作者没有止步于ZigBee本身，而是花了大篇幅去讨论它如何与更广泛的物联网生态系统集成。例如，如何将ZigBee网络中的数据安全、稳定地桥接到TCP/IP网络，实现跨异构网络的互联互通。书中的案例分析，虽然没有提供可以直接复制粘贴的代码片段，但那种思维导图式的架构拆解，对于理解复杂系统的模块划分和接口定义非常有帮助。尤其是关于网络安全章节，对链路层加密和密钥管理流程的描述，体现了作者对实际部署风险的高度敏感性。对于希望从“会用”到“精通”无线通信协议栈的读者来说，这本书的价值是无可替代的，它要求你投入时间去啃读，但回报是构建技术自信心。

评分☆☆☆☆☆

我最近在负责一个智能家居系统的后端架构设计，希望找到一种低功耗、高稳定性的短距离通信方案。市面上很多资料都过于侧重于宣传某种技术如何“智能”，但这本书的价值在于它的“脚踏实地”。它没有过分渲染物联网的宏大愿景，而是聚焦于如何解决实际工程中的痛点。例如，书中对“休眠-唤醒”周期的精确控制以及如何平衡数据传输延迟与电池寿命之间的矛盾，提供了非常详尽的决策模型。我发现，以往我们为了追求低延迟而牺牲了电池寿命，这本书提供了一种量化的方法论，让我们能根据不同的应用场景（例如，消防警报 vs. 环境温湿度采集），设定一个可接受的“功耗-性能”平衡点。更难能可贵的是，作者对协议栈中不同层级的交互作用有着深刻的洞察。它不仅仅是孤立地介绍ZigBee，而是探讨了它如何与上层的应用层协议（如MQTT或CoAP）进行适配，确保数据在网络边界的顺畅过渡。这是一本能帮助工程师做出审慎技术选型的工具书。

评分☆☆☆☆☆

说实话，作为一名主要从事软件开发而非底层硬件的工程师，最初翻开这本书时，我对那些关于射频特性和信道衰落的描述有些抗拒。然而，这本书的行文风格非常巧妙地平衡了技术深度和可读性。作者似乎深谙如何将复杂的数学模型和工程经验用简洁的语言表达出来。比如，在讨论网络扩展性时，书中用非常生动的比喻来解释节点密度对网络性能的影响，这使得我这个对物理层不太敏感的人也能抓住核心问题——即有限的频谱资源如何高效调度。我尤其关注书中关于“自愈合网络”的章节，这对构建高可靠性的工业物联网场景至关重要。作者详细阐述了当一个中继节点失效时，网络如何自动重新计算路由路径，避免了传统点对点网络中单点故障的风险。这种对系统鲁棒性（Robustness）的强调，是我在其他侧重于数据传输效率的资料中很少见到的。这本书给我最大的启发是：一个成功的无线传感器网络，其价值不仅在于传输数据，更在于它在面对环境变化和硬件故障时所展现出的持续服务能力。