無綫傳感器網絡 信號處理與通信 [美] 阿南薩拉姆·斯瓦米,趙青,洪樂文 ；任 97875 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 無綫傳感器網絡
• 信號處理
• 通信
• 傳感器網絡
• 無綫通信
• 物聯網
• 嵌入式係統
• 數據傳輸
• 網絡協議
• 工程技術

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 西安交通大學齣版社

ISBN：9787560561240

商品編碼：29260849025

包裝：平裝

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：無綫傳感器網絡 信號處理與通信

定價：69.00元

作者： 阿南薩拉姆·斯瓦米,趙青,洪樂文 ；任

齣版社：西安交通大學齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787560561240

字數：

頁碼：381

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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一個無綫傳感器網絡使用大量自治的設備通過一個無綫網絡來協作檢測物理或環境條件。自它作為戰場監察這一軍事用途開始，這一技術的實際使用已經擴展至包括環境監測、自然災害預測和救援、健康監測和火災檢測在內的一係列民用領域。技術的進步連同降低的成本使得無綫傳感器網絡將會對21世紀的生活産生重要影響。
　　無綫傳感器網絡的設計要求考慮多個學科，如分布式信號處理、通信和跨層設計。《無綫傳感器網絡 信號處理與通信》緻力於無綫傳感器網絡的理論方麵，並從信號處理和通信的角度為讀者提供大規模網絡設計的知識。《無綫傳感器網絡 信號處理與通信》還闡述瞭現有的設計理論和技水，並重點強調瞭大規模傳感器網絡的基礎特性。其特色在於：從一個全新的角度走進無綫傳感器網絡——分布式信號處理、通信算法和新穎的跨層設計範例。將思想和說明從經典理論應用至無綫傳感器網絡的新型領域。給齣瞭用於特定應用無綫傳感器網絡設計所使用的重要的分析工具。
　　《無綫傳感器網絡 信號處理與通信》適閤信號處理和通信領域的研究者與從業人員閱讀，以使他們能夠將經典理論應用到網絡設計中。《無綫傳感器網絡 信號處理與通信》還有助於高年級本科生和研究生確定研究方嚮，並為讀者提供瞭豐富的參考文獻用於進一步的閱讀和研究。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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探索無綫世界：從感知到智能的通信旅程 在數字化浪潮席捲全球的今天，信息無處不在，而這一切的基石，便是日益成熟的無綫通信技術。從微小的傳感器到龐大的網絡，我們正在以前所未有的方式感知、理解和交互著我們所處的環境。本書，正是為瞭深入剖析這一激動人心的領域而生，它將帶領您穿越無綫傳感器網絡的迷人世界，聚焦於其核心的信號處理與通信技術，揭示其如何從根本上改變我們連接、感知和決策的方式。 第一部分：無綫傳感器網絡——感知的觸角，互聯的神經 無綫傳感器網絡（Wireless Sensor Networks, WSNs）是本書的起點，它並非單一的技術，而是一個由大量低成本、低功耗的傳感器節點組成的分布式係統。這些節點協同工作，負責感知環境中的物理或環境條件，例如溫度、濕度、光照、聲音、振動、壓力，甚至是化學物質的濃度。它們就像是大自然和我們數字世界之間的“觸角”，將原本不可見的信號轉化為可供我們理解和利用的數據。 想象一下，在廣袤的農田裏，成百上韆個微小的傳感器節點悄無聲息地部署，實時監測土壤濕度、光照強度和作物生長狀況。它們將這些數據無綫傳輸到一個中心節點，進而形成一個精細化的農業管理係統，幫助農民優化灌溉、施肥策略，大幅提高作物産量並節約資源。再或者，在災難救援現場，部署的傳感器節點可以快速搭建通信網絡，監測空氣質量、輻射水平，甚至搜尋被睏人員的生命體徵，為救援行動提供關鍵信息。這些場景並非遙不可及，它們都是無綫傳感器網絡正在實現的現實。 本書將從無綫傳感器網絡的架構入手，詳細介紹其構成元素，包括傳感器節點（包含傳感器、微處理器、通信模塊、電源等）、網關節點（匯聚網絡數據並與外部網絡通信）以及可能的管理節點。我們將探討不同類型的傳感器節點，理解其在成本、功耗、處理能力和通信範圍上的權衡。同時，我們會深入研究網絡拓撲結構，例如星型、樹型、網狀拓撲，以及它們的優缺點，以及如何根據具體的應用場景選擇最閤適的網絡組織方式。 更重要的是，本書將關注無綫傳感器網絡的獨特挑戰。這些網絡通常部署在資源受限的環境中，節點數量龐大，分布廣泛，通信鏈路可能不穩定，且節點本身往往依靠電池供電，壽命有限。如何在這種條件下，高效、可靠地完成數據采集、傳輸和處理，是無綫傳感器網絡麵臨的關鍵問題。本書將係統性地探討這些挑戰，並為讀者提供理解和解決這些問題的思路。 第二部分：信號處理——從嘈雜數據中提取智能 傳感器節點采集到的原始數據往往是嘈雜的、不完整的，並且可能包含大量的冗餘信息。信號處理技術，便是將這些原始數據轉化為有意義、有價值信息的關鍵。它如同一個精密的“過濾器”和“分析儀”，能夠從紛亂的信號中提取齣我們真正需要的信息。 在無綫傳感器網絡的應用中，信號處理扮演著至關重要的角色。例如，在聲音監測應用中，原始音頻信號可能包含背景噪音、乾擾聲等，信號處理技術可以有效地抑製這些噪聲，突齣目標聲音，甚至進行語音識彆。在圖像傳感器網絡中，圖像信號的壓縮、特徵提取、目標識彆等都離不開信號處理的強大支持。 本書將帶領讀者深入理解信號處理在無綫傳感器網絡中的核心技術。我們將從信號的采樣、量化、編碼等基礎概念講起，逐步深入到更復雜的算法。這包括： 噪聲抑製與濾波： 學習各種濾波器（如低通、高通、帶通濾波器）的設計與應用，以及更高級的自適應濾波技術，如何有效地去除傳感器數據中的隨機噪聲和係統性乾擾。 特徵提取： 探討如何從原始數據中提取齣最具代錶性的特徵，例如在振動監測中提取振幅、頻率特徵，在圖像處理中提取邊緣、紋理特徵。這能夠大大減少數據量，並為後續的分析和決策奠定基礎。 數據融閤： 在傳感器網絡中，通常會部署多種類型的傳感器，或者同一類型傳感器在不同位置采集數據。數據融閤技術能夠將來自不同傳感器的數據進行整閤，提高數據的準確性和可靠性，獲取更全麵的環境信息。我們將介紹不同層次的數據融閤方法，包括早期融閤、晚期融閤等。 信息編碼與壓縮： 為瞭在帶寬有限的無綫信道上傳輸數據，有效的編碼和壓縮技術至關重要。我們將探討熵編碼、變換編碼（如離散餘弦變換DCT、小波變換）等，如何在盡可能保留信息的前提下，減少數據的冗餘度。 信號的估計與檢測： 在許多應用中，我們需要根據采集到的信號來估計某些未知參數（如距離、方嚮）或檢測特定事件（如異常行為）。我們將介紹最小均方誤差（MMSE）估計、最大似然（ML）估計等經典估計方法，以及如何利用統計信號處理原理進行有效的事件檢測。 第三部分：通信——連接的橋梁，信息的流淌 信號處理後的數據，需要通過通信網絡傳輸到需要的地方。通信技術是無綫傳感器網絡的“血液”，它確保瞭信息的順暢流動，將分散的感知能力匯聚成強大的智能。在無綫傳感器網絡中，通信麵臨著比傳統無綫網絡更嚴峻的挑戰，例如節點能量的嚴格限製、通信距離的相對較短、網絡規模的龐大以及節點移動性的不確定性。 本書將詳細闡述無綫傳感器網絡中的通信原理與技術，重點關注如何在資源受限的環境下實現高效、可靠的通信。我們將探討以下關鍵方麵： 無綫傳輸介質與協議： 瞭解不同無綫傳輸技術（如Zigbee、Bluetooth Low Energy、LoRa等）的特點、優勢以及適用場景。我們將深入研究MAC層協議（介質訪問控製）的設計，例如TDMA、CSMA/CA等，以及如何在節點密集、乾擾嚴重的情況下，實現高效的信道接入和避免碰撞。 路由協議： 在龐大的傳感器網絡中，如何選擇最優的路徑將數據從源節點傳輸到目的節點，是路由協議的核心任務。我們將介紹各種經典的路由協議，如LEACH（低功耗自適應集群）、GEAR（地理相關能量感知路由）等，以及它們的節能機製和數據傳輸策略。我們還會探討如何處理網絡中的節點失效和拓撲變化。 數據傳輸的可靠性： 在不穩定的無綫鏈路中，保證數據的可靠傳輸至關重要。我們將討論糾錯編碼（如捲積碼、Turbo碼）以及重傳機製，如何在滿足能量和時延約束的前提下，提高通信的魯棒性。 網絡同步與時鍾管理： 為瞭實現協同感知和高效通信，傳感器節點之間需要進行精確的時間同步。我們將探討各種同步算法，以及如何在低功耗約束下實現魯棒的時鍾管理。 網絡安全： 盡管傳感器網絡通常不用於傳輸高度敏感的信息，但其部署的廣泛性和節點的易訪問性也帶來瞭安全隱患。我們將簡要介紹傳感器網絡麵臨的安全威脅（如竊聽、篡改、拒絕服務攻擊），以及一些基礎的安全機製。 第四部分：融閤與應用——感知智能，驅動未來 本書的精髓在於將無綫傳感器網絡的感知能力、信號處理的智慧以及通信的連接性融為一體，最終驅動各種創新應用。我們將通過具體的案例，展示這些技術如何協同工作，為我們構建一個更加智能、高效、安全和可持續的世界。 智慧農業： 通過部署傳感器網絡監測土壤、氣候，結閤信號處理分析作物生長狀況，並通過通信網絡將數據傳輸給農民，實現精準灌溉、施肥，提高産量，減少浪費。 智慧城市： 在城市環境中部署傳感器節點，監測交通流量、空氣質量、噪音汙染、公共設施狀態等，通過信號處理提取關鍵信息，並通過通信網絡實現城市資源的優化調度，提升居民生活品質。 工業物聯網（IIoT）： 在工廠車間部署傳感器監測設備運行狀態、生産參數，通過信號處理進行故障預測和設備健康管理，並通過通信網絡實現生産流程的智能化控製和優化。 環境監測與災害預警： 在山區、森林、海洋等區域部署傳感器監測環境變化，如溫度、濕度、風速、水位、土壤穩定性等，通過信號處理分析潛在的災害風險，並通過通信網絡及時發齣預警，減少生命財産損失。 醫療健康： 可穿戴傳感器監測用戶的生理指標，如心率、血壓、血糖等，通過信號處理分析健康狀況，並通過通信網絡將數據傳輸給醫生，實現遠程醫療和個性化健康管理。 本書的目標讀者包括但不限於：從事無綫通信、信號處理、嵌入式係統、計算機科學、自動化控製等領域的工程師、研究人員和學生。通過閱讀本書，您將能夠： 深入理解無綫傳感器網絡的原理與體係結構。 掌握核心的信號處理技術在傳感器網絡中的應用。 熟悉無綫傳感器網絡中的通信協議與路由策略。 能夠分析和設計滿足特定需求的無綫傳感器網絡係統。 瞭解無綫傳感器網絡在各行各業的廣泛應用前景。 無論您是渴望探索前沿技術的學生，還是希望在實際工程中應用這些技術的專業人士，本書都將為您提供堅實的理論基礎和豐富的實踐指導，引領您在這充滿無限可能的無綫世界中，開啓一段精彩的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！我一直對無綫傳感器網絡（WSN）這個領域很感興趣，但之前接觸到的資料大多比較零散，要麼偏重硬件，要麼偏重算法，始終找不到一個能夠很好地串聯起各個環節的係統性論述。直到我讀到這本書，纔算真正找到瞭“感覺”。它不僅僅是簡單地羅列各種傳感器節點的設計、通信協議，而是深入剖析瞭在WSN這樣一個資源受限、動態多變的環境下，信號處理和通信技術所麵臨的獨特挑戰，以及如何通過巧妙的算法和協議來解決這些問題。 比如，書中對能量收集和能效優化方麵的內容，我印象特彆深刻。它沒有僅僅停留在“要節能”這個層麵，而是詳細講解瞭不同能量收集機製（太陽能、振動能、射頻能等）的工作原理，以及如何根據能量的可用性動態調整節點的感知、計算和通信策略。這部分內容對我啓發很大，我一直在思考如何將這些理念應用到我正在進行的一個智能農業監測項目中，比如如何讓節點在陽光充足的時候多采集數據，在陰雨天則調整采樣頻率，甚至利用微弱的環境振動來維持通信。此外，書中關於分布式信號處理的章節，也提供瞭非常實用的思路。在WSN中，數據往往是分散在各個節點上的，如何有效地融閤這些分散的數據，提取有用的信息，一直是難題。書中提齣的分布式估計算法、基於協作的感知技術等，都非常有價值，為我解決數據冗餘、局部異常值等問題提供瞭理論支撐和技術指導。這本書就像一座寶庫，為我這個WSN領域的初學者打開瞭通往更深層次理解的大門。

評分☆☆☆☆☆

對於任何一個想要深入瞭解無綫傳感器網絡（WSN）底層原理和關鍵技術的研究者或工程師來說，這本書絕對是不可錯過的。它並沒有迴避WSN設計中那些最具挑戰性的問題，而是將其置於信號處理和通信的宏觀視角下進行剖析，並提供瞭切實可行的解決方案。我尤其欣賞書中對於通信協議和信號處理算法相互作用的深入分析。很多時候，我們在設計WSN時，往往會孤立地考慮通信協議的效率或者信號處理算法的性能，卻忽略瞭它們之間的緊密聯係。 書中對於多址接入（MAC）協議與信號檢測、信道估計等信號處理環節的協同優化，讓我看到瞭提升網絡整體性能的巨大潛力。它詳細講解瞭如何在有限的信道資源下，通過先進的信號處理技術來提高數據傳輸的成功率和吞吐量，以及如何根據實際的信道條件動態調整通信參數。這部分內容對我啓發很大，我一直在思考如何改進現有WSN通信協議的魯棒性，特彆是當網絡麵臨復雜的電磁環境和多變的信道條件時。書中提供的諸如自適應均衡、乾擾抑製等信號處理技術，以及如何將它們集成到MAC協議的設計中，為我提供瞭全新的思路。此外，書中關於分布式檢測和目標跟蹤的章節，也展示瞭如何利用WSN中的分布式感知能力，結閤先進的信號處理算法，實現更精確、更全麵的環境監測和目標識彆。這本書確實為我在WSN領域的研究打開瞭新的視野，也提供瞭許多可以藉鑒和實踐的方法。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的視角非常獨特，它將信號處理和通信這兩大看似獨立的領域，在無綫傳感器網絡的框架下進行瞭高度融閤，讓我看到瞭很多之前未曾想過的聯係。以往，我可能更傾嚮於從通信的角度去看WSN，關注網絡拓撲、路由協議、MAC層的設計等等。但這本書通過深入的信號處理分析，揭示瞭通信過程中信號衰減、噪聲乾擾、多徑效應等問題對信息傳輸的實際影響，以及如何通過信號處理技術來提升通信的魯棒性和可靠性。 尤其是在數據融閤方麵，這本書的論述讓我耳目一新。它不隻是簡單地介紹幾種融閤算法，而是從信號的統計特性齣發，探討瞭如何利用不同節點的傳感器數據，通過優化信號處理流程，實現更準確、更全麵的環境感知。比如，書中討論的基於貝葉斯濾波的數據融閤方法，以及如何處理傳感器異質性帶來的挑戰，都為我提供瞭非常有價值的參考。我一直在思考如何將多源異構的傳感器數據進行有效的融閤，以提高監測精度，這本書的某些章節，特彆是關於傳感器網絡信息論和分布式狀態估計的內容，為我提供瞭一些非常前沿和實用的思路。此外，書中關於低功耗信號處理技術的探討，也讓我對如何在資源受限的WSN節點上實現高效的信息處理有瞭更深的認識。這本書不僅僅是技術手冊，更像是一次思維的啓迪，讓我從更全麵的角度審視WSN的設計和優化。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來瞭很多關於無綫傳感器網絡（WSN）的全新思考，尤其是它如何將信號處理的精妙技術應用於解決通信中的實際難題，讓我受益匪淺。我之前可能更關注宏觀的網絡設計和應用，但這本書從微觀的信號層麵，揭示瞭許多決定WSN成敗的關鍵因素。書中關於信道估計、均衡和乾擾抑製的章節，對我來說尤其具有啓發性。在無綫通信中，信道的不確定性和乾擾始終是存在的，而WSN往往麵臨更嚴峻的信道條件和更復雜的部署環境。 書中詳細講解瞭如何利用先進的信號處理技術，例如基於模型的方法、盲均衡技術以及魯棒的信號檢測算法，來剋服這些挑戰，提高數據傳輸的可靠性和效率。我一直在思考如何提升我正在開發的WSN係統的抗乾擾能力，特彆是在復雜的室內環境中，書中提供的關於自適應濾波和空間濾波等技術，為我提供瞭非常實用的解決方案。此外，書中關於傳感器網絡信息融閤的深入探討，也讓我看到瞭利用多節點協同信號處理，實現更精確、更全麵的環境感知和狀態估計的巨大潛力。它不僅僅是簡單的算法羅列，而是從信號的統計特性、空間相關性等角度，闡述瞭如何進行有效的融閤，從而剋服單節點信息的局限性。這本書讓我深刻認識到，信號處理是WSN通信的基石，沒有它，就無法構建齣真正穩定、高效、可靠的WSN係統。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我深刻體會到瞭信號處理在現代通信技術，特彆是像無綫傳感器網絡（WSN）這樣對資源和性能都有極高要求的應用場景中的核心地位。以往我對WSN的理解可能更多集中在網絡架構和應用層，但這本書讓我認識到，沒有強大的信號處理基礎，許多WSN的設想將難以實現。書中對低功耗信號處理的探討尤其令我印象深刻，它不僅僅是羅列一些節能技巧，而是深入分析瞭在傳感器節點有限的計算能力和能源供給下，如何設計高效的信號采集、濾波、壓縮和傳輸算法。 例如，書中關於模數轉換（ADC）的功耗優化、基於統計模型的稀疏錶示信號壓縮技術，以及如何利用硬件加速實現低功耗的信道編碼和解碼，都為我提供瞭寶貴的思路。我一直在思考如何讓我的WSN節點在電池壽命和數據采集能力之間找到最佳平衡點，而這本書中的技術細節和理論分析，讓我對這個問題有瞭更深入的理解。此外，書中關於分布式信號處理在WSN中的應用，例如分布式頻譜感知、分布式定位以及協作通信等，也讓我看到瞭提升WSN整體性能和魯棒性的新途徑。它不僅僅是理論的堆砌，更強調瞭在實際WSN部署中，信號處理技術如何與通信協議、網絡拓撲等相互協同，共同解決復雜的問題。這本書為我打開瞭一個全新的視角，讓我更全麵地認識到信號處理在WSN領域的關鍵作用。