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樊宽刚，么晓康，陈宇航 著

图书标签:

• 无线传感器网络
• 传感器网络
• 物联网
• 无线通信
• 数据采集
• 低功耗设计
• 路由协议
• 安全技术
• 应用研究
• 嵌入式系统

店铺： 广影图书专营店

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502471743

商品编码：29729136291

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名:无线传感器网络关键技术研究及应用

定价：45.00元

售价：30.6元,便宜14.4元,折扣68

作者:樊宽刚,么晓康,陈宇航

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787502471743

字数：

页码：216

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《无线传感器网络关键技术研究及应用》通过对无线传感器网络电磁信号在井下传输研究，仿真了矿井不同形状对电磁信号传输的影响，提出应对矿井下电磁辐射干扰的措施；通过研究节点路径优化算法、定位算法及节点在有障环境中的部署，降低无线传感器网络节点能耗，延长节点寿命和网络生存周期，并将研究成果应用于实际，通过压缩感知技术压缩了数据量，验证了研究方法的有效性和可行性。
　　《无线传感器网络关键技术研究及应用》可为基于无线传感器网络技术的矿井下生产和监测系统的设计提供技术支持和设计参考，也可以作为相关领域本科生、研究生和工程技术人员的教材和参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《无线传感器网络关键技术研究及应用》图书简介 内容概述 本书深度聚焦无线传感器网络（WSN）这一新兴且快速发展的技术领域，旨在全面梳理和探讨其核心关键技术，并详细阐述其在各个实际应用场景中的部署、优化与成效。全书结构严谨，内容详实，从理论基础到实践应用，层层递进，为读者提供一个系统、深入的学习和研究平台。 第一部分：无线传感器网络基础理论与体系架构 本部分为全书的基石，旨在为读者构建对WSN的全面认知。 第一章：无线传感器网络概述 1.1 传感器网络的概念与发展历程 详细介绍传感器网络的起源，从早期的分布式传感系统到如今高度集成的WSN。 分析WSN相较于传统传感器网络的独特优势，如分布式、自组织、低功耗、低成本等。 探讨WSN技术发展的关键驱动因素，包括微机电系统（MEMS）、低功耗无线通信技术、嵌入式系统以及大规模数据处理能力的发展。 1.2 WSN的典型应用领域 广泛罗列WSN在环境监测（如空气质量、水质、土壤湿度）、工业监控（如设备状态监测、生产过程自动化）、医疗健康（如远程病人监护、健康管理）、军事应用（如战场态势感知、边境监控）、智能家居（如环境控制、安全防护）、农业（如精准农业、智能灌溉）等领域的实际应用案例。 针对每个领域，初步分析WSN在其中扮演的角色和能解决的关键问题。 1.3 WSN的体系架构与关键组成部分 详细解析WSN的典型分层体系结构，包括感知层（传感器节点）、网络层（通信与路由）和应用层（数据处理与服务）。 深入剖析每个层级的功能和重要性，例如感知层中的传感器类型、数据采集机制；网络层中的通信协议、拓扑结构；应用层中的数据融合、决策支持等。 介绍WSN节点的基本组成：微控制器、传感器、通信模块、电源管理单元。 第二章：传感器节点关键技术 2.1 传感器技术 详尽介绍各类常用传感器的原理、性能指标（如精度、灵敏度、响应时间）及选择标准，涵盖温度、湿度、光照、压力、气体、加速度、位置等传感器。 探讨新型传感器的发展趋势，如MEMS传感器、微型化传感器、多功能集成传感器等。 分析传感器数据采集的挑战，如噪声、漂移、标定等，并介绍相应的处理技术。 2.2 低功耗技术 深入探讨WSN节点功耗的构成，识别主要功耗来源（如CPU、通信模块、传感器）。 详细介绍各种低功耗设计策略，包括硬件休眠/唤醒机制、动态电压/频率调整（DVFS）、低功耗通信协议、数据压缩与高效传输。 阐述能量采集技术（如太阳能、振动能、射频能）在延长WSN节点工作寿命方面的作用和挑战。 2.3 嵌入式系统与微控制器 介绍适用于WSN节点的典型嵌入式处理器架构，重点关注其低功耗特性、计算能力与存储需求。 分析实时操作系统（RTOS）在WSN节点上的应用，及其在任务调度、资源管理、中断处理方面的优势。 探讨WSN节点软件开发的工具链、编程语言（如C/C++）及调试方法。 第二部分：无线传感器网络通信与组网技术 本部分是WSN实现互联互通的核心，重点关注其高效、可靠的通信机制。 第三章：WSN通信协议栈 3.1 物理层与MAC层 详细介绍WSN常用的无线通信标准，如IEEE 802.15.4（Zigbee、6LoWPAN的基础）。 深入分析MAC层的关键技术，如时分多址（TDMA）、载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）及其在WSN环境下的优化，包括低功耗监听、避免信道冲突的策略。 探讨不同MAC协议的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。 3.2 网络层（路由协议） 详细梳理WSN网络层面临的独特挑战，如节点移动性、节点失效、能量受限、拓扑动态变化等。 深入分析各类WSN路由协议的原理、特点与性能评估指标。主要包括： 基于数据中心的路由（Data-centric Routing）：如Directed Diffusion，强调数据兴趣与数据的匹配。 层次路由（Hierarchical Routing）：如LEACH（低功耗自适应集群协议），通过簇头收集和聚合数据，降低能耗。 位置基路由（Location-based Routing）：如GEOGRAPHIC-BASED routing，利用节点位置信息进行路由。 传输性路由（Flow-based Routing）：如GEAR（Geographic and Energy Aware Routing）。 QoS感知路由（QoS-aware Routing）：考虑时延、可靠性、带宽等服务质量指标。 对比分析不同路由协议在能耗、可扩展性、鲁棒性、时延等方面的表现。 3.3 传输层与应用层 讨论WSN传输层协议的设计原则，如TCP在WSN中的局限性，以及UDP、TCP的变种或定制化协议。 介绍WSN应用层协议的设计，如WSN的语义模型、事件驱动模型，以及与上层应用交互的接口。 探讨可靠数据传输、拥塞控制在WSN环境下的实现。 第四章：WSN网络拓扑与组网 4.1 WSN网络拓扑结构 分析星型、总线型、环型、网状型等传统网络拓扑在WSN中的适用性与局限性。 重点介绍WSN中常用的自组织网络（Ad-hoc）拓扑，如簇状拓扑、分层拓扑。 讨论不同拓扑结构对网络性能（如覆盖范围、能耗、鲁棒性）的影响。 4.2 WSN的自组织与拓扑管理 详细阐述WSN节点如何进行自发现、邻居发现，并构建网络连接。 探讨拓扑发现、维护和重构的机制，以及如何应对节点加入、离开、失效等情况。 介绍常用的拓扑管理算法，如基于连接性、距离、能量等指标的算法。 4.3 移动WSN（MWSN） 分析移动节点对WSN通信和路由带来的挑战（如频繁的拓扑变化、频繁的路由更新）。 探讨移动WSN的特定路由协议和拓扑管理策略，如利用移动节点作为数据中继。 第三部分：无线传感器网络数据处理与应用 本部分聚焦于WSN采集到的海量数据如何被有效地处理、分析，并最终转化为有价值的应用。 第五章：WSN数据处理与融合 5.1 WSN数据特性分析 深入分析WSN数据的特点：海量性、时空相关性、冗余性、噪声、不确定性。 探讨数据采集的频率、粒度、精度等对后续处理的影响。 5.2 数据压缩与传输优化 介绍各种数据压缩算法在WSN中的应用，如预测编码、变换编码、统计编码等。 分析如何根据数据特性选择合适的压缩算法，以降低通信开销和能耗。 探讨数据传输的调度与汇聚机制，减少不必要的数据传输。 5.3 数据融合技术 详细阐述数据融合的层次（如传感器层融合、节点层融合、网络层融合）。 介绍不同类型的数据融合方法，如基于统计的方法（如加权平均、贝叶斯）、基于证据的方法（如D-S证据理论）、基于模糊逻辑的方法、基于机器学习的方法。 分析数据融合在提高数据精度、鲁棒性、降低冗余信息、增强系统感知能力方面的作用。 5.4 数据存储与查询 探讨WSN数据存储的挑战，如分布式存储、边缘计算存储。 介绍WSN数据查询的机制和方法，如基于兴趣的查询、位置基查询。 分析如何优化数据查询的效率和响应速度。 第六章：WSN安全与隐私保护 6.1 WSN面临的安全威胁 详细列举WSN面临的典型安全攻击，如窃听、拒绝服务（DoS）、干扰、欺骗、重放攻击、节点自毁等。 分析WSN由于其分布式、低功耗、开放环境等特性所带来的特殊安全脆弱性。 6.2 WSN安全机制 介绍WSN安全协议的设计原则，重点考虑低功耗和计算资源限制。 深入探讨加密技术在WSN中的应用，如对称加密、非对称加密、轻量级密码算法。 分析身份认证、访问控制、安全密钥管理等技术在WSN中的实现。 介绍入侵检测和防御机制，如基于节点行为分析、基于异常检测的入侵检测系统。 6.3 WSN隐私保护 分析WSN应用场景中可能产生的隐私泄露问题。 介绍隐私保护技术，如匿名化、差分隐私、数据混淆等。 探讨如何在保障数据可用性的同时，最大程度地保护用户隐私。 第七章：WSN关键应用案例详解 7.1 环境监测与预警系统 以具体的环境监测项目为例，详细介绍WSN在该项目中的部署方案、传感器选择、网络拓扑设计、数据采集与处理流程。 分析WSN如何实现对空气污染、水质变化、森林火灾等进行实时监测和预警。 7.2 智能交通管理系统 阐述WSN在交通流量监测、停车位检测、车辆定位、交通信号优化等方面的应用。 分析WSN如何通过实时感知交通状况，提高交通效率，减少拥堵。 7.3 工业自动化与过程监控 介绍WSN在工业设备状态监测、生产线故障预警、环境参数控制等方面的应用。 分析WSN如何提高工业生产的自动化水平、降低运营成本、保障生产安全。 7.4 智慧医疗与健康监测 深入探讨WSN在远程病人监护、可穿戴健康设备、医院内部环境监控等方面的应用。 分析WSN如何实现对患者生命体征的实时监测，提供及时的医疗干预。 7.5 其他典型应用 简要介绍WSN在智慧农业、智能家居、灾害应急响应等其他领域的应用，展示其广泛的应用前景。 第四部分：WSN技术发展趋势与挑战 第八章：WSN技术发展趋势与展望 8.1 异构WSN与物联网（IoT）的融合 探讨WSN如何与其他类型的传感器网络、通信技术（如Wi-Fi, Bluetooth, 5G）融合，形成更广泛的物联网。 分析WSN在物联网中的作用和地位，以及如何实现互联互通。 8.2 边缘计算与WSN 介绍边缘计算技术在WSN中的应用，将数据处理能力下沉到网络边缘。 分析边缘计算如何降低延迟、减少网络带宽压力、提高数据处理效率。 8.3 人工智能与WSN 探讨AI技术（如机器学习、深度学习）在WSN数据分析、模式识别、异常检测、故障预测等方面的应用。 分析AI如何提升WSN的智能化水平和决策能力。 8.4 WSN的标准化与互操作性 分析WSN标准化面临的挑战，以及推动互操作性的重要性。 展望WSN标准化未来的发展方向。 8.5 能量收集与可持续WSN 进一步探讨能量采集技术在WSN中的发展前景，以及实现完全自主供电的WSN的可能性。 分析如何设计更可持续的WSN系统。 第九章：WSN面临的挑战与未来研究方向 9.1 可扩展性问题 分析大规模WSN部署时，网络管理、路由效率、数据处理等方面的可扩展性挑战。 9.2 鲁棒性与容错性 探讨如何提高WSN在节点失效、通信中断、环境干扰等情况下的鲁棒性和容错能力。 9.3 能量效率与续航能力 进一步强调能量效率是WSN永恒的挑战，并提出更深入的研究方向，如智能休眠策略、能量共享机制。 9.4 数据质量与可信度 分析如何提高WSN数据的准确性、可靠性和可信度，减少因噪声和传感器失效带来的错误信息。 9.5 成本与部署的实际问题 探讨WSN大规模部署的经济效益、安装维护成本、用户接受度等实际问题。 9.6 未来研究展望 总结本书内容，并提出若干具有潜力的未来研究方向，鼓励读者在WSN领域进行更深入的探索。 本书特色 理论与实践并重：本书不仅深入剖析了WSN的核心技术原理，更结合大量实际应用案例，帮助读者理解理论知识如何在实践中落地。 系统性与全面性：从基础概念到前沿技术，从通信协议到数据处理，再到安全隐私和未来趋势，本书力求全面覆盖WSN的各个方面。 前沿性与深度：本书紧跟WSN技术发展的步伐，探讨了最新的技术进展和研究方向，如边缘计算、人工智能在WSN中的应用。 适用性广：本书适合从事无线传感器网络、物联网、嵌入式系统、计算机网络等领域的研究人员、工程师、高等院校师生阅读。 通过阅读本书，读者将能够掌握无线传感器网络的关键技术，理解其工作原理，并能够将其应用于实际的系统设计与开发中，为推动相关领域的科技进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

真正让我对这本书产生强烈好感的，是它所蕴含的实践指导意义。许多理论书籍在展示了完美场景下的解决方案后就戛然而止，留给读者的往往是“理论很美，但我的现实系统跑不起来”的困境。而这本书的后半部分，花了大量篇幅讨论了“工程实现中的陷阱与对策”。例如，它深入剖析了在真实无线信道衰落和节点异构性背景下，理论最优算法可能面临的收敛速度慢、局部最优解问题。作者没有停留在理论阐述，而是给出了多套基于工程经验调整后的启发式算法，并附带了实际部署中需要注意的硬件兼容性和软件栈选型建议。这种“落地”的实战精神，让这本书的实用价值飙升。它不是象牙塔里的孤芳自赏，而是深入泥泞中磨砺出的实用工具，为真正想将技术付诸实践的人，提供了宝贵的路线图和避坑指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度，超出了我对一本专业参考书的预期。我本期望能找到一些关于特定协议栈的深入探讨，但作者提供的远不止于此。它仿佛提供了一张关于整个技术领域的“全景地图”。书中对不同应用场景下的性能权衡进行了细致的对比分析，比如在资源受限环境下的能效优化策略，与在需要高实时性数据采集场景下的延迟控制方案之间的取舍，作者都给出了详尽的数学模型支撑和仿真结果验证。更让我感到惊喜的是，它触及了一些跨学科的交叉点，比如如何将机器学习的思想有效地融入到网络拓扑优化和异常检测任务中去。这种宏观视野的把控，使得即便是资深从业者，也能从中找到新的研究切入点或优化现有系统的思路。它不仅仅是一本告诉你如何“做”的书，更是一本启发你如何“思考”的书，将理论与工程实践的鸿沟，以一种非常稳健的方式弥合了起来。

评分☆☆☆☆☆

这本《[书籍名称]》的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种深沉的蓝色调，配上细小的、仿佛电路板纹理般的暗纹，立刻营造出一种专业而深邃的氛围。我原本以为这会是一本晦涩难懂的技术手册，但翻开目录后，惊喜地发现作者在知识体系的构建上花费了大量心血。它不像市面上很多同类书籍那样，将技术点生硬地罗列堆砌，而是构建了一个逻辑清晰的知识脉络。从基础理论的引入，到具体算法的剖析，再到实际工程中的案例借鉴，层层递进，引人入胜。特别值得称赞的是，作者在阐述复杂概念时，总能巧妙地运用类比和图示，将抽象的信号处理和数据融合过程具象化，即便是对该领域接触不深的初学者，也能感受到知识体系在脑中逐渐清晰的过程。阅读过程中，我数次停下来，不是因为不理解，而是因为被作者对某个细节的深度挖掘所吸引，那种“原来还可以从这个角度去看待问题”的豁然开朗感，是阅读一本真正好书才能体验到的乐趣。这本书的价值，绝不仅仅在于知识的传递，更在于它激发了读者对未知领域的好奇心和探索欲。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的文字功底可谓是扎实而又不失灵动。很多技术著作的语言总是带着一种不近人情的刻板，生硬的学术腔调让人望而生畏。然而，这本书的作者似乎深谙沟通的艺术，其叙述风格时而严谨如法典，一丝不苟地推导公式和证明定理；时而又变得像一位经验丰富的老教授，在关键节点娓娓道来，分享他多年来在实验台上踩过的“坑”与获得的“宝”。这种张弛有度的语言节奏，极大地缓解了阅读过程中的疲劳感。我尤其欣赏作者在讨论前沿技术时所展现出的那种批判性思维，他并未将某一项技术奉为圭臬，而是客观地分析了其优势和固有的局限性，并引导读者思考未来的优化方向。这种不盲从、重实证的态度，让整本书的论述显得尤为可信和有分量。它不仅教会你“是什么”，更重要的是教会你“为什么是这样”以及“未来会怎样”，这才是真正能提升专业素养的关键。

评分☆☆☆☆☆

排版和校对方面，这本书的精细程度体现了出版方对专业读者的尊重。在处理大量的数学公式和图表时，清晰度和对齐的精准度至关重要，稍有疏忽便可能导致理解偏差。幸运的是，这本书在这方面做到了近乎完美。公式的编号规范，符号的定义清晰且前后一致，图表的数据标注详尽且易于识别。我特意对比了书中几处复杂的流程图，它们不仅逻辑严密，而且视觉上也非常直观，即便是面对多层嵌套的决策过程，也能一眼看穿其核心脉络。这种对细节的极致追求，让读者在需要快速检索特定信息时，能最大限度地减少时间浪费和认知负荷。一本好的技术书，其物质形态的质量同样重要，它直接影响了读者能否长时间、无障碍地沉浸在知识的世界里。这本书无疑在这方面做得非常出色，让人愿意反复翻阅和珍藏。